Передача электроэнергии по воздуху: Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния

Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния

Первую в мире функциональную систему беспроводной передачи энергии на большие расстояния разработали в Новой Зеландии. Уже сейчас прототип способен работать в любых погодных условиях, направляя энергию между двумя антеннами, разделенными расстоянием в несколько километров. Полевые испытания технологии, повторяющей эксперименты Николы Теслы, начнутся осенью.

Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова — еще Никола Тесла когда-то доказал, что можно зажигать лампочки с помощь катушки, находящейся в паре километров от них. Правда, при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь Колорадо-Спрингс во тьму. Тесла мечтал построить повсюду вышки, которые обеспечивали бы всех беспроводной энергией. Но инвестор Джон П. Морган зарубил идею на корню одним вопросом: «А куда прикажете поставить счетчик?»

Прошло 120 лет и вот новозеландская компания Emrod убедила второго по величине поставщика энергии в стране концерн Powerco дать беспроводному электричеству шанс. Powerco поверила в технологию передачи энергии и вложила средства в Emrod, сообщает New Atlas.

Система состоит из передающей антенны, наборов реле и принимающей ректенны (антенны со встроенным выпрямителем, преобразующем микроволновую энергию в электричество). Для передачи используется безопасный радиодиапазон ISM, зарезервированный для промышленных, научных и медицинских целей.

В отличие от мечты Теслы, энергия передается напрямую между двумя антеннами, а лазерная система безопасности, защищающая периметр луча, тут же отключает его, если периметр пересекает птица, дрон или вертолет. Проблем с размещением счетчиков тоже быть не должно.

Система работает при любых погодных условиях — дождь, туман или пыль ей не помеха. Дистанция передачи ограничена только прямой видимостью, то есть в потенциале может быть сотни километров, а установка и эксплуатация не требуют серьезных вложений.

Пока у инженеров Emrod есть только работающий прототип, но к октябрю они планируют завершить создание устройства для инвестора и начать полевые испытания. Первые устройства будут работать с мощностью в несколько киловатт. Прототип способен передавать энергию на несколько километров, но его легко можно масштабировать. «Мы можем использовать точно такую же технологию для передачи в 100 раз больше энергии на много большее расстояние», — пообещал основатель Emrod Грег Кушнир.

Если полевые испытания технологии пройдут успешно, она сможет преобразить энергосети по всему миру. «Мы планируем использовать эту технологию для доставки электричества в отдаленные места или через районы с труднопроходимой местностью. Она также может быть использована для сохранения энергоподачи клиентам в случаях, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры», — рассказал о планах инженер по трансформации сети Powerco Николас Вессио.

Беспроводная передача энергии может стать ключевой технологией и для возобновляемой энергетики, которая, как правило, генерирует энергию далеко не там, где она необходима. А мощность существующих энергосетей не позволяет перебрасывать большие объемы такой энергии достаточно далеко от места генерации. Из-за этого, например, Германия, теряет часть оффшорной выработки ветропарков, так как в пиках не может перенаправить ее с севера в южные земли — не хватает ресурсов энергосети.

К середине августа компания Electreon Wireless запустит первый в Израиле участок трассы с возможностью беспроводной подзарядки электротранспорта на ходу. Она же начала работы по аналогичному проекту на шведском острове Готланд.

3 способа беспроводной передачи энергии

Когда компания Apple представила свое первое беспроводное зарядное устройство для сотовых телефонов и гаджетов, многие посчитали это революцией и огромным скачком вперед в беспроводных способах передачи энергии.

Но были ли они первопроходцами или еще до них, кому-то удавалось проделать нечто похожее, правда без должного маркетинга и пиара? Оказывается были, притом очень давно и изобретателей таких было множество.

Так еще в далеком 1893г прославленный Никола Тесла, продемонстрировал изумленной публике свечение люминесцентных ламп. При том, что все они были без проводов.

Сейчас такой фокус может повторить любой школьник, выйдя в чистое поле и встав с лампой дневного света под линию высокого напряжения от 220кв и выше.

Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.

В России в 1895г А.Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счету это тоже является беспроводной передачей энергии.

Самый главный вопрос и одновременно проблема всей технологии беспроводных зарядок и подобных методов заключается в двух моментах:

• как далеко можно передать электроэнергию таким способом

• и какое количество

Для начала давайте разберемся, какую мощность имеют приборы и бытовая техника нас окружающие. Например для телефона, смартчасов или планшета требуется максимум 10-12Вт.

У ноутбука запросы уже побольше — 60-80Вт. Это можно сравнить со средней лампочкой накаливания. А вот бытовая техника, особенно кухонная, кушает уже несколько тысяч ватт.

Поэтому очень важно не экономить с количеством розеток на кухне.

Так какие же методы и способы для передачи эл.энергии без применения кабелей или любых других проводников, придумало человечество за все эти годы. И самое главное, почему они до сих пор не внедрены столь активно в нашу жизнь, как того хотелось бы.

Взять ту же самую кухонную технику. Давайте разбираться подробнее.

Передача энергии через катушки

Самый легко реализуемый способ — использование катушек индуктивности.

Здесь принцип очень простой. Берутся 2 катушки и размещаются недалеко друг от друга. На одну из них подается питание. Другая играет роль приемника.

Когда в источнике питания регулируется или изменяется сила тока, на второй катушке магнитный поток автоматически также изменяется. Как гласят законы физики, при этом будет возникать ЭДС и она будет напрямую зависеть от скорости изменения этого потока.

Казалось бы все просто. Но недостатки портят всю радужную картинку. Минусов три:

• маленькая мощность

Данным способом вы не передадите большие объемы и не сможете подключить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.

• небольшое расстояние

Даже не задумывайтесь здесь о передаче электричества на десятки или сотни метров. Такой способ имеет ограниченное действие.

Чтобы физически понять, насколько все плохо, возьмите два магнита и прикиньте, как далеко их нужно развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться друг от друга. Вот примерно такая же эффективность и у катушек.

Можно конечно исхитриться и добиться того, чтобы эти два элемента всегда были близко друг от друга. Например электромобиль и специальная подзаряжающая дорога.

Но в какие суммы выльется строительство таких магистралей.

Еще одна проблема это низкий КПД. Он не превышает 40%. Получается, что таким способом передать много эл.энергии на большие расстояния вы не сможете.

Тот же Н.Тесла указал на это еще в 1899г. Позже он перешел на эксперименты с атмосферным электричеством, рассчитывая в нем найти разгадку и решение проблемы.

Однако какими бы не казались бесполезными все эти штуки, с их помощью до сих пор можно устраивать красивые светомузыкальные представления.

Или подзаряжать технику гораздо большую чем телефоны. Например электрические велосипеды.

Лазерная передача энергии

Но как же передать больше энергии на большее расстояние? Задумайтесь, в каких фильмах подобную технологию мы видим очень часто.

Первое что приходит на ум даже школьнику — это «Звездные войны», лазеры и световые мечи.

Безусловно, с их помощью можно передать большое количество эл.энергии на очень приличные расстояния. Но опять все портит маленькая проблемка.

К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земле есть атмосфера. А она как раз таки хорошо глушит и кушает большую часть всей энергии лазерного излучения. Поэтому с данной технологией нужно идти в космос.

На Земле также были попытки и эксперименты по проверке работоспособности метода. Nasa даже устраивали состязания по лазерной беспроводной передаче энергии с призовым фондом чуть менее 1млн.$.

В итоге выиграла компания Laser Motive. Их победный результат — 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей изначальной энергии.

Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат посчитали успешным.

Напомним, что у простой лампочки полезной энергии, которая идет непосредственно на свет, и того меньше. Поэтому из них и выгодно изготавливать инфракрасные обогреватели. 

Неужели нет другого реально работающего способа передать электричество без проводов. Есть, и его изобрели еще до попыток и детских игр в звездные войны.

Оказывается, что специальные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении.

Какой бы ни была плохой погода, при передаче с помощью микроволн, вы потеряете всего пять процентов! Но для этого вы сначала должны преобразовать электрический ток в микроволны, затем их поймать и опять вернуть в первоначальное состояние.

Первую проблему ученые решили очень давно. Они изобрели для этого специальное устройство и назвали его магнетрон.

Причем это было сделано настолько профессионально и безопасно, что сегодня каждый из вас у себя дома имеет такой аппарат. Зайдите на кухню и обратите внимание на свою микроволновку.

У нее внутри стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.

Но вот как сделать обратное преобразование? И тут было выработано два подхода:

В США еще в шестидесятых годах ученый У.Браун придумал антенну, которая и выполняла требуемую задачу. То есть преобразовывала падающее на него излучение, обратно в электрический ток.

Он даже дал ей свое название — ректенна.

После изобретения последовали опыты. И в 1975г при помощи ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.

Спустя почти полвека, этот опыт до сих так никто и не смог превзойти. Казалось бы метод найден, так почему же эти ректенны не запустили в массы?

И тут опять всплывают недостатки. Ректенны были собраны на основе миниатюрных полупроводников. Нормальная работа для них — это передача всего нескольких ватт мощности.

А если вы захотите передать десятки или сотни квт, то готовьтесь собирать гигантские панели.

И вот тут как раз таки появляются не разрешимые сложности. Во-первых, это переизлучение.

Мало того, что вы потеряете из-за него часть энергии, так еще и приблизиться к панелям без потери своего здоровья не сможете.

Вторая головная боль — нестабильность полупроводников в панелях. Достаточно из-за малой перегрузки перегореть одному, и остальные выходят из строя лавинообразно, подобно спичкам.

В СССР все было несколько иначе. Не зря наши военные были уверены, что даже при ядерном взрыве, вся зарубежная техника сразу выйдет из строя, а советская нет. Весь секрет тут в лампах.

