Передача электричества на расстоянии: Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния

Технология основана на магнетизме и электромагнетизме и базируется на ряде простых принципов работы. В первую очередь это касается наличия в системе двух катушек.

• Система состоит из передатчика и приемника, генерирующих вместе переменное магнитное поле непостоянного тока.
• Это поле создает напряжение в катушке приемника, к примеру, для зарядки аккумулятора или питания мобильного устройства.
• При направлении электрического тока через провод вокруг кабеля появляется круговое магнитное поле.
• На мотке проволоки, куда не поступает электрический ток напрямую, начнет поступать электрический ток от первой катушки через магнитное поле, в том числе вторую катушку, обеспечивая индуктивную связь.

До последнего времени наиболее совершенной технологией передачи электроэнергии считалась магнитно-резонансная система CMRS, созданная в 2007 году в Массачусетском технологическом институте. Данная технология обеспечивала передачу тока на расстояние до 2,1 метра. Однако запустить ее в массовое производство мешали некоторые ограничения, к примеру, высокая частота передачи, большие размеры, сложная конфигурация катушек, а также высокая чувствительность к внешним помехам, в том числе к присутствию человека.

Однако ученые из Южной Кореи создали новый передатчик электроэнергии, который позволит передавать энергию до 5 метров. А все приборы в комнате будут питаться от единого хаба. Резонансная система из дипольных катушек DCRS способна работать до 5 метров. Система лишена целого ряда недостатков CMRS, в том числе применяются довольно компактные катушки размерами 10х20х300 см, их можно незаметно установить в стены квартиры.

Эксперимент позволил передать на частоте 20 кГц:

1. 209 Вт на 5 м;
2. 471 Вт на 4 м;
3. 1403 Вт на 3 м.

Беспроводное электричество позволяет запитывать современные большие ЖК-телевизоры, требующих 40 Вт, на расстоянии 5 метров. Единственное из электросети будет «выкачиваться» 400 ватт, однако не будет никаких проводов. Электромагнитная индукция обеспечивает высокий КПД, но на малом расстоянии.

Существуют и иные технологии, которые позволяют передавать электроэнергию без проводов. Наиболее перспективными из них являются:

• Лазерное излучение. Обеспечивает защищенность сетей, а также большую дальность действия. Однако требуется прямая видимость между приемником и передатчиком. Работающие установки, применяющие питание от лазерного луча, уже созданы. Lockheed Martin, американский производитель военной техники и самолетов, испытал беспилотный летательный аппарат Stalker, который питается от лазерного луча и остается в воздухе в течение 48 часов.
• Микроволновое излучение. Обеспечивает большую дальность действия, но имеет высокую стоимость оборудования. В качестве передатчика электроэнергии применяется радиоантенна, которая создает микроволновое излучение. На устройстве-приемнике стоит ректенна, которая преобразует в электроток принимаемое микроволновое излучение.

Данная технология дает возможность существенного удаления приемника от передатчика, в том числе нет прямой нужды прямой видимости. Но с увеличением дальности пропорционально увеличивается себестоимость и размеры оборудования. В то же время микроволновое излучение большой мощности, создаваемое установкой, может наносить вред окружающей среде.

• Самая реалистичная из технологий — беспроводное электричество на основе электромагнитной индукции. Но существуют ограничения. Ведутся работы по масштабированию технологии, но здесь появляются вопросы безопасности для здоровья.
• Технологии передачи электричества при помощи ультразвука, лазера и микроволнового излучения также будут развиваться и тоже найдут свои ниши.
• Орбитальные спутники с громадными солнечными батареями нуждаются в ином подходе, потребуется прицельная передача электроэнергии. Здесь уместен лазер и СВЧ. На данный момент нет идеального решения, однако имеется много вариантов со своими плюсами и минусами.
• В настоящее время крупнейшие производители телекоммуникационного оборудования объединились в консорциум беспроводной электромагнитной энергии с целью создания всемирного стандарта для беспроводных зарядных устройств, которые действуют по принципу электромагнитной индукции. Из крупных производителей поддержку стандарта QI на ряде своих моделей обеспечивают Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei, HTC. В скором времени QI станет единым стандартом для любых подобных устройств. Благодаря этому можно будет создавать беспроводные зоны подзарядки гаджетов в кафе, на транспортных узлах и в иных общественных местах.

• Микроволновый вертолет. Модель вертолета имела ректенну и поднималась на высоту 15 м.
• Беспроводное электричество применяется для питания электрических зубных щеток. Зубная щетка имеет полную герметичность корпуса и не имеет разъемов, что позволяет избежать удара током.
• Питание самолетов при помощи лазера.
• В продаже появились системы беспроводной зарядки мобильных устройств, которые можно использовать повседневно. Они работают на базе электромагнитной индукции.
• Универсальная зарядная площадка. Они позволяют питать энергией большую часть популярных моделей смартфонов, которые не оборудованы модулем для беспроводной зарядки, в том числе обычные телефоны. Кроме самой зарядной площадки будет нужно купить чехол-приемник для гаджета. Он соединяется со смартфоном через USB-порт и через него заряжается.
• На текущий момент на мировом рынке продается свыше 150 устройств до 5 Ватт, которые поддерживают стандарт QI. В будущем появится оборудование средней мощности до 120 Ватт.

Сегодня ведутся работы над крупными проектами, которые будут использовать беспроводное электричество. Это питание электромобилей «по воздуху» и бытовые электросети:

• Густая сеть автозарядных точек позволит уменьшить аккумуляторы и значительно снизить себестоимость электромобилей.
• В каждой комнате будут устанавливаться источники питания, которые будут передавать электроэнергию аудио- и видеоаппаратуре, гаджетам и бытовым приборам, оборудованными соответствующими адаптерами.

Беспроводное электричество имеет следующие преимущества:

• Не требуются источники питания.
• Полное отсутствие проводов.
• Упразднение необходимости использования батарей.
• Требуется меньше технического обслуживания.
• Огромные перспективы.

К недостаткам также можно отнести:

• Недостаточная проработанность технологий.
• Ограниченность по расстоянию.
• Магнитные поля не являются полностью безопасными для человека.
• Высокая стоимость оборудования.

Похожие темы:

Передача электроэнергии на большие расстояния

Передача новостей на большие расстояния всего пару сотен лет назад казалась чем-то из области фантастики. Время почтовых голубей, издревле использовавшихся римлянами, персами, и египтянами, прошло после изобретения телеграфной связи. С уверенностью можно сказать, что с передачей энергии на большие дистанции в те же периоды истории дела обстояли гораздо хуже. Проводники с высоким сопротивлением, низкое напряжение, серьезная коммерческая борьба за использование постоянного тока – лишь некоторые из факторов, тормозивших развитие электрических систем и сетей.

Ни для кого не секрет, что энергетику можно назвать достаточно консервативной отраслью. Если сравнивать скорость развития тепло- и электроэнергетики с прогрессом в информационных технологиях за одинаковые периоды времени, то разница чувствуется особенно резко. Окружающие нас сенсорные дисплеи с ультравысоким разрешением, искусственный интеллект, повсеместный и универсальный доступ к сети Интернет заметно развились с начала этого столетия. Однако опоры линий электропередачи (ЛЭП) до сих пор несут на себе тысячи километров сталеалюминиевыех проводов, перегрузки предотвращаются автоматическими выключателями, не сильно изменившимися за последние 70 лет. Суперпроводники, работающие при комнатной температуре, так и остались артефактами на страницах научных журналов и научно-популярной литературы. Чем же вызвана кажущаяся неповоротливость энергетики? Какие факторы на это влияют? И как вообще происходит передача электроэнергии на большие расстояния? Обо всем по порядку.

