Trådlös kraftöverföring: en svår historia att bli

Av den långa listan med fantastiska tekniska idéer som implementeras idag är det bara drömmen om trådlös överföring av elektrisk energi som fortfarande är otillgänglig. Detaljerade beskrivningar av energistrålar i science fiction-romaner retar ingenjörer med deras uppenbara behov, och samtidigt den praktiska omöjligheten att genomföra. Men situationen förändras gradvis till det bättre.

Från början av upptäckten av elektricitet fanns det problem med överföringen till slutkonsumenten. Utvecklingen av industriell produktion har lett till en kraftig ökning av efterfrågan på el. Ledningar och stolpar i elektriska transmissionslinjer har blivit ett integrerat element i landskap. Men bara specialister vet hur mycket pengar och ansträngningar som används för att hålla dessa linjer i funktionsdugligt skick, och hur mycket energi som förloras i dem.

Fossila resurser tar gradvis slut och problem med energiförsörjningen pressar hårt på energidörren. Det moderna mänskliga samhället har gått in i rymdutforskningens era, så våra åsikter vänder sig till den uppenbara källan till outtömlig energi - solen. I miljarder år avger denna termonukleära reaktor fantastiska mängder energi, av vilken en liten del skulle räcka för mänskligheten under många år. Men ett "litet" problem: hur kan man överföra den mottagna energin till konsumenten på jorden?

Från detta ögonblick börjar en seriös diskussion om möjligheterna att göra mänskligheten lycklig med obegränsade resurser. Hittills finns det två sätt att lösa problemet i listan över moderna rymdtekniska verktyg. En är släkt med laserstråle energiöverföring till markmottagningsterminaler. För det andra - med överföring av mikrovågsugn.

Laserenergiöverföring möter flera grundläggande svårigheter. Den första är relaterad till effektiviteten i den primära omvandlingen av solstrålning till sammanhängande laserstrålning. Och den andra vilar på effektiviteten i energiöverföring från rymden till jorden. När det gäller det första problemet har framsteg gjorts: forskare från Japan rapporterade omvandlingen av solenergi till laserstrålning med en effektivitet på 42%. Men överföring av energi till ytan innebär ett antal uppgifter som är svåra att lösa.

Dämpning av en laserstråle vars diameter på jordens yta kan vara hundratals meter. Dess intensitet beror på väderförhållandena, riktningen av att peka på mottagningsterminalen och till och med massan av parametrar. Flygande flygplan eller fågelflockar som fångats i en strålstråle kommer att snedvrida eller försvaga dess kraft. Om en sådan händelse går obemärkt för ett flygplan, kommer fåglarna att drabbas betydligt: ​​strålningsintensiteten nära jordens yta kommer att vara tiotals gånger kraftigare än middagssolen.

Det andra sättet att överföra energi är mikrovågsvågor med frekvenser från 2,4 till 5,8 GHz. Här finns ett atmosfäriskt "fönster" där dämpningen av energi är minimal. Men den mottagande delen av energin är mycket komplex och kräver utveckling av moderna antennkomponenter. För att överföra en effekt på 5 MW från en höjd av 36.000 km (geostationär bana) krävs enligt forskare en sändningsantenn som är 1 km stor och en mottagningsantenn 10 km över. Sådana anläggningar i en nära framtid för mänskligheten har inte råd.

I denna situation började framsteg på andra sidan. Utvecklingen av moderna kommunikations- och mobila datorenheter har krävt ofta laddning av sina batterier. I princip innebär detta inte ett särskilt problem, särskilt när du har en eller två sådana enheter. Men om det finns dussintals i familjen eller kontoret, är den kontinuerliga sökningen efter laddningsenheter kompatibla med produkter distraherande och irriterande.

Enligt rykten var det denna omständighet som fick Marina Solyachich, anställd vid University of Massachusetts, till Idén om ett sätt att överföra energi utan ledningar. Efter att signalen om en urladdat mobiltelefon väckte honom flera gånger mitt på natten beslutade han att allvarligt ta itu med problemet laddar trådlöst dina mobila enheter trådlöst.