В МГУ два наших ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали так называемый циклотронный преобразователь энергии. Он имеет приличные размеры, так как собран на основе ламповой технологии.

Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата чуть меньше, чем у американской полупроводниковой штуки — до 85%.

Но в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд существенных достоинств:

• большая мощность

• стойкость к перегрузкам

• отсутствие переизлучения

• невысокая цена изготовления

Однако несмотря на все вышесказанное, во всем мире передовым считаются именно полупроводниковые методы реализации проектов. Здесь тоже присутствует свой элемент моды.

После первого появления полупроводников, все резко начали отказываться от ламповых технологий. Но практические испытания говорят о том, что это зачастую неправильный подход.

Конечно, ламповые сотовые телефоны по 20кг или компьютеры, занимающие целые комнаты никому не интересны.

Но иногда только проверенные старые методы, могут нас выручить в безвыходных ситуациях. 

В итоге на сегодняшний день, мы имеем три возможности передать энергию без проводов. Самый первый из рассмотренных ограничен как расстоянием, так и мощностью.

Но этого вполне хватит, чтобы зарядить батарейку смартфона, планшета или чего-то побольше. КПД хоть и маленький, но метод все же рабочий.

Способ с лазерами хорош только в космосе. На поверхности земли это не очень эффективно. Правда когда другого выхода нет, можно воспользоваться и им.

Зато микроволны дают полет для фантазий. С их помощью можно передавать энергию:

• на земле и в космосе

• с поверхности земли на космический корабль или спутник

• и наоборот, со спутника в космосе обратно на землю

Реальные проекты в наши дни

За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.

Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1км.

Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.

Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.

Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.

Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.

На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.

Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П. Глэйзером.

Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею — вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.

Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.

Этакая «звезда смерти» в наших земных реалиях.

На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.

Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше — 5км (размер Садового кольца).

Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.

Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн. $.

Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.

Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос — увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?

К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.

Статьи по теме

Электричество без проводов — Энергетика и промышленность России — № 3 (31) март 2003 года — WWW.

EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 3 (31) март 2003 года

Биография американского изобретателя, серба по происхождению, Николы Теслы достаточно известна, и мы на ней останавливаться не будем. Но сразу уточним: прежде чем продемонстрировать свой уникальный эксперимент, Тесла, сначала в 1892 году в Лондоне, а через год в Филадельфии, в присутствии специалистов продемонстрировал возможность передачи электрической энергии по одному проводу, не используя при этом заземления второго полюса источника энергии. И тогда же у него возникла идея использовать в качестве этого единственного провода… Землю!

И в этом же году на съезде ассоциации электрического освещения в Сант-Льюисе он продемонстрировал электрические лампы, горящие без подводящих проводов, и работающий без подключения к электрической сети электромотор. Эту необычную экспозицию он прокомментировал следующим образом:

«Несколько слов об идее, постоянно занимающей мои мысли и касающейся всех нас. Я имею в виду передачу сигналов, а также и энергии на любое расстояние без проводов. Мы уже знаем, что электрические колебания могут передаваться по единственному проводнику. Почему же не воспользоваться для этой цели Землей? Если мы сможем установить период колебаний электрического заряда Земли при его возмущении, связанном с действием противоположно заряженной цепи, это будет фактом чрезвычайной важности, который послужит на благо всего человечества».

Увидя столь эффектную демонстрацию, такие известные олигархи, как Дж. Вестингауз и Дж. П. Морган, вложили в это перспективное дело свыше миллиона долларов, купив у Теслы его патенты (громадные, кстати, по тем временам деньги!). На эти средства в конце 90-х годов XIX века Тесла сооружает в Колорадо-Спрингс свою уникальную лабораторию.

Подробные сведения об экспериментах в лаборатории Теслы изложены в книге его биографа Джона О’Нейла «Электрический Прометей» (в нашей стране ее перевод был опубликован в журнале «Изобретатель и рационализатор» №4-11 за 1979 год). Приведем здесь лишь краткую выдержку из нее, чтобы не ссылаться на более поздние перепечатки:

«В Колорадо-Спрингс Тесла провел первые испытания беспроводной передачи электроэнергии. Он смог питать током, извлекаемым из Земли во время работы гигантского вибратора, 200 электрических лампочек накаливания, расположенных на расстоянии 42 километров от его лаборатории. Мощность каждой составляла 50 ватт, так что суммарный расход энергии составлял 10 кВт, или 13 л.с. Тесла был убежден, что с помощью более мощного вибратора он смог бы зажечь дюжину электрических гирлянд по 200 лампочек в каждой, разбросанных по всему земному шару».

Самого же Теслу настолько вдохновили успехи этих экспериментов, что он заявил в широкой печати, что намерен осветить Всемирную промышленную выставку в Париже, которую предполагалось провести в 1903 году, энергией электростанции, расположенной на Ниагарском водопаде и переданной в Париж без проводов.

Известно по многочисленным фотографиям и описаниям очевидцев и помощников изобретателя, что представлял собой генератор энергии, передаваемой на 42 километра без проводов (правда, это чисто журналистский термин: один провод, в качестве которого выступала Земля, в этой цепи присутствует, и об этом прямо говорят и сам Тесла, и его биограф).

То, что Тесла называл вибратором, было гигантским трансформатором его системы, имевшим первичную обмотку из нескольких витков толстого провода, намотанных на ограде диаметром 25 метров, и размещенную внутри нее многовитковую однослойную вторичную обмотку на цилиндре из диэлектрика. Первичная обмотка вместе с конденсатором, индукционной катушкой и искровым промежутком образовывала колебательный контур-преобразователь частоты.

Над трансформатором, располагавшимся в центре лаборатории, возвышалась деревянная башня высотой 60 метров, увенчанная большим медным шаром. Один конец вторичной обмотки трансформатора соединялся с этим шаром, другой — заземлялся. Все устройство питалось от отдельной динамо-машины мощностью 300 л.с. В нем возбуждались электромагнитные колебания частотой 150 килогерц (длина волны 2000 метров). Рабочее напряжение в высоковольтной цепи составляло 30 000 В, а резонирующий потенциал шара достигал 100 000 000 В, порождая искусственные молнии длиной в десятки метров!

Вот как объясняет работу вибратора Теслы его биограф:

«В сущности, Тесла «накачивал» в Землю и извлекал оттуда поток электронов. Частота накачки составляла 150 кГц. Распространяясь концентрическими кругами все дальше от Колорадо-Спрингс, электрические волны сходились затем в диаметрально противоположной точке Земли. Там вздымались и опадали волны большой амплитуды в унисон с поднятыми в Колорадо. Опадая, такая волна посылала электрическое эхо обратно в Колорадо, где электрический вибратор усиливал волну, и она мчалась обратно.

Если привести всю Землю в состояние электрической вибрации, то в каждой точке ее поверхности мы будем обеспечены энергией. Ее можно будет улавливать из мечущихся между электрическими полюсами волн простыми устройствами наподобие колебательных контуров в радиоприемниках, только заземленными и снабженными небольшими антеннами высотой с сельский коттедж. Эта энергия будет обогревать дома и освещать их с помощью трубчатых ламп Теслы, не требующих проводов. Для электромоторов переменного тока понадобились бы только преобразователи частоты». Сведения об экспериментах Теслы по передаче электроэнергии без проводов вдохновили и других исследователей на работы в этой области. Сообщения об аналогичных экспериментах часто появлялись в печати в начале прошлого века. Стоит привести в связи с этим выдержку из статьи A.M. Горького «Беседы о ремесле», опубликованной в 1930 году:

«В текущем году Маркони передал по воздуху электроток из Генуи в Австралию и зажег там электрические лампы на выставке в Сиднее. Это же было сделано 27 лет тому назад у нас, в России, литератором и ученым М.М. Филипповым, который несколько лет работал над передачей электротока по воздуху и в конце концов зажег из Петербурга люстру в Царском Селе (то есть на расстоянии 27 километров. -В.П.). Тогда на этот факт не было обращено должного внимания, но Филиппова через несколько дней нашли мертвым в своей квартире, а аппараты и бумаги его конфисковала полиция».

Эксперименты Теслы произвели большое впечатление и на другого литератора — Алексея Толстого, бывшего инженером по образованию. А когда Тесла, а затем и Маркони сообщили в печати, что их аппараты принимают странные сигналы внеземного, по-видимому, марсианского происхождения, это вдохновило писателя на написание фантастического романа «Аэлита». В романе марсиане пользуются изобретением Теслы и без проводов передают энергию от расположенных на полюсах Марса электростанций в любую точку планеты. Эта энергия приводит в действие двигатели летающих судов и другие механизмы.

Однако построить свою «мировую систему» для обеспечения электроэнергией населения земного шара без использования проводов Тесле не удалось. Как только в 1900 году он начал возводить на острове Лонг-Айленд под Нью-Йорком научно-исследовательскую лабораторию-городок на 2000 сотрудников и громадную металлическую башню с гигантской медной тарелкой на верхушке, сспохватились и «проводные» электрические олигархи: ведь повсеместное внедрение системы Теслы грозило им разорением. На миллиардера Дж.П. Моргана, финансировавшего строительство, последовал жестокий нажим, в том числе и от подкупленных конкурентами правительственных чиновников.

Начались перебои с поставками оборудования, строительство застопорилось, а когда Морган под этим нажимом прекратил финансирование, и вовсе прекратилось. В начале Первой мировой войны, по наущению тех же конкурентов, правительство США распорядилось взорвать уже готовую башню под надуманным предлогом, что ее могут использовать в целях шпионажа. Ну а затем электротехника пошла привычным путем.

