Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния
Первую в мире функциональную систему беспроводной передачи энергии на большие расстояния разработали в Новой Зеландии. Уже сейчас прототип способен работать в любых погодных условиях, направляя энергию между двумя антеннами, разделенными расстоянием в несколько километров. Полевые испытания технологии, повторяющей эксперименты Николы Теслы, начнутся осенью.
Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова — еще Никола Тесла когда-то доказал, что можно зажигать лампочки с помощь катушки, находящейся в паре километров от них. Правда, при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь Колорадо-Спрингс во тьму. Тесла мечтал построить повсюду вышки, которые обеспечивали бы всех беспроводной энергией. Но инвестор Джон П. Морган зарубил идею на корню одним вопросом: «А куда прикажете поставить счетчик?»
Прошло 120 лет и вот новозеландская компания Emrod убедила второго по величине поставщика энергии в стране концерн Powerco дать беспроводному электричеству шанс.
Powerco поверила в технологию передачи энергии и вложила средства в Emrod, сообщает New Atlas.
Система состоит из передающей антенны, наборов реле и принимающей ректенны (антенны со встроенным выпрямителем, преобразующем микроволновую энергию в электричество). Для передачи используется безопасный радиодиапазон ISM, зарезервированный для промышленных, научных и медицинских целей.
В отличие от мечты Теслы, энергия передается напрямую между двумя антеннами, а лазерная система безопасности, защищающая периметр луча, тут же отключает его, если периметр пересекает птица, дрон или вертолет. Проблем с размещением счетчиков тоже быть не должно.
Система работает при любых погодных условиях — дождь, туман или пыль ей не помеха. Дистанция передачи ограничена только прямой видимостью, то есть в потенциале может быть сотни километров, а установка и эксплуатация не требуют серьезных вложений.
Пока у инженеров Emrod есть только работающий прототип, но к октябрю они планируют завершить создание устройства для инвестора и начать полевые испытания.
Первые устройства будут работать с мощностью в несколько киловатт. Прототип способен передавать энергию на несколько километров, но его легко можно масштабировать. «Мы можем использовать точно такую же технологию для передачи в 100 раз больше энергии на много большее расстояние», — пообещал основатель Emrod Грег Кушнир.
Если полевые испытания технологии пройдут успешно, она сможет преобразить энергосети по всему миру. «Мы планируем использовать эту технологию для доставки электричества в отдаленные места или через районы с труднопроходимой местностью. Она также может быть использована для сохранения энергоподачи клиентам в случаях, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры», — рассказал о планах инженер по трансформации сети Powerco Николас Вессио.
Беспроводная передача энергии может стать ключевой технологией и для возобновляемой энергетики, которая, как правило, генерирует энергию далеко не там, где она необходима. А мощность существующих энергосетей не позволяет перебрасывать большие объемы такой энергии достаточно далеко от места генерации.
Из-за этого, например, Германия, теряет часть оффшорной выработки ветропарков, так как в пиках не может перенаправить ее с севера в южные земли — не хватает ресурсов энергосети.
К середине августа компания Electreon Wireless запустит первый в Израиле участок трассы с возможностью беспроводной подзарядки электротранспорта на ходу. Она же начала работы по аналогичному проекту на шведском острове Готланд.
новозеландский стартап испытает передачу электричества без проводов на большие расстояния
Более ста лет назад гениальный изобретатель Никола Тесла доказал, что электричество можно передавать на большие расстояния без проводов. В ходе опытов в Колорадо-Спрингс он зажёг лампочку с помощью электромагнитного поля на удалении свыше трёх километров. Но тогда дальше экспериментов дело не пошло. Зато сегодня эти идеи могут воплотиться в жизнь благодаря новозеландскому стартапу и инвестициям второго по величине в стране поставщика электроэнергии.
Как сообщают источники, новозеландская энергетическая компания Powerco решила инвестировать в проект местного стартапа Emrod.
Проект Emrod предусматривает беспроводную передачу энергии между приёмником и передатчиком на расстоянии прямой видимости, а это, на самом деле, могут быть десятки километров.
В то же время дальность передачи для этого проекта — не главное. Беспроводная передача энергии может помочь в случае ремонта сетей или аварий, что позволит потребителю оставаться подключённым даже во время обесточивания линий, а также в местах, где проведение линий электропередачи осложнено, запрещено или невозможно.
Мобильный комплекс для передачи и приёма энергии без проводов (Emrod)
Компания Emrod разработала уникальный прототип приёмника и передающей станции. К октябрю будет готов ещё один прототип. На начальном этапе будут проведены лабораторные испытания, а затем начнутся и полевые. Сначала без проводов планируется передавать ток мощностью до 2 кВт. Затем объёмы передаваемой без проводов энергии будут многократно увеличены. Заявлено, что за счёт новых радиопоглощающих материалов КПД приёмной (выпрямляющей) антенны доведён до 100 %, а КПД передающей системы приближается к 70 %.
Пример размещения установок по беспроводной передаче энергии (Emrod)
Проводные линии передачи электричества также подвержены потерям ― примерно до 15 %. Но в случае ЛЭП добавляются расходы на инфраструктуру ― обслуживание, безопасность, ремонт и другое. Тем самым беспроводная передача энергии с помощью микроволнового излучения в ряде случаев может заменить проводную. За безопасность работы системы будут отвечать лазеры с датчиками пересечения, которые будут автоматически отключать передачу энергии при попадании в зону канала передачи птиц, дронов, вертолётов или чего-то ещё. Но в целом разработчики предполагают создавать достаточно широкие в пространстве каналы передачи, чтобы плотность передаваемой энергии была не выше плотности энергии солнечного излучения в жаркий полдень на экваторе.
Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
3 способа беспроводной передачи энергии
Когда компания Apple представила свое первое беспроводное зарядное устройство для сотовых телефонов и гаджетов, многие посчитали это революцией и огромным скачком вперед в беспроводных способах передачи энергии.
Так еще в далеком 1893г прославленный Никола Тесла, продемонстрировал изумленной публике свечение люминесцентных ламп. При том, что все они были без проводов.
Сейчас такой фокус может повторить любой школьник, выйдя в чистое поле и встав с лампой дневного света под линию высокого напряжения от 220кв и выше.
Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.
В России в 1895г А.Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счету это тоже является беспроводной передачей энергии.
Самый главный вопрос и одновременно проблема всей технологии беспроводных зарядок и подобных методов заключается в двух моментах:
- как далеко можно передать электроэнергию таким способом
- и какое количество
Для начала давайте разберемся, какую мощность имеют приборы и бытовая техника нас окружающие.
Например для телефона, смартчасов или планшета требуется максимум 10-12Вт.
У ноутбука запросы уже побольше – 60-80Вт. Это можно сравнить со средней лампочкой накаливания. А вот бытовая техника, особенно кухонная, кушает уже несколько тысяч ватт.
Поэтому очень важно не экономить с количеством розеток на кухне.
Так какие же методы и способы для передачи эл.энергии без применения кабелей или любых других проводников, придумало человечество за все эти годы. И самое главное, почему они до сих пор не внедрены столь активно в нашу жизнь, как того хотелось бы.
Взять ту же самую кухонную технику. Давайте разбираться подробнее.
Передача энергии через катушки
Самый легко реализуемый способ – использование катушек индуктивности.
Здесь принцип очень простой. Берутся 2 катушки и размещаются недалеко друг от друга. На одну из них подается питание. Другая играет роль приемника.
Когда в источнике питания регулируется или изменяется сила тока, на второй катушке магнитный поток автоматически также изменяется.
Казалось бы все просто. Но недостатки портят всю радужную картинку. Минусов три:
- маленькая мощность
Данным способом вы не передадите большие объемы и не сможете подключить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.
- небольшое расстояние
Даже не задумывайтесь здесь о передаче электричества на десятки или сотни метров. Такой способ имеет ограниченное действие.
Чтобы физически понять, насколько все плохо, возьмите два магнита и прикиньте, как далеко их нужно развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться друг от друга. Вот примерно такая же эффективность и у катушек.
Можно конечно исхитриться и добиться того, чтобы эти два элемента всегда были близко друг от друга. Например электромобиль и специальная подзаряжающая дорога.
Но в какие суммы выльется строительство таких магистралей.
Однако какими бы не казались бесполезными все эти штуки, с их помощью до сих пор можно устраивать красивые светомузыкальные представления.
Или подзаряжать технику гораздо большую чем телефоны. Например электрические велосипеды.
Лазерная передача энергии
Но как же передать больше энергии на большее расстояние? Задумайтесь, в каких фильмах подобную технологию мы видим очень часто.
Первое что приходит на ум даже школьнику – это “Звездные войны”, лазеры и световые мечи.
Безусловно, с их помощью можно передать большое количество эл.энергии на очень приличные расстояния. Но опять все портит маленькая проблемка.
К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земле есть атмосфера.
А она как раз таки хорошо глушит и кушает большую часть всей энергии лазерного излучения. Поэтому с данной технологией нужно идти в космос.
В итоге выиграла компания Laser Motive. Их победный результат – 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей изначальной энергии.
Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат посчитали успешным.
Напомним, что у простой лампочки полезной энергии, которая идет непосредственно на свет, и того меньше. Поэтому из них и выгодно изготавливать инфракрасные обогреватели.
Неужели нет другого реально работающего способа передать электричество без проводов. Есть, и его изобрели еще до попыток и детских игр в звездные войны.
Оказывается, что специальные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении.
Какой бы ни была плохой погода, при передаче с помощью микроволн, вы потеряете всего пять процентов! Но для этого вы сначала должны преобразовать электрический ток в микроволны, затем их поймать и опять вернуть в первоначальное состояние.
Первую проблему ученые решили очень давно. Они изобрели для этого специальное устройство и назвали его магнетрон.
Причем это было сделано настолько профессионально и безопасно, что сегодня каждый из вас у себя дома имеет такой аппарат. Зайдите на кухню и обратите внимание на свою микроволновку.
У нее внутри стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.
Но вот как сделать обратное преобразование? И тут было выработано два подхода:
В США еще в шестидесятых годах ученый У.Браун придумал антенну, которая и выполняла требуемую задачу. То есть преобразовывала падающее на него излучение, обратно в электрический ток.