Как отмечалось выше, исторически сложилось, что изначально сторонников передачи электричества с использованием постоянного тока было больше. Такой перевес не был обусловлен точными расчетами, имела место пропаганда в СМИ и реклама. Почему же сейчас в контексте передачи электроэнергии мы слышим лишь о переменном токе?

Все начинается с электростанций. И для производителей, и для потребителей электроэнергии экономически выгодно иметь один централизованной источник энергии, а не множество разрозненных. От таких центров питания финансово целесообразно прокладывать ЛЭП к потребителям. Как известно, мощность (а в каждый момент времени по проводам передается именно мощность) равна произведению напряжения на ток. Для получения одной и той же мощности можно либо увеличить ток и снизить напряжение, либо сделать наоборот.

Случай с низким напряжением и высоким током очень неэффективный, при такой стратегии потери электроэнергии на длинных ЛЭП могут составлять 60 и более процентов. Случай с высоким напряжением и низким током гораздо более выгодный. При использовании постоянного тока увеличение уровня напряжения составляет серьезную проблему, а вот с переменным этого добиться очень просто. Трансформаторы – это электрические машины, преобразующие электрическую мощность с низкого напряжения в мощность с высоким напряжением. Чем длиннее ЛЭП, тем под более высоким напряжением находятся ее провода. Кроме того, бесчисленное количество заводов и предприятий используют электродвигатели. Двигатели постоянного тока в сравнении с двигателями переменного тока безусловно проигрывают: их КПД ниже, в них больше трущихся частей, их конструкция сложнее. Поэтому большинство электродвигателей в мире – это двигатели переменного тока.

Теперь, зная ответ на вопрос, почему победа осталась за переменным током, можно взглянуть на энергосистему с большей высоты. Различные электростанции в разных уголках планеты производят электричество. Говоря упрощенно, от электрогенераторов на станциях провода тянутся к трансформаторной подстанции (ТП), повышающей напряжение до 35, 110, 330, или 750 кВ. Провода на опорах оттуда тянутся к потребителям – в города и на заводы, где напряжение снова понижается на понижающих ТП до уровня, необходимого потребителю. Это напряжения в 0.4, 1, 10 кВ. Точка, в которой соединяются две и более ЛЭП, называется электрической подстанцией. Таким образом различные электростанции одной страны связываются в одну энергосистему, а энергосистемы разных стран – в объединенную энергосистему.

Трансформатор на подстанции

Передача энергии на большие расстояния – это всегда вопрос компромисса. Что выгоднее: строить новую электростанцию или прокладывать ЛЭП от существующих станций на огромное расстояние? Например, суммарная протяженность ЛЭП в Беларуси на начало 2019 года составляла почти 280 000 км. Где и как строить линию электропередачи? При монтаже опор огромное значение играет рельеф местности и характер грунта, а также наличие населенных пунктов, дорог и деревьев.

От потребляемой мощности зависит напряжение сети. От мощности, напряжения, и, как ни странно, погоды зависит выбор проводов, изоляторов и опор. При строительстве энергоемких предприятий надо решить: питаться от существующей подстанции или монтировать ТП в цеху? В целом при строительстве объектов решается вопрос о категории электроснабжения, то есть нужно ли прокладывать резервные линии и если да, то сколько? Отдельный и сложный вопрос представляет собой устойчивость энергосистемы, то есть ее способность функционировать, когда пропадает питание от электростанций или ЛЭП вследствие запланированного ремонта или аварии.  

Ротор турбогенератора

На данный момент принимается множество решений для модернизации энергосистем, например, привычные провода заменяют на алюминиевые с композитным тросом вместо стального. Это уменьшает провис проводов, увеличивает безопасную зону вокруг ЛЭП и их надежность. В целом же человечество еще не вышло на революционно новые методы производства и передачи электроэнергии.

Пожалуй, можно сказать, что в современном мире электроэнергетика находится на третьем месте после воздуха и воды. Миллионы километров проводов и кабелей смонтированы, огромные генераторы (диаметром до 16 метров) прочно закреплены на земной поверхности, это и объясняет вынужденную неповоротливость и стратегическую важность высоковольтной электроэнергетики.

Для обслуживания и проверки ЛЭП и электрических сетей существуют лаборатории электрофизических измерений. К таким, например, относится компания «ТМРсила-М», имеющая многолетний опыт работы в энергетике и сформированная из опытных специалистов.

Передача электроэнергии без проводов- от начала до наших дней / Хабр

Передача электроэнергии без проводов, это способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи.

В конце XIX века открытие того, что при помощи электричества можно заставить светиться лампочку, вызвало взрыв исследований, целью которых было найти наилучший способ передачи электроэнергии.

Активно изучалась беспроводная передача энергии и в начале 20го века, когда ученые уделяли большое внимание поиску различных путей беспроводной передачи энергии. Цель исследований была проста – генерировать электрическое поле в одном месте так, чтобы затем можно было его приборами обнаружить на расстоянии. В то же время были предприняты попытки снабжения энергией на расстоянии не только высокочувствительных датчиков для регистрации напряжения, а и значительных потребителей энергии. Так, в 1904 году на выставке

был вручен приз за успешный запуск самолетного двигателя мощностью 0,1 лошадиной силы, осуществленный на расстоянии 30 м.

Гуру «электричества» известны многим (William Sturgeon, Michael Faraday, Nicolas Joseph Callan, James Clerk Maxwel, Heinrich Hertz, Mahlon Loomas и др. ), но мало кто знает, что японский исследователь Hidetsugu Yagi для передачи энергии использовал собственной разработки антенну. В феврале 1926 г. он опубликовал результаты своих исследований, в которых описал строение и способ настройки антенны Yagi.

Прим: про Никола Тесла (Nikola Tesla) я не упомянул сознательно: написано много и многими.

Очень серьёзные работы и проекты велись в СССР в период 1930-1941 гг и параллельно в Drittes Reich. Естественно, в основном, военного назначения. Естественно, в основном, военного назначения: поражение живой силы противника, уничтожение военной и промышленной инфраструктуры и т.д.
В СССР велись так же серьёзные работы по использованию СВЧ излучения для предотвращения поверхностной коррозии металлических конструкций и изделий.
Но это отдельная история. Опять надо лезть на пыльный чердак.

Один из крупнейших российских физиков прошлого столетия, лауреат Нобелевской премии, академик Пётр Леонидович Капица посвятил часть своей творческой биографии исследованию перспектив использования СВЧ-колебаний и волн для создания новых и высокоэффективных систем передачи энергии. В 1962 году в предисловии к своей монографии он писал

“… я хочу напомнить, что электротехника, прежде чем прийти на службу энергетике, в прошлом веке занималась широко только вопросами электросвязи (телеграф, сигнализация и пр.). Вполне вероятно, что история повторится: теперь электроника используется главным образом для целей радиосвязи, но её будущее лежит в решении крупнейших проблем энергетики”.

Из длинного перечня фантастических технических идей, реализованных в ХХ веке, только мечта о беспроводной передаче электрической энергии продолжала оставаться нереализованной. Подробные описания энергетических лучей в фантастических романах дразнили инженеров своей очевидной потребностью, и при этом практической сложностью реализации.
Но ситуация постепенно стала меняться к лучшему.

В 1964 году эксперт в области СВЧ-электроники William C.Brown впервые испытал устройство (модель вертолета) способное принимать и использовать энергию СВЧ пучка в виде постоянного тока, благодаря антенной решётке, состоящей из полуволновых диполей, каждый из которых нагружен на высокоэффективные диоды Шоттки.