Долгое время никто не мог повторить эксперименты Теслы хотя бы потому, что потребовалось бы создать аналогичную по размерам и мощности установку. Но в том, что Тесле удалось найти способ передачи электрической энергии на расстояние без проводов, более ста лет назад никто не сомневался. Авторитет Теслы, имевшего рейтинг второго после Эдисона изобретателя, во всем мире был достаточно высок, а его вклад в развитие электротехники переменного тока (в пику Эдисону, ратовавшему за постоянный ток) несомненен. При его экспериментах присутствовало много специалистов, не считая прессы, и никто никогда не пытался уличить его в каких-либо фокусах или подтасовке фактов. О высоком авторитете Теслы свидетельствует и название его именем единицы напряженности магнитного поля.

Вот только вывод Теслы о том, что во время эксперимента в Колорадо-Спрингс энергия была передана на расстояние 42 километра с к.п.д., равным около 90%, слишком оптимистичен. Напомним, что общая мощность зажженных на расстоянии ламп составляла 10 кВт, или 13 л.с., в то время как мощность динамо-машины, питавшей вибратор, достигала 300 л.с. То есть можно говорить о к.п.д. всего лишь порядка 4-5%, хотя и эта цифра поразительна.

Физическое обоснование экспериментов Теслы по беспроводной передаче электроэнергии до сих пор волнует многих специалистов. Одним из них было высказано интересное предположение, что своеобразным аккумулятором энергии, возвращавшим в Землю извлеченный из нее заряд, было громадное, сильно ионизированное облако, возникающее вокруг шара на верхушке мачты установки Теслы, с которого во время ее работы били громадные искусственные молнии. Иначе говоря, был создан своеобразный пульсирующий насос, периодически менявший заряд всей Земли (кстати, не такой уж большой). Желающим подсчитать емкость Земли как конденсатора напомним, что емкость шара численно равна его радиусу в сантиметрах, а «сантиметр» емкости условно равен одной пикофараде.

И лишь спустя сто лет после знаменитой демонстрации Теслы появились сведения о первых попытках воспроизвести их на современном оборудовании. Причем пришлось начать сначала — с эксперимента Теслы по передаче электроэнергии по одному проводу. Эксперименты проводились в июле 1990 года в лаборатории Московского энергетического института. В присутствии комиссии из специалистов их проводил инженер С. Авраменко. Источником энергии был модифицированный трансформатор Теслы, к одной из клемм которого подключалась линия длиной около трех метров (опыт был лабораторный). В усложненном варианте опыта линия представляла собой тончайшую вольфрамовую проволоку диаметром 15 микрон и с громадным сопротивлением. Но по ней удалось передать мощность в 1,3 кВт для гирлянды электрических лампочек, а провод при этом оставался холодным, словно он приобрел свойства сверхпроводника.

В более раннем эксперименте 1989 года на опыты Авраменко приехали посмотреть заместитель министра энергетики и начальники главков. Удивлялись и разводили руками точно так же, как и присутствовавшие сто лет назад на демонстрации Теслы в Лондоне тамошние специалисты. Ну а к 1991 году Авраменко увеличил длину линии передачи электроэнергии по одному проводу до 160 метров.

Кстати, характерна в этом отношении история электромобилей, появившихся более ста лет назад и еще тогда по своим параметрам успешно конкурировавших с автомобилями. С современными аккумуляторами они могут успешно соревноваться с ними и сейчас, но автомобильные олигархи делают все, чтобы не выпустить этого, по всем статьям опережающего автомобиль конкурента на мировой рынок.

Сбылась мечта Теслы. Новая Зеландия тестирует первую в мире беспроводную передачу электричества

Стартап Emrod воплотил в жизнь мечту известного изобретателя, заключив контракт на первую коммерческую беспроводную передачу электроэнергии.

В Новой Зеландии стартап по беспроводной передаче электроэнергии на большие расстояния заключил контракт на работу со вторым по величине дистрибьютором в стране. Об этом сообщает New Atlas.

Мечта о беспроводной передаче энергии не нова, еще в 1890-х годах изобретатель Никола Тесла заставлял загораться лампочки на расстоянии в 3 км с помощью катушки Теслы. Мечта изобретателя заключалась в том, чтобы разместить огромные вышки по всему миру, которые могли бы передавать энергию по воздуху в любую точку земного шара, обеспечивая электричеством дома, предприятия, промышленность и даже гигантские электрические корабли в океане. Идею Теслы одним вопросом уничтожил инвестор Джон Пирпонт Морган, который спросил, куда в таком случае ставить счетчик?

На решение этого вопроса ушло 120 лет. Новозеландская компания Emrod убедила крупного дистрибьютора в возможности использовать беспроводную сеть в коммерческих целях. Компания-поставщик Powerco согласился инвестировать в стартап. Технология предполагает передачу электроэнергии на большие расстояния в любые точки, которые можно соединить с помощью реле прямой видимости.

«Мы хотим выяснить, сможет ли технология Emrod дополнить привычные способы подачи электроэнергии. Технология может помочь доставлять электроэнергию в отдаленные места или через районы с труднопроходимой местностью. Также появится возможность не отключать клиентов от поставки электроэнергии во время ремонтных работы существующей инфраструктуры», – говорит представитель сети Powerco Николас Вессио.

На данный момент у Emrod уже есть рабочий прототип своего устройства, но стартап собирается создать еще один для Powerco с планами поставки к октябрю. Устройство еще несколько месяцев будет испытываться в лаборатории, прежде чем перейти к полевым испытаниям.

Пока прототип будет выдавать «всего несколько киловатт» мощности, но ее можно будет легко увеличить.

«Мы можем использовать технологию, чтобы передавать в 100 раз больше энергии на гораздо большие расстояния. Беспроводные системы, использующие технологию Emrod, могут передавать любое количество энергии, которое могут поставлять проводные электросети», – заявил основатель Emrod Грег Кушнир.

Важно

Деньги на ветер. Как украинцы применяют «зеленую» энергетику

Передвижное устройство беспроводной передачи электричества. Фото: Emrod

Система использует передающую антенну, серию реле и ректенну (выпрямительная антенна, способная преобразовывать микроволновую энергию в электричество). Вместе все эти компоненты выглядят, как большие квадраты на вышках. Устройство использует радиодиапазоны ISM – это части радиоспектра, зарезервированные на международном уровне для промышленных, научных и медицинских целей, помимо телекоммуникаций.

В отличие от более масштабной задумки Теслы, энергия будет передаваться непосредственно между определенными точками, без излучения вокруг луча. Также система безопасности будет немедленно отключать передачу энергии при приближении посторонних объектов, таких как птицы, дроны, вертолеты и так далее.

Авторы стартапа утверждают, что с их изобретением не останется вопросов, где размещать счетчик.

Кроме этого, в Emrod утверждают, что устройство будет работать в любых атмосферных условиях, таких как туман или пыль. Расстояние передачи энергии будет ограничено лишь линией прямой видимости между реле. Устройство сможет передавать энергию на тысячи километров без лишних расходов на инфраструктуру и ее техническое обслуживание.

В стартапе рассматривают свое устройство, как наилучшее решение для передачи возобновляемой энергии, источники которой не всегда находятся в доступных местах. Такая система может доставлять возобновляемую энергию в городские сети без необходимости использования гигантских аккумуляторных батарей и так далее.

Технология может пригодиться и при незапланированных отключениях электроэнергии. Грузовик с антенной может создавать временные беспроводные подключения к сети в зоне видимости реле.

Важно

Во Франции соберут первый в мире «чистый» термоядерный реактор

Никола Тесла и передача электроэнергии переменным током

АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Почти весь XIX век в практических применениях безраздельно господствовал постоянный ток. Главным препятствием широкой электрификации в то время была невозможность передачи электроэнергии на большие расстояния, а переходу на переменные токи мешало отсутствие эффективных электродвигателей переменного тока. Решение было найдено в новаторских работах гениального электротехника Николы Тесла.

Причин популярности постоянного тока тогда было несколько. Прежде всего, источниками тока служили гальванические батареи, и все производимые генераторы и моторы также были постоянного тока. Инженеры мыслили электрогидравлическими аналогиями, в которые не укладывалась идея потоков, меняющих свое направление, поэтому, например, приверженность Эдисона постоянным токам казалась вполне оправданной. Между тем недостатки устройств постоянного тока становились все более очевидными в связи с плохой работой коллектора электрических машин (искрением и износом), проблемами освещения и, главное, невозможностью передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрическое освещение стали использовать после появления дуговых ламп, среди которых наиболее простой была свеча Яблочкова в виде двух вертикально расположенных угольных электродов, разделенных слоем изолирующего материала [1–4]. Вскоре выяснилось, что на постоянном токе разнополярные электроды сгорают неодинаково, поэтому Яблочков предложил питать свечи переменным током, для чего совместно с известным французским заводом Грамма разработал специальный генератор переменного тока, конструкция которого оказалась столь удачной, что его производство доходило до 1000 штук в год [2]. Другое важное изобретение Яблочкова — это схема «дробления света» с использованием индукционной катушки (прообраза современного трансформатора) для параллельного питания от одного генератора любого числа свечей, подобно газовому освещению.

Однако эксплуатация выявила серьезные недостатки дугового освещения, особенно в быту: необходимость замены свечей через каждые два часа, шум, мерцание, большая дороговизна по сравнению даже с газом. Поэтому уже с начала 1890-х гг. электрические свечи были почти повсеместно вытеснены лампами накаливания Эдисона и применялись только в прожекторах или для больших пространств. Тем не менее, именно Яблочкову мы обязаны введением переменных токов в практическую электротехнику, что, в конечном счете, привело к решению острой проблемы дальней передачи электроэнергии, называемой тогда проблемой «распределения света».

