Trasmissione di energia wireless: una storia difficile del divenire

Della lunga lista di fantastiche idee tecniche implementate oggi, solo il sogno della trasmissione wireless di energia elettrica continua a rimanere inattaccabile. Descrizioni dettagliate dei raggi di energia nei romanzi di fantascienza prendono in giro gli ingegneri con il loro evidente bisogno, e allo stesso tempo l'impossibilità pratica di implementazione. Ma la situazione sta gradualmente cambiando in meglio.

Sin dall'inizio della scoperta dell'elettricità, si è verificato un problema con la sua trasmissione al consumatore finale. Lo sviluppo della produzione industriale ha portato a un forte aumento della domanda di elettricità. Fili e poli delle linee di trasmissione elettriche sono diventati un elemento integrante dei paesaggi. Ma solo gli specialisti sanno quanti soldi e sforzi vengono spesi per mantenere queste linee in condizioni di lavoro e quanta energia viene persa in esse.

Le risorse fossili si stanno gradualmente esaurendo e i problemi di approvvigionamento energetico stanno spingendo forte alla porta dell'energia. La società umana moderna è entrata nell'era dell'esplorazione dello spazio, quindi i nostri punti di vista si rivolgono all'ovvia fonte di energia inesauribile: il Sole. Per miliardi di anni, questo reattore termonucleare emette fantastiche quantità di energia, una piccola parte della quale sarebbe sufficiente per l'umanità per molti anni. Ma un "piccolo" problema: come trasferire l'energia ricevuta al consumatore sulla Terra?

Da questo momento, inizia una discussione seria sulle possibilità di rendere felice l'umanità con risorse illimitate. Finora, ci sono due modi per risolvere il problema nell'elenco dei moderni strumenti della tecnologia spaziale. Uno è legato a trasferimento di energia del raggio laser a massa dei terminali di ricezione. Secondo - con trasferimento di energia a microonde.

Il trasferimento di energia laser incontra diverse difficoltà fondamentali. Il primo è legato all'efficienza della conversione primaria della radiazione solare in radiazione laser coerente. E il secondo si basa sull'efficienza del trasferimento di energia dallo spazio alla Terra. Per quanto riguarda il primo problema, si sono registrati progressi: alcuni scienziati giapponesi hanno riportato la conversione dell'energia solare in radiazione laser con un'efficienza del 42%. Ma il trasferimento di energia in superficie comporta una serie di compiti che sono difficili da risolvere.

Attenuazione di un raggio laser il cui diametro sulla superficie della Terra può essere di centinaia di metri. La sua intensità dipende dalle condizioni meteorologiche, dalla precisione di puntamento al terminale di ricezione e persino dalla massa dei parametri. Aerei volanti o stormi di uccelli catturati in un raggio di potere distorcono o indeboliscono il suo potere. Se un tale incidente passa inosservato per un aereo, gli uccelli soffriranno in modo significativo: l'intensità della radiazione vicino alla superficie della Terra sarà decine di volte più potente del Sole di mezzogiorno.

Il secondo modo di trasferimento di energia sono le onde a microonde con frequenze da 2,4 a 5,8 GHz. Qui c'è una "finestra" atmosferica in cui l'attenuazione dell'energia è minima. Ma la parte ricevente dell'energia è molto complessa e richiede lo sviluppo di moderni componenti di antenna. Secondo gli scienziati, per trasmettere una potenza di 5 MW da un'altezza di 36.000 km (orbita geostazionaria), saranno necessarie un'antenna trasmittente di 1 km di dimensioni e un'antenna ricevente di 10 km di diametro. Tali strutture nel prossimo futuro per l'umanità non possono permettersi.

In questa situazione, i progressi sono iniziati dall'altra parte. Lo sviluppo di moderni dispositivi di comunicazione e mobile computing ha richiesto frequenti ricariche delle batterie. In linea di principio, ciò non presenta un problema particolare, soprattutto quando si dispone di uno o due di questi dispositivi. Ma se ce ne sono dozzine in famiglia o in ufficio, la continua ricerca di unità di ricarica compatibili con i prodotti è fonte di distrazione e fastidio.

Secondo alcune indiscrezioni, è stata questa circostanza a indurre Marina Solyachich, un dipendente dell'Università del Massachusetts, a L'idea di un modo per trasferire energia senza fili. Dopo che il segnale di un telefono cellulare scaricato lo ha svegliato più volte nel cuore della notte, ha deciso di affrontare seriamente il problema ricarica in modalità wireless i tuoi dispositivi mobili.

