Trådløs kraftoverføring: en vanskelig historie med å bli

Av den lange listen over fantastiske tekniske ideer implementert i dag, fortsetter bare drømmen om trådløs overføring av elektrisk energi å være utilgjengelig. Detaljerte beskrivelser av energistråler i science fiction-romaner erter ingeniører med deres åpenbare behov, og samtidig den praktiske umuligheten av implementering. Men situasjonen endrer seg gradvis til det bedre.

Helt fra begynnelsen av oppdagelsen av elektrisitet var det et problem med overføring til den endelige forbrukeren. Utviklingen av industriell produksjon har ført til en kraftig økning i etterspørselen etter strøm. Ledninger og poler av elektriske transmisjonslinjer har blitt et integrert element i landskap. Men bare spesialister vet hvor mye penger og krefter som brukes på å opprettholde disse linjene i fungerende stand, og hvor mye energi som går tapt i dem.

Fossile ressurser går gradvis ut, og energiforsyningsproblemer presser hardt på døren til energi. Det moderne menneskelige samfunn har gått inn i romfartsutforskningen, så våre synspunkter henvender seg til den åpenbare kilden til uuttømmelig energi - Solen. I milliarder av år avgir denne termonukleære reaktoren fantastiske mengder energi, hvorav en liten del vil være nok for menneskeheten i mange år. Men ett "lite" problem: hvordan overføre den mottatte energien til forbrukeren på jorden?

Fra dette øyeblikket begynner en seriøs diskusjon om mulighetene for å gjøre menneskeheten lykkelig med ubegrensede ressurser. Så langt er det to måter å løse problemet i listen over moderne romteknologiske verktøy. Den ene er relatert til overføring av laserstråle til bakkemottaksterminaler. For det andre - med overføring av mikrobølgeovn.

Laser energioverføring møter flere grunnleggende vansker. Den første er relatert til effektiviteten av den primære konverteringen av solstråling til sammenhengende laserstråling. Og det andre hviler på effektiviteten av energioverføring fra verdensrommet til jorden. På det første problemet har det skjedd fremgang: forskere fra Japan rapporterte om konvertering av solenergi til laserstråling med en virkningsgrad på 42%. Men overføring av energi til overflaten innebærer en rekke oppgaver som er vanskelige å løse.

Demping av en laserstråle hvis diameter på overflaten av jorden kan være hundrevis av meter. Dens intensitet avhenger av værforhold, nøyaktigheten av å peke på mottaksterminalen og til og med massen av parametere. Flygende fly eller flokker med fugler fanget i en strømstråle vil forvrenge eller svekke kraften. Hvis en slik hendelse ikke blir lagt merke til for et fly, vil fuglene lide betydelig: strålingsintensiteten nær jordoverflaten vil være titalls ganger kraftigere enn middagssolen.

Den andre måten å overføre energi på er mikrobølgebølger med frekvenser fra 2,4 til 5,8 GHz. Her er det et atmosfærisk "vindu" der dempningen av energien er minimal. Men den mottakende delen av energien er veldig kompleks og krever utvikling av moderne antennekomponenter. Ifølge forskere, for å overføre en effekt på 5 MW fra en høyde på 36.000 km (geostasjonær bane), vil en sendeantenne på 1 km i størrelse og en mottaksantenne være 10 km over. Slike fasiliteter i nær fremtid for menneskeheten har ikke råd.

I denne situasjonen begynte fremgangen på den andre siden. Utviklingen av moderne kommunikasjonsenheter og mobile dataenheter har krevd ofte lading av batteriene. I prinsippet gir dette ikke et spesielt problem, spesielt når du har en eller to slike enheter. Men hvis det er mange titalls av dem i familien eller på kontoret, så er det kontinuerlige søket etter ladeenheter som er kompatible med produkter distraherende og irriterende.

I følge ryktene var det denne omstendigheten som fikk Marina Solyachich, en ansatt ved University of Massachusetts, til Ideen om en måte å overføre energi uten ledninger. Etter at signalet om en utladet mobiltelefon vekket ham flere ganger midt på natten, bestemte han seg for å takle problemet alvorlig lader mobilenhetene trådløst.

Som et resultat så det ut fullstendig ny teknologi for overføring av energi fra nettverket til mobile enheter. Metoden består i resonanskobling ved bruk av magnetfeltet til mottakeren og senderen. Bak et uforståelig navn og ikke mindre uklar mekanisme (metoden er patentert og holdt hemmelig), er det skjult en metode for energioverføring uten ledere med en virkningsgrad på mer enn 40%. Teknologien heter «WiTricity».