Освещение по системе Эдисона имело низкое напряжение, 110 В, поэтому в каждом районе требовалось строить свою электростанцию. Например, в Петербурге из-за дороговизны земли такие электростанции ставились на баржах, стоящих в реках Мойке и Фонтанке [2]. Было ясно, что крупные генерирующие станции выгоднее строить вблизи рек и угольных бассейнов, вдали от городов. Но тогда для дальней передачи нужно или увеличивать сечение подводящих проводов, или повышать напряжение. Для проверки первого подхода на практике русский изобретатель Федор Апполонович Пироцкий предлагал использовать железнодорожные рельсы. Второй путь (повышение напряжения) был испробован французским инженером, впоследствии академиком Марселем Депре (Marcel Deprez), построившим несколько линий передачи постоянного тока с напряжением до 6 кВ. Первая из них, с напряжением 2 кВ, имела длину 57 км и питала двигатель постоянного тока с насосом для искусственного водопада на Мюнхенской электротехнической выставке 1882 г. [2, 4]. Однако для систем освещения такое высокое напряжение было непригодно.

Более простое решение — переход на однофазный переменный ток с повышающими и понижающими трансформаторами — было предложено известной компанией «Ганц и Ко» из Будапешта для освещения оперных театров в Будапеште, Вене и Одессе [2]. Талантливые инженеры этой компании, Микша Дери (Miksa Dèri), Отто Блати (Otto Blathy) и Карой Циперновски (Karoly Zipernowsky), создали в 1884 г. наиболее совершенные конструкции трансформатора (и они же придумали сам этот термин). Отто Блати также изобрел первый электрический счетчик электроэнергии и прославился как выдающийся шахматист.

Рис. 1. Дистанционная передача Депре

Однако развитие промышленности требовало мощных приводов, которые не могли быть созданы на базе электродвигателей переменного тока с питанием от однофазной осветительной сети. Эта проблема формулировалась как «электрическая передача механической энергии» или «передача силы»[4]. Одно из ее первых решений было предложено Депре в 1879 г. в виде дистанционной передачи в опытный вагон движения поршней паровой машины (рис. 1) [5].

У нее был датчик в виде щеточного коммутатора (1) и приемник (2), содержащий ротор (3) с двумя взаимно перпендикулярными катушками, который в свою очередь был подключен к коммутатору (4) и находился в поле магнита (5). Устройство работало со скоростью до 3000 об/мин и с моментом до 5 Нм. Эта идея позднее получила свое развитие в виде сельсинных передач и шаговых двигателей, однако подходила для использования только в приборных системах.

Решение этой проблемы в целом пришло из-за океана, где появился деятельный человек, интуитивно осознавший грядущий переход на переменный ток. Это был Джордж Вестингауз (George Westinghouse) (рис. 2) — видный американский промышленник в сфере оборудования железных дорог, основатель компании Westinghouse, решивший заняться еще и электротехническим бизнесом [2, 4].

Рис. 2. Джордж Вестингауз (1846–1914)

Для того чтобы выйти на рынок со своей продукцией, ему нужны были новые патенты, поскольку основные патенты в этой области принадлежали Эдисону, Вернеру Сименсу (Verner Siemens) и другим конкурентам. Перевести освещение на переменный ток было сравнительно просто, и Вестингауз легко вышел на этот рынок, закупив европейские генераторы и трансформаторы и запатентовав ряд своих ламп накаливания. В 1893 г. он получи большой подряд на электрификацию Всемирной выставки в Чикаго, установив там 180 тыс. ламп накаливания и тысячи дуговых ламп [4].Однако электрические машины были совсем другим делом, поэтому для их разработки он подыскал через патентное ведомство никому не известного изобретателя Николу Теслу, имевшего десятки патентов на системы переменного тока. На встрече в Нью-Йорке в 1888 г. Вестингауз предложил Тесле уступить ему все уже полученные и будущие патенты в обмен на один миллион долларов, пост технического руководителя завода в Питтсбурге и один доллар за каждую л. с. двигателей и генераторов по системе Теслы, установленных на территории США в течение ближайших 15 лет. Третье условие соглашения сыграло в дальнейшем важную роль. Тесла все эти условия принял, и так началось его плодо­творное сотрудничество с Вестингаузом [4].
Будущий великий электротехник Никола Тесла (рис. 3) родился в семье сербского священника, жившей в Хорватии. Учился в Градском политехникуме и Пражском университете, но, не закончив их, поступил на работу в отделение компании Эдисона в Париже, откуда перебрался в США с рекомендательным письмом от директора отделения самому Эдисону.

Письмо гласило: «Я знаю двух великих людей: один из них вы, а второй — молодой человек, которого я вам рекомендую». Разумеется, Тесла был принят незамедлительно, и ему поручили самую ответственную работу с электротехническим оборудованием, включая ликвидацию аварий.

Рис. 3. Никола Тесла (1856 – 1943)

Впрочем, работа в этой компании продолжалась недолго. Поводом к расставанию якобы послужил отказ Эдисона выплатить обещанную премию в 50 тысяч долларов за совершенствование генераторов постоянного тока. Когда Тесла напомнил об этом шефу, тот сказал: «Молодой человек, вы не понимаете американского юмора» [4]. Однако скорее всего причиной ухода Теслы было упорное нежелание Эдисона разрешать молодому сербу заниматься бесколлекторным электродвигателем переменного тока, с мечтой о котором Тесла прибыл из Европы. Поэтому, разумеется, Тесла с радостью принял предложение Вестингауза, которое предоставляло ему прекрасные возможности для работы над своей идеей.

Еще в мае 1888 г. Тесла получил семь патентов США на системы переменного тока и бесщеточные двигатели [4]. Главным в них было новаторское предложение строить всю цепочку генерации, передачи, распределения и использования электроэнергии как многофазную систему переменного тока, включающую генератор, линию передачи и двигатель переменного тока, названный Теслой «индукционным». Пример такой системы показан на рис. 4.

Здесь: 1 — синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и с двумя взаимно перпендикулярными фазами обмотки ротора (2), соединенными через контактные кольца (3) и линию передачи (4) с двухфазным индукционным двигателем (5) с обмоткой статора (6) и ротором (7) в виде стального цилиндра со срезанными сегментами [4]. Действие такого двигателя, называемого теперь асинхронным, объяснялось формированием «перемещающегося», а по современной терминологии вращающегося магнитного поля. Для линии дальней передачи предлагалось включение двухфазных повышающего и понижающего трансформаторов. В мае того же года Тесла выступил с большим докладом о многофазных системах на семинаре Американского института инженеров-электриков AIEE (предшественника IEEE). Продолжая исследования, он вскоре реализовал и другие идеи: двухфазный и трехфазный асинхронный двигатель с обмоткой в звезду, трехфазный генератор с нейтралью и без, трех- и четырехпроводные линии электропередачи и т. д. Всего по многофазным системам у Теслы был 41 патент [2].

Рис. 4. Двухфазная система Теслы

Несомненно,Тесле принадлежит патентный, а Вестингаузу промышленный приоритет на многофазные системы переменного тока, поскольку им сразу же было развернуто массовое производство двигателей, генераторов и другой аппаратуры таких систем. Вершиной этой бурной деятельности было строительство в 1895 г. самой крупной по тем временам Ниагарской электростанции на американском берегу Ниагарского водопада, высота которого составляла 48 метров. На плотине было установлено 10 двухфазных генераторов по 3,7 мВт каждый, а также проложена линия электропередачи 11 кВ длиной 40 км в Буффало, где был создан промышленный район с многочисленными потребителями электроэнергии переменного тока [2, 4].

Рис. 5. Опыт Теслы

Однако Теслу тяготила производственная деятельность, и он ушел от Вестингауза, желая и дальше развивать идею дальней передачи электроэнергии, но уже без проводов. Этим он и стал с увлечением заниматься в собственной лаборатории.Его первой мыслью было создать с помощью высоковольтного и высокочастотного излучателя мощное электрическое поле, действующее на значительные расстояния, из которого потребитель мог бы черпать электроэнергию. Тесла изобретает первый электромеханический СВЧ-генератор, использованный позднее в первых радиостанциях и для индукционного нагрева, передающую и приемную антенны, а также резонансный контур приемника для выделения определенной частоты. Всех поразил опыт Теслы, когда при включении генератора безо всяких проводов в его руках загоралась электрическая лампа, как показано на рис. 5.

Тесла был в одном шаге от изобретения радио, но не пошел по этому пути, поскольку его занимала мысль о передаче электроэнергии, а не информации. Однако именно ему принадлежит приоритет в создании телемеханики, реализованной в 1898 г. в виде дистанционно управляемого водяного катера.

Тем временем, многочисленные опыты показывали, что электролампу удается зажигать только на расстоянии не более нескольких сотен метров. Тесла попытался реализовать другой способ передачи электро­энергии: не через атмосферу, а прямо сквозь землю путем возбуждения в земном шаре, как огромном конденсаторе, поверхностных стоячих волн, в пучности которых можно было отбирать энергию в любой точке поверхности Земли. Для этого он построил в местечке Уорденклиф под Нью-Йорком огромную антенну с мощным надземным и подземным возбудителями, подключенными к отдельной электростанции, как показано на рис. 6. Опыты с этой башней по беспроводной передаче электроэнергии в период с 1899 по 1905 г., судя по всему, не дали желаемого эффекта, поскольку Тесла их неожиданно забросил, не опубликовав результатов. И ученые до сих пор спорят, чего же все-таки достиг Тесла в этом эксперименте, поскольку он работал без помощников и не оставил никаких записей [4, 6].