Som ett resultat verkade det helt ny teknik för överföring av energi från nätverket till mobila enheter. Metoden består i resonanskoppling med hjälp av mottagarens och sändarens magnetfält. Bakom ett obegripligt namn och inte mindre dum mekanism (metoden är patenterad och hemlig) döljs en metod för energiöverföring utan ledare med en effektivitet på mer än 40%. Tekniken kallas «WiTricity».

Principen för drift av teknik för energiöverföring utan ledningar "WiTricity"

Trådlös laddare för WiTricity mobiltelefon

Enligt författarna till uppfinningen är detta inte en "ren" resonans för de anslutna kretsarna och är det inte Tesla Transformer, med induktiv koppling. Energiöverföringsradie idag är lite mer än två meter i framtiden - upp till 5-7 meter.

Liknande tekniker utvecklas feber av andra företag: Intel har visat sin teknik WREL med energiöverföringseffektivitet upp till 75%. 2009 demonstrerade Sony hur TV fungerar utan nätverksanslutning.

Teknologidemonstration WiTricity:

Intel WREL trådlös teknikdemonstration:

Endast en omständighet är alarmerande: oavsett överföringsmetod och tekniska tricks bör energitätheten och fältstyrkan i rummen vara tillräckligt hög för att driva enheter med en effekt på flera tiotals watt.

Enligt utvecklarna själva är information om biologiska effekter på människor av sådana system ännu inte tillgänglig. Med tanke på det senaste utseendet och ett annat tillvägagångssätt för implementering av energiöverföringsanordningar är sådana studier ännu inte kommande och resultaten kommer inte att visas snart. Och vi kan bedöma deras negativa inverkan endast indirekt. Något igen kommer att försvinna från våra hem, till exempel kackerlackor.

Utan att försöka fördjupa problematiken med teknik för överföring av energi kan vi säga att trådlösa energioverföringsenheter kommer att bli verklighet på en avstånd på upp till 10 meter inom en snar framtid. Du kan titta på TV, använda en dator och ladda mobila enheter utan att oroa dig för förekomsten av sladdar och uttag.

Men vi började med överföringsproblem inte på tiotals och hundratals watt, men med allvarligare kapacitet. Tyvärr idag Den bästa prestationen i denna riktning är pilotöverföringen av 30 kilowatt kraft över ett avstånd av 2 kilometer (1 mil). Denna händelse hände tillbaka 1975 och sedan dess har inga allvarliga framsteg gjorts. Under de kommande decennierna bör man därför inte förvänta sig ett genombrott inom området trådlös energiöverföring. Science fiction kan sova hittills.

Comments

[#1 Philip]

Jag gillade det. Jag visste inte att verkliga trådlösa kraftöverföringstekniker redan fanns. Jag tänkte tidigare att det var rent fantastiskt.

[#2 Shura]

Och jag gillade det. Det verkar orealistiskt att trådlös kraftöverföring redan finns.
Fiktion blir en verklighet. Det är till och med svårt att föreställa sig vad som väntar oss därefter.

[#3 egor]

wow! visste inte hur intressant :-)

[#4 HP Veer]

Jag köpte en HP Veer-telefon till min fru - så han har en magnetisk / induktiv laddning, satte telefonen på bandvagnen - han laddar - inga ledningar för telefonen.
Men naturligtvis skulle avståndet i millimeter, en meter eller två vara mycket mer praktiskt))

[#6]

Vasily Anatolyevich, tar fel. Denna metod för energiöverföring implementerades för nästan 140 år sedan av den italienska fysikern Carlo Matteuchi och var med hjälp av plan-spiralspolar. Källan till energi var först utsläppet av en Leydenburk och sedan Rumkorfspiralen.

Vad som beskrivs i den ryska upplagan av Full kurs i fysik redigerad av prof. Gano. Jag kan tillhandahålla både original- och sidskanningen.

[#7 grå]

Idag realiseras idén genom överföring av energi på grund av de fysiska fenomenen elektromagnetism som är derivat eller relaterade. Överföring av energi med högfrekventa strömmar, genom magnetism, är dödlig för människor och kommer på alla sätt att döljas i utvecklingen av ny teknik. Alla vågor som bär en bråkdel av energin i sig är ett materiellt föremål och med samma framgång kan du skjuta en pistol som gör en kulets kinetiska energi till det du behöver. Utjämning av de skadliga effekterna av "överföringsvägar" är den viktigaste uppgiften för trådlös energi, och själva överföringen är sekundär ...

