Transmissió d’energia sense fils: una història difícil d’esdevenir

De la llarga llista d’idees tècniques fantàstiques implementades avui en dia, només el somni de la transmissió sense fils d’energia elèctrica continua sent inassumible. Les descripcions detallades dels raigs energètics en les novel·les de ciència ficció fan entendre als enginyers amb la seva necessitat evident i, alhora, la pràctica impossibilitat d’aplicació. Però la situació canvia poc a poc.

Des del començament del descobriment de l'electricitat, hi va haver un problema de la seva transmissió al consumidor final. El desenvolupament de la producció industrial ha comportat un fort augment de la demanda d’electricitat. Els fils i els pals de les línies de transmissió elèctrica s’han convertit en un element integral dels paisatges. Però només els especialistes saben quants diners i esforços es destinen a mantenir aquestes línies en condicions de treball i quanta energia es perd en elles.

Els recursos de fòssils s’acaben progressivament i els problemes d’aprovisionament d’energia s’estan pressionant fortament a la porta de l’energia. La societat humana moderna ha entrat en l'era de l'exploració espacial, de manera que els nostres punts de vista es dirigeixen a la font evident d'energia inesgotable: el Sol. Durant milers de milions d’anys, aquest reactor termonuclear emet quantitats fantàstiques d’energia, una petita part de les quals seria suficient per a la humanitat durant molts anys. Però un petit problema: com transferir l’energia rebuda al consumidor a la Terra?

A partir d’aquest moment, s’inicia una discussió seriosa sobre les possibilitats de fer feliç la humanitat amb recursos il·limitats. Fins al moment, hi ha dues maneres de resoldre el problema a la llista d’eines de tecnologia espacial modernes. Un està relacionat amb transferència d’energia del feix làser a terra que rep terminals. Segon - amb transferència d’energia al microones.

La transferència d’energia làser té diverses dificultats fonamentals. El primer està relacionat amb l’eficiència de la conversió primària de la radiació solar en radiació làser coherent. I el segon es basa en l’eficiència de la transferència d’energia de l’espai a la Terra. Sobre el primer problema, hi ha hagut avenços: científics del Japó van informar de la conversió de l’energia solar en radiació làser amb una eficiència del 42%. Però la transferència d’energia a la superfície implica una sèrie de tasques difícils de resoldre.

Atenuació d'un feix làser el diàmetre de la superfície de la Terra pot ser de centenars de metres. La seva intensitat depèn de les condicions meteorològiques, la precisió d’apuntar al terminal receptor i fins i tot la massa de paràmetres. Els avions voladors o els ramats d'aus atrapats en un raig de poder distorsionaran o debilitarán el seu poder. Si un incident no passa desapercebut per a un avió, les aus sofriran de manera significativa: la intensitat de radiació prop de la superfície de la Terra serà desenes de vegades més potent que el Sol del migdia.

La segona forma de transferència d’energia és les ones de microones amb freqüències de 2,4 a 5,8 GHz. Aquí hi ha una "finestra" atmosfèrica en què l'atenuació de l'energia és mínima. Però la part receptora de l’energia és molt complexa i requereix el desenvolupament de components d’antena moderns. Segons els científics, es necessitarà una transmissió de potència de 5 MW des d'una altura de 36.000 km (òrbita geoestacionària), una antena transmissora de 1 km de mida i una antena receptora de 10 km de llarg. Aquestes instal·lacions en un futur proper per a la humanitat no es poden permetre.

En aquesta situació, els avenços van començar a l'altre costat. El desenvolupament de moderns dispositius informàtics de comunicacions i mòbils ha requerit la recàrrega freqüent de les seves bateries. En principi, això no presenta un problema determinat, sobretot quan teniu un o dos dispositius d’aquest tipus. Però si hi ha dotzenes a la família o a l’oficina, la cerca contínua d’unitats de càrrega compatibles amb productes és distractora i molesta.

Segons els rumors, va ser aquesta circumstància la que va impulsar a Marina Solyachich, empleada de la Universitat de Massachusetts, a La idea d’una manera de transferir energia sense cables. Després que el senyal d’un telèfon mòbil descarregat el despertés diverses vegades en plena nit, decidís abordar seriosament el problema carregueu sense fil els vostres dispositius mòbils.