Prinsippet for drift av teknologi for overføring av energi uten ledninger "WiTricity"

Trådløs lader for WiTricity mobiltelefon

I følge forfatterne av oppfinnelsen er dette ikke en "ren" resonans av de tilkoblede kretsene og er det heller ikke Tesla Transformer, med induktiv kobling. Radius for energioverføring i dag er litt mer enn to meter, i fremtiden - opp til 5-7 meter.

Lignende teknologier er feberutviklet av andre firmaer: Intel har demonstrert sin teknologi WREL med energioverføringseffektivitet opp til 75%. I 2009 demonstrerte Sony driften av et fjernsyn uten nettverkstilkobling.

Teknologidemonstrasjon WiTricity:

Intel WREL trådløs teknologi demonstrasjon:

Bare en omstendighet er alarmerende: uavhengig av overføringsmetode og tekniske triks, bør energitettheten og feltstyrken i rommene være høy nok til å drive enheter med en effekt på flere titalls watt.

I følge utviklerne selv er informasjon om de biologiske effektene på mennesker av slike systemer ennå ikke tilgjengelig. Gitt det nylige utseendet, og en annen tilnærming til implementering av energioverføringsenheter, er slike studier ennå ikke kommet, og resultatene vil ikke vises snart. Og vi kan bedømme deres negative innvirkning bare indirekte. Noe igjen vil forsvinne fra hjemmene våre, for eksempel kakerlakker.

Uten å prøve å fordype vanskeligheter med energioverføringsteknologier, kan vi si at med avstander opp til 10 meter i nær fremtid vil trådløse energioverføringsenheter bli en realitet. Du kan se på TV, bruke en datamaskin og lade mobile enheter uten å bekymre deg for tilstedeværelsen av ledninger og stikkontakter.

Men vi startet med overføringsproblemer ikke på titalls og hundrevis av watt, men med mer alvorlige kapasiteter. Dessverre i dag Den beste bragden i denne retningen er pilotoverføringen av 30 kilowatt kraft over en avstand på 2 kilometer. Denne hendelsen skjedde tilbake i 1975, og siden den gang har det ikke blitt gjort noen alvorlig fremgang. I de kommende tiårene bør man derfor ikke forvente et gjennombrudd innen trådløs energitransmisjon. Science fiction kan sove så langt.

Comments

[#1 Philip]

Jeg likte det. Jeg visste ikke at det virkelig eksisterer virkelige trådløse overføringsteknologier. Jeg tenkte før at det var rent fantastisk.

[#2 Shura]

Og jeg likte det. Det virker urealistisk at trådløs kraftoverføring allerede eksisterer.
Fiksjon blir en realitet. Det er vanskelig å forestille seg hva som venter oss videre.

[#3 Egor]

wow! visste ikke hvor interessant :-)

[#4 HP Veer]

Jeg kjøpte en HP Veer-telefon til min kone - så han har magnetisk / induktiv ladning, satte telefonen på båndtvangen - han lader - ingen ledninger til telefonen.
Men selvfølgelig vil avstanden i millimeter, en meter eller to være mye mer praktisk))

[#6]

Vasily Anatolyevich, tar feil. Denne metoden for energioverføring ble implementert for nesten 140 år siden av den italienske fysikeren Carlo Matteuchi, og den var ved hjelp av flyspiralspiraler. Kilden til energi var først utslippet av en Leyden-boks, og deretter Rumkorf-spolen.

Hva er beskrevet i den russiske utgaven av Full course of physics redigert av prof. Gano. Jeg kan gi både originalen og sideskanningen.

[#7 grå]

I dag realiseres ideen gjennom overføring av energi på grunn av de fysiske fenomenene elektromagnetisme som er derivater eller beslektede. Overføring av energi med høyfrekvente strømmer, gjennom magnetisme, er livsfarlig for mennesker og vil på alle måter være skjult i utviklingen av nye teknologier. Eventuelle bølger som fører en brøkdel av energi er et materiell objekt, og du kan like godt skyte en pistol og konvertere kinetisk energi til en kule til det du trenger. Utjevning av skadelige effekter av "overføringsveier" er hovedoppgaven til trådløs energi, og selve overføringen er sekundær ...

