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无线能源:为智慧城市和绿色未来铺路

期刊:Energy & BuildingsDOI:10.1016/j.enbuild.2023.113469

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作者与机构
本文的主要作者包括Haonan Xie、Renhao Huang、Hui Sun、Zepeng Han、Meihui Jiang、Dongdong Zhang、Hui Hwang Goh、Tonni Agustiono Kurniawan、Fei Han、Hui Liu和Thomas Wu。他们分别来自广西大学电气工程学院、南开大学计算机科学学院、保定SVOLT能源技术有限公司、厦门大学环境与生态学院、南京泰岱智能装备研究院、上海联合科技嵌入式咨询服务公司等机构。

发表时间与期刊
该论文于2023年8月16日在线发表在《Energy & Buildings》期刊上,卷号为297,文章编号为113469。

论文主题
本文的主题是无线能量传输(Wireless Power Transfer, WPT)技术在智能城市和绿色未来中的应用。文章通过分析WPT技术的历史、特点及其在城市发展中的成功应用,提出了将WPT与可再生能源、电动汽车和充电基础设施结合的新应用模式,并探讨了其在可持续城市建设中的多重效益。

主要观点与论据

  1. WPT技术的重要性与背景
    文章指出,随着智能设备的广泛应用和极端天气对电网的威胁,能源稳定性在城市发展中的重要性日益增加。WPT技术以其可靠性、安全性和适应性著称,已在手机和电动汽车领域取得了显著的市场份额。特别是在电动汽车无线充电市场,预计到2023年将以超过30%的复合年增长率增长。WPT技术与可再生能源、电动汽车和充电基础设施的结合,为智能城市的发展提供了新的应用前景。

  2. WPT技术的分类与应用
    文章详细介绍了WPT技术的六种主要分类:磁耦合感应无线能量传输(Magnetic Coupling Inductive Wireless Power Transfer, MCI-WPT)、磁耦合谐振无线能量传输(Magnetic Coupling Resonance Wireless Power Transfer, MCR-WPT)、电场耦合无线能量传输(Electric Field Coupling Wireless Power Transfer, EC-WPT)、微波无线能量传输(Microwave Power Transfer, MPT)、光能传输(Optical Power Transfer, OPT)和超声波能量传输(Ultrasonic Power Transfer, UPT)。每种技术都有其独特的传输介质、工作频率、传输距离、优缺点和典型应用场景。例如,MCI-WPT适用于家用电器和便携电子设备,而MPT则适用于空间电站与城市电网之间的电力传输。

  3. WPT在可持续城市建设中的应用
    文章总结了WPT技术在七个主要领域的应用:便携电子设备、智能家居设备、植入式医疗设备、机器人、交通运输、电力传输和特殊场景(如海底、矿山、仓库等)。例如,在电动汽车领域,WPT技术可以显著减少充电时间,降低车辆总重量和成本,并提高交通灵活性。此外,WPT技术还促进了可再生能源的应用,如空间光伏电站、地面光伏电站和光伏屋顶的建设。

  4. WPT与可再生能源的结合
    文章提出,WPT技术与可再生能源和城市基础设施的结合,是构建无线能源绿色城市的关键。WPT技术可以加速可再生能源在城市电网中的应用,缓解能源消耗带来的危机和压力。例如,通过WPT技术,可以将空间光伏电站产生的电能传输到地面电网,供用户使用。此外,WPT技术还促进了电动汽车和智能设备的广泛应用,推动了城市交通和工业的绿色转型。

  5. WPT技术的可持续效益
    文章从能源政策、环境影响和社会经济三个方面分析了WPT技术在可持续城市建设中的效益。在能源政策方面,WPT技术有助于实现联合国的可持续发展目标,如“可负担的清洁能源”、“可持续城市和社区”和“气候行动”。在环境影响方面,WPT技术可以减少电力传输系统所需的材料、土地和能源消耗,优化城市空间布局,降低碳排放。在社会经济方面,WPT技术通过将可再生能源转化为电能资源,满足了城市日益增长的能源需求,减少了化石燃料的使用,缓解了能源危机。

  6. WPT技术的挑战与未来方向
    文章指出,WPT技术目前仍面临一些挑战,如对新电力系统的影响、城市安全和人类健康问题、无线网络中的能源协调与管理等。未来,WPT技术的研究方向包括新兴技术的整合(如5G、人工智能、物联网等)、无线能源城市的加速建设、双向无线能量传输技术的开发、可再生能源的广泛应用、与新电力系统的协调以及全球可及性的提升。

论文的意义与价值
本文通过对WPT技术的全面综述,提出了将WPT与可再生能源和城市基础设施结合的新应用模式,为智能城市的建设提供了新的思路。文章不仅总结了WPT技术的分类和应用场景,还分析了其在可持续城市建设中的多重效益,为未来的研究提供了方向。此外,文章还探讨了WPT技术面临的挑战和未来发展方向,为学术界和工业界提供了重要的参考。通过推动WPT技术的应用,本文为构建更加绿色、智能和可持续的城市做出了重要贡献。

亮点
本文的亮点在于其全面性。文章不仅详细介绍了WPT技术的分类和应用场景,还提出了将WPT与可再生能源和城市基础设施结合的新应用模式。此外,文章从能源政策、环境影响和社会经济三个方面分析了WPT技术的可持续效益,为未来的研究提供了多维度的视角。最后,文章还探讨了WPT技术面临的挑战和未来发展方向,具有重要的理论和实践意义。

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