В 1964 г. William C. Brown продемонстрировал на канале CBS в программе Walter Cronkite News свою модель вертолета, получавшую достаточную для полета энергию от микроволнового излучателя.

Уже к 1976 году Вильям Браун осуществил передачу СВЧ-пучком мощности в 30 кВт на расстояние в 1,6 км с КПД превышающим 80%.

Испытания проводились в лаборатории и по заказу Raytheon Co.
Подробно (на английском) читать:
Microwave Power Transmission — IOSR Journals
The microwave powered Helicopter. William C. Brown. Raytheon Company.

В 1968 году американский специалист в области космических исследований Питер Е. Глэйзер (Peter E. Glaser) предложил размещать крупные панели солнечных батарей на геостационарной орбите, а вырабатываемую ими энергию (уровня 5-10 ГВт) передавать на поверхность Земли хорошо сфокусированным пучком СВЧ-излучения, преобразовывать её затем в энергию постоянного или переменного тока технической частоты и раздавать потребителям.

Такая схема позволяла использовать интенсивный поток солнечного излучения, существующий на геостационарной орбите (~ 1,4 кВт/кв. м.), и передавать полученную энергию на поверхность Земли непрерывно, вне зависимости от времени суток и погодных условий [2-12]. За счёт естественного наклона экваториальной плоскости к плоскости эклиптики с углом 23,5 град., спутник, расположенный на геостационарной орбите, освещён потоком солнечной радиации практически непрерывно за исключением небольших отрезков времени вблизи дней весеннего и осеннего равноденствия, когда этот спутник попадает в тень Земли. Эти промежутки времени могут точно предсказываться, а в сумме они не превышают 1% от общей продолжительности года.

Частота электромагнитных колебаний СВЧ-пучка должна соответствовать тем диапазонам, которые выделены для использования в промышленности, научных исследованиях и медицине. Если эта частота выбрана равной 2,45 ГГц, то метеорологические условия, включая густую облачность и интенсивные осадки, практически не влияют на КПД передачи энергии. Диапазон 5,8 ГГц заманчив, поскольку дает возможность уменьшить размеры передающей и приемной антенн. Однако влияние метеорологических условий здесь уже требует дополнительного изучения.

Современный уровень развития СВЧ-электроники позволяет говорить о довольно высоком значении КПД передачи энергии СВЧ пучком с геостационарной орбиты на поверхность Земли — порядка 70-75%. При этом диаметр передающей антенны обычно бывает выбран равным 1 км, а наземная ректенна имеет размеры 10 км х 13 км для широты местности 35 град. СКЭС с уровнем выходной мощности 5 ГВт имеет плотность излучаемой мощности в центре передающей антенны 23 кВт/кв.м., в центре приемной – 230 Вт/кв.м.

Были исследованы различные типы твёрдотельных и вакуумных СВЧ-генераторов для передающей антенны СКЭС. Вильям Браун показал, в частности, что хорошо освоенные промышленностью магнетроны, предназначенные для СВЧ-печей, могут быть использованы также и в передающих антенных решётках СКЭС, если каждый из них снабдить собственной цепью отрицательной обратной связи по фазе по отношению к внешнему синхронизирующему сигналу (так называемый, Magnetron Directional Amplifier — MDA).

Ректенна – высокоэффективная приёмно-преобразующая система, однако низковольтность диодов и необходимость их последовательной коммутации, может приводить к лавинообразным пробоям. Циклотронный преобразователь энергии позволяет в значительной мере устранить эту проблему.

Передающая антенна СКЭС может представлять собой обратно-переизлучающую активную антенную решётку на основе щелевых волноводов. Её грубая ориентация осуществляется механическим путём, для точного наведения СВЧ-пучка используется пилот-сигнал, излучаемый из центра приёмной ректенны и анализируемый на поверхности передающей антенны сетью соответствующих датчиков.

С 1965 по 1975 гг. была успешно завершена научная программа, руководимая Bill Brown, продемонстрировавшая возможность передачи энергии мощностью 30 кВт на расстояние более 1 мили с эффективностью 84%.

В 1978–1979 годах в США под руководством Министерства энергетики (Department of Energy – DOE) и НАСА (NASA) была выполнена первая государственная научно-исследовательская программа, направленная на определение перспектив СКЭС.

В 1995–1997 годах НАСА вновь вернулось к обсуждению перспектив СКЭС, опираясь на прогресс технологий, достигнутый к тому времени.

Исследования были продолжены в 1999–2000 годах (

).

Наиболее активно и планомерно исследования в области СКЭС проводила Япония. В 1981 году под руководством профессоров М.Нагатомо (Makoto Nagatomo) и С.Сасаки (Susumu Sasaki) в Институте космических исследований Японии были начаты исследования по разработке прототипа СКЭС с уровнем мощности 10 МВт, который мог бы быть создан с использованием существующих ракетоносителей. Создание такого прототипа позволяет накопить технологический опыт и подготовить основу для формирования коммерческих систем.

Проект был назван СКЭС2000 (SPS2000) и получил признание во многих странах мира.

В 2008 доцент кафедры физики Массачусетского Технологического Института (МИТ) Марин Солджачич (Marin Soljačić) был пробуждён от сладкого сна настойчивым пиканьем мобильного телефона. «Телефон не умолкал, требуя, чтобы я поставил его заряжаться», — рассказывает Солджачич. Уставший и не собиравшийся вставать, он стал мечтать о том, чтобы телефон, оказавшись дома, начинал заряжаться сам по себе.

Так появился WiTricity и WiTricity corporation.

В июне 2007 г. Marin Soljačić и еще несколько исследователей Массачусетского технологического института сообщили о разработке системы, в которой 60 Вт лампочка снабжалась от источника, располагавшегося на расстоянии 2 м, причем эффективность составила 40%.

По заявлению авторов изобретения, это не «чистый» резонанс связанных контуров и не трансформатор Теслы, с индуктивной связью. Радиус передачи энергии на сегодня составляет чуть больше двух метров, в перспективе – до 5-7 метров.

В целом, учеными испытывались две принципиально отличающиеся схемы.

1. В индукционной катушке или электрическом трансформаторе, которые имеют металлический или воздушный сердечник, передача энергии осуществляется путем простого электромагнитного соединения, называемого магнитной индукцией. С использованием этого метода передача и получение энергии стали осуществимы на значительном расстоянии, но для получения значительного напряжения подобным путем необходимо было расположить две катушки очень близко.
2. Если же используется магнитное резонансное сцепление, где оба индуктора настроены на взаимную частоту, значительная энергия может быть передана на немалое расстояние.

Сходные технологии лихорадочно разрабатываются и другими фирмами: компания Intel демонстрировала свою технологию WREL с КПД передачи энергии до 75%. В 2009 году фирма Sony продемонстрировала работу телевизора без сетевого подключения. Настораживает только одно обстоятельство: независимо от способа передачи и технических ухищрений, плотность энергии и напряженность поля в помещениях должна быть достаточно высокой, чтоб питать устройства мощностью несколько десятков ватт. По признанию самих разработчиков, информации о биологическом воздействии на человека подобных систем пока нет. Учитывая недавнее появление, и разный подход к реализации устройств передачи энергии, подобные исследования еще только предстоят, а результаты появятся не скоро. А мы сможем судить об их негативном воздействии только косвенно. Что-то опять исчезнет из наших жилищ, как, например, тараканы.

В 2010 году Haier Group, китайский производитель бытовой техники, представила на всеобщее обозрение на выставке CES 2010 свой уникальный продукт — полностью беспроводной LCD телевизор, основанный на исследованиях профессора Марина Солячича по беспроводной передаче энергии и беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI).