Com a resultat, va aparèixer completament noves tecnologies per a transferir energia de la xarxa a dispositius mòbils. El mètode consisteix en l'acoblament de ressonància mitjançant el camp magnètic del receptor i del transmissor. Darrere d’un nom incomprensible i un mecanisme no menys fosc (el mètode es patent i es manté en secret), s’amaga un mètode de transferència d’energia sense conductors amb una eficiència superior al 40%. S'anomena tecnologia WiTricity.

El principi de funcionament de la tecnologia per a la transferència d'energia sense cables "WiTricity"

Carregador sense fils per al telèfon mòbil WiTricity

Segons els autors de la invenció, no es tracta d’una ressonància “pura” dels circuits connectats i no ho és Transformador de Tesla, amb acoblament inductiu. El radi de transferència d’energia actual és de poc més de dos metres, en el futur - fins a uns 5-7 metres.

Tecnologies similars són febrilment desenvolupades per altres empreses: Intel ha demostrat la seva tecnologia WREL amb eficiència de transferència d’energia fins al 75%. El 2009, Sony va demostrar el funcionament d’un televisor sense connexió de xarxa.

Demostració tecnològica WiTricity:

Demostració de tecnologia sense fil Intel WREL:

Només una circumstància és alarmant: independentment del mètode de transmissió i els trucs tècnics, la densitat d’energia i la força del camp a les habitacions haurien de ser prou altes per alimentar dispositius amb una potència de diverses desenes de watts.

Segons els mateixos desenvolupadors, encara no hi ha informació sobre els efectes biològics sobre humans d'aquests sistemes. Tenint en compte la recent aparició i un enfocament diferent de la implementació dels dispositius de transmissió d'energia, aquests estudis encara no estan arribats i els resultats no apareixeran aviat. I només podem jutjar el seu impacte negatiu de manera indirecta. Alguna cosa de nou desapareixerà de les nostres cases, com ara les paneroles.

Sense intentar aprofundir en les complexitats de les tecnologies de transferència d’energia, podem afirmar que en un futur proper, a nivell de distàncies de fins a 10 metres, els dispositius de transferència d’energia sense fil es convertiran en una realitat. Podeu veure la televisió, utilitzar un ordinador i carregar dispositius mòbils sense preocupar-vos de la presència de cordons i endolls.

Però vam començar amb problemes de transmissió no de desenes i centenars de vats, sinó de capacitats més greus. Malauradament avui El millor assoliment en aquesta direcció és la transmissió pilot de 30 quilowatts de potència sobre una distància de 2 quilòmetres. Aquest esdeveniment es va produir el 1975 i, des d'aleshores, no es van fer progressos seriosos. Per tant, en les pròximes dècades, no s'hauria d'esperar un avenç en el camp de la transmissió d'energia sense fils. La ciència ficció pot dormir fins ara.

Comments

[#1 Felip]

Em va agradar. No sabia que ja existien tecnologies de transmissió d'energia sense fils de la vida real. Vaig pensar que abans era purament fantàstic.

[#2 Shurochka]

I em va agradar. Sembla poc realista que la transmissió d’energia sense fils ja existeix.
La ficció s'està convertint en una realitat. Fins i tot ens costa imaginar què ens espera després.

[#3 egor]

wow! no sabia què interessant :-)

[#4 HP Veer]

Vaig comprar un telèfon HP Veer per a la meva dona, de manera que té una càrrega magnètica / inductiva, va posar el telèfon al vagó de banda, que està carregant, sense cables per al telèfon.
Però és clar que la distància en mil·límetres, un metre o dos seria molt més convenient))

[#6]

Vasily Anatolyevich, s'equivoca. Aquest mètode de transferència d’energia va ser implementat fa gairebé 140 anys pel físic italià Carlo Matteuchi i va ser amb l’ajut de bobines avió-espiral. La font d'energia va ser primer la descàrrega d'una llauna de Leyden, i després la bobina Rumkorf.

El que es descriu a l’edició russa del curs complet de física editat pel prof. Gano. Puc proporcionar l'exploració de la pàgina original i de la pàgina.

[#7 Gris]

Avui en dia, la idea es realitza mitjançant la transferència d’energia a causa dels fenòmens físics de l’electromagnetisme derivats o relacionats. La transferència d’energia per corrents d’alta freqüència, a través del magnetisme, és mortal per als humans i en tots els sentits s’ocultarà en l’avanç de les noves tecnologies. Totes les ones que porten una fracció de l’energia per si mateixes són un objecte material i amb el mateix èxit es pot disparar una pistola convertint l’energia cinètica d’una bala en allò que necessiteu. La principal tasca de l'energia sense fils és la tasca principal d'anivellar els efectes perjudicials de les "vies de transmissió" i la transmissió en si és secundària ...