Рис. 6. Башня Уорденклифф

Задача беспроводной передачи электроэнергии не решена до сих пор. Последние достижения используют узконаправленные микроволновое или лазерное излучения для удаленного электропитания космических аппаратов от спутника с солнечными батареями или от управляемых дронов [7]. Экспериментально доказана возможность передачи порядка десятка киловатт на расстояние километров. Другое направление разработок — это лазерное оружие, предвозвестником которого был знаменитый «Гиперболоид инженера Гарина».
Тем не менее заслуги Теслы были всемирно признаны. В честь него единица индукции магнитного поля в системе SI названа «тесла», он был избран членом и почетным доктором наук многих академий и университетов. Одна из самых престижных наград IEEE — медаль Теслы — ежегодно присуждается за выдающиеся заслуги в области производства и использования электроэнергии. Тесле принадлежит около 800 патентов, причем, в отличие от патентов Эдисона, они считаются более новаторскими. Существует несколько памятников Тесле и посвященных ему музеев, среди которых самый впечатляющий находится в Белграде, выпущены банкноты с его портретом (рис. 7).

Рис. 7. Банкнота Сербии

Однако личная жизнь Теслы сложилась неудачно [4, 6]. В конце XIX в. в США разразился экономический кризис, поставивший компанию Вестингауза на грань разорения. Узнав об этом, Тесла явился в штаб-квартиру своего бывшего патрона и публично разорвал их первичное соглашение, потеряв около 10 млн долларов, причитавшихся ему в соответствии с третьим пунктом этого договора. Буквально через две недели после этого великодушного жеста дотла сгорела его великолепная лаборатория, и он остался без средств. В отличие от Эдисона, он не был бизнесменом и вложил все, что у него имелось, в эту лабораторию. После этого Тесла был вынужден проводить свои дальнейшие исследования на различные гранты и пожертвования, в частности, башня Уорденклифф была построена на деньги американского финансиста Моргана.

Биограф Теслы Велимир Абрамович писал: «Пытаясь представить себе Теслу, я не вижу его улыбающимся, а наоборот, грустным…» [6]. Тесла не пил вина, никогда не знал женщин, не имел семьи и умер в одиночестве и бедности в отеле «Нью-Йоркер» [4].

Потребность в передаче электроэнергии на большие расстояния возникла в конце XIX в., прежде всего в связи с широким внедрением систем освещения.

• Такая передача на постоянном токе была технически целесообразной только при высоком напряжении и практически неприемлемой для низковольтного освещения.

• Линии передачи переменного тока с трансформаторами удовлетворяли задачам освещения, однако для промышленности требовались мощные электродвигатели, все известные конструкции которых были постоянного тока.

• Решение этой комплексной проблемы было предложено изобретателем Теслой и предпринимателем Вестингаузом, создавшими многофазные системы переменного тока с синхронными генераторами, линиями передачи и асинхронными двигателями.

• Исследования же Теслы по беспроводной передаче электроэнергии до сих пор не получили практического завершения.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Литература

1. Микеров А. Г. Торжество постоянного тока и роль Томаса Эдисона. Control Engineering Россия. 2016. № 4 (64).
2. История электротехники / Под ред. И. А. Глебова. М.: Изд-во МЭИ. 1999.
3. Шателен М. А. Русские электротехники XIX века.  М.-Л.: Госэнергоиздат. 1955.
4. Цверава Г. К. Никола Тесла (1856–1943). Л.: Наука. 1974.
5. Электродвигатель в его историческом развитии / Сост. Д. В. Ефремов, М. И. Радовский. Под ред. В. Ф. Миткевича. М.-Л.: Изд-во АН СССР. 1936.
6. Абрамович В. Метафизика и космология ученого Николы Теслы. http://nowimir.ru/DATA/030025_3_3.htm
7. Wireless power. https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power

Антилазеру и не снилось:беспрецедентный КПД в передаче энергии

Работает катушка Тесла. Предоставлено: Airarcs

Уже около 130 лет, а точнее с 1891 года, – с тех самых пор, как Никола Тесла провёл опыты со своей катушкой, испускавшей молнии электричества во всех направлениях, – учёные ищут способы передачи электроэнергии по воздуху.  И вот сейчас мы живём во времена, когда зарядить смартфон по беспроводной сети на расстоянии дюйма от источника – уже вполне обычное дело. Хотя передать энергию без использования кабельной электропроводки из одного конца квартиры в другой и уж тем более через здание, – всё ещё недоступная технология. 

Но теперь человечество не просто мечтает заряжать телефоны, ноутбуки (или даже медицинские устройства вроде кардиостимуляторов) без проводов и розеток, но старается решить возникающие при этом сложности: как заставить заряд электричества найти намеченную цель; как заставить эту цель поглощать его, а не отражать обратно; как сделать эту передачу безопасной для нас и животных от поражений электротоками на всём протяжении их пути?

Большинство классических технологий на волновой основе имеют бреши в схемах формирования эффективного распределения энергии по целевым устройствам. А минимизация потерь для них и вовсе постоянная проблема. Что же касается новых методов, они заключаются в фокусировке узких лучей энергии и их «наведении на цель». Эти способы демонстрируют некоторый успех, но пока не очень эффективны. Да и кишащие вокруг сфокусированные электромагнитные лучи, мягко говоря, тревожат.

Однако группа исследователей из университетов Мэриленда и Уэслиан (США) разработала улучшенный метод беспроводной передачи энергии без прицельных и очень плотно сфокусированных лучей, который расширяет применимость беспроводной транспортировки энергии до больших расстояний.

Возглавляемое Стивеном Анлэйджем из Центра квантовых материалов (QMC), профессором физики из университета Мэриленда, исследование демонстрирует возможность создания когерентного идеального поглотителя вне лазерных моделей, что фактически очень ослабляет некоторые ключевые ограничения более ранних разработок. Вместо упора на прямолинейное движение направленных лучей в поглощающую мишень, выбор пал на геометрию беспорядочного движения фотонов вокруг неё.

«Мы хотели увидеть этот эффект в совершенно общей среде, где нет ограничений, – говорит Анлэйдж.  – Мы хотели создать своего рода случайную, произвольную, сложную среду, и мы хотели, чтобы происходило идеальное поглощение в этих действительно сложных обстоятельствах. Такова была мотивация, и мы это сделали».

Целью коллектива стало создание такого устройства, которое могло бы получать энергию от более рассеянного источника, то есть от чего-то менее концентрированного (сфокусированного), чем луч, но более насыщенного, сравнимого с богатым влагой воздухом бани. Прежде всего прочего, на основе часто используемых в передаче энергии микроволн, учёные создали свой универсальный антилазер (устройство, принимающее лазерный луч, а не испускающее его) в виде лабиринта из беспорядочно связанных электромагнитных проводников, чтобы проходящие там микроволны запутались настолько, что возможности распутать их не было бы.

В сердце установки, посреди этого лабиринта, поместили поглотитель энергии – ту самую цель, на которую нужно было наводить луч в лазерных вариантах технологии. Путём замеров и изучения трансформации отправленного в лабиринт микроволнового излучения различной частоты, амплитуды и фазы, были найдены точные свойства входящих сигналов, идеальные для передачи энергии на поглотитель. Обнаружено, что для правильно выбранных входящих микроволн лабиринт поглощал беспрецедентные 99,999% энергии, посланных в лабиринт. Это значит, что когерентное идеальное поглощение энергии может быть достигнуто даже без прицельного лазерного залпа по поглотителю.

Профессор Анлэйдж и его коллеги утверждают, что доказанная и показанная сейчас неприхотливость когерентного совершенного поглощения к какому-либо порядку в окружающей среде обещает применимость этой модели передачи энергии по воздуху практически везде, в любых обычных условиях.

Да, такие схемы потребуют, чтобы частота, амплитуда и фаза электроэнергии настраивались индивидуально для конкретных целей-устройств. Но, тем не менее, уже не будет необходимости фокусировать мощный луч и направлять его на ноутбук или телефон – электрические волны сами сумеют обнаружить выбранную цель.

Несмотря на то, что выбрасывать зарядные устройства ещё рано, когерентное идеальное поглощение может пригодиться во многих отношениях. Создатели метода заявляют, что этот способ не только универсален для любых целей, но и не ограничивается микроволновой или оптической передачей энергии.

«Это не связано с какой-то одной конкретной технологией, – говорит Анлэйдж, – это очень общее волновое явление. И тот факт, что это сделано в микроволнах, объясняется тем, что сильные стороны моей лаборатории именно в этом. Но вы могли бы всё это сделать с акустикой, волнами материи, с холодными атомами. Вы могли бы сделать это во многих, многих различных контекстах».

АРМК, по материалам Nature Communications 

Научный взгляд на возможности передачи электроэнергии по воздуху Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

НАУЧНЫЙ ВЗГЛЯД НА ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ВОЗДУХУ Семёнов Д. М.

Семёнов Денис Михайлович — бакалавр, кафедра электроснабжения промышленных предприятий и электротехнологий, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, г. Москва

Аннотация: данная научная статья освещает научный взгляд о том, можно ли передавать электроэнергию по воздуху и каким образом это можно осуществить. Анализ многочисленных источников освещает исследование данного явления передачи электричества без использования линий электропередач и других вспомогательных устройств. Необходимо учитывать и тот факт, что о беспроводной передаче энергии уже были выдвинуты многочисленные гипотезы и задумываются и сейчас многие ученые, то эта проблема все еще остро стоит перед наукой и требует свежего научного взгляда и подхода для ее решения. Ключевые слова: генератор, катушка, обмотка, трансформатор, плазменный шнур, электроды, наносекундный лазер.

В настоящее время очень нелегко представить человека без электричества. Электричество, как таковое увеличило коммуникабельность, дало возможность повысить и автоматизировать различные процессы в жизни людей. С появлением электричества произошел значительный прорыв в науке и жизни человека. Ни для кого не секрет, что оно важно для всех видов транспорта, больниц, многих аппаратов и производств.