В 2012-2015 гг. инженеры Вашингтонского университета разработали технологию, позволяющую использовать Wi-Fi в качестве источника энергии для питания портативных устройств и зарядки гаджетов. Технология уже признана журналом Popular Science как одна из лучших инноваций 2015 года. Повсеместное распространение технологии беспроводной передачи данных само по себе произвело настоящую революцию. И вот теперь настала очередь беспроводной передачи энергии по воздуху, которую разработчики из Вашингтонского университета назвали PoWiFi (от Power Over WiFi).

На стадии тестирования исследователи сумели успешно заряжать литий-ионные и никель-металл-гидридные аккумуляторы небольшой емкости. Используя роутер Asus RT-AC68U и несколько сенсоров, расположенных на расстоянии 8,5 метров от него. Эти сенсоры как раз и преобразуют энергию электромагнитной волны в постоянный ток напряжением от 1,8 до 2,4 вольта, необходимых для питания микроконтроллеров и сенсорных систем. Особенность технологии в том, что качество рабочего сигнала при этом не ухудшается. Достаточно лишь перепрошить роутер, и можно будет пользоваться им как обычно, плюс подавать питание к маломощным устройствам. На одной из демонстраций была успешно запитана небольшая камера скрытого наблюдения с низким разрешением, расположенная на расстоянии более 5 метров от роутера. Затем на 41% был заряжен фитнес-трекер Jawbone Up24, на это ушло 2,5 часа.

На каверзные вопросы о том, почему эти процессы не сказываются негативно на качестве работы сетевого канала связи, разработчики ответили, что это становится возможным благодаря тому, что перепрошитый роутер, во время своей работы, по незанятым передачей информации каналам рассылает пакеты энергии. К этому решению пришли когда обнаружили, что в периоды молчания энергия попросту утекает из системы, а ведь ее можно направить для питания маломощных устройств.

Во время исследований систему PoWiFi разместили в шести домах, и предложили жильцам пользоваться интернетом как обычно. Загружать веб-страницы, смотреть потоковое видео, а потом рассказать, что изменилось. В результате оказалось, что производительность сети не изменилась никак. То есть интернет работал как обычно, и присутствие добавленной опции не было заметным. И это были лишь первые тесты, когда по Wi-Fi собиралось относительно небольшое количество энергии.

В перспективе технология PoWiFi вполне сможет послужить для питания датчиков, встроенных в бытовую технику и военную технику, чтобы управлять ими беспроводным способом и осуществлять дистанционную зарядку/подзарядку.

Актуальным является передача энергии для БПЛА (вероятнее всего уже по технологии PoWiMax или от радиолокатора самолёта носителя):

→ LOCUST — Swarming Navy Drones
→ Пентагон успешно испытал рой из 103 беспилотников
→ Intel управляла шоу беспилотников во время выступления Леди Гаги в перерыве Суперкубка США

Для БПЛА негатив от закона обратных квадратов (изотропно-излучающая антенна) частично «компенсирует» ширина луча антенны и диаграмма направленности:

Ведь БРЛС ЛА в импульсе может выдавать под 17 кВт энергии ЭМИ.

Это не сотовая связь -где ячейка должна обеспечить связь конечным элементам на 360 градусов.
Допустим такая вариация:
Самолёт носитель ( для Perdix) это F-18 обладает (сейчас) БРЛС AN/APG-65:

максимальная средняя излучаемая мощность по 12000 Вт

или в перспективе будет иметь AN/APG-79 AESA:

в импульсе должен выдавать под 15 кВт энергии ЭМИ

Этого вполне достаточно, что бы продлить активную жизнь Perdix Micro-Drones с нынешних 20 минут до часа, а может и больше.

Скорее всего будет использоваться промежуточный дрон Perdix Middle, которого будет облучать на достаточном расстоянии БРЛС истребителя, а он в свою очередь осуществит «раздачу» энергии для младших братьев Perdix Micro-Drones по PoWiFi/PoWiMax, параллельно обмениваясь с ними информацией (полётно -пилотажной, целевыми задачами, координацией роя).

Возможно вскоре дело дойдет и до зарядки сотовых телефонов, и других мобильных устройств, которые находятся в зоне действия Wi-Fi, Wi-Max или 5G?

Послесловие: 10-20 лет, после широкого внедрения в повседневную жизнь многочисленных электромагнитных излучателей СВЧ (Мобильные телефоны, Микроволновые печи, Компьютеры,WiFi,Blu tools и т.д.) внезапно тараканы в больших городах вдруг превратились в раритет! Теперь таракан- насекомое, которое можно встретить разве что в зоопарке. Они неожиданно исчезли из домов, которые раньше так любили.

ТАРАКАНЫ КАРЛ!
Эти монстры лидеры списка «радиорезистентных организмов» бесстыдно капитулировали!
Справка
LD 50 — средняя летальная доза, то есть доза убивает половину организмов в эксперименте; LD 100 — летальная доза убивает всех организмов в эксперименте.

Кто следующий на очереди?

Допустимые уровни излучения базовых станций мобильной связи (900 и 1800 МГц, суммарный уровень от всех источников) в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:
Украина: 2,5 мкВт/см². (самая жесткая санитарная норма в Европе)
Россия, Венгрия: 10 мкВт/см².
Москва: 2,0 мкВт/см². (норма существовала до конца 2009 года)
США, Скандинавские страны: 100 мкВт/см².
Временно допустимый уровень (ВДУ) от мобильных радиотелефонов (МРТ) для пользователей радиотелефонов в РФ определён 10 мкВт/см² (Раздел IV — Гигиенические требования к подвижным станциям сухопутной радиосвязи СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи» ).
В США Сертификат выдается Федеральной комиссией по связи (FCC) на сотовые аппараты, максимальный уровень SAR которых не превышает 1,6 Вт/кг (причем поглощенная мощность излучения приводится к 1 грамму ткани органов человека).
В Европе, согласно международной директиве Комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), значение SAR мобильного телефона не должно превышать 2 Вт/кг (при этом поглощенная мощность излучения приводится к 10 граммам ткани органов человека).
Сравнительно недавно в Великобритании безопасным уровнем SAR считался уровень равный 10 Вт/кг. Такая же примерно картина наблюдалась и в других странах.
Принятую в стандарте максимальную величину SAR (1,6 Вт/кг) даже нельзя с уверенностью отнести к «жестким» или к «мягким» нормам.
Принятые и в США и в Европе стандарты определения величины SAR (все нормирование микроволнового излучения от сотовых телефонов, о котором идет речь базируется только на термическом эффекте, то есть связанном с нагреванием тканей органов человека).
ПОЛНЫЙ ХАОС.
Медицина до сих пор пока не дала внятного ответа на вопрос: вреден ли мобильный/WiFi и насколько?
А как будет с беспроводной передачей электроэнергии СВЧ технологиями?
Тут мощности не ватты и мили ватты, а уже кВт…

Прим: Типичная WiMAX базовая станция излучает мощность на уровне приблизительно +43 дБм (20 Вт), а станция мобильной связи обычно передает на +23 дБм (200 мВт).

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.

Передача электричества на расстоянии – это… Что такое Передача электричества на расстоянии?

Передача электричества на расстоянии

Беспроводна́я переда́ча электри́чества — способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов на небольших участках (до нескольких метров) электрической цепи. В настоящее время имели место успешные опыты с передачей энергии с КПД около 40%.

