Bezprzewodowa transmisja mocy: trudna historia stawania się

Z długiej listy fantastycznych pomysłów technicznych wdrożonych dzisiaj, tylko marzenie o bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej nadal pozostaje niepodważalne. Szczegółowe opisy promieni energetycznych w powieściach science fiction dręczą inżynierów ich oczywistą potrzebą, a jednocześnie praktyczną niemożliwością realizacji. Ale sytuacja stopniowo się zmienia na lepsze.

Od samego początku odkrycia energii elektrycznej istniał problem jej przesyłania do odbiorcy końcowego. Rozwój produkcji przemysłowej doprowadził do gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną. Druty i słupy elektrycznych linii przesyłowych stały się integralnym elementem krajobrazów. Ale tylko specjaliści wiedzą, ile pieniędzy i wysiłku poświęca się na utrzymanie tych linii w stanie roboczym i ile energii w nich tracimy.

Zasoby kopalne stopniowo się wyczerpują, a problemy z zaopatrzeniem w energię mocno naciskają na drzwi energii. Współczesne społeczeństwo ludzkie wkroczyło w erę eksploracji kosmosu, więc nasze poglądy zwracają się do oczywistego źródła niewyczerpanej energii - Słońca. Przez miliardy lat ten reaktor termojądrowy emituje fantastyczne ilości energii, której niewielka część wystarczyłaby ludzkości na wiele lat. Ale jeden „mały” problem: jak przekazać otrzymaną energię konsumentowi na Ziemi?

Od tego momentu rozpoczyna się poważna dyskusja na temat możliwości uszczęśliwienia ludzkości nieograniczonymi zasobami. Do tej pory istnieją dwa sposoby rozwiązania problemu na liście nowoczesnych narzędzi technologii kosmicznej. Jeden jest związany z transfer energii wiązki laserowej do uziemienia terminali odbiorczych. Po drugie - z transfer energii mikrofalowej.

Laserowy transfer energii napotyka kilka podstawowych trudności. Pierwszy dotyczy wydajności pierwotnej konwersji promieniowania słonecznego w spójne promieniowanie laserowe. A drugi opiera się na wydajności transferu energii z kosmosu na Ziemię. W przypadku pierwszego problemu poczyniono postępy: naukowcy z Japonii zgłosili konwersję energii słonecznej na promieniowanie laserowe z wydajnością 42%. Jednak transfer energii na powierzchnię wiąże się z wieloma zadaniami, które są trudne do rozwiązania.

Tłumienie wiązki laserowej, której średnica na powierzchni Ziemi może wynosić setki metrów. Jego intensywność zależy od warunków pogodowych, dokładności wskazywania na terminalu odbiorczym, a nawet masy parametrów. Latające samoloty lub stada ptaków złapane w promieniu mocy zniekształcają lub osłabiają jego moc. Jeśli taki incydent pozostanie niezauważony dla samolotu, ptaki będą znacznie cierpieć: natężenie promieniowania w pobliżu powierzchni Ziemi będzie dziesiątki razy silniejsze niż południowe Słońce.

Drugi sposób przenoszenia energii to fale mikrofalowe o częstotliwościach od 2,4 do 5,8 GHz. Tutaj jest atmosferyczne „okno”, w którym tłumienie energii jest minimalne. Ale część odbiorcza energii jest bardzo złożona i wymaga opracowania nowoczesnych elementów antenowych. Według naukowców do przesyłania mocy 5 MW z wysokości 36 000 km (orbita geostacjonarna) wymagana będzie antena nadawcza o wielkości 1 km i antena odbiorcza o średnicy 10 km. Na takie udogodnienia w najbliższej przyszłości dla ludzkości nie stać.

W tej sytuacji postęp rozpoczął się po drugiej stronie. Rozwój nowoczesnej komunikacji i mobilnych urządzeń komputerowych wymagał częstego ładowania akumulatorów. Zasadniczo nie stanowi to szczególnego problemu, zwłaszcza gdy masz jedno lub dwa takie urządzenia. Ale jeśli w rodzinie lub biurze jest ich kilkadziesiąt, ciągłe poszukiwanie jednostek ładujących zgodnych z produktami jest rozpraszające i denerwujące.

Według plotek właśnie ta okoliczność skłoniła Marina Solyachich, pracownik University of Massachusetts, do Pomysł na sposób przesyłania energii bez przewodów. Kiedy sygnał rozładowanego telefonu komórkowego obudził go kilka razy w środku nocy, postanowił poważnie rozwiązać problem bezprzewodowo ładuj urządzenia mobilne.

W rezultacie wyglądało to całkowicie nowa technologia przesyłania energii z sieci do urządzeń mobilnych. Metoda polega na sprzężeniu rezonansowym z wykorzystaniem pola magnetycznego odbiornika i nadajnika. Za niezrozumiałą nazwą i nie mniej niejasnym mechanizmem (metoda jest opatentowana i utrzymywana w tajemnicy) ukryta jest metoda transferu energii bez przewodników o wydajności większej niż 40%. Technologia nazywa się WiTricity.

