Ασύρματη μετάδοση ισχύος: μια δύσκολη ιστορία του να γίνει

Από τη μακρά λίστα των φανταστικών τεχνικών ιδεών που εφαρμόζονται σήμερα, μόνο το όνειρο της ασύρματης μετάδοσης της ηλεκτρικής ενέργειας εξακολουθεί να παραμένει ανυπέρβλητο. Οι λεπτομερείς περιγραφές των ενεργειακών ακτίνων στα μυθιστορήματα επιστημονικής φαντασίας πειράζουν τους μηχανικούς με την προφανή ανάγκη τους και ταυτόχρονα την πρακτική αδυναμία υλοποίησης. Αλλά η κατάσταση μεταβάλλεται προοδευτικά προς το καλύτερο.

Από την αρχή της ανακάλυψης του ηλεκτρικού ρεύματος, υπήρχε πρόβλημα μετάδοσης του στον τελικό καταναλωτή. Η ανάπτυξη της βιομηχανικής παραγωγής οδήγησε σε απότομη αύξηση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας. Τα καλώδια και οι πόλοι των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας έχουν γίνει ένα αναπόσπαστο στοιχείο των τοπίων. Αλλά μόνο οι ειδικοί γνωρίζουν πόσα χρήματα και προσπάθεια δαπανώνται για τη διατήρηση αυτών των γραμμών σε κατάσταση λειτουργίας και πόση ενέργεια χάνεται σε αυτά.

Οι ορυκτοί πόροι εξαντλούνται σταδιακά και τα προβλήματα ενεργειακού εφοδιασμού πιέζουν σκληρά στην πόρτα της ενέργειας. Η σύγχρονη ανθρώπινη κοινωνία εισήλθε στην εποχή της εξερεύνησης του διαστήματος, έτσι ώστε οι απόψεις μας να στραφούν στην προφανή πηγή της ανεξάντλητης ενέργειας - τον Ήλιο. Για δισεκατομμύρια χρόνια, αυτός ο θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας εκπέμπει φανταστικά ποσά ενέργειας, ένα μικρό μέρος του οποίου θα ήταν αρκετό για την ανθρωπότητα για πολλά χρόνια. Αλλά ένα "μικρό" πρόβλημα: πώς να μεταφέρετε τη λαμβανόμενη ενέργεια στον καταναλωτή στη Γη;

Από αυτή τη στιγμή ξεκινάει μια σοβαρή συζήτηση σχετικά με τις δυνατότητες ευχαρίστησης της ανθρωπότητας με απεριόριστους πόρους. Μέχρι στιγμής, υπάρχουν δύο τρόποι επίλυσης του προβλήματος στη λίστα των σύγχρονων εργαλείων τεχνολογίας διαστήματος. Κάποιος σχετίζεται με μεταφορά ενέργειας δέσμης λέιζερ σε τερματικά λήψης εδάφους. Δεύτερον - με μεταφορά ενέργειας μικροκυμάτων.

Η μεταφορά ενέργειας με λέιζερ συναντά πολλές βασικές δυσκολίες. Το πρώτο σχετίζεται με την αποτελεσματικότητα της πρωταρχικής μετατροπής της ηλιακής ακτινοβολίας σε συνεκτική ακτινοβολία λέιζερ. Και το δεύτερο στηρίζεται στην αποτελεσματικότητα της μεταφοράς ενέργειας από το διάστημα στη Γη. Σχετικά με το πρώτο πρόβλημα, σημειώθηκε πρόοδος: επιστήμονες από την Ιαπωνία ανέφεραν τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ακτινοβολία λέιζερ με απόδοση 42%. Αλλά η μεταφορά ενέργειας στην επιφάνεια συνεπάγεται μια σειρά εργασιών που είναι δύσκολο να λυθούν.

Η εξασθένιση μιας δέσμης λέιζερ, της οποίας η διάμετρος στην επιφάνεια της Γης μπορεί να είναι εκατοντάδες μέτρα. Η έντασή του εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες, την ακρίβεια της ένδειξης στο τερματικό λήψης και ακόμη και τη μάζα των παραμέτρων. Τα πτητικά αεροσκάφη ή τα κοπάδια πτηνών που αλιεύονται σε μια ακτίνα δύναμης θα διαστρεβλώσουν ή θα εξασθενίσουν τη δύναμή του. Αν ένα τέτοιο περιστατικό παραβλεφθεί για ένα αεροπλάνο, τότε τα πουλιά θα υποφέρουν σημαντικά: η ένταση της ακτινοβολίας κοντά στην επιφάνεια της Γης θα είναι δεκάδες φορές ισχυρότερη από τον ήλιο του μεσημεριού.