Технология

Суть технологии в том, что подключенный к источнику питания передатчик, представляющий из себя так называемый долгоживущий резонатор, создает внутри себя электромагнитное поле. Чтобы образовалось электрическое напряжение, необходимо поместить в радиус приема резонатор, настроенный на ту же частоту, что и передатчик. Схема действия очень похожа на эффект акустического резонанса.

История

Изобрёл беспроводную передачу электричества Никола Тесла.

Применение

Электрические зубные щётки.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

• Передача финских названий в русском тексте
• Передающая телевизионная трубка

Смотреть что такое “Передача электричества на расстоянии” в других словарях:

• Беспроводная передача электричества — Беспроводная передача электричества  способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи. К 2011 году имели место успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в… …   Википедия

• Гальванизм — отрасль учения об электричестве. Название гальванизм произошло от имени итальянского (болонского) анатома Гальвани (Алоизий или Луиджи Гальвани, (1737 1798), опыты которого впервые указали на новый для его времени случай возбуждения электричества …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Трансформатор Тесла — Разряды с провода на терминале Трансформатор Тесла, также катушка Тесла[1] (англ.  …   Википедия

• Энергетический луч — (англ. power beaming) беспроводной способ передачи энергии на расстоянии (через воздух или вакуум) как источник энергии для механизма. Заметки См. также Беспроводная передача энергии Беспроводная передача электричества Ректенна …   Википедия

• Электротехника — Электротехникой называют отрасль прикладных знаний, имеющих целью изучение средств и способов для применения электрической энергии в технике и промышленности. Выросшая на почве научных исследований в области электричества и магнетизма и… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Телеграфия* — I. Телеграфы оптические. II. Магнитные и электростатические телеграфы. III. Применение химических действий тока. IV. Первые применения магнитных действий тока. Приборы с магнитными стрелками. V. Т. приборы с указателями. VI. Пишущие Т. приборы.… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Телеграфия — I. Телеграфы оптические. II. Магнитные и электростатические телеграфы. III. Применение химических действий тока. IV. Первые применения магнитных действий тока. Приборы с магнитными стрелками. V. Т. приборы с указателями. VI. Пишущие Т. приборы.… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Китайская Национальная Нефтегазовая корпорация — (CNPC) Китайская Национальная Нефтегазовая корпорация это одна из крупнейших нефтегазовых компаний мира Китайская Национальная Нефтегазовая корпорация занимается добычей нефти и газа, нефтехимическим производством, продажей нефтепродуктов,… …   Энциклопедия инвестора

• Эфир в физике — Содержание: 1) Э. до эпохи Декарта. 2) Э. картезианцев. 3) Э. Гюйгенса, Ньютона и позднейшего времени. 4) Свойства Э., как вида материи, согласно современным воззрениям. 5) Плотность Э. 6) Э. и тяготение. 7) Э. и молекулы обычных тел. 8) Инерция… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Эфир, в физике — Содержание: 1) Э. до эпохи Декарта. 2) Э. картезианцев. 3) Э. Гюйгенса, Ньютона и позднейшего времени. 4) Свойства Э., как вида материи, согласно современным воззрениям. 5) Плотность Э. 6) Э. и тяготение. 7) Э. и молекулы обычных тел. 8) Инерция… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Книги

• Орбитальные войны, Фейгин Олег Орестович. В 1900 году на расстоянии нескольких десятков километров от окраин Нью-Йорка началось строительство одного из самых необычных электротехнических сооружений. В егооснове лежал удивительный… Подробнее  Купить за 388 руб
• Орбитальные войны, Фейгин Олег Орестович. В 1900 году на расстоянии нескольких десятков километров от окраин Нью-Йорка началось строительство одного из самых необычных электротехнических сооружений. В егооснове лежал удивительный… Подробнее  Купить за 347 грн (только Украина)

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; Всеми любимый гений электрики Никола Тесла однажды доказал, что в 1890-х годах он может питать лампочки с расстояния более двух миль с помощью 140-футовой катушки Тесла – не говоря уже о том, что при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил в воду 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 Николя Вессио, менеджер по трансформации сети Powerco. «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 для возобновляемой энергии, которая часто вырабатывается далеко от того места, где она необходима. Такая система могла бы быть прекрасной для доставки продуктов оффшорного и удаленного производства возобновляемой энергии в городские сети без необходимости в гигантских аккумуляторных батареях и т.п.

Emrod

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 действительно 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

Беспроводная передача энергии, открывающая мир возможностей

Для многих «беспроводная передача энергии на большие расстояния» звучит как запутанный жаргон, связанный в одно предложение. Для других это звучит как футуристическая фантазия, которая когда-то была не очень успешной несбыточной мечтой Николы Теслы. Для Эмрода это вполне реальное решение некоторых из самых серьезных проблем с энергоснабжением на сегодняшний день с бесконечными возможностями (буквально) изменить ландшафт мира.

Итак, что такое беспроводная передача энергии на большие расстояния (WPT)? И как можно использовать беспроводную мощность в реальных сценариях?

Что такое технология беспроводной передачи энергии и как она работает

Беспроводная передача энергии (WPT) – это, вероятно, то, что вы себе представляете; мощность, передаваемая из одного места в другое, без необходимости использования традиционных медных катушек (или проводов) для передачи ее туда. Как беспроводная зарядка вашего мобильного телефона, но в гораздо большем масштабе.

Энергия передается через электромагнитные волны на большие расстояния с использованием запатентованной Emrod формы луча, метаматериалов и технологии выпрямления. Для этой технологии требуется передающая антенна для передачи энергии и приемная антенна (ректенна), чтобы делать то, что предполагает ее название, принимать и преобразовывать луч обратно в электричество. Между двумя антеннами можно использовать реле, чтобы увеличить расстояние, по которому может пройти энергия.

Emrod был основан с целью оказать положительное влияние на как можно большее количество людей, поэтому для широкого распространения беспроводной передачи энергии она также должна быть безопасной.И Эмрод делает именно это. Лучи используют обычные электромагнитные частоты в диапазоне ISM, которые используют такие вещи, как Wi-Fi и Bluetooth. Кроме того, двухточечная передача означает отсутствие утечки энергии вокруг луча. Если по какой-либо причине что-то пересекает луч, как птица, он немедленно отключается. Это означает, что птица никогда не касается ничего, кроме чистого воздуха. Emrod не похож на более актуальный пример, 5G, который распространяет низкое электромагнитное излучение повсюду, неизбежно погружая в воду и поражая человеческое тело.

История технологии беспроводной передачи энергии

Передача энергии с помощью микроволн существует уже несколько десятилетий. Фактически, еще в 1891 году Никола Тесла решил поставлять электроэнергию по беспроводной сети. Это привело его к созданию катушки Тесла – первой системы, которая могла передавать энергию без проводов. Он протестировал беспроводную передачу энергии с помощью радиочастотного резонансного трансформатора катушки Тесла. Ему удалось создать переменные токи высокого напряжения и высокой частоты, которые позволили ему без проводов передавать энергию на короткие расстояния.К сожалению, Тесла так и не добился успеха в дальнейшем развитии своей технологии катушек. Однако его изобретения полностью изменили понимание и использование электричества.

Затем, в 70-х годах, НАСА показало, что может поддерживать беспилотный вертолет в воздухе, заряжая его микроволнами с земли, однако они не развивали технологию дальше до точки, когда она была бы коммерчески жизнеспособной… Подсказка Эмрода.

Что больше всего изменилось с тех пор, так это в основном технологии метаматериалов.Новые материалы позволили Эмроду невероятно эффективно преобразовывать энергию обратно в электричество. Таким образом, технология становится жизнеспособной для коммерческого использования.