Его отсутствие окажет негативное влияние на инфраструктуру целых мегаполисов. Однако с появлением этого явления жизнь человека с другой стороны, можно сказать, что усложнилась. Многие природные катаклизмы и чрезвычайные для человека ситуации происходят из-за электричества, а точнее по вине линий передач, с помощью которых оно передается. Именно одним из недостатков электричества является его передача по проводам. Без этого в настоящее время никак не обойтись. В таком случае стоит задуматься: возможна ли передача электричества по воздуху, то есть без применения проводов. На первый взгляд, это на самом деле, может показаться кадром из фантастического фильма, но ученые уже сейчас уверено утверждают, что через определенное время беспроводная передача электроэнергии войдет в жизнь человека, как обыденный процесс.[2] Хотя есть и те специалисты, которые не забывают напомнить, что для этого потребуется слишком много вложений и сил. В таком случае стоит разобраться действительно ли для человечества беспроводная передача энергии будет доступна и проста?

Научные опыты для осуществления передачи электроэнергии по воздуху Если говорить о возможности передачи электроэнергии по воздуху, то стоит учесть, что беспроводная передача электричества включает в себя технологический принцип по передаче различного типа мощностей.

Стоит отметить, что в основе всех этих возможностей будут лежать знаменитые открытия Николы Тесла. Именно он обратил свое внимание, что при выключении генератора высоковольтного типа постоянного тока образовывались волны, а при последующем замыкании являлась цепочка голубоватых искр, которые были направлены под прямым углом к кабелю. В результате этого эксперимента электрическое поле начинало двигаться быстрее, чем реальные заряды. [5]Это дало толчок к открытию «нового электричества», которое обладало определенными свойствами. Это были продольные волны. Тесла планировал применять их в новой системе для передачи энергии, однако его мечта стала реализовываться только в 21 веке. [5]

Одна из гипотез создания пирамид раскрывает возможность использования их как генераторов особого вида энергии. [3]Пирамиды строились из гранита, который имеет природную повышенную радиоактивность, а сверху облицовывали песчаником, который значительно менее прочный, чем гранит, но имеет лучшие характеристики как изолятор. (Тесла строил свои вышки на особых местах пересечения энергетических линий Земли). [5]Считается, что пирамиды расположены в определенных энергетических центрах. Под вышками Тесла в земле располагались определенные водоносные слои, изменение которых приводило к изменению энергетических полей.

В настоящее время ученым удалось послать электрически направленный пучок, как радиоволну от одной точки к другой. Это доказывает возможность передачи энергии по воздуху.

Многочисленные опыты для передачи энергии без проводов происходят в настоящее время, в основе которых лежит создание специальной катушки из небольшого числа витков медного толстого кабеля снаружи и многовитковый катушки, которая находится внутри. На внешнюю обмотку подается постоянный ток, который во внутренней обмотке будет генерировать импульс. Из-за ударных волн этого процесса можно будет наблюдать свечение на одном из проводов, отнесённые к внутренней обмотки газонаполненные или неоновые лампы будут светиться. Стоит отметить, что для облегчения работы и повышения уровня безопасности необходимо применять более простую схему катушки.

Данный эксперимент можно отнести к новой технологии, которая обеспечит беспроводное питание мобильных устройств, электромобилей и бытовой техники на расстоянии от нескольких сантиметров до сотни метров. Потребляемая мощность данных питаемых устройств может достигать от сотен милливатт до нескольких киловатт. [2] Переспективы и достижения по передаче электроэнергии

Еще совсем недавно человек представить себе не мог, что в природе существует такое явление, как электричество. Теперь же, если на местной станции случается авария, каждый из нас с трудом выдерживает пару часов пока не устранят какую-либо поломку. Люди уже давно привыкли к таким техническим устройствам, как трансформаторы, столбы, высоковольтные линии и розетки. Мы практически не обращаем на них внимание. Ведь это всё прочно вошло в сознание людей, что человек даже представить себе не может, что передача электричества может произойти каким-то другим способом. Однако ученые в настоящее время заговорили о том, что возможна и реальна альтернативная передача энергии без использования дополнительных устройств.[2]

Некоторые ученые в мире уже к данному времени провели ряд экспериментов, которые обеспечивают высокую проводимость без влияния сопротивления проводников. Однако высокая проводимость это хорошо, но отсутствие линий передач намного лучше. К такому выводу пришли специалисты некоторых университетов. Они провели ряд экспериментов, в основе которых лежат труды знаменитого ученого Тесла. Благодаря этим экспериментам беспроводная передача энергии стала потихоньку переходить из разряда фантастики в самую обыденную реальность.[ 1 ]

Физики из США и Германии изобрели методику, которая потенциально имеет возможность передать электрический разряд на расстояние до десятков метров. Результаты данных исследований авторы опубликовали в научном журнале Optica, а кратко с их принципом работы можно ознакомиться на сайте Аризонского университета.[4]

Для передачи электрического разряда специалисты применяли систему из двух электродов и фемтосекундного лазера. Такой лазер создавал плазменный тонкий шнур между двумя имеющимися в установке электродами.

Для этого ученые применяли наносекундный лазер, продолжительность импульсов которого в миллион раз выше. Излучение от такого лазера усиливало и поддерживало плазменный шнур в стабильном состоянии. [3]

Основная трудность, с которой сталкивались ученые — это удержание плазменного шнура. Это происходит из-за того, что поскольку электромагнитные импульсы, которые излучают фемтосекундные лазеры, длятся всего несколько десятков фемтосекунд.

Идея о передаче электрической энергии без проводов по воздуху с помощью плазменных специальных шнуров, создаваемых лазерами, возникла очень давно. В дальнейшем специалисты планируют активно использовать микроволновые физические лучи вместо излучения от наносекундного лазера для более эффективного теплового нагрева плазменного шнура и передачи энергии на большие расстояния. [2]

Стоит отметить, что еще в прошлом году компания Intel представила проект, который заключался в следующем. Зрителям было продемонстрирована установка, состоящая из двух антенн, одна из них создавала электромагнитное поле вокруг себя. Это поле индуцируется током переменного типа для контура второй антенны. Данной энергии хватило для свечения 60-ваттной бытовой лампочки, на расстоянии 1м. [2]

Такое достижение помогло разработать беспроводные зарядные устройства для мобильных телефонов. Эти устройства могут передавать энергию на расстояние до 3 метров. Такие устройства уже появились на рынке для широко круга потребителей.

Кроме данной компании Intel, корейские ученые также решили создать проект по беспроводной подачи электроэнергии для различного вида электротранспорта. Уникальная технология имеет название OLEV. Она предполагает зарядку муниципальных средств передвижения на ходу или на стоянке при продолжительной парковке.

Стоит отметить, что данный проект успешно прошел все испытания и скоро будет использоваться на железных дорогах, в аэропортах портах и любом городском электротранспорте. Это значит, что новые технологии по передачи энергии по воздуху постепенно внедряются в жизнь человека и возможно наличие трансформатора вскоре не понадобится.[1]

Многочисленные исследования и собранные работающие модели показывают, что возможность передачи электричества по воздуху уже существует в современном мире. Это доказывает не только анализ опытов Тесла, но и гипотезы о назначении египетских пирамид в качестве генераторов по передачи электричества по воздуху.[5] Альтернативные методы передачи электричества всё более реальные для человечества. Когда речь заходит о беспроводной передачи энергии можно сделать, интересный вывод с точки зрения физики. Так выпущенный из орудия снаряд, как это неудивительно, также переносит энергию на расстоянии, а именно кинетическую и химическую.[3] Заметьте, что здесь совсем не применяется проводов, а значит передача энергии по воздуху не такая уж фантастическая задача.

Список литературы

1. Ацюковский В.А. Трансформатор Тесла. Энергия из эфира. Изд-во «Петит», 2017. 175 с.

2. Ацюковский В.А. Энергия вокруг нас. Жуковский. Изд-во «Москва», 2017. 276 с.

3. Веселовский О.Н., ШнейбергЯ.А. Очерки по истории электротехники. МЭИ, 2015. 345 с.

4. Шнейберг Я.А. (соавтор), Академия электротехнических наук РФ, История электротехники. М., МЭИ, 2016. 234 с.

5. Цверава Г.К. Никола Тесла, 1856-1943. Л., изд-во «Москва», 2018. 123 с.

6. Electtik info, Способы беспроводной передачи электроэнергии. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://electrik.info/mam/fakty/918-sposoby-besprovodnoy-peredachi-elektroenergii.html/ (дата обращения 18.04.2018).

ОБЛАЧНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ Рубашенков А. М.1, Бобров А.В.2

‘Рубашенков Антон Михайлович — студент;

2Бобров Андрей Виорелович — студент, кафедра защиты информации, Институт комплексной безопасности и специального приборостроения, Московский технологический университет, г. Москва

Аннотация: облачные вычисления — модель обеспечения удобного сетевого доступа по требованию к некоторому общему фонду конфигурируемых вычислительных ресурсов (например, сетям передачи данных, серверам, устройствам хранения данных, приложениям и сервисам — как вместе, так и по отдельности), которые могут быть оперативно предоставлены и освобождены с минимальными эксплуатационными затратами или обращениями к провайдеру.

Ключевые слова: облачные сервисы, центры обработки данных (ЦОД), PaaS, IaaS, SaaS, стандарты, технологии.

Обзор облачных вычислений

Облачные вычисления предполагают наличие большого числа подключенных через сеть компьютеров, которые физически могут размещаться в любой точке земного шара. Поставщики услуг в большой мере полагаются на виртуализацию при предоставлении услуг облачных вычислений. Облачные вычисления помогают сократить операционные расходы за счет более эффективного использования ресурсов. Облачные вычисления позволяют решать различные задачи управления данными, обеспечивая:

— повсеместный доступ к данным организации в любое время;

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 электрика Никола Тесла однажды доказал, что он может питать лампочки с расстояния более двух миль с помощью 140-футовой катушки Тесла в 1890-х годах — не говоря уже о том, что при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь город Колорадо-Спрингс в затемнение.