Ο δεύτερος τρόπος μεταφοράς ενέργειας είναι τα κύματα μικροκυμάτων με συχνότητες από 2,4 έως 5,8 GHz. Υπάρχει ένα ατμοσφαιρικό «παράθυρο» στο οποίο η εξασθένηση της ενέργειας είναι ελάχιστη. Αλλά το μέρος της ενέργειας που δέχεται είναι πολύ περίπλοκο και απαιτεί την ανάπτυξη σύγχρονων στοιχείων κεραίας. Σύμφωνα με επιστήμονες, για τη μετάδοση ισχύος 5 MW από ύψος 36.000 χλμ. (Γεωστατική τροχιά), θα απαιτείται μια κεραία μετάδοσης 1 χλμ. Και μια κεραία λήψης 10 χλμ. Τέτοιες δομές στο εγγύς μέλλον για την ανθρωπότητα δεν μπορούν να αντέξουν οικονομικά.

Σε αυτή την κατάσταση, ξεκίνησε η πρόοδος από την άλλη πλευρά. Η ανάπτυξη σύγχρονων συσκευών επικοινωνιών και κινητών υπολογιστών απαιτεί συχνή επαναφόρτιση των μπαταριών τους. Κατ 'αρχήν, αυτό δεν παρουσιάζει ιδιαίτερο πρόβλημα, ειδικά όταν έχετε μία ή δύο τέτοιες συσκευές. Αλλά εάν υπάρχουν δεκάδες στην οικογένεια ή το γραφείο, τότε η συνεχής αναζήτηση μονάδων χρέωσης συμβατών με τα προϊόντα είναι αποσπασματική και ενοχλητική.

Σύμφωνα με φήμες, αυτό το γεγονός ώθησε τη Μαρίνα Σολιάτσιτς, υπάλληλο του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης, να Η ιδέα ενός τρόπου μεταφοράς ενέργειας χωρίς καλώδια. Αφού το σήμα του εκκενωμένου κινητού τηλεφώνου τον ξυπνούσε αρκετές φορές στη μέση της νύχτας, αποφάσισε να αντιμετωπίσει σοβαρά το πρόβλημα φορτίστε ασύρματα τις κινητές συσκευές σας.

Ως αποτέλεσμα, εμφανίστηκε εντελώς νέα τεχνολογία για τη μεταφορά ενέργειας από το δίκτυο σε κινητές συσκευές. Η μέθοδος συνίσταται στη συντονισμένη σύζευξη χρησιμοποιώντας το μαγνητικό πεδίο του δέκτη και του πομπού. Πίσω από ένα ακατανόητο όνομα και όχι λιγότερο σκοτεινό μηχανισμό (η μέθοδος κατοχυρώνεται με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και διατηρείται μυστική), υπάρχει κρυμμένη μέθοδος μεταφοράς ενέργειας χωρίς αγωγούς με απόδοση άνω του 40%. Η τεχνολογία καλείται WiTricity.

Η αρχή της λειτουργίας της τεχνολογίας για τη μεταφορά ενέργειας χωρίς καλώδια "WiTricity"

Ασύρματο φορτιστή για κινητό τηλέφωνο WiTricity

Σύμφωνα με τους συγγραφείς της εφεύρεσης, αυτό δεν είναι ένας "καθαρός" συντονισμός των συνδεδεμένων κυκλωμάτων και δεν είναι Μετασχηματιστή Tesla, με επαγωγική σύζευξη. Η ακτίνα μεταφοράς ενέργειας σήμερα είναι λίγο περισσότερο από δύο μέτρα, στο μέλλον - μέχρι 5-7 μέτρα.

Παρόμοιες τεχνολογίες αναπτύσσονται πυρετωδώς από άλλες επιχειρήσεις: η Intel έχει επιδείξει την τεχνολογία της WREL με απόδοση μεταφοράς ενέργειας έως 75%. Το 2009, η Sony παρουσίασε τη λειτουργία μιας τηλεόρασης χωρίς σύνδεση δικτύου.