Он даже дал ей свое название – ректенна.
После изобретения последовали опыты. И в 1975г при помощи ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.
Спустя почти полвека, этот опыт до сих так никто и не смог превзойти. Казалось бы метод найден, так почему же эти ректенны не запустили в массы?
И тут опять всплывают недостатки. Ректенны были собраны на основе миниатюрных полупроводников. Нормальная работа для них – это передача всего нескольких ватт мощности.
А если вы захотите передать десятки или сотни квт, то готовьтесь собирать гигантские панели.
И вот тут как раз таки появляются не разрешимые сложности. Во-первых, это переизлучение.
Мало того, что вы потеряете из-за него часть энергии, так еще и приблизиться к панелям без потери своего здоровья не сможете.
Вторая головная боль – нестабильность полупроводников в панелях. Достаточно из-за малой перегрузки перегореть одному, и остальные выходят из строя лавинообразно, подобно спичкам.
В СССР все было несколько иначе. Не зря наши военные были уверены, что даже при ядерном взрыве, вся зарубежная техника сразу выйдет из строя, а советская нет. Весь секрет тут в лампах.
В МГУ два наших ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали так называемый циклотронный преобразователь энергии. Он имеет приличные размеры, так как собран на основе ламповой технологии.
Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата чуть меньше, чем у американской полупроводниковой штуки – до 85%.
Но в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд существенных достоинств:
- большая мощность
- стойкость к перегрузкам
- отсутствие переизлучения
- невысокая цена изготовления
После первого появления полупроводников, все резко начали отказываться от ламповых технологий. Но практические испытания говорят о том, что это зачастую неправильный подход.
Конечно, ламповые сотовые телефоны по 20кг или компьютеры, занимающие целые комнаты никому не интересны.
Но иногда только проверенные старые методы, могут нас выручить в безвыходных ситуациях.
В итоге на сегодняшний день, мы имеем три возможности передать энергию без проводов. Самый первый из рассмотренных ограничен как расстоянием, так и мощностью.
Но этого вполне хватит, чтобы зарядить батарейку смартфона, планшета или чего-то побольше. КПД хоть и маленький, но метод все же рабочий.
Способ с лазерами хорош только в космосе. На поверхности земли это не очень эффективно. Правда когда другого выхода нет, можно воспользоваться и им.
Зато микроволны дают полет для фантазий. С их помощью можно передавать энергию:
- на земле и в космосе
- с поверхности земли на космический корабль или спутник
- и наоборот, со спутника в космосе обратно на землю
Реальные проекты в наши дни
За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.
Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1км.
Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.
Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.
Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.
Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.
На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.
Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П.
Глэйзером.
Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею – вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.
Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.
Этакая “звезда смерти” в наших земных реалиях.
На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.
Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше – 5км (размер Садового кольца).
Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.
Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн.
$.
Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.
Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос – увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?
К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.
Статьи по теме
Прощайте, провода! |
Будущее без проводов становится реальностью.
В июне 2007 г. группа ученых под руководством профессора Марина Солячича из Массачусетского института (MIT) провела эксперимент по беспроводной передачи электрической энергии с эффективностью 45%. Ученые обещают: очень скоро для зарядки мобильных телефонов, плееров, ноутбуков и прочих переносных устройств, нуждающихся в постоянной подпитке электроэнергией, не нужно будет никаких проводов.
О том, что хорошо бы было подпитывать всевозможные приборы электроэнергией без путающихся под ногами проводов, ученые задумываются уже очень давно. Как минимум 100 лет. Именно столько времени прошло с того момента, когда данной проблемой заинтересовался гениальный американский ученый и изобретатель Никола Тесла.
ДОРОГА В БУДУЩЕЕ
Сведений о работах Теслы в сфере беспроводной передачи энергии сохранилось очень мало. По отрывочным сведениям, дошедшим до нас, ему действительно удалось добиться в этой области выдающихся результатов.В 1899 г.
в Колорадо-Спрингс он публично продемонстрировал лампы и двигатели, работающие на высокочастотном токе без проводов. Для фантастического эксперимента была построена башня высотой несколько десятков метров, которую венчала “луковка” разрядника – большая медная полусфера. При включении установки возникли искровые разряды длиной до 40 м, сопровождавшиеся громовыми раскатами, которые были слышны за 15 миль. Вокруг башни пылал огромный световой шар. За 25 миль от нее под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без всяких проводов!
Опыт в Колорадо-Спрингс весьма сильно впечатлил Джона Пирпонта Моргана, одного из самых богатых людей Америки. По его приглашению Тесла переехал в Нью-Йорк для работы над грандиозным проектом Wardenclyffe – созданием Всемирного центра беспроводной передачи энергии. На Лонг-Айленде строится башня высотой 57 м со стальной шахтой, углубленной в землю на 36 м. Верх башни венчает 55-тонный металлический купол диаметром 20 м.
Пробный пуск невиданного сооружения состоялся в 1905 году и произвел потрясающий эффект. Как писали газеты, «Тесла зажег небо над океаном на тысячи миль».
Дальше – больше. Согласно одной из “экзотических” версий, тунгусские события 1908 года были вызваны испытанием энергетического оружия, совершенно случайно созданного Николой Теслой. И действительно, в 1907-1908 гг. Тесла уже писал о разрушительном воздействии своего передатчика энергии. В 1915 г. он прямо заявлял: «Безусловна практическая передача электрической энергии без проводов и производство разрушительного воздействия на расстоянии. Я уже конструировал беспроволочный передатчик, который делает это возможным. Опыты продвинулись так далеко, что воздействия большой разрушительной силы могут быть произведены в любую точку на земном шаре, определенную заранее, с большой точностью».
Очевидно, сам Тесла считал проблему беспроводной передачи энергии решенной. В мае 1917 г., выступая на заседании Американского института инженеров-электриков по случаю получения награды имени Томаса Эдисона, он сказал: «Что касается передачи энергии через пространство, это проект, который я давно считаю абсолютно успешным. Годы назад я мог передавать энергию без проводов на любое расстояние без ограничений, которые накладывались физическими размерами Земли. Эффективность передачи может составлять 96 или 97%, и практически нет потерь, кроме тех, которые неизбежны для работы машины».
Однако как он это делал, остается загадкой. Никаких записей об уникальных экспериментах не сохранялось. После смерти Николы Теслы повторить их не удалось. О передаче энергии без проводов просто забыли на долгие-долгие годы.
НОВЫЕ СТАРЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.
Для профессора Марина Солячича все началось с мобильного телефона, а точнее, с его неисправной батареи, постоянно нуждавшейся в подзарядке. Именно эта надоевшая проблема заставила ученого подумать о способе передачи электроэнергии без проводов. «Раньше просто не было необходимой мотивации, – охотно делится ученый. – Это только в последние годы появилась масса всевозможных портативных устройств, получающих питание от батарей и часто нуждающихся в подзарядке». Тут-то профессору Солячину и пришло в голову, что выходом может стать беспроводная передача электроэнергии.
В принципе идея эта не нова. Однако до сих пор все попытки передать электроэнергию на расстояние, без какого бы то ни было носителя, проваливались из-за низкого КПД. Большая часть передаваемой электроэнергии просто рассеивалась в окружающей среде, до конечного потребителя доходили жалкие крохи. Правда, предпринимались попытки передачи электроэнергии при помощи направленного лазерного луча. Однако в этом случае между источником энергии и приемником не должно было быть никаких физических препятствий, что, понятно, не всегда осуществимо. Профессору Солячичу удалось справиться с проблемой рассеивания электроэнергии. В основе разработанной им технологии WiTricity лежит явление электромагнитного резонанса. По мысли Солячича, для эффективной передачи энергии на расстояние необходимо заставить передатчик и приемник резонировать с одинаковой частотой.
Теоретические выкладки профессора, которые были опубликованы ещё в прошлом году, блестяще реализовали инженеры из Массачусетского технологического института (MIT).
В ходе эксперимента, проведенного в июне 2007 г., им удалось заставить светиться 60-ваттную лампу накаливания, находящуюся на расстоянии более 2 м от источника энергии.
Экспериментальное устройство состояло из двух медных катушек диаметром 60 см, передатчика, подключенного к источнику энергии, и приемник с подсоединенной к нему лампой накаливания. Контуры приемника и передатчика были настроены на частоту 10 МГц. В результате воздействия электромагнитного излучения передатчика на приемник в контуре последнего возникал электрический ток, и лампа начинала светиться. Она продолжала гореть, даже когда между катушками находились деревянные или металлические предметы, а также электронные устройства. И хотя потери энергии все еще велики, приемник получает только 40-45% электроэнергии, результаты впечатляют.
Сам Марин Солячич утверждает, что технология не представляет опасности ни для людей, ни для животных. Воздействие такого «зарядника» не влияет на работоспособность кредитных карт, мобильных телефонов и других электронных устройств, чувствительных к электромагнитному полю.
Профессор Солячич надеется, что в самом ближайшем будущем технология WiTricity получит самое широкое распространение, а, значит, всевозможные портативные устройства можно будет подзаряжать автоматически, без подключения к сети.
Впрочем, прежде профессору Солячичу и его коллегам из MIT предстоит существенно доработать свое изобретение. Повысить коэффициент эффективности передачи, чтобы большая часть энергии доходила до приемника. Уменьшить размеры прототипа и увеличить расстояние, на которое передается электроэнергия. В ближайшем будущем группа из MIT планирует перевести эксперимент в практическую плоскость – «запитать» от своей системы ноутбук или робот-пылесос.
Впрочем, надо сказать, что профессор Солячич не одинок. Над беспроводной технологией передачи электроэнергии работают и другие изобретатели. Так, Кит Крессин, вице-президент по маркетингу американской компании Powercast, заявил, что устройства, использующие беспроводную передачу энергии, могут появиться уже в следующем году.
Разработанная в компании технология передачи энергии по радиоволнам уже прошла сертификацию. В отличие от конкурентных разработок она значительно эффективнее – способна передавать до 70% вырабатываемой энергии (традиционные системы радиопередачи энергии транслируют лишь 10%). К тому же технология позволит многим устройствам обходиться вообще без аккумуляторов, «запитываясь» непосредственно от передатчика.