Варианты использования беспроводной системы передачи энергии:

Доступ к возобновляемым источникам энергии и улучшение передачи в удаленные места

Доступ к надежной электроэнергии является ключом к экономическому прогрессу и процветанию. Тем не менее, острова, фермы, отдаленные населенные пункты и прибрежные ветряные электростанции часто полагаются на подводные кабели или одиночные линии через сложную местность.Кроме того, эти линии и кабели требуют дорогостоящей установки и обслуживания. Неудивительно, что это зачастую непомерно дорого, и многие остаются без надежного источника питания. WPT заменяет необходимость дорогостоящего обновления инфраструктуры или дублирования на сложной местности.

В этих случаях Emrod может снизить затраты на установку и обслуживание до 85%. Делает экономически выгодным использование удаленных устойчивых источников энергии, соединение сообществ и повышение устойчивости сети.

С помощью WPT энергоснабжение природного заповедника, такого как остров Стюарт / Ракиура, может осуществляться за счет излучения устойчиво генерируемой гидроэнергии с Южного острова Новой Зеландии. Или это может позволить островным государствам Тихого океана получить доступ к возобновляемым источникам энергии в прибрежных водах. Уменьшение их зависимости от дизельных генераторов, обеспечение электроэнергией отдаленных населенных пунктов и снижение местных затрат на электроэнергию. Не говоря уже о возможностях открытия для них нового экспортного рынка.

Подача электроэнергии к краю распределения

Последняя миля (или километр) распределительной сети является дорогостоящей и часто экономически невыгодной.Например, прибрежный городок, окруженный пересеченной местностью, или ферма на другой стороне большой долины. В таких ситуациях установка и обслуживание БПЭ может быть значительно дешевле по сравнению с традиционными решениями для линий электропередач, аккумуляторных батарей или микросетей.

Прекрасным примером Новой Зеландии является Пиха, прибрежный город на западном побережье Окленда. Пиха не только спрятана за гористой местностью, но также несет на себе тяжесть сильных ветров и штормов. Все это затрудняет сохранение целостности и надежности линий электропередач круглый год.

В Новой Зеландии Emrod работает вместе с Powerco над улучшением непрерывности поставок на последней миле и экономической жизнеспособностью.

Замена генераторов для беспроводной передачи энергии

Наверное, каждый на каком-то этапе своей жизни слышал громкое жужжание генератора. Хотя шум в лучшем случае раздражает, нам пришлось с ним мириться, потому что это удобное портативное устройство, обеспечивающее источник питания по требованию. Компании, критичные к электроснабжению, такие как телекоммуникационные компании и больницы, часто используют их в качестве систем аварийного резервного копирования.Однако они дороги в эксплуатации, загрязняют окружающую среду, являются шумными, а в случае сбоя требуется некоторое время для развертывания или активации.

Вместо этого для плановых и внеплановых отключений можно использовать беспроводную передачу электроэнергии для устранения «разрыва» в сети, вызванного отключением линий. Мобильные установки на грузовиках или компактные стационарные системы могут передавать электроэнергию тем, кто в ней нуждается. Предлагая решение, позволяющее сократить время простоя и снизить затраты без шума и загрязнения, присущего традиционному генератору.

Формируя будущее

Выше приведены некоторые способы, которыми беспроводная передача энергии может помочь миру, но как насчет менее очевидных способов использования этой технологии?

Для работы беспроводным системам передачи энергии просто необходима прямая видимость от одного конца до другого для передачи энергии.Итак, о чем можно мечтать?

Мы представляем мир, в котором технология Emrod используется для питания электромобилей и кораблей, а также для питания беспилотных летательных аппаратов в полете над городскими районами или сельскими пейзажами. Для нас не исключены даже бестопливные перелеты на самолетах.

Следите за этой площадкой, мы только начинаем!

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.

Таблица 1. Варианты неемкостного БПЭ

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 применения 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 делает 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 ИМК, сосредоточены на чрескожных индуктивных силовых связях, образованных между парой напечатанных спиральных катушек (PSC), производимых партиями с использованием технологии микрообработки. Оптимизация энергоэффективности беспроводной связи является обязательной для минимизации размера внешнего источника энергии, рассеивания тепла в тканях и помех для других устройств.Теоретические основы оптимальной эффективности передачи энергии в индуктивном канале в сочетании с полуэмпирическими моделями привели к созданию двух примеров конструкции на частотах 1 и 5 МГц, достигающих эффективности передачи энергии 41,2% и 85,8%, соответственно, на расстоянии 10 мм (Jow and Ghovanloo , 2007). Метод определения характеристик и оптимизации прямоугольных катушек, используемых в индуктивных связях для общих приложений, описан в Yong-Xi et al. (2011).

Новая Зеландия собирается испытать беспроводную передачу энергии на большие расстояния

Известное изображение изобретателя Николы Теслы показывает, как он небрежно сидит на стуле, скрестив ноги, и делает записи, не обращая внимания на обилие искусственных молний, ​​раздирающих воздух на несколько метров.К тому времени Тесла и чистое электричество были похожи на старую супружескую пару.

Эксперименты, проведенные в Колорадо, привели к одному из самых смелых предложений Теслы: обеспечить мир без проводов. Он попал в заголовки газет с планами создания «всемирной беспроводной системы» и получил финансирование от JP Morgan на строительство первой из нескольких огромных опор передачи.

Но мечта Теслы о беспроводной энергии вскоре умерла. JP Morgan отменил дополнительное финансирование. Башню снесли. Позже ученые скептически относились к планам Теслы (которые были немного расплывчатыми) сработали бы.

Между тем коллега Теслы Гульельмо Маркони преследовал параллельную мечту с гораздо большим успехом: беспроводная передача информации на радиоволнах. Сегодняшний мир, конечно, наводнен беспроводной информацией.

Теперь, если новозеландский стартап Emrod добьется своего, мечты Теслы и Маркони могут слиться воедино. Компания создает систему для беспроводной передачи энергии на большие расстояния. Ранее в этом месяце Emrod получил финансирование от Powerco, второй по величине коммунальной компании Новой Зеландии, для проведения испытаний своей системы на коммерческой электростанции, подключенной к сети.

Компания надеется доставлять энергию в общины, удаленные от сети, или передавать энергию из удаленных возобновляемых источников, таких как морские ветряные электростанции.

Система состоит из четырех компонентов: источника питания, передающей антенны, нескольких (или более) передающих реле и ректенны.

Во-первых, передающая антенна преобразует электричество в микроволновую энергию – электромагнитную волну, подобную радиоволнам Маркони, только немного более энергичную – и фокусирует ее в цилиндрический луч.СВЧ-луч проходит через серию реле, пока не попадает в ректенну, которая снова преобразует его в электричество.

Помня о безопасности, Emrod использует энергию в промышленном, научном и медицинском (ISM) диапазоне, сохраняя при этом низкую плотность мощности. «Дело не только в том, сколько энергии вы передаете, а в том, сколько энергии вы передаете на квадратный метр», – сказал New Atlas основатель Emrod Грег Кушнир. «Уровни плотности, которые мы используем, относительно низкие. На данный момент это примерно эквивалентно стоять на улице в полдень на солнце, около 1 кВт на квадратный метр.”

Но если он работает, как задумано, луч никогда не будет контактировать ни с чем, кроме пустого воздуха. Система использует сеть лазеров, окружающих луч, для обнаружения препятствий, таких как птица или человек, и автоматически отключает передачу до тех пор, пока препятствие не переместится.