Τεχνολογική επίδειξη WiTricity:

Απόδειξη ασύρματης τεχνολογίας Intel WREL:

Μόνο μία περίπτωση είναι ανησυχητική: ανεξάρτητα από τη μέθοδο μετάδοσης και τα τεχνικά κόλπα, η ενεργειακή πυκνότητα και η ισχύς των πεδίων στα δωμάτια πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε να τροφοδοτούν συσκευές με ισχύ αρκετών δεκάδων βατ.

Σύμφωνα με τους ίδιους τους προγραμματιστές, πληροφορίες σχετικά με τις βιολογικές επιδράσεις αυτών των συστημάτων στους ανθρώπους δεν είναι ακόμη διαθέσιμες. Δεδομένης της πρόσφατης εμφάνισης και μιας διαφορετικής προσέγγισης στην εφαρμογή των συσκευών μεταφοράς ενέργειας, τέτοιες μελέτες δεν έχουν ακόμη ολοκληρωθεί και τα αποτελέσματα δεν θα εμφανιστούν σύντομα. Και μπορούμε να κρίνουμε τον αρνητικό τους αντίκτυπο μόνο εμμέσως. Κάτι και πάλι θα εξαφανιστεί από τα σπίτια μας, όπως οι κατσαρίδες.

Χωρίς να προσπαθούμε να βρεθούμε στις πολυπλοκότητες των τεχνολογιών μεταφοράς ενέργειας, μπορούμε να πούμε ότι στο επίπεδο των αποστάσεων έως 10 μέτρα στο εγγύς μέλλον, οι συσκευές ασύρματης μεταφοράς ενέργειας θα γίνουν πραγματικότητα. Μπορείτε να παρακολουθήσετε τηλεόραση, να χρησιμοποιήσετε έναν υπολογιστή και να φορτώσετε φορητές συσκευές χωρίς να ανησυχείτε για την παρουσία καλωδίων και πριζών.

Αλλά ξεκινήσαμε με προβλήματα μετάδοσης όχι δεκάδων και εκατοντάδων βατ, αλλά με πιο σοβαρές ικανότητες. Δυστυχώς σήμερα Το καλύτερο επίτευγμα προς αυτή την κατεύθυνση είναι η πιλοτική μετάδοση ισχύος 30 κιλοβάτ σε απόσταση 2 χιλιομέτρων (1 μίλι). Το γεγονός αυτό συνέβη το 1975 και από τότε δεν έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος. Ως εκ τούτου, τις επόμενες δεκαετίες, δεν πρέπει να περιμένουμε μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα της ασύρματης μετάδοσης ενέργειας. Η επιστημονική φαντασία μπορεί να κοιμηθεί μέχρι τώρα.

Comments

[#1 Philip]

Μου άρεσε. Δεν ήξερα ότι ήδη υπήρχαν τεχνολογίες ασύρματης μετάδοσης ισχύος πραγματικής ζωής. Σκέφτηκα πριν από αυτό ότι ήταν απλά φανταστικό.

[#2 Shurochka]

Και μου άρεσε. Φαίνεται αναμφισβήτητο ότι ήδη υπάρχει ασύρματη μετάδοση ισχύος.
Η μυθοπλασία γίνεται πραγματικότητα. Είναι ακόμα δύσκολο να φανταστεί κανείς τι μας περιμένει στη συνέχεια.

[#3 π.χ.]

wow! δεν ήξερα πόσο ενδιαφέροντα :-)

[#4 HP Veer]

Αγόρασα ένα τηλέφωνο HP Veer για τη σύζυγό μου - έτσι έχει μαγνητική / επαγωγική φόρτιση, βάζει το τηλέφωνο στη ζώνη - φορτίζει - δεν έχει καλώδια για το τηλέφωνο.
Αλλά φυσικά η απόσταση σε χιλιοστά, ένα μέτρο ή δύο θα ήταν πολύ πιο βολικό))

[#6]

Vasily Anatolyevich, είναι λανθασμένη. Αυτή η μέθοδος μεταφοράς ενέργειας εφαρμόστηκε σχεδόν πριν 140 χρόνια από τον Ιταλό φυσικό Carlo Matteuchi και ήταν με τη βοήθεια σπειροειδών ρόλων. Η πηγή ενέργειας ήταν πρώτα η απόρριψη ενός Leyden μπορεί, και στη συνέχεια το πηνίο Rumkorf.

Αυτό που περιγράφεται στη ρωσική έκδοση του πλήρους φυσικού μαθήματος που επεξεργάστηκε ο καθηγητής. Gano. Μπορώ να παράσχω τόσο την αρχική όσο και τη σάρωση σελίδας.