Другая Энергия
Максимум через 25 лет на Земле закончатся нефть и газ, и человечество столкнется с глобальным энергетическим кризисом. Пути выхода из него до конца неясны. Впрочем, директор Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства, академик РАСХН, доктор технических наук Дмитрий Стребков смотрит в будущее с оптимизмом. По его мнению, спасение придет откуда не ждали. Надо только хорошенько покопаться в архивах, вспомнить, чем же занимались ученые сто лет тому назад, и сделать ставку на… электричество.
(Интервью брала корреспондент журнала “Мир новостей” Наталия Калинина)
– Дмитрий Семенович, чтобы обеспечить устойчивое развитие в будущем, человечеству необходимы новые энергетические технологии. Какими, по вашему мнению, они будут?
– Эпоха дешевой энергии закончилась. Новые энергетические технологии не будут использовать ископаемое топливо, будущее – за солнечной энергией. Глобальная энергетическая система, состоящая из трех солнечных электростанций в Австралии, Африке и Северной Америке, сможет в течение миллионов лет круглосуточно обеспечивать электроэнергией, водородным топливом и теплом все районы Земли. Электростанции же, работающие на ископаемом топливе, можно будет смело переводить в разряд резервных. Уже сейчас максимальный КПД солнечных элементов, разрабатываемых в лабораториях, равен 40%, а практический срок их службы составляет 50 лет. Есть, правда, “маленькая” сложность.
Для функционирования глобальной солнечной энергосистемы необходимо организовать трансконтинентальные тераваттные потоки электрической энергии к потребителю. Только в этом случае человечество сможет объединить и сконцентрировать свои энергетические ресурсы и технологии для создания достойных условий жизни для каждого конкретного человека, а также для реализации крупных научно-технических проектов на Земле и в космосе.
– В июне 2007 г. Ваши коллеги из Массачусетского технологического института (США) апробировали технологию WiTricity, сделавшую передачу энергии без проводов реальностью. Возможно, именно она будет положена в основу глобальной энергетической системы?
– Не думаю. Во-первых, у данной системы очень низкий КПД (40-45%). Во-вторых, она просто небезопасна для здоровья человека. Американцы передают электроэнергию на частоте 10 МГц, что “соответствует СВЧ-полям. Вам хочется, чтобы ваша комната превратилась в СВЧ-печь? Пионер беспроводной передачи энергии Никола Тесла, к слову сказать, умел передавать электроэнергию на частоте 1-200 кГц и с гораздо лучшими результатами (потери составляли всего 3-4%). Он вообще был гениальным ученым, предвидевшим направления, в которых будут развиваться электротехника и энергетика на сотни лет вперед. Достаточно сказать, что Никола Тесла удалось получить напряжение в 50 млн вольт простыми аппаратными средствами. Еще в начале XX в. он передавал электрическую энергию на десятки километров, используя в качестве проводящей среды Землю. Именно он изобрел асинхронный электродвигатель, многофазный ток и многое другое. Однако гениальность Теслы сыграла с его современниками дурную шутку. Большинство просто не понимало, что же написано в его трудах. К счастью, наука не стоит на месте. В настоящее время мы практически в полном объеме можем воспроизвести эксперименты Теслы по передаче энергии на большие расстояния с использованием однопроводниковых линий и проводящих сред, развить и усовершенствовать предложенную им резонансную технологию.
– И все-таки, согласитесь, есть здесь нечто странное. Патент на аппарат для передачи электроэнергии беспроводным методом был получен Николой Теслой ещё в 1914 г.
Даже не понимая принципа его действия, можно было попытаться внедрить его в реальную жизнь?
– Проект Wardenclyffe, в котором Никола Тесла работал до конца своих дней, изначально задумывался как коммерческий. Предполагалось, что в Нью-Йорке будет создан всемирный центр беспроводной передачи энергии. Однако все работы в этом направлении были очень быстро свернуты, когда стало понятно, какую опасность представляют генераторы Теслы. Я даже не говорю об энергетическом оружии, которое он якобы создал, это неподтвержденные слухи. Но во время его экспериментов у людей светились волосы, у лошадей выскакивали искры из-под копыт, в ближайшей электростанции сгорели генераторы. Все потому, что Никола Тесла использовал в качестве однопроводниковой линии Землю. Подобный способ передачи электроэнергии оказался совершенно неприемлем из экологических соображении.
– Реально ли в таком случае создать безопасную технологию беспроводной передачи энергии на большие расстояния с такими же минимальными потерями, как у Николы Теслы?
– Более чем реально, но с использованием других технологий.
Так, в нашем институте разработана совершенно безопасная резонансная технология передачи электрической энергии – по подземным электроизолированным однопроводниковым кабельным линиям. По ним можно передавать гигаваттные и тераваттные потоки электрической энергии с потерями на уровне 3-4%. Однопроводниковые резонансные системы открывают возможности для создания сверхдальних кабельных линий электропередачи и в перспективе замены существующих воздушных линий кабельными однопроводниковыми. Тем самым будет решена одна из важнейших проблем электроэнергетики – повышение надежности электроснабжения. Ещё раз хочу подчеркнуть, что все это стало возможным за счет использования старой электротехники, которая неизвестна современному поколению ученых, и забытых изобретений Николы Теслы. Проще говоря, используется другое электричество, которого нет в наших электрических розетках. Это стационарные волны, резонансные режимы, сдвиг фаз между волнами тока и напряжения 90°, законы электростатической индукции (а не электромагнитной индукции), однопроводниковые линии, повышенная частота 1-20 кГц (а не 50 Гц) и т.
д.
– Из ваших слов явствует, что Никола Тесла определил развитие электроэнергетики на сотни лет вперед. Каким видится ее будущее современным ученым?
– Развитие электроэнергетики, на мой взгляд, связано с развитием резонансных волноводных методов передачи электрической энергии. Уже в XXI в. воздушные линии электропередачи будут заменены подземными волноводными системами. Бесконтактный высокочастотный электрический транспорт будет получать электрическую энергию от однопроводниковой резонансной линии, установленной в дорожном покрытии. На сельскохозяйственных плантациях будут работать электрические машины-роботы с активными рабочими органами. Будет создана глобальная солнечная энергетическая система, производящая электроэнергию, водородное топливо и тепло для каждого человека на Земле. Жидкое топливо и газ будут вырабатываться из биомассы энергетических плантаций. Космические корабли будут стартовать с Земли на электрических ракетных двигателях, имея соотношение массы полезного груза к стартовой массе на уровне 80-90% вместо сегодняшних 5%.
Резонансные методы будут использоваться для лечения человека и животных, уничтожения сорняков (вместо пестицидов), обеззараживания питьевой воды и отходов, создания новых особо чистых материалов, в первую очередь солнечного кремния. Надеюсь, будут возможными электроснабжение летательных аппаратов в космическом пространстве и передача электрической энергии на мобильные объекты на Земле безопасными беспроводными методами.
Беспроводной способ передачи электроэнергии. Новейший кейс применения разработки компании Emrod
Пока страны думают, как снизить объемы выбросов CO2 в атмосферу, увеличивая долю ВИЭ и атомной энергии, а десятки компаний ищут идеальный накопитель электроэнергии, новозеландский стартап Emrod презентовал способ беспроводной передачи электроэнергии.
1651 просмотров
Фото с официального сайта компании Emrod
Предприниматель Грег Кушнир задумался о дешевом и надежном способе электроснабжения в обход тяжеловесной инфраструктуры электрических сетей.
В ходе исследований изучил работу НАСА и Японского космического агентства, которые планировали собирать солнечную энергию с помощью спутников и транслировать на Землю. Кушнир понял, что способ бесконтактной передачи электроэнергии на расстояния существует. Единичные исследования в этой области натыкались на проблему потерь большей части энергии и прекращались.
Ученый Рэй Симпкин из Callaghan Innovation по заказу Кушнира и при финансовой поддержке государства разработал прототип устройства беспроводной передачи электроэнергии.
Устройство беспроводной передачи энергии. Из чего состоит и как работает
Устройство представляет собой выполненные из метаматериалов передающую, принимающую антенны и реле между ними.
Электрическая энергия в установке, проходя через передающую антенну, преобразуется в электромагнитные волны, направляется в ретранслирующие экраны, попадает в ректенну и трансформируется обратно в электроэнергию. Дальность действия устройства ограничивается видимостью.
Фото с официального сайта компании Emrod
Потеря энергии при передаче на прототипе составляет 30%. Причем эффективность принимающей антенны из радиопоглощающих метаматериалов стремится к 100%.
Прототип разработки с октября тестируется компанией Powerco — вторым по величине поставщиком электроэнергии в Новой Зеландии.
Аппарат передает ток мощностью всего 2 кВт, но создатели уверяют, что мощность, как и дальность, легко нарастить.
Для передачи энергии Emrod задействует неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон частот (ISM). Существуют международные правила безопасности по использованию такой частоты и долгая история применения среди людей без ущерба здоровью.
Представители Emrod утверждают, что установка не угрожает птицам и дронам, оказавшимся на пути электромагнитных волн. Сети лазерных лучей окружают электрический путь, и, если в их периметр попадает объект, передача энергии прерывается, что не сказывается на бесперебойности электроснабжения. Снег, дождь, град, взвеси пыли не приводят к отключению устройства.
Планы компании Emrod
Разработчики не планируют вытеснять привычные электрические сети, а предлагают использовать устройство в труднодоступных районах или для быстрого возобновления электроснабжения на аварийных участках сети с помощью машин с антеннами.
Кроме того, установка таких аппаратов позволит передавать энергию станций ВИЭ в регионы с неподходящим для выработки «зеленой энергии» климатом.
15 октября компания написала на официальном сайте о возможном кейсе применения своей разработки для электроснабжении острова Стьюарт. Он расположен в 30 км от Южного острова в Новой Зеландии. 85% территории, а это 1300 квадратных километров, занимает Национальный парк Ракиура. Стьюарт почти полностью покрыт лесом, на острове живут 5 видов пингвинов, коричневая птица киви, редкий вид попугая Нестор-кака.
Фото с официального сайта компании Emrod
У национального парка с сохраненной экосистемой есть скелет в шкафу, не гармонирующий с имиджем парка.