Zasada działania technologii przesyłania energii bez przewodów „WiTricity”

Bezprzewodowa ładowarka do telefonu komórkowego WiTricity

Według autorów wynalazku nie jest to „czysty” rezonans połączonych obwodów i nie jest Transformator Tesli, ze sprzężeniem indukcyjnym. Promień transferu energii dzisiaj jest nieco większy niż dwa metry, w przyszłości - do 5-7 metrów.

Podobne technologie są gorączkowo rozwijane przez inne firmy: Intel zademonstrował swoją technologię WREL o wydajności przenoszenia energii do 75%. W 2009 r. Sony zademonstrowało działanie telewizora bez połączenia sieciowego.

Prezentacja technologii WiTricity:

Demonstracja technologii bezprzewodowej Intel WREL:

Niepokojąca jest tylko jedna okoliczność: niezależnie od metody transmisji i sztuczek technicznych gęstość energii i natężenie pola w pomieszczeniach powinny być wystarczająco wysokie, aby zasilać urządzenia o mocy kilkudziesięciu watów.

Według samych twórców informacje na temat biologicznego wpływu takich systemów na ludzi nie są jeszcze dostępne. Biorąc pod uwagę niedawny wygląd i inne podejście do wdrażania urządzeń do przesyłania energii, takie badania dopiero nadejdą, a wyniki nie pojawią się wkrótce. I możemy ocenić ich negatywny wpływ tylko pośrednio. Coś znowu zniknie z naszych domów, takie jak karaluchy.

Bez prób zagłębiania się w zawiłości technologii transferu energii, możemy powiedzieć, że na poziomie odległości do 10 metrów w najbliższej przyszłości bezprzewodowe urządzenia do przesyłania energii staną się rzeczywistością. Możesz oglądać telewizję, korzystać z komputera i ładować urządzenia mobilne, nie martwiąc się o obecność przewodów i gniazd.

Ale zaczęliśmy od problemów z transmisją nie dziesiątek i setek watów, ale poważniejszych mocy. Niestety dzisiaj Najlepszym osiągnięciem w tym kierunku jest pilotowa transmisja 30 kilowatów mocy na odległość 2 kilometrów (1 milę). To wydarzenie miało miejsce w 1975 roku i od tego czasu nie poczyniono żadnych poważnych postępów. Dlatego w nadchodzących dekadach nie należy spodziewać się przełomu w dziedzinie bezprzewodowej transmisji energii. Science fiction może do tej pory spać.

Comments

[#1 Philip]

Podobało mi się Nie wiedziałem, że istnieją już rzeczywiste technologie bezprzewodowej transmisji mocy. Wcześniej myślałem, że to czysto fantastyczne.

[#2 Shurochka]

I podobało mi się to. Wydaje się nierealistyczne, że bezprzewodowa transmisja mocy już istnieje.
Fikcja staje się rzeczywistością. Trudno nawet wyobrazić sobie, co nas czeka.

[#3 egor]

wow! nie wiedziałem jak ciekawe :-)

[#4 HP Veer]

Kupiłem telefon HP Veer dla mojej żony - więc ma on ładunek magnetyczny / indukcyjny, włóż telefon do modemu - ładuje się - nie ma przewodów do telefonu.
Ale oczywiście odległość w milimetrach, metr lub dwa byłyby znacznie wygodniejsze))

[#6]

Wasilij Anatoljewicz, jest w błędzie. Ta metoda transferu energii została wdrożona prawie 140 lat temu przez włoskiego fizyka Carlo Matteuchi i przy pomocy płaskich cewek spiralnych. Źródłem energii było najpierw rozładowanie puszki Leydena, a następnie cewki Rumkorfa.

Co opisano w rosyjskim wydaniu pełnego kursu fizyki pod redakcją prof. Gano. Mogę dostarczyć zarówno oryginał, jak i skan strony.

[#7 Szary]

Dziś pomysł realizuje się poprzez transfer energii z powodu fizycznych zjawisk elektromagnetyzmu, które są pochodne lub powiązane. Przekazywanie energii prądami o wysokiej częstotliwości przez magnetyzm jest śmiertelnie niebezpieczne dla ludzi i pod każdym względem będzie ukryte w rozwoju nowych technologii. Wszelkie fale, które same w sobie niosą ułamek energii, są przedmiotem materialnym i z takim samym sukcesem możesz strzelać z pistoletu, zamieniając energię kinetyczną pocisku w to, czego potrzebujesz. Wyrównanie szkodliwych skutków „ścieżek transmisji” jest głównym zadaniem energii bezprzewodowej, a sama transmisja jest wtórna ...