[#7 Γκρι]

Σήμερα, η ιδέα πραγματοποιείται μέσω της μεταφοράς ενέργειας λόγω των φυσικών φαινομένων ηλεκτρομαγνητισμού που είναι παράγωγα ή συναφή. Η μεταφορά ενέργειας από ρεύματα υψηλής συχνότητας, μέσω του μαγνητισμού, είναι θανατηφόρα για τον άνθρωπο και θα είναι με κάθε τρόπο κρυμμένη στην πρόοδο των νέων τεχνολογιών. Οποιοδήποτε κύμα που φέρει ένα κλάσμα ενέργειας είναι ένα υλικό αντικείμενο και μπορείτε επίσης να πυροβολήσετε ένα πιστόλι, μετατρέποντας την κινητική ενέργεια μιας σφαίρας σε αυτό που χρειάζεστε. Η εξισορρόπηση των επιζήμιων επιπτώσεων των "διαδρομών μετάδοσης" είναι το κύριο καθήκον της ασύρματης ενέργειας, και η ίδια η μετάδοση είναι δευτερεύουσα ...

[#8 Μιχαήλ]

Συμφωνώ με την Sery, υπάρχουν αρκετά μικροκύματα που ακούγονται γεμάτα, αν και δεν τα αισθανόμαστε, οι γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας είναι επίσης πολύ επιβλαβείς. Ζώντας δίπλα τους σε απόσταση 50 μέτρων, μπορείτε εύκολα να φαναρίσετε. Όλα ακτινοβολούν. Λοιπόν, οι επαγωγικές εστίες είναι σίγουρα λιγότερο επιβλαβείς, καθώς επηρεάζουν το μέταλλο. Δεν βλέπω τίποτα καλό στην τεχνολογία των χρεώσεων των κινητών τηλεφώνων. Είναι πολύ πιο βολικό να υπάρχει φόρτιση με κοινή μπαταρία. Αυτό και η έξοδος δεν είναι απαραίτητα. Όσον αφορά τις πόλεις, μου φαίνεται ότι η καλύτερη λύση χρησιμοποιείται στη Γερμανία ... Εκεί, όλοι εγκαθιστούν έναν μικρό σταθμό παραγωγής ενέργειας, ανεμόμυλους ή ηλιακούς συλλέκτες στην περιοχή τους. Όλα αυτά διατηρούνται από τις μπαταρίες στο υπόγειο για παράδειγμα. Και αν δεν είστε στο σπίτι ή δεν χρησιμοποιείτε πολύ ηλεκτρικό ρεύμα, τότε το επιπλέον ποσό χρεώνει τα αποθεματικά και η υπέρβαση πηγαίνει στο γενικό δίκτυο. Οι άνθρωποι πληρώνουν επιπλέον για αυτό. Ως αποτέλεσμα, έχουμε πολλά πλεονεκτήματα, είναι ένα ισορροπημένο δίκτυο παροχής ηλεκτρικού ρεύματος στο οποίο δεν υπάρχουν μεγάλες υπερφορτώσεις, οι απώλειες μετάδοσης ηλεκτρονικών μειώνονται. Ο ιδιοκτήτης πληρώνει λιγότερο και καταναλώνει λιγότερα. Και αυτό είναι σε αντίθεση με τους πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας όταν παράγεται τεράστιο ποσό ενέργειας σε ένα σημείο που πρέπει να κατανέμεται ομοιόμορφα και να χάνεται πολύ. Και τα απόβλητα είναι ελάχιστα.

[#9]

Ο ηλεκτρομαγνητικός νέφος είναι επικίνδυνος για τις μέλισσες, τα πουλιά, τα ζώα, τα φυτά, τους ανθρώπους - αυτή η ακτινοβολία προκαλεί μεταλλάξεις, το μέλλον ανήκει σε φορητές γεννήτριες χωρίς καύσιμο.