Технология передачи энергии с помощью микроволновой энергии существует уже несколько десятилетий. Но чтобы сделать его коммерчески выгодным, необходимо минимизировать потери энергии. Кушнир сказал, что метаматериалы, разработанные в последние годы, создают разницу.

Компания использует метаматериалы для более эффективного преобразования микроволнового луча обратно в электричество. Реле, которые похожи на «линзы», расширяющие луч за пределы прямой видимости путем его перефокусировки, практически без потерь. По словам Кушнира, большая часть потерь происходит на другом конце, где электричество преобразуется в микроволновую энергию. В целом, он сказал, что эффективность системы составляет около 70%, что недостаточно для медных проводов, но в некоторых областях экономически целесообразно. И это те области, к которым стремится компания.

«… мы не предвидим в ближайшем будущем ситуации, когда можно было бы сказать, что все медные провода могут быть заменены беспроводными», – сказал Кушнир. «По сути, у него будет более низкий уровень эффективности. Речь идет не о замене всей инфраструктуры, а о ее расширении там, где это имеет смысл ».

Прототип компании в настоящее время может передавать несколько ватт энергии на расстояние около 130 футов. Для проекта Powerco они работают над большей версией, способной излучать несколько киловатт.Планируется доставить новую систему в Powerco в октябре, протестировать ее в лаборатории в течение нескольких месяцев, а затем, если все пойдет по плану, опробовать ее в полевых условиях. Испытания будут направлены на проверку того, сколько энергии система может передать на какое расстояние.

Хотя текущая модель скромна, Кушнир говорит, что ее следует масштабировать.

«Мы можем использовать ту же самую технологию для передачи в 100 раз больше энергии на гораздо большие расстояния», – сказал он в пресс-релизе. «Беспроводные системы, использующие технологию Emrod, могут передавать любое количество энергии, передаваемой проводными решениями.”

Рэй Симпкин, главный научный сотрудник Emrod, сообщил IEEE Spectrum , что компания также изучает возможность передачи энергии через 30 километров воды от материковой части Новой Зеландии до острова Стюарт. Он сказал, что система может стоить всего 60 процентов подводного кабеля.

В конечном счете, технология может помочь обеспечить электроэнергией сельские районы или передавать энергию от прибрежных ветряных электростанций, причем в обоих случаях строительство физической инфраструктуры для подключения к сети или ее подачи является дорогостоящим.В других случаях, например, в национальных парках, режим беспроводной передачи может иметь меньшее воздействие на окружающую среду и требовать меньшего обслуживания. Или его можно использовать для обеспечения электроэнергией после стихийных бедствий, в результате которых была повреждена физическая инфраструктура.

Это не «всемирная беспроводная система» Теслы, но она может превратить беспроводную связь на большие расстояния в коммерческую реальность в недалеком будущем.

Источник изображения: Killian Eon / Pexels

Электроэнергия может передаваться по воздуху

25 февраля 2021 года

B EHIND NIKOLA TESLA’S Бывшая лаборатория в Ворденклиффе на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, является старым фундаментом.Это все, что осталось от 57-метровой башни, которую Тесла начал строить в 1901 году в рамках эксперимента по беспроводной передаче информации и электричества на большие расстояния. Это наполовину сработало. Как он и предсказывал, беспроводная связь изменила мир. Но ему не удалось заставить электричество путешествовать очень далеко. Как следствие, в течение пяти лет работы остановились, а башня была списана, чтобы помочь ему выплатить долги. Тесла – пионер, который, среди прочего, разработал генерацию и передачу переменного тока, – исчез в относительной безвестности.

Ваш браузер не поддерживает элемент

Больше аудио и подкастов на iOS или Android.

И так оставалось до тех пор, пока имя Tesla не было возрождено Илоном Маском в качестве бренда для своей компании по производству электромобилей. Теперь видение Теслы о беспроводной передаче энергии, похоже, тоже возвращается. Фирма Emrod из Окленда в сотрудничестве с Powerco, дистрибьютором электроэнергии в Новой Зеландии, разработала прототип системы для использования в закрытом испытательном центре.Затем, в рамках отдельного проекта, планируется передать энергию от солнечной фермы на Северном острове клиенту в нескольких километрах.

Цель состоит в том, чтобы передавать мощность в виде узкого луча микроволн. Это устранит два фундаментальных недостатка в плане Теслы. Один из них заключался в том, как взимать с людей плату за электричество, которое они могут просто черпать из воздуха. Другой – необходимость преодолеть закон распространения излучения, который гласит, что сила сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния, которое он прошел от передатчика.В результате мощность сигнала резко падает даже на коротких расстояниях. Передача мощности узким лучом вместо излучения во всех направлениях помогает свести к минимуму проблему.

Энергетическое излучение, как известен процесс Эмрода, было опробовано и раньше, но в основном для военных приложений или для использования в космическом пространстве. В 1975 году NASA , американское космическое агентство, использовало микроволны, чтобы послать 34k W электроэнергии на расстояние 1,6 км – рекорд, который все еще сохраняется. Однако он никогда не разрабатывался для коммерческого использования.

Операция Эмрода начнется осторожно. Он начнется с передачи того, что Грег Кушнир, основатель фирмы, описывает как «несколько киловатт» на 1,8 км. Затем он будет постепенно увеличивать мощность и расстояние. Важнейшей переменной является эффективность, с которой это можно сделать. По словам Кушнира, сейчас это около 60%. Он считает, что этого уже достаточно, чтобы сделать передачу энергии коммерчески жизнеспособной в некоторых обстоятельствах, например, в удаленных районах, не тратя деньги на дорогостоящие линии электропередач.Но, чтобы улучшить положение, у Эмрода есть еще два уловки в рукаве. Один из них – использовать реле. Другой – приправить приемники так называемыми метаматериалами.

Реле, которые являются пассивными устройствами, которые не потребляют никакой энергии, работают как линзы, перефокусируя микроволновый луч и отправляя его по своему пути с минимальными потерями при передаче. Они также могут направить его, если необходимо, в новом направлении. Это означает, что передатчик и приемник не обязательно должны находиться в зоне прямой видимости друг друга.

Метаматериалы – это композиты, содержащие крошечные количества проводящих металлов и изолирующие пластмассы, расположенные таким образом, что они определенным образом взаимодействуют с электромагнитным излучением, таким как микроволны. Они уже используются в так называемых маскирующих устройствах, которые помогают военным кораблям и военным самолетам укрываться от радаров. Но их также можно использовать в приемной антенне для более эффективного преобразования электромагнитных волн в электричество.

Распространение мощных микроволн по воздуху сопряжено с риском.В конце концов, подобные волны – это средства, с помощью которых микроволновые печи нагревают то, что в них помещено. Эмрод говорит, что кратковременное воздействие его лучей не должно причинить никакого вреда людям или животным, поскольку плотность мощности относительно низкая. Тем не менее, чтобы избежать несчастных случаев, лучи будут окружены так называемыми лазерными завесами. Это маломощные лазерные лучи, которые сами по себе не вредны. Но если занавес сдвигается из-за вмешательства таких вещей, как птицы или низколетящие вертолеты (которые в Новой Зеландии используются для задержания овец), это прерывание будет немедленно обнаружено, и микроволновая передача временно отключена.Батареи на принимающей стороне будут заряжаться во время любых отключений.

Если power-beaming действительно получит успех, у Emrod не будет этой области, так как ряд других фирм работают над этой идеей. TransferFi, базирующаяся в Сингапуре, разрабатывает систему, которая формирует лучи радиоволн, которые обычно имеют более низкую частоту, чем микроволны, для передачи мощности конкретным приемным устройствам. Это краткосрочная идея, разработанная для питания гаджетов на фабриках и в домах.