[#8 Michaił]

Zgadzam się z Sery, jest wystarczająco dużo mikrofal, które brzmią w pełni, chociaż nie czujemy tego, linie energetyczne są również bardzo szkodliwe. Mieszkając obok nich w odległości 50 metrów, możesz łatwo łysić. Wszystko promieniuje. Cóż, płyty indukcyjne są z pewnością mniej szkodliwe, ponieważ wpływają na metal. Nie widzę nic dobrego w technologii opłat za telefon komórkowy. O wiele wygodniej jest ładować za pomocą wspólnej baterii. To i wylot nie są potrzebne. Jeśli chodzi o miasta, wydaje mi się, że najlepsze rozwiązanie stosuje się w Niemczech ... Tam każdy instaluje małą elektrownię, wiatraki lub panele słoneczne na swoim obszarze. Wszystko to jest zarezerwowane na przykład przez baterie w piwnicy. A jeśli nie ma Cię w domu lub nie zużywasz dużo energii elektrycznej, wówczas nadwyżka obciąża rezerwy, a nadwyżka trafia do ogólnej sieci. Ludzie płacą za to dodatkowo. W rezultacie uzyskujemy wiele zalet, jest to zrównoważona sieć zasilająca, w której nie występują duże przeciążenia, a straty transmisyjne elektroniki są zmniejszone. Właściciel płaci mniej i zużywa mniej. Jest to w przeciwieństwie do elektrowni jądrowych, gdy w jednym punkcie generowana jest ogromna ilość energii, która musi być równomiernie rozprowadzona i dużo stracić. A marnotrawstwo jest minimalne.

[#9]

Smog elektromagnetyczny jest niebezpieczny dla pszczół, ptaków, zwierząt, roślin, ludzi - promieniowanie to powoduje mutacje, przenośne generatory bez paliwa są przyszłością.

[#10]

Wszystko, co jest opisane w artykule i w komentarzach, jest mi znane. Uważnie śledzę rozwój technologii i staram się nie przegapić żadnej nowości. Są własne pomysły, szkoda tylko, że pozbawiono mnie możliwości przetestowania ich w praktyce. Na przykład taki pomysł. Wszyscy oglądaliśmy błyskawice więcej niż jeden raz i wiemy, że ogromne prądy setek tysięcy, a nawet milionów amperów płyną w kanale wyładowania iskrowego w powietrzu. Oznacza to, że powietrze w specjalnych warunkach jest w stanie przepuścić przez nie ogromną moc elektryczności. Aby to zrobić, wystarczy utworzyć zjonizowany kanał w powietrzu. Stworzenie go przy dzisiejszym rozwoju technologii nie jest tak trudne, jak się wydaje. Aby to zrobić, użyj wiązki laserowej działającej w ultrafiolecie lub nawet w zakresie promieniowania rentgenowskiego, tj. wiązka lasera przechodząca przez powietrze powinna stworzyć kanał zjonizowany. Oczywiście przekazywanie energii z kosmosu na Ziemię w ten sposób nie będzie działać, ale zastąpienie przewodowych linii energetycznych - dlaczego nie?

Tak, oto kolejna rzecz, którą chcę dodać. Jeśli chodzi o smog elektromagnetyczny, osoba wydaje się być w stanie dostosować się do wszystkiego.Nie jesteśmy karaluchami, żyjemy w promieniowaniu i chcieliśmy wszystko przeżuć. Osobiście jestem pod tym względem żywym przykładem. Teraz mam 67 lat i prawie całe moje doświadczenie zawodowe w ZSRR zajmowałem się sprzętem mikrofalowym, a moc była czasami bardzo znacząca (do 40 kW na impuls). Pracował w kamerze ekranowej (wcale nie po to, by chronić kogoś przed promieniowaniem, ale po to, by wrogowie nie wiedzieli, na jakich częstotliwościach pracujemy). Nawiasem mówiąc, w kamerze ekranowej otrzymaliśmy znacznie więcej promieniowania niż gdybyśmy pracowali na otwartej przestrzeni. I pomimo tego nawet nie łysiłem.

[#11]

Możliwe jest przesyłanie energii bez przewodów przez dowolną falę zdolną do propagacji w przestrzeni - dźwięk, światło, magnes, a następnie odwrotną konwersję na prąd elektryczny.

[#12 Jurij]

Samo pole elektromagnetyczne nie nadaje się do przenoszenia dużych ładunków na duże odległości bez odpowiedniego „przewodnika” (kabla, wiązki laserowej itp.). Zbieranie energii słonecznej i przekształcanie jej w elektryczność również nie jest łatwe. Wydajność we wszystkich znanych przypadkach nie jest bardzo wysoka, co oznacza, że ​​konsument zapłaci zarówno za samą energię elektryczną, jak i za jej straty, które są znaczącą częścią. Najbardziej wydajne jest przekształcanie energii pola nie elektromagnetycznego (pola o wyższym stopniu uporządkowania) w elektromagnetyczne. W takim przypadku koszty transmisji spadną o rząd wielkości, a zatem koszt kW spadnie.