Потребности в электроэнергии острова покрываются дизельной генерацией и использованием сжиженного нефтяного газа, а годовые выбросы СО2 составляют 820 тонн. Кроме того, стоимость электроэнергии за кВт-ч на полдоллара дороже, чем на территории Новой Зеландии, питающейся от национальных электрических сетей. Люди экономят слишком дорогую энергию, поэтому потребление на человека на острове Стьюарт составляет меньше половины среднего потребления по стране.
Решением проблемы дорогостоящего и неэкологичного энергоснабжения могла бы стать прокладка подводного кабеля или использование энергии солнца и ветра на острове. Однако первый вариант требует огромных затрат, а ВИЭ не покроют потребностей в электроэнергии из-за недостаточной выработки в силу климата. Более того, установки для ВИЭ могут негативно влиять на экосистему. Солнечные панели закроют собой огромную площадь национального парка, а ветряная электростанция создаст вибрацию, к которой чувствительны птицы.
Emrod предлагает передавать энергию бесконтактно от ВИЭ с Южного острова. Компания подсчитала, что беспроводная передача электроэнергии за счет экономии на инфраструктуре снизит тариф для жителей Стьюарта с 0.6$ за кВт-ч до 0,46$ за кВт-ч. Это самый бюджетный вариант за аналогичную мощность.
Если разработка Emrod докажет жизнеспособность, то станет яркой иллюстрацией прорывных технологий, когда вдруг появляется стартап и кардинально меняет отрасль, устанавливая новые недорогие способы передачи электроэнергии.
Алексей Голиков
Разработан новый способ беспроводной передачи электроэнергии
Новозеландский стартап Emrod представил новый метод безопасной и беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния.
Сейчас компания начинает работу над внедрением технологии в системы распределения электроэнергии в стране.
Сейчас у Emrod есть рабочий прототип устройства, и компания занялась разработкой еще одного для Powerco, — крупного дистрибьютора газа и электроэнергии в Новой Зеландии, который вложил деньги в проект. К октябрю стартап должен закончить новый прототип, провести лабораторные тесты, а затем и перейти к «полевым» испытаниям. Прототип устройства будет способен выдавать «всего несколько киловатт мощности», как говорят создатели, но его можно легко масштабировать.
«Мы можем использовать точно такую же технологию для передачи в 100 раз большей мощности на гораздо большие расстояния», — сказал основатель Emrod Грег Кушнир.
Система использует передающую антенну, серию реле и приемную ректенну. Хоть и звучит такое количество приборов достаточно массивно, на самом деле каждый из них представляет из себя «квадрат», закрепленный на столбе.
Спектр волн, которые используются в этих генераторах, пересекается с частотами промышленных, научных, медицинских предприятий, а также частотами, используемыми в Wi-Fi и Bluetooth.
Энергия же излучается непосредственно между определенными точками, также присутствует специальный предохранитель, который немедленно отключает передачу энергии, как только фиксирует приближение какого-либо объекта (птицы, дрона).
Компания также подчеркивает, что технология работает при любых погодных условиях, включая дождь, туман и пыль, а расстояние передачи ограничено только прямой видимостью между каждым ретранслятором.
Emrod считает, что их метод будет идеален для использования возобновляемой энергии, которая часто генерируется далеко от того места, где она необходима. Такая система может быть очень удобной для доставки электроэнергии от оффшорных станций. Она также может стать незаменимой в случаях незапланированного отключения электричества.
Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния
Новости
5 августа 2020, 10:50
Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния
Первую в мире функциональную систему беспроводной передачи энергии на большие расстояния разработали в Новой Зеландии.
Уже сейчас прототип способен работать в любых погодных условиях, направляя энергию между двумя антеннами, разделенными расстоянием в несколько километров. Полевые испытания технологии, повторяющей эксперименты Николы Теслы, начнутся осенью.
Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова — еще Никола Тесла когда-то доказал, что можно зажигать лампочки с помощь катушки, находящейся в паре километров от них. Правда, при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь Колорадо-Спрингс во тьму. Тесла мечтал построить повсюду вышки, которые обеспечивали бы всех беспроводной энергией. Но инвестор Джон П. Морган зарубил идею на корню одним вопросом: «А куда прикажете поставить счетчик?»
Прошло 120 лет и вот новозеландская компания Emrod убедила второго по величине поставщика энергии в стране концерн Powerco дать беспроводному электричеству шанс. Powerco поверила в технологию передачи энергии и вложила средства в Emrod.
Система состоит из передающей антенны, наборов реле и принимающей ректенны (антенны со встроенным выпрямителем, преобразующем микроволновую энергию в электричество).
Для передачи используется безопасный радиодиапазон ISM, зарезервированный для промышленных, научных и медицинских целей.
В отличие от мечты Теслы, энергия передается напрямую между двумя антеннами, а лазерная система безопасности, защищающая периметр луча, тут же отключает его, если периметр пересекает птица, дрон или вертолет. Проблем с размещением счетчиков тоже быть не должно.
Система работает при любых погодных условиях — дождь, туман или пыль ей не помеха. Дистанция передачи ограничена только прямой видимостью, то есть в потенциале может быть сотни километров, а установка и эксплуатация не требуют серьезных вложений.
Пока у инженеров Emrod есть только работающий прототип, но к октябрю они планируют завершить создание устройства для инвестора и начать полевые испытания. Первые устройства будут работать с мощностью в несколько киловатт. Прототип способен передавать энергию на несколько километров, но его легко можно масштабировать. «Мы можем использовать точно такую же технологию для передачи в 100 раз больше энергии на много большее расстояние», — пообещал основатель Emrod Грег Кушнир.
Если полевые испытания технологии пройдут успешно, она сможет преобразить энергосети по всему миру. «Мы планируем использовать эту технологию для доставки электричества в отдаленные места или через районы с труднопроходимой местностью. Она также может быть использована для сохранения энергоподачи клиентам в случаях, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры», — рассказал о планах инженер по трансформации сети Powerco Николас Вессио.
Беспроводная передача энергии может стать ключевой технологией и для возобновляемой энергетики, которая, как правило, генерирует энергию далеко не там, где она необходима. А мощность существующих энергосетей не позволяет перебрасывать большие объемы такой энергии достаточно далеко от места генерации. Из-за этого, например, Германия, теряет часть оффшорной выработки ветропарков, так как в пиках не может перенаправить ее с севера в южные земли — не хватает ресурсов энергосети.
Ранее ЭлектроВести писали, что одной из миссий выведенного на орбиту беспилотного космоплана ВВС США X-37B будет проверка идеи физика Джерарда О’Нила о возможности передачи концентрированной солнечной энергии из космоса на Землю.
Эксперимент может сыграть революционную роль в будущем всей энергетики, если окажется, что такая передача возможна и она эффективна. Добывать энергию Солнца в космосе проще, чем на Земле, и возможность ее «приземления» откроет гигантские перспективы перед новым видом ВИЭ.
Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber
NZ для испытания первой в мире коммерческой беспроводной передачи энергии на большие расстояния
Новозеландский стартап разработал метод безопасной беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния без использования медных проводов и работает над его реализацией со вторым по величине дистрибьютором электроэнергии в стране.
Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова; Любимый всеми гений электрики Никола Тесла однажды доказал, что он может питать лампочки с расстояния более двух миль с помощью 140-футовой катушки Тесла в 1890-х годах – не говоря уже о том, что при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь город Колорадо-Спрингс в затемнение.
Tesla мечтала разместить по всему миру огромные башни, которые могли бы передавать энергию по беспроводной сети в любую точку земного шара, обеспечивая электроэнергией дома, предприятия, промышленность и даже гигантские электрические корабли в океане. Инвестор Дж. П. Морган убил эту идею одним вопросом: «Где я могу поставить счетчик?»
На это ушло 120 лет, но новозеландская компания Emrod, похоже, наконец убедила крупного дистрибьютора электроэнергии в необходимости перехода на беспроводную связь в коммерческих целях.Powerco, второй по величине дистрибьютор в Новой Зеландии, инвестирует в Emrod, чья технология, похоже, позволяет гораздо более эффективно перераспределять большие объемы электроэнергии между любыми двумя точками, которые могут быть соединены с помощью реле прямой видимости.
«Нам интересно посмотреть, сможет ли технология Emrod дополнить устоявшиеся способы доставки электроэнергии», – сказал менеджер по трансформации сети Powerco Николя Вессио. «Мы планируем использовать это для доставки электричества в отдаленные места или через районы со сложным рельефом.
Также есть потенциал, чтобы использовать его, чтобы держать свет для наших клиентов, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры ».
Emrod в настоящее время имеет рабочий прототип своего устройства, но построит еще один для Powerco с планами доставки Октябрь, затем проведите несколько месяцев в лабораторных испытаниях, прежде чем перейти к полевым испытаниям. Прототип устройства будет способен выдавать «всего несколько киловатт» мощности, но его можно легко масштабировать. «Мы можем использовать ту же технологию для передачи В 100 раз больше мощности на гораздо больших расстояниях », – сказал основатель Emrod и серийный предприниматель Грег Кушнир.«Беспроводные системы, использующие технологию Emrod, могут передавать любое количество энергии, передаваемой проводными решениями».
В системе используются передающая антенна, ряд реле и приемная выпрямительная антенна (выпрямляющая антенна, способная преобразовывать микроволновую энергию в электрическую).
Каждый из этих компонентов выглядит на этих изображениях просто как большие старые квадраты на столбах. Его лучи используют неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон радиочастотного спектра, включая частоты, обычно используемые в Wi-Fi и Bluetooth.
В отличие от всемирно доступной мечты Теслы о свободной энергии, здесь энергия передается прямо между определенными точками, без излучения вокруг луча, а «маломощный лазерный защитный занавес» немедленно отключает передачу энергии перед любым объектом, например птицей, дрон, вор или вертолет могут коснуться дальнего света. На этот раз разобраться, где разместить счетчик, не составит труда.
Emrod говорит, что он работает в любых атмосферных условиях, включая дождь, туман и пыль, а расстояние передачи ограничено только прямой видимостью между каждым реле, что дает ему возможность передавать мощность на тысячи километров, что составляет долю от затраты на инфраструктуру, затраты на обслуживание и воздействие на окружающую среду, которое оказывает проводное решение.
