Transmissão de energia sem fio: uma história difícil de se tornar

A partir de uma longa lista de ideias técnicas fantásticas realizadas hoje, apenas o sonho da transmissão sem fio de energia elétrica continua inatingível. Descrições detalhadas dos raios de energia nos romances de ficção científica provocam os engenheiros com suas necessidades óbvias e, ao mesmo tempo, a impossibilidade prática de implementação. Mas a situação está mudando gradualmente para melhor.

Desde o início da descoberta de eletricidade, houve um problema de sua transmissão ao consumidor final. O desenvolvimento da produção industrial levou a um forte aumento na demanda por eletricidade. Fios e postes de linhas de transmissão elétrica se tornaram um elemento integrante das paisagens. Mas apenas especialistas sabem quanto dinheiro e esforço são gastos para manter essas linhas em condições de trabalho e quanta energia é perdida nelas.

Os recursos fósseis estão gradualmente se esgotando e os problemas de fornecimento de energia estão pressionando fortemente a porta da energia. A sociedade humana moderna entrou na era da exploração espacial, então nossas visões se voltam para a fonte óbvia de energia inesgotável - o Sol. Por bilhões de anos, este reator termonuclear emite quantidades fantásticas de energia, uma pequena parte da qual seria suficiente para a humanidade por muitos anos. Mas um problema "pequeno": como transferir a energia recebida para o consumidor na Terra?

A partir deste momento, começa uma discussão séria sobre as possibilidades de tornar a humanidade feliz com recursos ilimitados. Até o momento, existem duas maneiras de resolver o problema na lista de ferramentas modernas de tecnologia espacial. Um está relacionado a transferência de energia por raio laser aterrar terminais de recebimento. Segundo - com transferência de energia de microondas.

A transferência de energia a laser encontra várias dificuldades fundamentais. O primeiro está relacionado à eficiência da conversão primária da radiação solar em radiação laser coerente. E o segundo se baseia na eficiência da transferência de energia do espaço para a Terra. No primeiro problema, houve progresso: cientistas do Japão relataram a conversão de energia solar em radiação laser com uma eficiência de 42%. Mas a transferência de energia para a superfície envolve várias tarefas difíceis de resolver.

Atenuação de um raio laser cujo diâmetro na superfície da Terra pode ser centenas de metros. Sua intensidade depende das condições climáticas, da precisão de apontar para o terminal receptor e até da massa dos parâmetros. Aviões voadores ou bandos de pássaros capturados em um raio de energia distorcerão ou enfraquecerão seu poder. Se um incidente desse tipo passar despercebido para um avião, os pássaros sofrerão significativamente: a intensidade da radiação perto da superfície da Terra será dezenas de vezes mais poderosa que o sol do meio-dia.

A segunda maneira de transferência de energia são ondas de microondas com frequências de 2,4 a 5,8 GHz. Aqui há uma "janela" atmosférica na qual a atenuação de energia é mínima. Mas a parte receptora da energia é muito complexa e requer o desenvolvimento de componentes modernos de antenas. Segundo os cientistas, para transmitir uma potência de 5 MW a uma altura de 36.000 km (órbita geoestacionária), será necessária uma antena transmissora de 1 km de tamanho e uma antena receptora de 10 km de diâmetro. Tais instalações no futuro próximo para a humanidade não podem pagar.

Nesta situação, o progresso começou do outro lado. O desenvolvimento de modernos dispositivos de comunicação e computação móvel exigiu recarga frequente de suas baterias. Em princípio, isso não apresenta um problema específico, especialmente quando você possui um ou dois desses dispositivos. Porém, se houver dezenas deles na família ou no escritório, a busca contínua por unidades de carregamento compatíveis com produtos é perturbadora e irritante.

Segundo rumores, foi essa circunstância que levou Marina Solyachich, funcionária da Universidade de Massachusetts, a A idéia de uma maneira de transferir energia sem fios. Depois que o sinal de um telefone celular descarregado o acordou várias vezes no meio da noite, ele decidiu resolver seriamente o problema. carregue sem fio seus dispositivos móveis.