Di conseguenza, è apparso completamente nuova tecnologia per il trasferimento di energia dalla rete ai dispositivi mobili. Il metodo consiste nell'accoppiamento risonante utilizzando il campo magnetico del ricevitore e del trasmettitore. Dietro un nome incomprensibile e un meccanismo non meno oscuro (il metodo è brevettato e tenuto segreto), è nascosto un metodo di trasferimento di energia senza conduttori con un'efficienza superiore al 40%. La tecnologia si chiama «WiTricity».

Il principio di funzionamento della tecnologia per il trasferimento di energia senza fili "WiTricity"

Caricabatterie wireless per cellulare WiTricity

Secondo gli autori dell'invenzione, questa non è una risonanza "pura" dei circuiti collegati e Trasformatore Tesla, con accoppiamento induttivo. Il raggio del trasferimento di energia oggi è poco più di due metri, in futuro - fino a 5-7 metri.

Tecnologie simili sono febbrilmente sviluppate da altre aziende: Intel ha dimostrato la sua tecnologia WREL con efficienza di trasferimento di energia fino al 75%. Nel 2009, Sony ha dimostrato il funzionamento di un televisore senza una connessione di rete.

Dimostrazione tecnologica WiTricity:

Dimostrazione della tecnologia wireless Intel WREL:

Solo una circostanza è allarmante: indipendentemente dal metodo di trasmissione e dai trucchi tecnici, la densità di energia e l'intensità di campo nei locali dovrebbero essere abbastanza elevate da alimentare dispositivi con una potenza di diverse decine di watt.

Secondo gli stessi sviluppatori, non sono ancora disponibili informazioni sugli effetti biologici sull'uomo di tali sistemi. Data la recente apparenza e un diverso approccio all'implementazione dei dispositivi di trasmissione dell'energia, tali studi devono ancora arrivare e i risultati non appariranno presto. E possiamo giudicare il loro impatto negativo solo indirettamente. Qualcosa di nuovo scomparirà dalle nostre case, come gli scarafaggi.

Senza cercare di approfondire la complessità delle tecnologie di trasferimento di energia, possiamo dire che a un livello di distanze fino a 10 metri nel prossimo futuro, i dispositivi di trasferimento di energia wireless diventeranno realtà. Puoi guardare la TV, utilizzare un computer e caricare i dispositivi mobili senza preoccuparti della presenza di cavi e prese.

Ma abbiamo iniziato con problemi di trasmissione non di decine e centinaia di watt, ma di capacità più serie. Purtroppo oggi Il miglior risultato in questa direzione è la trasmissione pilota di 30 kilowatt di potenza su una distanza di 2 chilometri (1 miglio). Questo evento è accaduto nel 1975 e da allora non sono stati compiuti progressi significativi. Pertanto, nei prossimi decenni, non ci si dovrebbe aspettare una svolta nel campo della trasmissione di energia wireless. La fantascienza può dormire fino ad ora.

Comments

[#1 Philip]

Mi è piaciuto Non sapevo che esistessero già tecnologie di trasmissione di energia wireless nella vita reale. Ho pensato prima che fosse puramente fantastico.

[#2 Shura]

E mi è piaciuto. Sembra irrealistico che la trasmissione di energia wireless esista già.
La finzione sta diventando realtà. È persino difficile immaginare cosa ci aspetta dopo.

[#3 egor]

wow! non sapevo quanto fosse interessante :-)

[#4 HP Veer]

Ho comprato un telefono HP Veer per mia moglie - quindi ha una carica magnetica / induttiva, ha messo il telefono sul carro - sta caricando - nessun cavo per il telefono.
Ma ovviamente la distanza in millimetri, un metro o due sarebbe molto più conveniente))

[#6]

Vasily Anatolyevich, si sbaglia. Questo metodo di trasferimento di energia è stato implementato quasi 140 anni fa dal fisico italiano Carlo Matteuchi ed era con l'aiuto di bobine piano-spirale. La fonte di energia fu dapprima lo scarico di una lattina di Leida, quindi la bobina di Rumkorf.

Ciò che è descritto nell'edizione russa del Corso completo di fisica a cura del prof. Gano. Posso fornire sia la scansione originale che quella della pagina.

[#7 grigio]

Oggi l'idea viene realizzata attraverso il trasferimento di energia dovuto ai fenomeni fisici dell'elettromagnetismo che sono derivati ​​o correlati. Il trasferimento di energia attraverso le correnti ad alta frequenza, attraverso il magnetismo, è mortale per l'uomo e sarà in ogni modo nascosto nel progresso delle nuove tecnologie. Qualsiasi onda che trasporta in sé una frazione dell'energia è un oggetto materiale e con lo stesso successo puoi sparare con una pistola trasformando l'energia cinetica di un proiettile in ciò di cui hai bisogno. Il livellamento degli effetti dannosi dei "percorsi di trasmissione" è il compito principale dell'energia wireless e la trasmissione stessa è secondaria ...

