Langaton voimansiirto: vaikeasta historiasta

Tänään toteutetusta pitkästä fantastisten teknisten ideoiden listasta vain unelma sähköenergian langattomasta siirrosta pysyy edelleen valittamattomana. Yksityiskohtaiset kuvaukset tieteiskirjallisten romaanien energiasäteistä kiusaavat insinöörejä heidän ilmeisellä tarpeellaan ja samalla toteuttamisen käytännöllisellä mahdottomuudella. Mutta tilanne muuttuu vähitellen parempaan suuntaan.

Sähkön löytämisestä lähtien oli ongelmia sen siirrossa loppukäyttäjälle. Teollisuustuotannon kehitys on johtanut sähkön kysynnän voimakkaaseen kasvuun. Sähköjohtojen johdoista ja navoista on tullut olennainen osa maisemaa. Mutta vain asiantuntijat tietävät, kuinka paljon rahaa ja vaivaa käytetään näiden linjojen ylläpitämiseen toimintakunnossa ja kuinka paljon energiaa niihin menetetään.

Fossiiliset resurssit ovat vähitellen loppumassa, ja energian toimitusongelmat työntävät kovasti energian ovella. Moderni ihmisyhteiskunta on siirtynyt avaruustutkimuksen aikakauteen, joten näkemyksemme kääntyvät ehtymättömän energian ilmeiseen lähteeseen - aurinkoon. Miljardien vuosien ajan tämä lämpöydinreaktori emittoi fantastisia määriä energiaa, josta pieni osa riittää ihmiskunnalle monien vuosien ajan. Mutta yksi ”pieni” ongelma: miten siirtää vastaanotettu energia kuluttajille maan päällä?

Tästä hetkestä alkaen alkaa vakava keskustelu mahdollisuuksista tehdä ihmiskunnasta tyytyväisiä rajattomilla resursseilla. Toistaiseksi ongelman ratkaisemiseksi on olemassa kaksi tapaa nykyaikaisten avaruustekniikan työkalujen luettelossa. Yksi liittyy lasersäteen energiansiirto maata vastaanottaviin terminaaleihin. Toinen - kanssa mikroaaltoenergian siirto.

Laserenergian siirtoon liittyy useita perustavanlaatuisia vaikeuksia. Ensimmäinen liittyy auringonsäteilyn primaarimuuntamisen koherenttiin lasersäteilyyn tehokkuuteen. Ja toinen perustuu energian siirron tehokkuuteen avaruudesta maahan. Ensimmäisessä ongelmassa on tapahtunut edistystä: japanilaiset tutkijat kertoivat aurinkoenergian muuttumisesta lasersäteilyyn, jonka hyötysuhde oli 42%. Mutta energian siirtäminen pinnalle sisältää useita tehtäviä, joita on vaikea ratkaista.

Lasersäteen vaimennus, jonka halkaisija maan pinnalla voi olla satoja metrejä. Sen intensiteetti riippuu sääolosuhteista, vastaanottimeen osoittamisen tarkkuudesta ja jopa parametrien massasta. Valonsäteeseen kiinni lentävät lentokoneet tai lintuparvet vääristävät tai heikentävät sen tehoa. Jos tällainen tapaus jää huomaamatta lentokoneelle, linnut kärsivät huomattavasti: säteily intensiteetti lähellä Maapallon pintaa on kymmeniä kertoja voimakkaampi kuin keskipäivän aurinko.

Toinen energiansiirtotapa on mikroaaltoaallot, joiden taajuudet ovat 2,4 - 5,8 GHz. Täällä on ilmakehän "ikkuna", jossa energian vaimennus on minimaalinen. Mutta energian vastaanottava osa on hyvin monimutkaista ja vaatii nykyaikaisten antennikomponenttien kehittämistä. Tutkijoiden mukaan 5 MW: n tehon siirtämiseen 36 000 km: n korkeudelta (geostationaarinen kiertorata) tarvitaan 1 km: n kokoinen lähetysantenni ja 10 km: n kokoinen vastaanottoantenni. Tällaisilla ihmiskunnan lähitulevaisuuden palveluilla ei ole varaa.