[#8 Michael]

Jag håller med Sery, det finns tillräckligt med mikrovågor som låter fulla även om vi inte känner det, kraftledningar är också mycket skadliga. När du bor bredvid dem i närheten av 50 meter kan du lätt kala. Allt strålar. Tja, induktionshällen är verkligen mindre skadliga eftersom de påverkar metall. Jag ser inget bra i tekniken för mobiltelefonavgifter. Det är mycket bekvämare att ladda med ett delat batteri. Detta och uttaget behövs inte. När det gäller städerna verkar det som om den bästa lösningen används i Tyskland ... Där installerar alla ett litet kraftverk, väderkvarnar eller solpaneler i sitt område. Allt detta är till exempel reserverat av batterier i källaren. Och om du inte är hemma eller om du inte använder mycket elektricitet, debiterar överskottet reserverna och överskottet går till det allmänna nätet. Folk betalar också extra för detta. Som ett resultat får vi många fördelar, det är ett balanserat nätaggregat där det inte finns några stora överbelastningar, överföringsförluster av elektroniska minskas. Ägaren betalar mindre och konsumerar mindre. Och detta i motsats till kärnkraftverk när en enorm mängd energi genereras vid en punkt som måste fördelas jämnt och förlora mycket. Och avfallet är minimalt.

[#9]

Elektromagnetisk smog är farlig för bin, fåglar, djur, växter, människor - denna strålning orsakar mutationer, framtiden tillhör bärbara bränslefria generatorer.

[#10]

Allt som beskrivs i artikeln och i kommentarerna är bekant för mig. Jag följer teknisk utveckling noggrant och försöker att inte missa en enda nyhet. Det finns egna idéer, det är bara synd att jag berövas möjligheten att testa dem i praktiken. Till exempel en sådan idé. Vi alla har sett blixten mer än en gång, och vi vet att enorma strömmar på hundratusentals, eller till och med miljoner ampere, flyter i luften i en gnistutladdningskanal. Detta innebär att luft under speciella förhållanden kan passera genom den en enorm kraft av el. För att göra detta behöver du bara skapa en joniserad kanal i luften. Och att skapa den med dagens tekniska utveckling är inte så svår som det verkar. För att göra detta, använd en laserstråle som arbetar i ultraviolett eller till och med inom röntgenområdet för strålning, d.v.s. en laserstråle som passerar genom luften bör skapa en joniserad kanal. Naturligtvis fungerar inte överföring av energi från det yttre rymden till jorden på detta sätt, men byte av trådbundna kraftledningar - varför inte?

Ja, här är en annan sak som jag vill lägga till. När det gäller elektromagnetisk smog, verkar en person kunna anpassa sig till vad som helst.Vi är inte kackerlackor, vi lever mitt i strålningen och vi ville tugga på allt. Personligen är jag i detta avseende ett levande exempel. Nu är jag 67 år, och nästan all min arbetslivserfarenhet i Sovjetunionen handlade jag med mikrovågsutrustning, och kraften var ibland mycket betydande (upp till 40 kW per puls). Han arbetade i en skärmkamera (inte alls för att skydda någon från strålning, men för att förhindra fienderna att veta vilka frekvenser vi arbetar med). Förresten, i skärmkamera fick vi mycket mer strålning än om vi arbetade i öppet utrymme. Och trots allt detta gjorde jag inte ens kala.

[#11]

Det är möjligt att överföra energi utan ledningar av någon våg som kan spridas i rymden - ljud, ljus, magnet, följt av omvänd omvandling till elektrisk ström.

[#12 jury]

I sig själv är det elektromagnetiska fältet inte särskilt lämpligt för att överföra stora laddningar över långa avstånd utan motsvarande "ledare" (kabel, laserstråle, etc.). Att samla in solens energi och omvandla den till elektricitet är inte heller lätt. Effektiviteten i alla kända fall är inte särskilt hög, vilket innebär att konsumenten kommer att betala både för den elektriska energin själv och för sin förlust, vilket är en betydande del. Det är mest effektivt att konvertera energin i ett icke-elektromagnetiskt fält (ett fält med högre ordningsgrad) till elektromagnetiskt. I detta fall kommer överföringskostnaderna att minska med en storleksordning och följaktligen kommer kostnaden för kW att sjunka.