Американская компания PowerLight Technologies работала с вооруженными силами этой страны над использованием лазеров для передачи энергии на удаленные базы, а также для питания беспилотных летательных аппаратов в воздухе.Компания также уделяет внимание коммерческим приложениям. Так же поступает и японская инжиниринговая фирма Mitsubishi Heavy Industries. В частности, у Mitsubishi большие амбиции. Помимо промышленного применения на Земле, он изучает возможности использования этой технологии для передачи энергии на землю с геостационарных спутников, оснащенных солнечными панелями. Для этого потребуется передать его на расстояние более 35 000 км. Не столько «поднять меня, Скотти», сколько «поднять». ■

Примечание редактора (23 февраля 2020 г.): В эту статью были внесены поправки, чтобы прояснить, что Эмрод реализует два отдельных проекта.

Эта статья появилась в разделе “Наука и технологии” печатного издания под заголовком “Смотри, никаких проводов!”

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 безотказную 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. «Одно из преимуществ использования ближнего инфракрасного света, как это делаем мы, заключается в том, 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 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:

Чтобы узнать больше о мощных подкастах, посетите The POWER Podcast archives.

– Аарон Ларсон – исполнительный редактор POWER (@AaronL_Power, @POWERmagazine).

5G могла воплотить его мечту о беспроводном электричестве спустя столетие после неудачных экспериментов

На пике своей карьеры первопроходец-электрик Никола Тесла был одержим идеей. Он предположил, что электричество может передаваться по беспроводной сети по воздуху на большие расстояния – либо через серию стратегически расположенных башен, либо через систему подвешенных воздушных шаров.

Дела пошли не по плану, и амбиции Tesla по созданию беспроводного глобального электроснабжения так и не были реализованы.Но сама теория не была опровергнута: для этого просто потребовалось бы невероятное количество энергии, большая часть которой была бы потрачена впустую.

Теперь в исследовательской работе высказывается предположение, что архитекторы сети 5G, возможно, невольно построили то, что Tesla не смогла построить на рубеже двадцатого века: «беспроводную энергосистему», которую можно было бы адаптировать для зарядки или питания небольших устройств, встроенных в автомобили, дома, рабочие места и фабрики.

Поскольку 5G полагается на плотную сеть мачт и мощную серию антенн, вполне возможно, что та же самая инфраструктура, с некоторыми изменениями, могла бы передавать мощность на небольшие устройства.Но передача по-прежнему будет страдать от ключевого недостатка башен Тесла: больших потерь энергии, которые может быть трудно оправдать с учетом безотлагательности климатического кризиса.

Сети 5G

Десятилетия назад было обнаружено, что сильно сфокусированный радиолуч может передавать энергию на относительно большие расстояния без использования провода для переноса заряда. Та же технология теперь используется в сети 5G: технология последнего поколения для передачи интернет-соединения на ваш телефон с помощью радиоволн, передаваемых от местной антенны.

Эта технология 5G направлена ​​на увеличение пропускной способности в 1000 раз по сравнению с последним поколением 4G, что позволяет подключать до одного миллиона пользователей на квадратный километр, что делает моменты поиска сигнала на музыкальных фестивалях или спортивных мероприятиях в прошлом. .

Для поддержки этих обновлений в 5G используется некоторая инженерная магия, и эта магия состоит из трех частей: очень плотные сети с большим количеством мачт, специальной антенной технологией и включение передачи миллиметровых волн (mmWave) наряду с более традиционными диапазонами.

Прочитайте больше: 5G: что он предлагает и почему это важно?

Последний из них, mmWave, открывает гораздо большую полосу пропускания за счет более коротких расстояний передачи. Для контекста, большинство маршрутизаторов WiFi работают в диапазоне 2 ГГц. Если у вашего маршрутизатора есть опция 5 ГГц, вы заметите, что поток фильмов идет более плавно, но вам нужно быть ближе к маршрутизатору, чтобы он работал.

Увеличьте частоту дальше (например, mmWave, которая работает на частоте 30 ГГц или более), и вы увидите еще большее улучшение полосы пропускания – но вам нужно быть ближе к базовой станции, чтобы получить к ней доступ.Вот почему мачты 5G расположены более плотно, чем мачты 4G.

Последнее чудо – добавить намного больше антенн – от 128 до 1024 по сравнению с гораздо меньшим числом (в некоторых случаях всего двумя) для 4G. Множественные антенны позволяют мачтам образовывать сотни карандашных лучей, нацеленных на определенные устройства, обеспечивая эффективный и надежный доступ в Интернет для вашего телефона в дороге.

Это те же самые сырые ингредиенты, которые необходимы для создания беспроводной электросети.Повышенная плотность сети особенно важна, потому что она открывает возможность использования миллиметровых волн для передачи различных радиоволн, которые могут передавать как подключение к Интернету, так и электроэнергию.

Эксперименты с мощностью 5G

В экспериментах использовались новые типы антенн для облегчения беспроводной зарядки. В лаборатории исследователи смогли передать мощность 5G на относительно короткое расстояние, чуть более 2 метров, но они ожидают, что будущая версия их устройства сможет передавать 6 мкВт (6 миллионных долей ватта) на расстояние 180 метров.

Чтобы представить это в контексте, обычные устройства Интернета вещей (IoT) потребляют около 5 мкВт – но только в самом глубоком спящем режиме. Конечно, устройства IoT будут требовать все меньше и меньше энергии для работы по мере разработки умных алгоритмов и более эффективной электроники, но 6 мкВт по-прежнему очень мало энергии.

Это означает, что, по крайней мере, на данный момент, беспроводное питание 5G вряд ли будет практичным для зарядки вашего мобильного телефона в повседневной жизни. Но он может заряжать или питать устройства IoT, такие как датчики и сигнализация, которые, как ожидается, получат широкое распространение в будущем.

Прочитайте больше: Объяснитель: Интернет вещей

Например, на заводах сотни датчиков Интернета вещей могут использоваться для мониторинга условий на складах, для прогнозирования отказов оборудования или для отслеживания движения деталей по производственной линии. Возможность передавать питание напрямую на эти устройства IoT будет стимулировать переход к гораздо более эффективным методам производства.

Проблемы с прорезыванием зубов

Но до этого нужно будет преодолеть трудности.Для обеспечения беспроводной связи мачты 5G будут потреблять около 31 кВт энергии, что эквивалентно 10 чайникам с постоянно кипящей водой.

Хотя опасения по поводу того, что технология 5G может вызывать рак, были широко опровергнуты учеными, такое количество энергии, исходящее от мачт, может быть небезопасным. Приблизительный расчет предполагает, что пользователей необходимо будет держать на расстоянии не менее 16 метров от мачт, чтобы соответствовать правилам безопасности, установленным Федеральной комиссией по связи США.

Прочитайте больше: Четыре эксперта исследуют, как зародилась теория заговора о коронавирусе 5G

Тем не менее, эта технология находится в зачаточном состоянии.Безусловно, возможно, что будущие подходы, такие как новая антенна с более узкими и направленными лучами, могут значительно снизить энергию, требуемую – и теряемую – каждой мачтой.

В настоящее время предлагаемая система скорее напоминает вымышленную «Wonkavision» в «Чарли и шоколадной фабрике» Роальда Даля, в которой удалось превратить кондитерские изделия в телевизоры – но пришлось использовать огромный блок шоколада для производства гораздо меньшего. на другом конце.

Поскольку он потребляет большое количество энергии по сравнению с мощностью, которую он поставляет устройствам, беспроводное питание 5G на данный момент является спекулятивным.