[#10]

Όλα όσα περιγράφονται στο άρθρο και στα σχόλια είναι γνωστά σε μένα. Παρακολουθώ προσεκτικά την εξέλιξη της τεχνολογίας και προσπαθήστε να μην χάσετε ούτε μία καινοτομία. Υπάρχουν ιδέες, είναι λυπηρό ότι είμαι στερημένος από την ευκαιρία να τα δοκιμάσω στην πράξη. Για παράδειγμα, μια τέτοια ιδέα. Όλοι μας παρακολουθήσαμε την αστραπιαία περισσότερο από μία φορά και γνωρίζουμε ότι τεράστια ρεύματα εκατοντάδων χιλιάδων, ή ακόμα και εκατομμυρίων αμπέρ, ρέουν στον αέρα στο κανάλι μιας εκκένωσης σπινθήρων. Αυτό σημαίνει ότι ο αέρας υπό ειδικές συνθήκες είναι σε θέση να περάσει μέσα από αυτό μια τεράστια δύναμη ηλεκτρικής ενέργειας. Για να γίνει αυτό, απλά πρέπει να δημιουργήσετε ένα ιονισμένο κανάλι στον αέρα. Και για να το δημιουργήσετε, με τη σημερινή εξέλιξη της τεχνολογίας, δεν είναι τόσο δύσκολο όσο φαίνεται. Για αυτό πρέπει να χρησιμοποιήσετε μια ακτίνα λέιζερ που λειτουργεί στην υπεριώδη ακτινοβολία ή ακόμη και στην περιοχή ακτινοβολίας ακτίνων Χ, δηλ. μια δέσμη λέιζερ που διέρχεται από τον αέρα θα πρέπει να δημιουργήσει ένα ιονισμένο κανάλι. Φυσικά, η μεταφορά ενέργειας από τον εξωτερικό χώρο στη Γη με αυτόν τον τρόπο δεν θα λειτουργήσει, αλλά θα αντικαταστήσει τις καλωδιωμένες ηλεκτρικές γραμμές - γιατί όχι;

Ναι, εδώ είναι ένα άλλο πράγμα που θέλω να προσθέσω. Όσον αφορά το ηλεκτρομαγνητικό νέφος, ένα άτομο φαίνεται να είναι σε θέση να προσαρμοστεί σε οτιδήποτε.Δεν είμαστε κατσαρίδες, ζούμε στη μέση των ακτινοβολιών και θέλαμε να μασάμε τα πάντα. Προσωπικά, είμαι, από αυτή την άποψη, ένα ζωντανό παράδειγμα. Τώρα είμαι 67 ετών και σχεδόν όλη μου η επαγγελματική εμπειρία στην ΕΣΣΔ ασχολήθηκα με τον εξοπλισμό μικροκυμάτων και η ισχύς ήταν κατά καιρούς πολύ σημαντική (μέχρι 40 kW ανά παλμό). Εργάστηκε σε μια κάμερα οθόνης (καθόλου για να προστατεύσει κάποιον από την ακτινοβολία, αλλά για να αποτρέψει τους εχθρούς από το να γνωρίζουν ποιες συχνότητες δουλεύουμε). Παρεμπιπτόντως, στην κάμερα οθόνης λάβαμε πολύ περισσότερη ακτινοβολία από ό, τι αν εργαζόμασταν σε ανοιχτό χώρο. Και παρά όλα αυτά, δεν έκανα ούτε φαλακρό.

[#11]

Είναι δυνατή η μετάδοση ενέργειας χωρίς σύρματα από οποιοδήποτε κύμα ικανό να μεταδοθεί στο χώρο - ήχο, φως, μαγνητικό, με επακόλουθο αντίστροφο μετασχηματισμό σε ηλεκτρικό ρεύμα.

[#12 Γιούρι]

Από μόνη της, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο δεν είναι πολύ κατάλληλο για τη μεταφορά μεγάλων φορτίων σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς τον αντίστοιχο "αγωγό" (καλώδιο, δέσμη λέιζερ κ.λπ.). Η συλλογή της ενέργειας του ήλιου και η μετατροπή του σε ηλεκτρισμό δεν είναι επίσης εύκολη. Η αποτελεσματικότητα σε όλες τις γνωστές περιπτώσεις δεν είναι πολύ υψηλή, πράγμα που σημαίνει ότι ο καταναλωτής θα πληρώσει τόσο για την ίδια την ηλεκτρική ενέργεια όσο και για την απώλειά της, η οποία αποτελεί σημαντικό μέρος. Είναι πιο αποτελεσματικό να μετατρέπεται η ενέργεια ενός μη ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (τομέα με υψηλότερο βαθμό παραγγελίας) σε ηλεκτρομαγνητική. Σε αυτή την περίπτωση, το κόστος μετάδοσης θα μειωθεί κατά τάξη μεγέθους και, κατά συνέπεια, το κόστος του kW θα πέσει.