Действительно, Эмрод рассматривает беспроводную передачу как ключевую технологию, позволяющую использовать возобновляемые источники энергии, которые часто вырабатываются далеко от того места, где это необходимо. Такая система могла бы быть великолепной для доставки продуктов оффшорного и удаленного производства возобновляемой энергии в городские сети без необходимости в гигантских аккумуляторных батареях и т.п.
Грубый снимок временного грузовика с силовой трансмиссиейEmrod
Это также будет полезно при некоторых незапланированных отключениях; грузовик можно оснастить ректенной, а затем управлять им в любом месте в зоне видимости реле для создания временного беспроводного подключения к источнику питания.
Компания поддерживала связь с органами управления радиочастотным спектром в Новой Зеландии на протяжении всего процесса разработки с целью соблюдения всех стандартов безопасности, даже когда технология масштабируется вплоть до высоких уровней мощности, процесс, по словам Кушнира, также помог Emrod в разработке.
рекомендации для компаний, которые будут использовать эту технологию.
Мы связались с Эмродом, чтобы узнать больше об эффективности, размере, форме и состоянии текущего прототипа, планах на будущее и о том, что на самом деле произойдет, если вы засунете руку в середину балки, и предоставим вам дополнительную информацию, когда мы можем.
Обновление: мы поговорили с основателем Emrod Грегом Кушниром, которому было чем поделиться в нашем интервью.
Источник: Emrod
Работает ли беспроводная передача энергии?
Представьте себе улицу возле вашего дома. Теперь сотрите линии электропередач. Представьте себе межгосударственные автомагистрали без неприглядных кабельных вышек, которые усеивают обширный ландшафт Соединенных Штатов. Это может быть беспроводное будущее энергетики, если партнерство между правительством Новой Зеландии и стартапом Emrod будет успешным – и все это восходит к самым смелым мечтам Николы Теслы.
Беспроводное электричество звучит как научная фантастика, но технология уже реализована и подготовлена для практического применения в масштабах коммунального предприятия.
И в этой первой в своем роде пилотной программе Powerco – второй по величине дистрибьютор электроэнергии Новой Зеландии – протестирует технологию Emrod, начиная с 2021 года.
«Это звучит футуристично и фантастично, но со времен Tesla это повторяющийся процесс».
Компании планируют развернуть прототип беспроводной энергетической инфраструктуры на 130-футовом пространстве.Чтобы сделать это возможным, Эмрод использует выпрямляющие антенны, также известные как «ректенны», которые передают микроволны электричества от одной точки пути к другой: решение, хорошо подходящее для гористой местности Новой Зеландии. На промежуточных полюсах установлены специальные квадратные элементы, которые действуют как точки прохождения, которые поддерживают гудение электричества, а более широкая поверхность, так сказать, «улавливает» всю волну.
«Мы разработали технологию беспроводной передачи энергии на большие расстояния, – говорит основатель Emrod Грег Кушнир.
«Сама технология существует довольно давно. Это звучит футуристично и фантастично, но со времен Tesla это был повторяющийся процесс ».
Связь с Николой Тесла, как признает Кушнир, – это скорее творческий, приятный рассказ, чем настоящая генеалогия. Тесла рассматривал беспроводную энергию в 1890-х годах, когда он работал над своей революционной схемой трансформатора «катушка Тесла», которая генерировала электричество переменного тока, но он не смог доказать, что может управлять лучом электричества на большие расстояния.«Сам факт того, что он мог вообразить это, примечателен, но технология, которую он хотел применить, не сработала бы», – говорит Кушнир.
Emrod, напротив, может удерживать луч электричества плотно и сфокусированным с помощью двух технологий. Первый связан с передачей: небольшие радиоэлементы и одиночные волновые диаграммы создают коллимированный луч, что означает, что лучи выровнены параллельно и не будут сильно распространяться по мере распространения. Во-вторых, Эмрод использует искусственно созданные метаматериалы с крошечными узорами, которые эффективно взаимодействуют с этими радиоволнами.
Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
Беспроводные антенныEmrod – это среда, подобная кабелю, а это означает, что их задача – просто подключить источник электропитания к потребителю. Кушнир предполагает разместить технологию Emrod на труднопроходимой местности, которая соединяется с самыми солнечными, ветреными или наиболее благоприятными для воды точками на Земле, поскольку эти сельские места имеют самый большой пробел в электрификации.
Устраняя необходимость в длинных участках традиционной медной проводки, Emrod заявляет, что может обеспечить электричеством эти регионы, которые не могут позволить себе такую инфраструктуру, которая поддерживает энергосистему. Это также может иметь положительные экологические последствия, поскольку многие объекты, у которых нет доступа к электричеству, в конечном итоге полагаются на дизельные генераторы для получения энергии.
Есть даже возможности для поддержки оффшорных ветряных и солнечных электростанций, говорит Кушнир, потому что текущая точка трения для этих форм возобновляемой энергии сводится к стоимости передачи.Например, в проливе Кука, который соединяет Северный и Южный острова Новой Зеландии, морские ветряные электростанции требуют дорогих подводных кабелей.
На данный момент у Кушнира достаточно корпоративной поддержки, чтобы предпринять следующие нормативные шаги и начать распространение технологии Эмрода. По его словам, настоящая проблема будет заключаться в том, чтобы успокоить и просвещать общественность.
«Мы ожидаем большого сопротивления, аналогичного тому, что мы наблюдали с 5G», – говорит он. «Люди подавляют дополнительную радиацию вокруг себя, и это совершенно понятно.«Но, к счастью, – говорит он, – управляемый луч Эмрода не пропускает излучение
». Это не “брызги”, как антенна сотового телефона.
Итак, если все пойдет хорошо во время пилотной программы Новой Зеландии в начале 2021 года, беспроводная энергия может быть буквально на горизонте и в США.
А когда? Остается только догадываться.
Питание без проводов
Изображение любезно предоставлено Emrod
Для беспроводной передачи энергии Emrod генерирует электричество в виде узкого и сфокусированного луча в неионизирующем промышленном, научном и медицинском диапазоне электромагнитного спектра – той части радиодиапазона, которая соответствует частотам Wi-Fi и Bluetooth.
Оттуда передающая антенна передает мощность через различные точки реле на «ректенну», которая может безопасно передавать волны в том же диапазоне частот, что и микроволновая печь в вашем доме. Между тем крошечные лазеры контролируют ректенны, чтобы обнаружить любые препятствия между точками реле. Таким образом, отсутствует внешняя радиация, и
птицы не пострадают при такой передаче энергии.
—Courtney Linder
🎥 Смотри:
Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.
Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
Как далеко мы находимся от беспроводного электричества? | Леон Оквотч | Predict
Кто-то может возразить, что беспроводное электричество – одно из тех раздуваемых изобретений, которые нам не обязательно нужны. В конце концов, мы уже передаем электричество, и все работает нормально.
Это далеко не так. Скрытые затраты на традиционный метод передачи электроэнергии чрезвычайно высоки.
Прокладка линий электропередач и их обслуживание обходятся дорого, не говоря уже о географических ограничениях, которые ограничивают распространение электрических сетей в отдаленные районы.
Корабли в море, электромобили или самолеты потенциально могут перезаряжаться во время движения. Это решило бы проблему дальности полета, особенно для предлагаемых коммерческих электрических самолетов.
Но, возможно, самой большой революцией, которую он произведет, будет переход на экологически чистый и дешевый возобновляемый источник энергии для всего мира.
Мы можем реализовать это двумя способами:
1. Дистанционная передача солнечной энергии
Согласно данным Global Energy Statistics, общее потребление энергии в мире в 2019 году составило 13000 миллионов тонн нефтяного эквивалента (MTOE).
Это соответствует 17,3 тераватт мощности.
Теперь, если мы покроем территорию размером 350 на 350 км солнечными панелями, это может обеспечить более 17,4 ТВт энергии. Эта площадь составляет около 43000 квадратных миль. Великая пустыня Сахара – это примерно 3 балла.6 миллионов квадратных миль более 12 часов солнечной энергии в день.
Это означает, что 1,2% пустыни достаточно для удовлетворения мировых потребностей в энергии. И нет никакого способа, которым ядерный синтез или любой другой разрабатываемый в настоящее время более чистый источник энергии не может конкурировать с этим.
Что, если беспроводное электричество станет вещью, мы будем использовать небольшую часть Сахары для сбора солнечной энергии и передачи ее по всему миру без необходимости в дорогостоящих медных проводных линиях? Разве это не было бы большим прорывом в решении энергетического кризиса, загрязнения окружающей среды и изменения климата?
2.
Солнечная энергия космического базированияГигантские солнечные панели, собирающие солнечную энергию в космосе и передающие ее обратно на Землю, звучат как безумная сцена из футуристического научно-фантастического фильма.
Идея космической солнечной энергии (SBSP), концептуализированная российским ученым Константином Циолковским в 1920-х годах, по большей части оставалась неуловимой.
Все постепенно меняется. Несколько месяцев назад Европейское космическое агентство объявило о своем плане профинансировать SBSP как средство решения проблемы изменения климата за счет развития производства зеленой энергии.
Космическая солнечная энергетическая система обеспечит чистой энергией всех и всех.
SBSP будет использовать концепцию беспроводного электричества. План состоит в том, чтобы преобразовать электричество солнечных элементов в энергетические волны и использовать электромагнитные поля для передачи их вниз к антенне на поверхности Земли.
Затем антенна преобразует волны обратно в электричество.
SBSP – привлекательное решение для надвигающегося энергетического кризиса благодаря ряду преимуществ, которые позволят ему вырабатывать больше энергии:
- В космосе всегда солнечный полдень.Использование солнечных панелей на Земле ограничено дневным светом и погодными условиями.
- Солнечные панели могут получать более интенсивный солнечный свет из-за отсутствия препятствий со стороны атмосферных газов, облаков, пыли и других погодных явлений. Атмосфера Земли обычно поглощает и отражает часть солнечного света.
- Спутник с солнечной панелью можно освещать круглосуточно и без выходных. В настоящее время земные панели собирают солнечную энергию в среднем 29% дня.