Tässä tilanteessa edistyminen alkoi toisella puolella. Nykyaikaisten viestintä- ja mobiililaitteiden kehitys on vaatinut paristojen usein lataamista. Periaatteessa tämä ei aiheuta erityistä ongelmaa, varsinkin kun sinulla on yksi tai kaksi tällaista laitetta. Mutta jos perheessä tai toimistossa on kymmeniä, jatkuva tuotteiden kanssa yhteensopivien latausyksiköiden etsiminen on häiritsevää ja ärsyttävää.

Huhujen mukaan juuri tämä seikka sai Massachusettsin yliopiston työntekijän Marina Solyachichin Ajatus tavasta siirtää energiaa ilman johtoja. Kun purkautuneen matkapuhelimen signaali herätti häntä useita kertoja keskellä yötä, hän päätti puuttua ongelmaan vakavasti lataa langattomasti mobiililaitteesi.

Seurauksena se näytti kokonaan uusi tekniikka energian siirtämiseksi verkosta mobiililaitteisiin. Menetelmä koostuu resonanssikytkennästä vastaanottimen ja lähettimen magneettikentän avulla. Ymmärrettävän nimen ja yhtä epäselvän mekanismin takana (menetelmä on patentoitu ja pidetään salassa) on piilotettu energiansiirtomenetelmä ilman johtimia, joiden hyötysuhde on yli 40%. Teknologiaa kutsutaan «WiTricity».

Energiansiirron ilman johtoja koskevan teknologian toimintaperiaate "WiTricity"

Langaton laturi WiTricity-matkapuhelimelle

Keksinnön kirjoittajien mukaan tämä ei ole kytkettyjen piirien "puhdas" resonanssi eikä ole Tesla-muuntaja, induktiivisella kytkimellä. Energiansiirtosäde on tänään hiukan yli kaksi metriä, tulevaisuudessa - jopa 5–7 metriä.

Muut yritykset kehittävät kuumailmaisesti vastaavia tekniikoita: Intel on osoittanut tekniikkaansa WREL energiansiirtotehokkuus jopa 75%. Vuonna 2009 Sony esitteli television käyttämisen ilman verkkoyhteyttä.

Teknologian esittely WiTricity:

Intel WREL -langattoman tekniikan esittely:

Vain yksi olosuhde on huolestuttava: riippumatta siirtomenetelmästä ja teknisistä vinkkeistä, huoneiden energian tiheyden ja kentänvoimakkuuden tulisi olla riittävän korkeita, jotta voitaisiin käyttää laitteita, joiden teho on useita kymmeniä watteja.

Kehittäjien itsensä mukaan tietoja tällaisten järjestelmien biologisista vaikutuksista ihmisiin ei ole vielä saatavilla. Viimeaikaisen ilmestymisen ja erilaisen lähestymistavan perusteella energiansiirtolaitteiden toteuttamiseen tällaisia ​​tutkimuksia on vielä tekemättä, ja tulokset eivät ilmesty pian. Ja voimme arvioida niiden kielteiset vaikutukset vain epäsuorasti. Jotain taas katoaa koteistamme, kuten torakat.

Yrittämättä syventyä energiansiirtotekniikan monimutkaisuuteen, voidaan sanoa, että lähitulevaisuudessa jopa 10 metrin etäisyyksillä langattomista energiansiirtolaitteista tulee totta. Voit katsella televisiota, käyttää tietokonetta ja ladata mobiililaitteita murehtimatta johtojen ja pistorasioiden olemassaolosta.