[#8 Michael]

Sono d'accordo con Sery, ci sono abbastanza microonde che sembrano piene anche se non lo sentiamo, anche le linee elettriche sono molto dannose. Vivendo vicino a loro in prossimità di 50 metri, puoi facilmente calvo. Tutto irradia. Bene, i piani cottura a induzione sono sicuramente meno dannosi, poiché influenzano il metallo. Non vedo nulla di buono nella tecnologia delle spese di telefonia mobile. È molto più comodo ricaricare con una batteria condivisa. Questo e la presa non sono necessari. Per quanto riguarda le città, mi sembra che la migliore soluzione sia utilizzata in Germania ... Lì, tutti installano una piccola centrale elettrica, mulini a vento o pannelli solari nella loro zona. Tutto questo è ad esempio riservato alle batterie nel seminterrato. E se non sei a casa o non usi molta elettricità, l'eccesso addebita le riserve e l'eccesso va nella rete generale. Anche le persone pagano un extra per questo. Di conseguenza, otteniamo molti vantaggi, è una rete di alimentazione bilanciata in cui non ci sono grandi sovraccarichi, le perdite di trasmissione dell'elettronica sono ridotte. Il proprietario paga di meno e consuma meno. E questo è in contrasto con le centrali nucleari quando ad un certo punto viene generata un'enorme quantità di energia che deve essere distribuita uniformemente e perdere molto. E lo spreco è minimo.

[#9]

Lo smog elettromagnetico è pericoloso per api, uccelli, animali, piante, esseri umani - questa radiazione provoca mutazioni, i generatori portatili senza carburante sono il futuro.

[#10]

Tutto ciò che è descritto nell'articolo e nei commenti mi è familiare. Seguo attentamente lo sviluppo della tecnologia e cerco di non perdere nessuna novità. Ci sono idee proprie, è solo un peccato che sia privato dell'opportunità di metterle alla prova in pratica. Ad esempio, un'idea del genere. Tutti noi abbiamo visto i fulmini più di una volta e sappiamo che enormi correnti di centinaia di migliaia, o addirittura milioni di ampere, scorrono nel canale di una scarica di scintille nell'aria. Ciò significa che l'aria in condizioni speciali è in grado di attraversare un enorme potere di elettricità. Per fare questo, devi solo creare un canale ionizzato nell'aria. E crearlo, con lo sviluppo odierno della tecnologia, non è così difficile come sembra. Per fare ciò, utilizzare un raggio laser che opera nell'ultravioletto o anche nella gamma di raggi X della radiazione, ad es. un raggio laser che passa attraverso l'aria dovrebbe creare un canale ionizzato. Naturalmente, il trasferimento di energia dallo spazio esterno alla Terra in questo modo non funzionerà, ma sostituendo le linee elettriche cablate - perché no?

Sì, ecco un'altra cosa che voglio aggiungere. Per quanto riguarda lo smog elettromagnetico, una persona sembra essere in grado di adattarsi a qualsiasi cosa.Non siamo scarafaggi, viviamo in mezzo alle radiazioni e volevamo masticare tutto. Personalmente, sono, a questo proposito, un esempio vivente. Ora ho 67 anni e quasi tutta la mia esperienza lavorativa in URSS mi sono occupata di apparecchiature a microonde e la potenza, a volte, era molto significativa (fino a 40 kW per impulso). Ha lavorato in una telecamera (non per nulla per proteggere qualcuno dalle radiazioni, ma per impedire ai nemici di sapere su quali frequenze stiamo lavorando). A proposito, nella telecamera sullo schermo abbiamo ricevuto molte più radiazioni rispetto a quando lavoravamo in spazi aperti. E nonostante tutto ciò, non mi ero nemmeno calvo.

[#11]

È possibile trasmettere energia senza fili da qualsiasi onda in grado di propagarsi nello spazio - suono, luce, magnetico, seguita dalla conversione inversa in corrente elettrica.

[#12 giuria]

Di per sé, il campo elettromagnetico non è molto adatto per trasferire grandi cariche su lunghe distanze senza il corrispondente "conduttore" (cavo, raggio laser, ecc.). Anche raccogliere l'energia del sole e convertirla in elettricità non è facile. L'efficienza in tutti i casi noti non è molto elevata, il che significa che il consumatore pagherà sia l'energia elettrica stessa sia la sua perdita, che è una parte significativa. È più efficiente convertire l'energia di un campo non elettromagnetico (un campo con un più alto grado di ordinamento) in elettromagnetico. In questo caso, i costi di trasmissione diminuiranno di un ordine di grandezza e, di conseguenza, il costo di kW diminuirà.