[#8 Mikhail]

Estic d’acord amb Sery, hi ha suficients microones que sonen plenes tot i que no ho sentim, les línies elèctriques també són molt perjudicials. Vivint al seu costat als voltants de 50 metres, es pot calcar fàcilment. Tot s’irradia. Bé, les plaques d’inducció són certament menys nocives, ja que afecten el metall. No veig res de bo en la tecnologia de tarifes de telefonia mòbil. És molt més convenient tenir la càrrega amb una bateria compartida. No es necessita aquesta presa de sortida. Pel que fa a les ciutats, em sembla que la millor solució s’utilitza a Alemanya ... Allà tothom instal·la una petita central elèctrica, molins de vent o plaques solars a la seva zona. Tot això es reserva per exemple a les bateries del soterrani. I si no esteu a casa o no utilitzeu molta electricitat, l’excés carrega les reserves i l’excés entra a la xarxa general. La gent també paga per això. Com a resultat, obtenim molts avantatges, és una xarxa d’alimentació equilibrada en la qual no hi ha grans sobrecàrregues, les pèrdues de transmissió d’electrònica es redueixen. El propietari paga menys i en consumeix menys. I això contrasta amb les centrals nuclears quan es genera una quantitat enorme d’energia en un moment que s’ha de distribuir uniformement i perdre molt. I els residus són mínims.

[#9]

El fumet electromagnètic és perillós per a les abelles, ocells, animals, plantes i humans: aquesta radiació provoca mutacions, el futur pertany als generadors portàtils sense combustible.

[#10]

Tot el que es descriu a l’article i als comentaris, em resulta familiar. Segueixo detingudament el desenvolupament de la tecnologia i intento no perdre ni una sola novetat. Hi ha idees pròpies, només és una llàstima que se m’hagi privat l’oportunitat de provar-les a la pràctica. Per exemple, una idea així. Tots hem vist el raig més d’una vegada i sabem que uns grans corrents de centenars de milers, o fins i tot milions d’amperis, flueixen a l’aire pel canal d’una descàrrega d’espurna. Això significa que l’aire en condicions especials pot passar per ell una enorme energia elèctrica. Per fer-ho, només cal crear un canal ionitzat a l’aire. I crear-lo, amb el desenvolupament de la tecnologia actual, no és tan difícil com sembla. Per a això, cal utilitzar un feix làser que funcioni a l’ultraviolat o, fins i tot, en la gamma de radiació de raigs X, és a dir. un feix làser que passa per l’aire hauria de crear un canal ionitzat. Per descomptat, transferir energia de l'espai exterior a la Terra d'aquesta manera no funcionarà, però substituir les línies elèctriques per cable, per què no?

Sí, hi ha una altra cosa que vull afegir. Pel que fa al fumatge electromagnètic, sembla que una persona es pugui adaptar a qualsevol cosa.No som paneroles, vivim enmig de la radiació i volíem mastegar-ho tot. Personalment, sóc, en aquest sentit, un exemple viu. Ara tinc 67 anys, i gairebé tota la meva experiència laboral a l’URSS vaig tractar equips de microones, i la potència, de vegades, va ser molt significativa (fins a 40 kW per pols). Va treballar en una càmera de pantalla (en absolut per protegir algú de les radiacions, sinó per evitar que els enemics sabessin en quines freqüències estem treballant). Per cert, a la càmera de la pantalla vam rebre molta més radiació que si treballéssim a l’espai obert. I tot i això, ni tan sols vaig ser calb.

[#11]

És possible transmetre energia sense cables per qualsevol ona capaç de propagar-se a l'espai: so, llum, magnètic, seguida de conversió inversa en corrent elèctric.

[#12 Yuri]

Per si mateix, el camp electromagnètic no és gaire adequat per transferir grans càrregues a llargues distàncies sense el "conductor" corresponent (cable, raig làser, etc.). Recollir l’energia del sol i convertir-la en electricitat tampoc és fàcil. L’eficiència en tots els casos coneguts no és gaire elevada, cosa que significa que el consumidor pagarà tant l’energia elèctrica en si com la seva pèrdua, que és una part important. És el més eficient convertir l’energia d’un camp no electromagnètic (un camp amb un grau superior d’ordenació) en electromagnètic. En aquest cas, els costos de transmissió disminuiran per ordre de magnitud i, en conseqüència, el cost de kW baixarà.