Mutta aloitimme siirto-ongelmilla, jotka eivät ole kymmenien ja satojen wattien, mutta vakavammalla kapasiteetilla. Valitettavasti tänään Paras saavutus tähän suuntaan on 30 kilowatin voimansiirto kahden kilometrin etäisyydellä. Tämä tapahtuma tapahtui vuonna 1975, ja siitä lähtien ei ole tapahtunut vakavaa edistystä. Siksi tulevina vuosikymmeninä ei pitäisi odottaa läpimurtoa langattoman energiansiirron alalla. Tieteiskirjallisuus voi nukkua toistaiseksi.

Comments

[#1 Philip]

Pidin siitä. En tiennyt, että tosielämän langattomia sähkönsiirtotekniikoita on jo olemassa. Ajattelin ennen sitä, että se oli täysin upeaa.

[#2 Shura]

Ja pidin siitä. Vaikuttaa epärealistiselta, että langaton sähkönsiirto on jo olemassa.
Kaunokirjallisuudesta on tulossa todellisuutta. On jopa vaikea kuvitella, mikä meitä seuraavana odottaa.

[#3 Egor]

wow! ei tiennyt kuinka mielenkiintoista :-)

[#4 HP Veer]

Ostin vaimolleni HP Veer -puhelimen - joten hänellä on magneettinen / induktiivinen varaus, laita puhelin vankkurivaunuun - hän lataa - ei puhelimen johtoja.
Mutta tietysti etäisyys millimetreinä, metri tai kaksi olisi paljon helpompaa))

[#6]

Vasily Anatolyevich, erehtyy. Italialainen fyysikko Carlo Matteuchi otti tämän energiansiirtomenetelmän käyttöön lähes 140 vuotta sitten ja se tapahtui spiraalikäämien avulla. Energianlähde oli ensin Leydenin tölkin purkaminen ja sitten Rumkorfin kela.

Mitä kuvataan fysiikan koko kurssin venäläisessä painoksessa, jonka on toimittanut prof. Gano. Voin toimittaa sekä alkuperäisen että sivun skannauksen.

[#7 harmaa]

Nykyään idea toteutetaan siirtämällä energiaa johdettujen tai sukulaisten sähkömagneettisten fysikaalisten ilmiöiden takia. Energian siirto suurtaajuusvirtoilla magneettisuuden kautta, on tappavaa ihmisille ja on joka tapauksessa piilotettu uuden tekniikan kehitykseen. Kaikki aallot, jotka kuljettavat itsessään murto-osan energiasta, ovat aineellisia esineitä ja samalla menestyksellä voit ampua pistoolia, joka muuttaa luodin kineettisen energian tarpeeksi. "Lähetyspolkujen" haitallisten vaikutusten tasoitus on langattoman energian päätehtävä, ja siirto itsessään on toissijainen ...

[#8 Michael]

Olen samaa mieltä Seryn kanssa, että on olemassa tarpeeksi mikroaaltoja, jotka kuulostavat täydelliseltä, vaikka emme tunne sitä, myös sähköjohdot ovat erittäin haitallisia. Asuessasi vieressä 50 metrin päässä, voit helposti kaljuutua. Kaikki säteilee. No, induktiokeittimet ovat varmasti vähemmän haitallisia, koska ne vaikuttavat metalliin. En näe mitään hyvää matkapuhelinmaksujen tekniikassa. On paljon helpompaa ladata jaetulla akulla. Tätä ja pistorasiaa ei tarvita. Mitä tulee kaupunkeihin, minusta vaikuttaa siltä, ​​että parhainta ratkaisua käytetään Saksassa ... Siellä kaikki asentavat alueelleen pienen voimalaitoksen, tuulimyllyt tai aurinkopaneelit. Kaiken tämän varaavat esimerkiksi kellarissa olevat paristot. Ja jos et ole kotona tai et käytä paljon sähköä, ylimääräinen veloittaa varannot ja ylimäärä menee yleiseen verkkoon. Ihmiset myös maksavat tästä ylimääräistä. Seurauksena on, että saamme monia etuja, se on tasapainoinen virtalähdeverkko, jossa ei ole suuria ylikuormituksia, elektronisten siirtohäviöt vähenevät. Omistaja maksaa vähemmän ja kuluttaa vähemmän. Ja tämä on päinvastoin kuin ydinvoimalat, kun yhdessä vaiheessa syntyy valtava määrä energiaa, joka on jaettava tasaisesti ja menettää paljon. Ja jätettä on vähän.