Como resultado, apareceu completamente nova tecnologia para transferir energia da rede para dispositivos móveis. O método consiste no acoplamento ressonante usando o campo magnético do receptor e do transmissor. Por trás de um nome incompreensível e de um mecanismo não menos obscuro (o método é patenteado e mantido em segredo), está oculto um método de transferência de energia sem condutores com eficiência superior a 40%. A tecnologia é chamada WiTricity.

O princípio de operação da tecnologia para transferência de energia sem fios "WiTricity"

Carregador sem fio para celular WiTricity

De acordo com os autores da invenção, esta não é uma ressonância "pura" dos circuitos conectados e não é Transformador Tesla, com acoplamento indutivo. O raio de transferência de energia hoje é um pouco mais de dois metros, no futuro - de 5 a 7 metros.

Tecnologias similares são desenvolvidas febrilmente por outras empresas: a Intel demonstrou sua tecnologia WREL com eficiência de transferência de energia de até 75%. Em 2009, a Sony demonstrou a operação de uma televisão sem conexão de rede.

Demonstração tecnológica WiTricity:

Demonstração da tecnologia sem fio Intel WREL:

Apenas uma circunstância é alarmante: independentemente do método de transmissão e dos truques técnicos, a densidade de energia e a força do campo nas salas devem ser altas o suficiente para alimentar dispositivos com uma potência de várias dezenas de watts.

Segundo os próprios desenvolvedores, ainda não estão disponíveis informações sobre os efeitos biológicos nos seres humanos desses sistemas. Dada a aparência recente e uma abordagem diferente para a implementação de dispositivos de transferência de energia, esses estudos ainda estão por vir e os resultados não aparecerão em breve. E podemos julgar seu impacto negativo apenas indiretamente. Algo novamente desaparecerá de nossas casas, como baratas.

Sem tentar nos aprofundar nos meandros das tecnologias de transferência de energia, podemos dizer que em um nível de distâncias de até 10 metros em um futuro próximo, os dispositivos de transferência de energia sem fio se tornarão realidade. Você pode assistir TV, usar um computador e carregar dispositivos móveis sem se preocupar com a presença de cabos e soquetes.

Mas começamos com problemas de transmissão não de dezenas e centenas de watts, mas de capacidades mais sérias. Infelizmente hoje A melhor conquista nessa direção é a transmissão piloto de 30 quilowatts de energia a uma distância de 2 quilômetros (1 milha). Esse evento aconteceu em 1975 e, desde então, nenhum progresso sério foi feito. Portanto, nas próximas décadas, não se deve esperar um avanço no campo da transmissão de energia sem fio. A ficção científica pode dormir até agora.

Comments

[#1 Philip]

Eu gostei Eu não sabia que as tecnologias de transmissão de energia sem fio da vida real já existiam. Eu pensei que antes era puramente fantástico.

[#2 Shurochka]

E eu gostei. Parece irreal que a transmissão de energia sem fio já exista.
A ficção está se tornando realidade. É até difícil imaginar o que nos espera a seguir.

[#3 egor]

uau! não sabia o quão interessante :-)

[#4 HP Veer]

Comprei um telefone HP Veer para minha esposa - para que ele tenha uma carga magnética / indutiva, coloque o telefone na onda - ele está cobrando - sem cabos para o telefone.
Mas é claro que a distância em milímetros, um metro ou dois seria muito mais conveniente))

[#6]

Vasily Anatolyevich, está enganado. Este método de transferência de energia foi implementado há quase 140 anos pelo físico italiano Carlo Matteuchi e foi com a ajuda de bobinas plano-espirais. A fonte de energia foi primeiro a descarga de uma lata de Leyden e depois a bobina de Rumkorf.

O que é descrito na edição russa do curso completo de física editado pelo prof. Gano. Posso fornecer o original e a digitalização da página.

[#7 Cinza]

Hoje, a ideia é realizada através da transferência de energia devido aos fenômenos físicos do eletromagnetismo que são derivados ou relacionados. A transferência de energia por correntes de alta frequência, através do magnetismo, é mortal para os seres humanos e, de todas as formas, ficará oculta no avanço das novas tecnologias. Quaisquer ondas que carregam uma fração de energia são um objeto material, e você também pode disparar uma pistola, convertendo a energia cinética de uma bala no que você precisa. Nivelar os efeitos prejudiciais dos "caminhos de transmissão" é a principal tarefa da energia sem fio, e a própria transmissão é secundária ...