- Электропитание можно быстро перенаправить в области, которые в нем больше всего нуждаются.
Излишне говорить, что SBSP по-прежнему сталкивается с многочисленными препятствиями, крупнейшими из которых являются затраты на запуск и развертывание огромных солнечных панелей.
В качестве возможных решений исследуются новые методы производства, такие как 3D-печать сверхлегких солнечных элементов.
Серьезная передача энергии без проводов ближе, чем вы думаете
Большинство людей знают, что технология беспроводной зарядки доступна сегодня для небольших электронных устройств, таких как сотовые телефоны и часы, но когда дело доходит до крупномасштабных энергосистем, концепция беспроводной передачи электричества, вероятно, кажется научной фантастикой.Однако правда в том, что были разработаны и проходят испытания системы, которые могут очень скоро привести к тому, что киловатты энергии будут передаваться на расстояния в несколько километров.
«Мы стремимся иметь такого рода устройства большей мощности киловаттного класса на расстояниях в километры для раннего тестирования заказчиком и использования в ближайшие пару лет», – Том Ньюджент, соучредитель и технический директор PowerLight Technologies, сказал в качестве гостя на The POWER Podcast .
В отличие от большинства беспроводных зарядных устройств для сотовых телефонов, которые создают магнитное поле, которое маленькая катушка в устройстве получает и собирает энергию для зарядки аккумулятора, PowerLight использует технологию излучения оптической мощности, которая преобразует электричество в свет высокой интенсивности.Затем система PowerLight формирует, направляет и направляет свет на специализированный приемник солнечных элементов, который преобразует свет обратно в энергию постоянного тока.
Через луч, по словам компании, «энергия может передаваться на большие расстояния, на больших высотах и в глубоком море, поддерживая бесперебойную работу как вблизи, так и издали». Инновационная конструкция формирования луча «оптимизирует энергию луча в начале, чтобы минимизировать потери в среде передачи и максимизировать мощность в конце».
«Это способ взять энергию из того места, где ее легко произвести или получить к ней доступ, будь то генератор или электрическая розетка, и мы преобразуем это электричество в свет, а затем передаем его через воздух или через оптические волокна в некоторые удаленное место, куда может быть очень трудно получить электроэнергию », – сказал Наджент.
«На самом деле это беспроводной удлинитель».
PowerLight уже провел демонстрации, в ходе которых он обеспечивал постоянную мощность в один киловатт. «Одним из преимуществ использования ближнего инфракрасного света, как и у нас, является то, что он позволяет преодолевать очень большие расстояния – километры или даже больше», – сказал Ньюджент. Фактически, на демонстрациях компания доставляла электроэнергию на расстояние в один километр.
В настоящее время PowerLight специализируется на предоставлении решений для телекоммуникационной и строительной отраслей, а также для военных.Некоторые из приложений, которые кажутся особенно многообещающими, включают в себя питание узлов связи, датчиков безопасности и дронов. Однако по мере развития технологии Ньюджент предвидит сценарии, в которых мегаватты электроэнергии могут быть доставлены на расстояние в сотни километров на удаленные военные базы или небольшие острова – места, где было бы непрактично прокладывать провода.
Наджент сказал, что PowerLight очень близок к выпуску на рынок некоторых новых продуктов.
«Это то, о чем многие люди не слышали или не понимают, где находятся технологии, и на самом деле это намного, намного ближе к реальности, чем многие люди могли подумать», – сказал он.
Чтобы услышать полное интервью, которое включает в себя больше примеров использования, некоторые проблемы и соображения безопасности, а также другие подробности о технологии, послушайте The Podcast . Нажмите на проигрыватель SoundCloud ниже, чтобы прослушать его в своем браузере, или воспользуйтесь следующими ссылками, чтобы перейти на страницу шоу вашей любимой платформы для подкастов:
Для получения дополнительных мощных подкастов посетите архивы The POWER Podcast .
– Аарон Ларсон – исполнительный редактор POWER (@AaronL_Power, @POWERmagazine).
Wireless Power – Когда исчезнут все эти кабели?
Беспроводная передача энергии была мечтой Николы Теслы более ста лет назад. Тем не менее, несмотря на значительные усовершенствования его работы и работы многих других с тех пор, настоящая беспроводная мощность все еще кажется чем-то несбыточной мечтой.
Итак, возникает вопрос, когда или будет ли когда-либо создан мир без проводов? Давайте взглянем.
Что такое беспроводная передача энергии?
WPT или беспроводная передача энергии – это передача электроэнергии из одной точки в другую через вакуум или воздух без необходимости использования проводов или других физических средств.Предположительно, WPT можно использовать для обеспечения мгновенной подачи энергии или непрерывной поставки энергии по запросу.
Источник: Chapendra / FlickrПредлагаются современные применения этого вида технологий там, где обычная проводка недоступна, опасна или просто менее удобна. Сегодняшние примеры включают беспроводные зарядные устройства для интеллектуальных устройств.
Вообще говоря, беспроводная передача энергии может быть достигнута с помощью различных методов, включая:
- Индуктивная связь
- Магнитно-резонансная индукция
- Электростатическая индукция
- Резонансная индуктивная связь
- Микроволновая передача энергии
- Лазерная передача энергии 9
Что такое беспроводная зарядка?
Беспроводная, или индукционная, зарядка – это тип передачи энергии, в котором используется электромагнитная индукция для подачи электричества в портативные устройства, такие как смартфоны и планшеты. Сегодня наиболее распространенной формой является так называемый стандарт беспроводной зарядки Qi для смарт-устройств.
Однако эту технологию также можно найти в некоторых транспортных средствах, электроинструментах, другой бытовой электронике, такой как зубные щетки, и некоторых медицинских устройствах. Для его использования совместимые электронные устройства помещаются рядом с зарядной станцией и заряжаются без необходимости точного выравнивания или электрического контакта с ней.
Вообще говоря, существует три основных типа беспроводной зарядки. Это:
- Зарядные площадки – для работы в них используется сильносвязанная электромагнитная индукционная или неизлучающая зарядка.
- Зарядные стаканы или зарядные устройства сквозного типа – в них используется слабосвязанный или радиационный электромагнитный резонансный заряд для передачи заряда на расстояние в несколько сантиметров.
- Несвязанная радиочастотная (RF) беспроводная зарядка – этот тип системы позволяет осуществлять «капельную» зарядку на расстоянии многих метров.
Все они используют один и тот же принцип для создания изменяющегося во времени магнитного поля для индукции тока в замкнутом контуре провода.
Хотя беспроводная зарядка относительно нова для потребительских товаров, вы можете быть удивлены, узнав, что беспроводная зарядка на самом деле является довольно старой концепцией – ей чуть более 100 лет. Подробнее об этом позже.
Как работает беспроводная зарядка?
В большинстве случаев беспроводная зарядка работает с помощью процесса, известного как индуктивная связь.Это включает в себя приложение переменного тока через индукционную катушку в зарядной станции или площадке (также известной как первичная катушка или катушка передачи).
Поскольку любой движущийся электрический заряд создает магнитное поле, передающая катушка создает именно такое поле, интенсивность которого регулярно колеблется, поскольку амплитуда переменного тока постоянно изменяется.
Это изменение напряженности магнитного поля приводит к возникновению так называемого электродвижущего поля, как это было описано в законе индукции Фарадея.
Этот закон гласит, что индуцированное напряжение в цепи пропорционально скорости изменения во времени магнитного потока, проходящего через эту цепь. Проще говоря, это означает, что чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше напряжение в цепи, и любое изменение направления магнитного поля также определяет направление индуцированного тока.
Таким образом, напряжение в цепи можно увеличить, добавив в цепь больше контуров. Таким образом, катушка с двумя петлями имеет в два раза большее напряжение, чем просто одна петля.Это закон, лежащий в основе конструкции и работы электродвигателей и генераторов, и объясняющий, почему эти устройства, как правило, имеют несколько катушек.
Источник: Tony Webster / Flickr Именно по этой причине зарядные площадки для смартфонов имеют относительно небольшой радиус действия, поскольку медные катушки внутри них имеют диаметр всего несколько сантиметров.
Увеличивая размер используемых катушек, можно значительно увеличить расстояние и эффективность беспроводной зарядки.Чем больше катушки или их больше, тем больше площадь воздействия.
При беспроводной зарядке магнитное поле, создаваемое передающей катушкой, индуцирует другой переменный ток в другой индукционной катушке портативного устройства. Обычно известный как приемная или вторичная катушка, индуцированный переменный ток затем преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя, который, в свою очередь, заряжает аккумулятор устройства или обеспечивает прямое питание устройства.
Может быть одна или несколько приемных катушек (или антенн).
Все хорошо, но такая установка имеет тенденцию к относительно небольшому радиусу действия. Чтобы расширить диапазон, можно использовать резонансную индуктивную связь (или магнитный резонанс). Это включает добавление конденсатора к каждой индукционной катушке для создания, по сути, двух LC-контуров с определенной резонансной частотой.
Величину наведенного тока в приемном токе можно увеличить, используя соответствующую емкость, чтобы гарантировать, что контуры резонируют на одной и той же частоте. Это также позволяет значительно увеличить радиус действия беспроводной зарядки.
Каковы основные вехи на пути к беспроводной энергии?
Чтобы оценить долгую историю беспроводной передачи энергии, давайте кратко рассмотрим некоторые из основных вех в развитии беспроводной зарядки на сегодняшний день.
1. Никола Тесла отказывается от беспроводной зарядки
Источник: One Tesla / WikimediaВ конце 19 века дальновидный изобретатель и инженер Никола Тесла впервые продемонстрировал магнитно-резонансную связь.Это, если вы не знаете, передача электричества по воздуху путем создания магнитного поля между двумя отдельными цепями (передатчик и приемник).
Он смог продемонстрировать это, зажигая по беспроводной сети люминесцентные лампы и лампы накаливания в своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, а затем в серии публичных лекций.
Тесла запатентовал эту технологию под названием «резонансный трансформатор» или «катушка Тесла».