[#8 Michael]

Jeg er enig med Sery, det er nok mikrobølger som høres fulle ut selv om vi ikke føler det, kraftledninger er også veldig skadelige. Når du bor ved siden av dem i nærheten av 50 meter, kan du lett bli skallet. Alt stråler. Vel, induksjonstopper er absolutt mindre skadelige, siden de påvirker metall. Jeg ser ikke noe bra i teknologien for mobiltelefonavgifter. Det er mye mer praktisk å ha lading med et delt batteri. Dette og stikkontakten er ikke nødvendig. Når det gjelder byer, ser det ut til at den beste løsningen brukes i Tyskland ... Der installerer alle en liten kraftstasjon, vindmøller eller solcellepaneler i sitt område. Alt dette er forbeholdt batterier i kjelleren. Og hvis du ikke er hjemme eller ikke bruker mye strøm, belaster overskuddet reservene, og overskuddet går over i det generelle nettverket. Folk betaler også ekstra for dette. Som et resultat får vi mange fordeler, det er et balansert strømforsyningsnett der det ikke er store overbelastninger, overføringstap av elektronisk reduseres. Eieren betaler mindre og bruker mindre. Og dette i motsetning til kjernekraftverk når det produseres en enorm mengde energi på et tidspunkt som må fordeles jevnt og mister mye. Og avfallet er minimalt.

[#9]

Elektromagnetisk smog er farlig for bier, fugler, dyr, planter, mennesker - denne strålingen forårsaker mutasjoner, fremtiden tilhører bærbare drivstofffrie generatorer.

[#10]

Alt som er beskrevet i artikkelen, og i kommentarene, er meg kjent. Jeg følger nøye med på utviklingen av teknologi, og prøver å ikke gå glipp av en eneste nyhet. Det er egne ideer, det er bare synd at jeg blir fratatt muligheten til å teste dem i praksis. For eksempel en slik ide. Alle av oss har sett lynet mer enn en gang, og vi vet at enorme strømmer på hundretusener, eller til og med millioner ampere, strømmer i luften i kanalen med en gnistutladning. Dette betyr at luft under spesielle forhold kan passere gjennom den en enorm kraft av strøm. For å gjøre dette, trenger du bare å lage en ionisert kanal i luften. Og å skape det, med dagens utvikling av teknologi, er ikke så vanskelig som det ser ut til. For dette må du bruke en laserstråle som opererer i det ultrafiolette eller til og med i røntgenområdet for stråling, dvs. en laserstråle som passerer gjennom luften, bør lage en ionisert kanal. Overføring av energi fra verdensrommet til jorden på denne måten vil selvfølgelig ikke fungere, men bytte ut kablede ledninger - hvorfor ikke?

Ja, her er en annen ting jeg vil legge til. Når det gjelder elektromagnetisk smog, ser det ut til at en person kan tilpasse seg hva som helst.Vi er ikke kakerlakker, vi lever midt i stråling, og vi ville tygge på alt. Personlig er jeg, i denne forbindelse, et levende eksempel. Nå er jeg 67 år gammel, og nesten all min arbeidserfaring i USSR jobbet jeg med mikrobølgeovnsutstyr, og strømmen, til tider, var veldig betydelig (opptil 40 kW per puls). Han jobbet i et skjermkamera (ikke i det hele tatt for å beskytte noen mot stråling, men for å hindre fiendene i å vite hvilke frekvenser vi jobber med). For øvrig, i skjermkameraet fikk vi mye mer stråling enn om vi jobbet i åpen plass. Og til tross for alt dette, hadde jeg ikke en gang skallet.

[#11]

Det er mulig å overføre energi uten ledninger ved noen bølge som kan spre seg i rommet - lyd, lys, magnetisk, med påfølgende invers transformasjon til elektrisk strøm.

[#12 jury]

I seg selv er det elektromagnetiske feltet ikke veldig egnet for å overføre store ladninger over lange avstander uten den tilsvarende "leder" (kabel, laserstråle, etc.). Det er heller ikke lett å samle solens energi og konvertere den til strøm. Effektiviteten i alle kjente tilfeller er ikke veldig høy, noe som betyr at forbrukeren vil betale både for den elektriske energien selv og for tapet, noe som utgjør en betydelig del. Det er mest effektivt å konvertere energien fra et ikke-elektromagnetisk felt (et felt med høyere grad av rekkefølge) til elektromagnetisk. I dette tilfellet vil overføringskostnadene redusere med en størrelsesorden og følgelig vil kostnadene for kW falle.