[#8 Mikhail]

Concordo com Sery, há microondas suficientes que parecem cheias, embora não sintamos isso, as linhas de energia também são muito prejudiciais. Morando ao lado deles, nas proximidades de 50 metros, você pode facilmente ficar careca. Tudo irradia. Bem, as placas de indução são certamente menos prejudiciais, pois afetam o metal. Não vejo nada de bom na tecnologia das tarifas de telefonia móvel. É muito mais conveniente carregar com uma bateria compartilhada. Isso e a tomada não são necessários. Quanto às cidades, parece-me que a melhor solução é usada na Alemanha ... Lá, todos instalam uma pequena central elétrica, moinhos de vento ou painéis solares em sua área. Tudo isso é reservado por baterias no porão, por exemplo. E se você não está em casa ou não usa muita eletricidade, o excesso cobra as reservas e o excesso entra na rede geral. As pessoas também pagam mais por isso. Como resultado, obtemos muitas vantagens: é uma rede de fontes de alimentação balanceada na qual não há grandes sobrecargas, as perdas de transmissão eletrônicas são reduzidas. O proprietário paga menos e consome menos. E isso contrasta com as usinas nucleares quando uma enorme quantidade de energia é gerada em um ponto que precisa ser distribuído uniformemente e perder muito. E o desperdício é mínimo.

[#9]

A poluição eletromagnética é perigosa para abelhas, pássaros, animais, plantas, seres humanos - essa radiação causa mutações, o futuro pertence aos geradores portáteis sem combustível.

[#10]

Tudo o que é descrito no artigo e nos comentários é familiar para mim. Eu acompanho cuidadosamente o desenvolvimento da tecnologia e tento não perder nenhuma novidade. Existem idéias próprias, é uma pena que eu seja privado da oportunidade de testá-las na prática. Por exemplo, essa ideia. Todos nós já assistimos relâmpagos mais de uma vez e sabemos que enormes correntes de centenas de milhares, ou mesmo milhões de amperes, fluem no ar no canal de uma descarga de faíscas. Isso significa que o ar, em condições especiais, é capaz de passar por ele um enorme poder de eletricidade. Para fazer isso, você só precisa criar um canal ionizado no ar. E criá-lo, com o desenvolvimento atual da tecnologia, não é tão difícil quanto parece. Para fazer isso, use um feixe de laser operando no ultravioleta ou mesmo na faixa de radiação de raios-x, ou seja, um raio laser que passa pelo ar deve criar um canal ionizado. É claro que transferir energia do espaço sideral para a Terra dessa maneira não funcionará, mas substituindo as linhas de energia com fio - por que não?

Sim, aqui está outra coisa que quero acrescentar. Quanto à poluição eletromagnética, uma pessoa parece capaz de se adaptar a qualquer coisa.Não somos baratas, vivemos no meio de radiações e queríamos mastigar tudo. Pessoalmente, sou um exemplo vivo a esse respeito. Agora tenho 67 anos e quase toda a minha experiência de trabalho na URSS lidei com equipamentos de microondas, e a potência, às vezes, era muito significativa (até 40 kW por pulso). Ele trabalhou em uma câmera de tela (não para proteger alguém da radiação, mas para impedir que os inimigos soubessem em que frequências estamos trabalhando). A propósito, na câmera de tela recebemos muito mais radiação do que se estivéssemos trabalhando em espaço aberto. E apesar de tudo isso, eu nem fiquei careca.

[#11]

É possível transmitir energia sem fios por qualquer onda capaz de se propagar no espaço - som, luz, magnético, com subsequente transformação inversa em corrente elétrica.

[#12 Yuri]

Por si só, o campo eletromagnético não é muito adequado para transferir grandes cargas por longas distâncias sem o "condutor" correspondente (cabo, raio laser, etc.). Recolher a energia do sol e convertê-la em eletricidade também não é fácil. A eficiência em todos os casos conhecidos não é muito alta, o que significa que o consumidor pagará tanto pela própria energia elétrica quanto por sua perda, o que representa uma parte significativa. É mais eficaz converter a energia de um campo não eletromagnético (um campo com um maior grau de pedido) em eletromagnético. Nesse caso, os custos de transmissão diminuirão em uma ordem de magnitude e, consequentemente, o custo de kW cairá.