Это устройство было способно производить очень высокие напряжения и частоты, а его усовершенствованные более поздние конструкции позволили использовать технологию очень безопасным и надежным образом.Хотя, как мы видели, индуктивная и емкостная связь являются эффектами «ближнего поля» и не могут использоваться для передачи на большие расстояния. Однако Тесла был убежден, что сможет разработать беспроводную мощность на большие расстояния.
В 1902 году Тесла начал экспериментировать с гораздо более крупной аппаратурой, чтобы увидеть, возможно ли его видение всемирной беспроводной системы доставки энергии. Он предвидел огромную сеть башен, которая могла бы без проводов освещать города, передавать сообщения и, возможно, даже приводить в действие такие вещи, как самолеты в воздухе.
Его первый прототип, Башня Ворденклиф, был многообещающим, но в конечном итоге затея провалилась.
Тем не менее, это была революционная работа, намного опередившая свое время.
2. Изобретение радио помогло продвинуть эту концепцию дальше
Источник: not_Aaron / FlickrХотя технически говоря, это не форма беспроводной передачи энергии, радио работает по очень похожей концепции. Выявленный и изученный немецкими физиками Генрихом Герцем в конце 1880-х годов, он настолько распространен сегодня, что мы почти не задумываемся о нем.
Радио работает, передавая по воздуху электромагнитные волны на частотах от десятков до сотен герц. Они генерируются электронными устройствами, называемыми передатчиками, которые излучают радиоволны до тех пор, пока они не будут приняты другой антенной – приемником.
В приемнике радиоволны индуцируют небольшой переменный ток, который затем преобразуется в звук через преобразователь. По сути, весь этот процесс заключается в передаче энергии на расстояние без использования проводов.
Что касается только передачи энергии, то использование радиоволн пока не приносит результатов.
Это происходит из-за относительности низкочастотных радиосигналов и того факта, что они распространяются во всех направлениях. Это означает, что на один приемник можно передать очень мало энергии – отсюда и необходимость в усилителе в большинстве ситуаций.
Однако с помощью устройства, называемого выпрямительной антенной. Это тип приемной антенны, которая используется для преобразования электромагнитной энергии в электричество постоянного тока.При использовании ректенны радиоволны, возможно, можно было бы также использовать для передачи электричества на большие расстояния.
Однако текущие работы в этой области могут обеспечить лишь небольшое количество энергии в масштабе микроватт. Хотя он полезен для небольших электронных устройств, таких как светодиоды или кремниевые чипы, он на порядок ниже, чем требуется для ваших умных часов или телевизора. Тем не менее, важно отметить, что беспроводная радиопередача энергии в настоящее время является быстро развивающейся областью.
3.Микроволны использовались для беспроводной передачи энергии еще в 1960-х годах, когда был создан “вертолетный” аппарат Брауна, работающий на микроволновом диапазоне.
Источник: ResearchgateДля достижения наилучших результатов для эффективной передачи мощности потребуются передатчики, которые генерируют высокочастотные волны, например микроволны. Для этого микроволны должны быть сфокусированы в узкие лучи для передачи.
Первые шаги в этой области были сделаны во время Второй мировой войны, когда были разработаны такие устройства, как клистрон и магнетронная трубка, а также параболические антенны.
Один интересный пример был сделан Уильямом С. Брауном в 1960-х годах. Он смог продемонстрировать беспроводную передачу энергии на большие расстояния с помощью ректенны, которая могла эффективно преобразовывать микроволны в мощность постоянного тока. В 1964 году ему даже удалось продемонстрировать эту технику, приведя в действие модель «вертолета» с помощью микроволн, излученных с земли!
Браун продолжал совершенствовать эту технику в качестве технического директора программы JPL-Raytheon до своего выхода на пенсию в середине 1980-х годов.
Часть его работы позволила его команде передать мощность 30 кВт на расстояние 1 милю (1,6 км) с эффективностью более 80%.
4. Беспроводная передача энергии использовалась в медицинских устройствах в 1960-х.
Источник: MED-ELОдним из наиболее важных практических приложений беспроводной передачи энергии было использование индуктивной беспроводной передачи энергии в имплантируемых медицинских устройствах в 1960-е годы. Ранние версии этих устройств использовали только резонансную катушку приемника, в то время как более поздние также поставлялись с катушками резонансного передатчика.
Такие устройства были разработаны для обеспечения высокого КПД с использованием электроники меньшей мощности без необходимости в проводах. Сегодня использование резонансной индуктивной передачи энергии становится все более распространенным со многими коммерчески доступными имплантируемыми медицинскими устройствами, такими как кохлеарные имплантаты.
5. Первые шаги в области беспроводной зарядки в транспортных средствах были сделаны в 1970-х годах.
Источник: Momentum Dynamics. В 1970-х годах были предприняты различные попытки обеспечить беспроводную зарядку в транспортных средствах.Например, исследование 1972 года, проведенное профессором Доном Отто из Оклендского университета.
В ходе своего исследования профессор Отто предположил, что автомобиль можно заряжать индуктивно с помощью передатчиков, встроенных в поверхность дороги. Приемники на транспортном средстве, возможно, затем могут использоваться для питания транспортного средства во время его движения.
Позже, в 1978 году, первое применение индуктивной зарядки было продемонстрировано Дж. Болджер и его коллеги. Им удалось создать электромобиль с индуктивным приводом от системы, работающей на частоте 180 Гц, мощностью 20 кВт.
В конце десятилетия в Калифорнии также был представлен автобус с беспроводной зарядкой. Подобные предприятия, основанные на индуктивной зарядке, были пионерами во Франции и Германии примерно в то же время.
Совсем недавно такие компании, как Momentum Dynamics, работали в Норвегии над системами беспроводной зарядки для электромобилей.
Используя технологию индуктивной зарядки, они надеются обеспечить беспроводную зарядку электромобилей, таких как автобусы или такси, что позволит им заряжать без необходимости использования зарядных станций.
Это решение позволит электромобилям заряжать свои батареи на холостом ходу, например, ждать, чтобы забрать пассажиров, вместо того, чтобы останавливаться в течение рабочего дня для подзарядки. Компания также работает с другими компаниями в Китае над разработкой аналогичного решения.
6. Зарядка на большие расстояния была продемонстрирована в 2007 году
В 2006 году профессор Массачусетского технологического института Марин Солячич впервые продемонстрировал, что электричество может передаваться на расстояние более 6,6 футов (2 м). Это было достигнуто за счет использования очень резонансной формы магнитной индукции.
Soljačićm продемонстрировал, что можно передавать мощность 60 Вт на аналогичный приемник с двойным резонансом на расстоянии 6,6 футов (2 м).
Мало того, это было достигнуто с поразительной эффективностью 40%.
7. Консорциум Wireless Power Consortium был основан в 2008 г.
Источник: Аарон Ю / FlickrВ 2008 г. в ответ на широкомасштабное распространение мобильных телефонов, планшетов и других устройств были достигнуты успехи в исследованиях среднего бизнеса. -расширение беспроводного питания и технологии зарядки, чтобы избавиться от необходимости использовать модем и розетки для зарядки.В рамках этих усилий был создан консорциум Wireless Power Consortium для разработки стандартов взаимодействия в отрасли.
Это в конечном итоге привело к появлению стандарта индуктивной мощности Qi, который был впервые опубликован в 2009 году для высокоэнергетической зарядки и питания портативных устройств мощностью до 5 Вт на расстоянии 1,6 дюйма (4 см).
8. Сфокусированные электромагнитные лучи могут стать будущим беспроводной энергии
Впечатление художника о проекте NASA sps-ALPHA. Источник: SingularityHub / NASA Одним из интересных направлений исследований беспроводной передачи энергии является использование электромагнитных лучей в качестве основного средства передачи.
Например, с микроволнами проводились эксперименты, чтобы обеспечить двухточечную передачу энергии без использования проводов.
НАСА провело исследование в 1960-х годах, чтобы изучить возможность сбора энергии из космоса с помощью спутников, обшитых солнечными панелями, и «направить» энергию обратно на Землю. Работа проводилась в Лаборатории реактивного движения НАСА, где после некоторых проб и ошибок исследователи продемонстрировали передачу 30 кВт на расстояние 1,5 км с использованием микроволн 2,38 GH с эффективностью 80%.
Дальнейшая работа над аналогичной концепцией, получившей название SPS-ALPHA, была позже разработана НАСА в начале 2010-х годов.
В последнее время работа в этой области была сосредоточена на использовании дронов на больших расстояниях. Например, в конце 1980-х Канадскому исследовательскому центру связи удалось разработать небольшой прототип самолета под названием «Стационарная высокогорная релейная платформа (SHARP)».
Этот самолет приводился в действие с помощью микроволн и ректенны и мог пролетать 13 миль (21 км) в воздухе и месяцами оставаться в воздухе без необходимости подзарядки.
Аналогичный, более совершенный аппарат был разработан в Киотском университете в начале 1990-х годов под названием «Эксперимент с подъемом самолета в микроволновую печь» (MILAX).
В начале 2000-х НАСА также удалось разработать первый в мире самолет с лазерным приводом. Был разработан небольшой прототип, работающий от электричества, вырабатываемого фотоэлементами, вырабатывающими энергию наземного ИК-лазера.
9. Разные компании сейчас работают над беспроводным питанием для вашего дома.
Источник: Wi-ChargeВ последние годы частный сектор все активнее принимает участие в том, чтобы сделать беспроводную передачу энергии широко распространенной.Различные компании, такие как Wi-Charge, Energous и Ossia, в настоящее время разрабатывают методы безопасного и надежного питания устройств по беспроводной сети с использованием инфракрасных и радиочастотных технологий.
Решение Wi-Charge использует сфокусированные лучи инфракрасного света, направленные на приемник на активированном устройстве, которое преобразует луч в полезное электричество.
Energous, с другой стороны, разрабатывает радиоволны, чтобы обеспечить возможность зарядки многих устройств в радиусе 49 футов (15 метров).
Ossia разрабатывает средства беспроводной передачи энергии, специально предназначенные для автомобильного рынка.Они надеются предоставить средства беспроводной зарядки совместимых устройств в автомобиле в будущем.
Эти решения могли бы оставить в прошлом зарядные кабели – что-то, что было бы очень удобно в местах, где электрические кабели потенциально опасны или неудобны, например, в ванных комнатах.