Тесла мечтала разместить по всему миру огромные башни, которые могли бы передавать энергию по беспроводной сети в любую точку земного шара, питая дома, предприятия, промышленность и даже гигантские электрические корабли в океане. Как известно, инвестор Дж. П. Морган убил эту идею одним вопросом: «Где я могу поставить счетчик?»

На это ушло 120 лет, но новозеландская компания Emrod, похоже, наконец убедила крупного дистрибьютора электроэнергии в необходимости перехода на беспроводную связь в коммерческих целях.Powerco, второй по величине дистрибьютор в Новой Зеландии, инвестирует в Emrod, чья технология, похоже, позволяет гораздо более эффективно перераспределять большие объемы электроэнергии между любыми двумя точками, которые могут быть соединены с помощью реле прямой видимости.

«Нам интересно посмотреть, сможет ли технология Emrod дополнить устоявшиеся способы доставки электроэнергии, — сказал менеджер по трансформации сети Powerco Николя Вессио. «Мы планируем использовать это для доставки электричества в отдаленные места или через районы со сложным рельефом. Также есть потенциал, чтобы использовать его, чтобы держать свет для наших клиентов, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры ».

Emrod в настоящее время имеет рабочий прототип своего устройства, но будет строить еще один для Powerco, с планами поставки Октябрь, затем проведите несколько месяцев в лабораторных испытаниях, прежде чем перейти к полевым испытаниям. Прототип устройства будет способен выдавать «всего несколько киловатт» энергии, 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 напрямую 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 проводного решения.

Действительно, Эмрод рассматривает беспроводную передачу как ключевую технологию, позволяющую использовать возобновляемые источники энергии, которые часто вырабатываются далеко от того места, где это необходимо. Такая система могла бы стать отличным вариантом для доставки продуктов оффшорного и удаленного производства возобновляемой энергии в городские сети без необходимости в гигантских аккумуляторных батареях и т.п.

Грубый снимок временного грузовика с силовой трансмиссией

Emrod

Это также будет полезно при некоторых незапланированных отключениях; грузовик может быть оснащен ректенной, а затем перемещаться в любом месте в зоне видимости реле для создания временного беспроводного подключения к источнику питания.

Компания поддерживала связь с органами управления радиочастотным спектром в Новой Зеландии на протяжении всего процесса разработки с целью соблюдения всех стандартов безопасности, даже когда технология масштабируется вплоть до высоких уровней мощности, процесс, по словам Кушнира, также помог Emrod в разработке. рекомендации для компаний, которые будут использовать эту технологию.

Мы связались с Эмродом, чтобы узнать больше об эффективности, размере, форме и состоянии текущего прототипа, планах на будущее и о том, что на самом деле произойдет, если вы засунете руку в середину балки, и предоставим вам дополнительную информацию, когда мы можем.

Обновление: мы поговорили с основателем Emrod Грегом Кушниром, которому было чем поделиться в нашем интервью.

Источник: Emrod

Наследники Теслы — Электроэнергия может передаваться по воздуху | Наука и технологии

20 февраля 2021 г.

ЗА бывшей лабораторией Николы Тесла в Уорденклиффе на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, есть несколько старых фундаментов. 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 прекратились, а башня была позже списана, чтобы помочь ему выплатить долги. Тесла — пионер, который, среди прочего, разработал генерацию и передачу переменного тока — исчез в безвестности.

И так оставалось до тех пор, пока имя Tesla не было возрождено Илоном Маском в качестве бренда его компании по производству электромобилей.Теперь видение Теслы о беспроводной передаче энергии, похоже, тоже возвращается. Фирма Emrod из Окленда в сотрудничестве с Powerco, одним из дистрибьюторов электроэнергии 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.

План состоит в том, чтобы передавать мощность как узкий луч микроволн. Это устранит два фундаментальных недостатка в плане Теслы.Один из них — 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 небольших расстояниях. Передача мощности узким лучом вместо излучения во всех направлениях помогает минимизировать проблему.

Энергетическое излучение, как известен процесс Эмрода, пробовали и раньше, но в основном для военных приложений или для использования в космическом пространстве.В 1975 году, например, американское космическое агентство НАСА использовало микроволны для передачи 34 кВт 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%.Этого, по его мнению, уже достаточно, чтобы сделать передачу энергии коммерчески жизнеспособной в некоторых обстоятельствах, например, в удаленных районах без затрат на дорогостоящие линии электропередач. Но, чтобы улучшить положение, у Эмрода есть еще два трюка в рукаве. Один из них — использовать реле. Другой — добавить в приемники так называемых метаматериалов.

Реле, которые являются пассивными устройствами, не потребляющими 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 изолирующих пластиков, 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 чего-то вроде птицы или низколетящего вертолета (которые в Новой Зеландии используются для задержания овец), это прерывание будет немедленно обнаружено, и микроволновая передача временно отключится. Батареи на принимающей стороне будут заряжаться во время любых отключений.

Если технология Power Beaming все-таки станет популярной, у Emrod не будет этой области, так как над этой идеей работают несколько других фирм.Компания 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 идея ближнего действия, разработанная для питания устройств на фабриках и в домах.

PowerLight Technologies, американская фирма, работала с вооруженными силами этой страны над использованием лазеров для передачи энергии на удаленные базы, а также для питания дронов, когда они находятся в воздухе. Компания также уделяет внимание коммерческим приложениям.Так же поступает и японская инжиниринговая фирма Mitsubishi Heavy Industries. У Mitsubishi, в частности, высокие 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. Это не столько «поднять меня, Скотти», сколько «поднять». ■

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

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 «мировой беспроводной системы» и получил финансирование от JP Morgan на строительство первой из нескольких огромных опор передачи.

Но мечта Tesla 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.

Тем временем 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 объединиться. 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.

Как это работает

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, похожую на радиоволны Маркони, только немного более энергичные — и фокусирует ее в цилиндрический луч. СВЧ-луч проходит через серию реле, пока не попадает в ректенну, которая преобразует его обратно 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 мощности вы передаете, а в том, сколько энергии вы передаете на квадратный метр», — сказал основатель Emrod Грег Кушнир New Atlas . «Уровни плотности, которые мы используем, относительно низкие. На данный момент это примерно эквивалентно стоянию на улице в полдень на солнце, примерно 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 жизнеспособным, 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, большинство 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 компания стремится.

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

Тест в реальном мире

Прототип компании в настоящее время может передавать несколько ватт энергии на расстояние около 130 футов. В рамках проекта Powerco они работают над большей версией, способной излучать несколько киловатт. План состоит в том, чтобы 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 мощности 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, эта 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 питания обходится дорого. 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: Киллиан Ион / Пекселс

Никола Тесла и его работа в области беспроводной энергии и передачи энергии — Contemporary Sci & Innovation

Никола Тесла хотел создать способ подачи энергии без перетяжки проводов. Он почти достиг своей цели, когда его эксперимент привел его к созданию катушки Тесла.Это была первая система, которая могла передавать электричество без проводов. С 1891 по 1898 год он экспериментировал с передачей электроэнергии, используя радиочастотный резонансный трансформатор катушки Тесла, который вырабатывает переменные токи высокого напряжения и высокой частоты. При этом он мог передавать энергию на короткие расстояния без подключения проводов. Однако катушка Тесла больше не имеет большого практического применения, изобретение Теслы полностью изменило способ понимания и использования электричества.Радиоприемники и телевизоры до сих пор используют вариации катушки Тесла.

В 1901 году Тесла начал работу над большой высоковольтной беспроводной станцией передачи энергии, названной Wardenclyffe Tower. Мелкомасштабная беспроводная передача энергии в качестве прототипа передатчика для «Всемирной беспроводной системы», которая должна была транслировать информацию и энергию по всему миру, была продемонстрирована инвесторам, но они отказались от этого, и объект так и не был завершен. Хотя Тесла заявил, что его идеи были доказаны, у него была история неудач в подтверждении своих идей экспериментом, но похоже, что у него не было доказательств того, что он когда-либо передавал значимую силу за пределами краткосрочных демонстраций выше.За 110 лет, прошедших после его экспериментов, попытки использовать подобное оборудование не привели к передаче энергии на большие расстояния. Ученые согласились, что его система World Wireless не сработала бы.

Вот видео, объясняющее концепцию беспроводной передачи энергии:

Передача мощности на устройство без проводов. Хотя беспроводная передача электромагнитной энергии в виде аудио-, видео-сигналов и сигналов данных является общей, беспроводная передача электроэнергии является относительно новой.Некоторые устройства уже используют беспроводную передачу энергии без использования металлических контактов. Мощность передается через пластиковые корпуса с помощью магнитной индукции. Ожидается, что с использованием магнитных полей в какой-то момент в будущем электромобили будут заправляться в пределах трех футов от зарядной станции.

«Беспроводная передача энергии» Энциклопедия терминов . Журнал ПК Ziff-Davis. 2014. Проверено 15 декабря, 2014.

.

«Беспроводное электричество? Как работает катушка Тесла.» Живая наука . N.p., n.d. Интернет. 17 февраля 2016 г.

«Беспроводная передача энергии». ПК . N.p., n.d. Интернет. 17 февраля 2016 г.

Работает ли беспроводная передача энергии?

Бусакорн ПонгпарнитGetty Images

• В Новой Зеландии правительство спонсирует работу и тестирование стартапа беспроводной электросети.
• Система включает в себя микроволновые лучи определенной формы, которые проходят через реле, например повторители.
• Никола Тесла провел первые эксперименты с авиацией 12 лет назад, но медная проволока заменила все остальное.

