未来的城市能否“智能”到足以为自己供电?

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在谈到未来的智慧城市时,人们可以将所有可以想到的元素总结为一个关键词,即连通性。 无论是无人驾驶的宇宙飞船出租车还是完全自动运行的摩天大楼,使城市更加智能的进步都得到了信息、技术接口和基础设施互联网络的支持。

几个世纪以来,人类一直在努力建设一个能够更好地响应居民需求,从安全、便利、居住条件等关键方面提高居民生活质量的城市。随着世界进入第四次工业革命,拥抱数字和物理环境的融合,这一目标越来越接近。

 

 

第一步是建立数字接口,启用高速互联网并安装物联网 (IoT) 设备,以收集和利用居民日常生活中的响应数据。截至 2021 年 3 月,全球有超过 100 亿个活跃的物联网设备,而且这个数字还在快速增长。随着城市实施更多智能设备和支持物联网的基础设施组件,电力需求将是巨大的,提供稳定的电力至关重要。

物联网设备供电的挑战

物联网设备通常包含三个需要电力的主要单元。总能耗因每个单元的集体需求而异,其中包括用于数据收集的传感器或用于执行任务的执行器、处理单元和支持不同网络之间数据交换的机器对机器 (M2M) 通信单元。最后一个通常是最大的变量,因为如果设备参与活跃的数据交换任务,这个单元会导致大量的能源使用。特别是对于智慧城市物联网设备,该单元通常 24小时全天候运行,在中央智能网络和本地设施(例如智能公用事业仪表)之间交换大量实时数据。连接到建筑物的仪表还连接到智能能源网络,以共享水电的实时使用情况,因此公用事业公司可以更好地监控能源消耗。许多物联网和工业 4.0 应用使用 3V 纽扣电池作为电源,因为它成本更低并提供稳定的电源,但电池的缺点也很明显。

电池的使用寿命有限,需要不断更换或充电,这会耗费难以想象的人力和财力,尤其是当设备位于危险区域且访问受限时。另一个缺点是随着电池需求和使用量的增长,不可避免地会出现环境不可持续性。这两个缺点都会在很大程度上阻碍智慧城市的成熟。因此,在这个过渡阶段找到替代的供电解决方案至关重要。关于供电的话题也应该超越建造传统的公共充电插座或制造寿命更长的电池,而是深入探讨供电技术之间的真正创新。

为什么我们需要 Qi 充电的替代方案

无线供电对市场来说并不是一个陌生的概念。该术语经常出现在接触式无线充电板、水桶和其他消费电子产品的广告中。然而,目前市场上可用的大多数设备和技术,如Qi充电(最常见的无线充电协议),都使用了磁感应技术,该技术在业界已经存在了近60年。它通过设备和发射器中的两个内置充电线圈起作用。尽管作为最常用的无线充电协议,感应充电的局限性很明显:距离。设备和发射器之间的距离需要在几厘米以内才能实现感应充电。

看看一些新兴的无线供电技术,其中一项突出的创新是智能射频 (RF) 透镜,这是一种无需使用任何电线或物理感应垫而在两个目标点之间传输电力的技术。通过使用毫米波 (mmWave) 通过空气传输电力,这种射频透镜技术可以将电力几乎与通过电线一样快地从多英尺远的地方同时传输到多个设备,实现真正的空中 (OTA) 供电。

尽管理想的解决方案仍在开发中并且尚未在市场上销售,但无线充电领域的进展描绘了一幅充满希望的蓝图。未来的智慧城市需要一个数字生态系统,它可以提供可持续的电源来支持数字接口和技术硬件更新。世界仍在发现未来的可能性,对权力科学的探索应该是一个持续的议程。

 
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