10. Беспроводная передача энергии на большие расстояния может быть буквально за горизонтом.
Источник: EmrodДля беспроводной передачи энергии, конкурирующей с традиционной проводной, необходимо средство для ее передачи на большие расстояния.Именно здесь такие компании, как базирующаяся в Новой Зеландии Emrod, могут вскоре произвести революцию в способах передачи энергии по всему миру.
Они разрабатывают средства безопасного и беспроводного распределения электроэнергии в сотрудничестве с Powerco (вторым по величине дистрибьютором электроэнергии Новой Зеландии).
Emrod недавно сообщил о многообещающих результатах своих текущих прототипов, когда большое количество энергии эффективно передается между двумя точками.
В их решении используется серия антенн, реле и приемная ректенна для преобразования микроволновой энергии в электричество.Эти микроволны находятся в неионизирующем промышленном, научном и медицинском диапазоне радиочастотного спектра, который включает частоты, обычно используемые в связи Wi-Fi и Bluetooth.
11. Будущее должно быть быстрее и на больших расстояниях
Последние достижения в области беспроводной передачи энергии впечатляют, но они – только начало. Однако важно отметить, что большинство экспертов подчеркивают, что существующие решения не являются полностью беспроводными, поскольку сами передатчики должны каким-либо образом подключаться к электросети.
Не только это, но и количество потребителей в настоящее время несколько ограничено. Когда пользователи начнут доверять и массово покупать , , спрос на гибкость и надежность, вероятно, значительно улучшится.
Это давление рынка заставит производителей разрабатывать более прочные, надежные решения для беспроводной зарядки с большим радиусом действия. В настоящее время для бытовых применений у потребителей есть выбор между малой, но быстрой зарядкой (по аналогии с проводом) или более длительной подзарядкой.
Работа над беспроводным распределением электроэнергии на большие расстояния потенциально очень многообещающая, но это далеко не жизнеспособная альтернатива традиционным медным проводам – по крайней мере, на данный момент.
Однако в ближайшие годы и десятилетия некоторые из наиболее распространенных применений кабелей в вашем доме могут уйти в прошлое, и то же самое может относиться и к вашему электромобилю. Однако крупномасштабное распределение электроэнергии от электростанций или из космоса, скорее всего, будет невозможно в ближайшее время.
Когда-то могут быть решены надежные и безопасные решения для крупномасштабного распределения на большие расстояния для коммунальных предприятий и предприятий, а также решения для ближнего и среднего радиуса действия для потребителей, и преимущества обоих объединяются, только тогда беспроводная зарядка действительно достичь совершеннолетия.
Беспроводная передача энергии на большие расстояния
Простая беспроводная передача энергии работает на принципах магнитного резонанса и магнитной индукции.Эта система передачи энергии состоит из двух катушек, находящихся в диапазоне друг от друга и резонирующих на одной и той же частоте. Катушки должны находиться в пределах досягаемости, потому что магнитное поле источника должно быть достаточно сильным, чтобы приемные катушки индуцировали ток. Соответствующая резонансная частота также необходима для обеспечения дальнейшей передачи энергии посредством магнитной индукции. Однако требуются модификации или совершенно новый набор принципов, чтобы обеспечить возможность беспроводной передачи энергии для подачи энергии на большие расстояния.
Эксперимент по беспроводной передаче энергии на большие расстояния
Одним из примеров беспроводной передачи энергии на большие расстояния является эксперимент 1980 г., проведенный Исследовательским центром связи в Канаде. В этом эксперименте исследовательский центр использовал небольшой беспилотный самолет, предназначенный для ретрансляции связи и способный получать питание от источника энергии, передаваемого со станции. В ходе эксперимента удалось доказать, что летательные аппараты могут летать (траектория полета диаметром 2 км на высоте 21 км) в течение нескольких месяцев без необходимости приземляться, используя энергию, переданную с удаленной станции.
Варианты беспроводной передачи энергии на большие расстояния
Микроволновая энергия
Этот вариант беспроводной передачи энергии на большие расстояния требует использования большого наземного микроволнового передатчика. Самолет в эксперименте должен был лететь по круговой траектории, потому что он всегда должен был находиться в пределах досягаемости наземного передатчика. Это позволило ему получать микроволновую энергию через выпрямительную антенну в форме диска или приемник, которая преобразует микроволновую энергию в электричество постоянного тока.
Энергия света
Другой вариант беспроводной передачи энергии – это инфракрасная система передачи энергии НАСА, которая способна приводить в действие самолет с помощью инфракрасного лазера, который питает фотоэлектрические элементы, расположенные на коже самолета. Эти фотоэлектрические элементы преобразуют инфракрасную энергию в электричество. Это также требует, чтобы запитываемое устройство всегда находилось в пределах видимости передатчика.
Основные принципы
Одним из центральных устройств, которые будут использоваться в технологии беспроводной передачи энергии на большие расстояния, является выпрямительная или выпрямительная антенна, состоящая из дипольных антенн, соединенных с полупроводниковыми диодами.Эти диоды направляют электроны, образующиеся из инфракрасной или микроволновой энергии, в схему на выпрямительной антенне, которая распределяет электроны по системе.
Приложения будущего
Эта технология открыла возможность строительства электростанций на Луне. Эти электростанции будут способны передавать энергию на Землю с помощью микроволновой энергии. Затем эта микроволновая энергия будет преобразована в электричество с помощью огромного количества ректеннных приемников на Земле.
Лунные электростанции, однако, потребуют технического обслуживания и надзора для обеспечения устойчивости. Спутниковые сети также потребуются для передачи микроволновой энергии в те части Земли, которые находятся вне прямой видимости лунных электростанций. Есть также протест против постоянного воздействия микроволн.
Даже несмотря на все эти проблемы, с которыми сталкивается широкомасштабное применение этой новой технологии, беспроводная передача энергии на большие расстояния по-прежнему рассматривается как система передачи энергии следующего поколения для специализированных приложений.
Wireless Power Transfer – обзор
1.5.6 Беспроводная передача энергии
Беспроводная передача энергии (WPT) – это передача электроэнергии без проводов, основанная на технологиях, использующих изменяющиеся во времени электрические, магнитные или электромагнитные поля. БПЭ полезен для питания электрических устройств там, где это неудобно или невозможно, как в случае встроенных в тело датчиков, исполнительных механизмов и устройств связи.
Мощность может передаваться на короткие расстояния (передача в ближнем поле) с помощью переменных магнитных полей и индуктивной связи между катушками или с помощью переменных электрических полей и емкостной связи между металлическими электродами. Индуктивная связь является наиболее распространенным методом БПЭ и используется в зарядных устройствах, таких как смартфоны, электробритвы, визуальные протезы и имплантируемые медицинские устройства (кардиостимуляторы, кохлеарные имплантаты) (Sun et al., 2013; Moorey et al., 2014) (рис.16). При расстоянии 20 мм и размере пары катушек диаметр петли и частота играют важную роль в определении характеристик WPT (Celik and Aydin, 2017).
Рис. 16. Емкостная и индуктивная муфты для БПЭ.
(От Sun, TJ, Xie, X., Wang, ZH, 2013. Проблемы проектирования беспроводной передачи энергии для медицинских микросистем. В: IEEE International Wireless Symposium (IWS), 2013 г.) , радиочастотные (RF) и ультразвуковые муфты. Из них индуктивная связь характеризуется высоким КПД и способностью передавать мощность и поэтому превосходит два других (Moutopoulou et al., 2015), см. Таблицу 1. Также, согласно Sun et al. (2013), индуктивная связь считается лучшим выбором для биомедицинских приложений.Таблица 1. Опции неемкостного БПЭ
| Опции | |||
|---|---|---|---|
| Параметры | Индуктивная связь [11] [12] | RF [6] [13] | Ультразвук [14] 9044 [12] 904 |
| Безопасность человека | Зависит от передаваемой энергии | Да | Да |
| КПД | 73% | 48% | 21% –35% |
| Макс. | & lt; 1 Вт | 100 мВт | |
| Частоты | 1 кГц – 100 МГц | 30 кГц – 300 ГГц | 10 кГц – 10 МГц |
Из Moutopoulou, E., Бертос, Г.А., Маблекос-Алексиу, А., Пападопулос, Е.Г., 2015. Возможность создания биомехатронного контроллера протеза верхних конечностей из EPP. Конф. Proc. IEEE Eng. Med. Биол. Soc. 2015, 2454–2457. https://doi.org/10.1109/EMBC.2015.7318890.
Возможные биомедицинские приложения включают искусственное сердце, визуальные протезы, глотательные устройства (Kim et al., 2014) и биомехатронные устройства, встроенные в верхние конечности (Kontogiannopoulos et al., 2018). Имплантируемые нервные протезы обычно имеют требования к питанию, превышающие возможности имплантируемых батарей разумного размера.Следовательно, чрескожная магнитная связь остается методом выбора для питания имплантированных нервных протезов (Troyk and DeMichele, 2003). Полностью беспроводная система регистрации ЭМГ, которая может обеспечить управление протезом верхней конечности при достижении максимальной эффективности передачи энергии за счет магнитно-резонансной (индуктивной) БПЭ, описана в Bercich et al. (2016). Это решение обеспечивает заметный прогресс в эффективности WPT за счет слабосвязанных индуктивных звеньев, специально для протезов верхних конечностей.В качестве дополнительного преимущества индуктивной связи можно передавать данные (Ghovanloo and Najafi, 2004; Troyk and DeMichele, 2003).
Для этих приложений требуются направленность, стабильность, надежность и эффективность системы за счет усовершенствования конструкции катушки беспроводной передачи и рабочих настроек (Kim et al., 2014). Другие важные параметры включают безопасность человека из-за повышения температуры тканей и миниатюризации соответствующей электроники (Moutopoulou et al., 2015).
Методы моделирования, используемые при анализе систем WPT, с особым акцентом на приближения, ограничивающие их применимость, с целью общего метода моделирования, приведены в Moorey et al. (2014). Исследования в области имплантируемых мощных нейропротезных устройств, таких как визуальные протезы и BCI, сосредоточены на чрескожных индуктивных силовых связях, образованных между парой напечатанных спиральных катушек (PSC), производимых партиями с использованием технологии микрообработки.