[#9]

Sähkömagneettinen savu on vaarallinen mehiläisille, lintuille, eläimille, kasveille ja ihmisille - tämä säteily aiheuttaa mutaatioita, kannettavat polttoaineettomat generaattorit ovat tulevaisuus.

[#10]

Kaikki artikkelissa ja kommentteissa kuvatut ovat minulle tuttuja. Seuraan tarkkaan tekniikan kehitystä ja yritän olla huomaamatta yhtä uutta. On omia ideoita, on vain sääli, että minulta on evätty mahdollisuus testata niitä käytännössä. Esimerkiksi sellainen idea. Kaikki meistä ovat seuranneet salamaa useita kertoja ja tiedämme, että satojen tuhansien tai jopa miljoonien ampeerien valtavat virtaukset virtaavat ilmassa olevan kipinäpurkauksen kanavalla. Tämä tarkoittaa, että ilma erityisissä olosuhteissa pystyy kuljettamaan sen läpi valtavan määrän sähköä. Tätä varten sinun on vain luotava ionisoitu kanava ilmaan. Ja sen luominen nykypäivän tekniikan kehityksen kanssa ei ole niin vaikeaa kuin miltä se näyttää. Käytä tätä varten lasersäde, joka toimii ultravioletti- tai jopa röntgensäteilyalueella, ts. ilman läpi kulkevan lasersäteen tulisi luoda ionisoitu kanava. Tietenkin, energian siirtäminen avaruudesta maapallolle tällä tavalla ei toimi, mutta kiinteiden voimajohtojen korvaaminen - miksi ei?

Kyllä, tässä on toinen asia, jonka haluan lisätä. Mitä tulee sähkömagneettiseen savuan, henkilö näyttää pystyvän sopeutumaan mihinkään.Emme ole torakoita, elämme säteilyn keskellä ja halusimme pureskella kaiken. Henkilökohtaisesti olen tässä suhteessa elävä esimerkki. Nyt olen 67-vuotias, ja melkein kaikki työkokemukseni Neuvostoliitossa käsittelin mikroaaltolaitteita, ja teho toisinaan oli erittäin merkittävä (jopa 40 kW pulssiin). Hän työskenteli näytönohjaimessa (ei ollenkaan suojelemassa jotakuta säteilyltä, vaan estämään vihollisia tietämästä, millä taajuuksilla työskentelemme). Muuten, näyttökamerassa saimme paljon enemmän säteilyä kuin jos työskentelisimme avoimessa tilassa. Ja kaikesta tästä huolimatta en edes ollut kalju.

[#11]

Energiaa on mahdollista siirtää ilman johtoja millä tahansa aallolla, joka pystyy etenemään avaruudessa - ääni, valo, magneetti, jota seuraa käänteinen muuntaminen sähkövirraksi.

[#12 tuomaristo]

Pelkästään sähkömagneettinen kenttä ei ole kovin sopiva suurten varausten siirtämiseen pitkiä matkoja ilman vastaavaa "johtinta" (kaapeli, lasersäde jne.). Auringon energian kerääminen ja muuntaminen sähköksi ei myöskään ole helppoa. Tehokkuus kaikissa tunnetuissa tapauksissa ei ole kovin korkea, mikä tarkoittaa, että kuluttaja maksaa sekä itse sähköstä että sen menetyksestä, mikä on merkittävä osa. Tehokkain on muuntaa ei-sähkömagneettisen kentän (kentän, jolla on korkeampi järjestysaste) energia sähkömagneettisiksi. Tässä tapauksessa siirtokustannukset vähenevät suuruusluokalla ja vastaavasti kW: n kustannukset laskevat.