---

Энергетический стартап по имени Emrod заявляет, что приносит беспроводное электричество в Новую Зеландию, спустя более века после того, как Никола Тесла впервые продемонстрировал, что это возможно. Как и для самого высокопроизводительного спутникового интернет-соединения, каналу Emrod требуется только прямая видимость.

В своем заявлении основатель Emrod Грег Кушнир говорит, что он был мотивирован особым набором навыков Новой Зеландии, а ля Лиам Нисон в Taken .

«У нас есть множество чистой гидроэнергетики, солнечной и ветровой энергии, доступной по всему миру, но есть дорогостоящие проблемы, связанные с доставкой этой энергии с использованием традиционных методов, например, оффшорные ветряные электростанции или пролив Кука здесь, в Новой Зеландии. требуются подводные кабели, установка и обслуживание которых дороги ».

🔬 Наука все объясняет. Найди свои ответы.

Устраняя необходимость в длинных участках традиционной медной проводки, по словам Эмрода, он может подавать электроэнергию в более труднопроходимую местность и места, которые просто не могут позволить себе определенный уровень физической инфраструктуры.Это также может иметь последствия для окружающей среды, поскольку во многих местах, находящихся вне электросети, используются, например, дизельные генераторы.

Прямо сейчас Эмрод проводит испытания на «крошечном» большом расстоянии, передавая «несколько ватт» туда и обратно на расстояние около 130 футов, говорит Кушнир New Atlas . Прямая видимость важна, потому что технология полагается на четкий, ограниченный луч от одной точки к другой.

«Энергия передается через электромагнитные волны на большие расстояния с использованием запатентованной Emrod формы луча, метаматериалов и технологии ректенн», — объясняет Эмрод.

---

Дополнительный кредит

❏ Узнайте, как работает беспроводная зарядка.

❏ Узнайте, как построить зарядную станцию ​​в мастерской.

❏ Подробнее о Pop Mech — это чертовски крутые научные и технические особенности.

---

«Ректенна» превращает магнитные волны в электричество. Квадратный элемент, установленный на шесте, действует как точка прохождения, которая поддерживает лучи электричества, а более широкая площадь поверхности, так сказать, улавливает всю волну.Луч окружен лазерным забором с низким энергопотреблением, поэтому он не убивает пролетающих мимо птиц или легковые автомобили. По словам Эмрода, если когда-либо произойдет сбой, он может отключить ректенну, установленную на грузовике, чтобы восполнить недостающие опоры реле.

Как правило, подобная технология кажется неправдоподобной из-за таких проблем, как потеря верности сигнала при передаче по воздуху, а затем с помощью ряда технологий-посредников. Но технология реле Эмрода, которая, как говорится, «перефокусирует луч», не использует никакой мощности и почти не теряет.

Кушнир рассказывает New Atlas :

«Эффективность всех разработанных нами компонентов довольно высока, близка к 100 процентам. Большая часть потерь приходится на передающую сторону. В качестве передающей стороны мы используем твердотельные элементы, и это, по сути, те же электронные элементы, которые вы можете найти в любой радарной системе или даже в своей домашней микроволновой печи. В настоящее время они ограничены примерно 70-процентной эффективностью. Но в этом направлении идет большая разработка, в основном связанная с коммуникациями, 5G и так далее. ”

Этому проекту помогают электроэнергетические компании Новой Зеландии и правительство.

«Прототип получил некоторое государственное финансирование и был спроектирован и построен в Окленде в сотрудничестве с Callaghan Innovation», — сообщает Эмрод на своем сайте, ссылаясь на «агентство по инновациям» правительства Новой Зеландии. «Он был номинирован на премию Королевского общества, а вторая по величине распределительная компания Новой Зеландии, Powerco, будет первой, кто протестирует технологию Emrod.«

Кушнир говорит, что расстояние и нагрузка по мощности сначала будут довольно низкими — отправка нескольких киловатт на более короткие расстояния в пределах Новой Зеландии. Но, по его словам, гипотетический предел расстояния и мощности будет увеличиваться до почти непостижимых величин. Все, что нужно сделать Эмроду, — это сделать ректенны побольше.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Передача энергии | Проект «Климат и энергия»

существительное [en-er-jee trans-mish-uhn]

1. путь энергии от точки ее происхождения до потребителя

Энергия должна пройти — часто на очень большие расстояния — прежде чем она достигнет потребителя. Трансмиссия часто может приводить к дополнительным воздействиям на окружающую среду, таким как увеличение углеродного следа и стоимости жизненного цикла.

Формы энергии и их обработка сильно различаются, но большинство из них следуют одним и тем же основным шагам, чтобы добраться от источника до потребителя:

1. Топливо и урожай.Источник топлива должен быть разведан, обнаружен, а затем разработан (например, ветряные электростанции) или извлечен (например, добыча угля).
2. Обработка. Топливо вывозится на перерабатывающий завод. Это может быть довольно долгая поездка — например, уголь, отправляемый на Средний Запад по железной дороге из Вирджинии или Вайоминга, или более короткий путь — например, кукуруза на завод по производству этанола на полуприцепе. Или это может быть вовсе не поездка, как в случае установок по улавливанию метана, расположенных на откормочных площадках, или с турбинами, вращающимися на ветру.
3. Распределение. После переработки в пригодную для использования форму топливо поступает к потребителям — бензин на танкерах от нефтеперерабатывающих заводов до заправочных станций или электричество по линиям электропередачи от электростанции к подстанциям к потребителям.
4. Использование. Потребители также переносят энергию в своей повседневной жизни — часто в виде батарей, которыми питаются сотовые телефоны, плееры iPod, карманные компьютеры и ноутбуки. Потребители также ездят в места (например, на заправочные станции), чтобы купить энергию.
5. Утилизация.После производства топлива часто есть побочные продукты, которые нужно очистить и перевезти в другое место — например, хранение ядерных отходов или утилизация батарей.

Транспортировка электроэнергии — важный разговор, особенно с учетом того, что развитие возобновляемых источников энергии меняет роль передачи в нашем использовании энергии.

Передача электроэнергии осуществляется через сложную и сложную сеть, которая в первую очередь была разработана для невозобновляемых источников топлива.Электроэнергия не может храниться (за исключением батарей, строительство или использование которых в больших масштабах неэкономично). Итак, как только электричество вырабатывается, его нужно отправлять.

После выработки электричество поступает в сеть через подстанцию, расположенную на объекте производства. Затем он перемещается по высоковольтным линиям электропередачи, которые быстро перемещают энергию на большие расстояния. Линии электропередачи заканчиваются на подстанциях, которые расположены на границе различных энергетических рынков, таких как город или промышленный объект, где энергия распределяется между пользователями.

Недавний толчок к увеличению использования возобновляемых источников энергии означает, что появляется все большее количество объектов генерации, таких как ветряные электростанции. Однако, чтобы вывести эту энергию на рынок, ветряным электростанциям нужны линии электропередачи. Линии электропередачи недоступны в сельской местности. Они также дороги в строительстве и не могут быть построены без сотрудничества нескольких ключевых заинтересованных сторон. Чтобы в полной мере использовать потенциал возобновляемых источников энергии, производственные объекты, государственные учреждения и муниципалитеты должны работать вместе, чтобы изменить способ строительства и обслуживания линий электропередачи.

Постоянный ток высокого напряжения (HVDC) является предпочтительной технологией для передачи больших объемов энергии на большие расстояния. HVDC обеспечивает в целом более высокую эффективность и надежность, чем система переменного тока аналогичного размера, передающая такое же количество энергии.

В линиях постоянного тока (DC) поток электрического заряда движется только в одном направлении. При переменном токе (AC) движение электрического заряда периодически меняет направление. Основным преимуществом линий электропередачи постоянного тока является их эффективность — меньше энергии теряется при ее передаче, и нет необходимости в компенсации реактивной мощности по линии. Постоянный ток (постоянный ток) постоянно течет по проводам, не меняя направления много раз в секунду. Он также протекает через весь проводник, а не по поверхности. В результате линии передачи постоянного тока обычно теряют меньше энергии, чем линии передачи переменного тока.

HVDC имеет и другие преимущества:

• Более эффективный: на большие расстояния передача HVDC может передавать больше энергии с меньшими электрическими потерями, чем эквивалентная линия передачи переменного тока.
• Более низкая стоимость: более высокая эффективность означает более низкую стоимость передачи, что помогает возобновляемой энергии конкурировать с другими источниками энергии.
• Повышенная надежность: передача HVDC может повысить стабильность системы, позволить оператору полностью контролировать поток энергии и облегчить интеграцию ветра из различных областей ресурсов.
• Меньшая занимаемая площадь: для линий электропередачи постоянного тока высокого напряжения требуются более узкие полосы отвода и требуется меньше земли, чем для эквивалентных линий переменного тока.

Power from the Prairie стремится связать солнце Западного побережья с ветром Среднего Запада

Пара консультантов по вопросам энергетики продвигает проект межгосударственной передачи и хранения HVDC, который может завершить соединение между Калифорнией и Чикаго.

Недостающим звеном между солнечной энергией Калифорнии и ветровой энергией Среднего Запада может быть 600-мильный участок от юго-западного Вайоминга до северо-западной Айовы.

Пара консультантов по энергетике с корнями в Верхнем Среднем Западе продвигает 9 долларов.5-миллиардное видение межгосударственного проекта передачи и хранения, нацеленного на соединение двух удаленных друг от друга региональных электрических сетей.

Роб Шульте и Фред Флетчер считают, что их концепция Power from the Prairie принесет огромные выгоды коммунальным предприятиям, клиентам и переходу страны на чистую энергию, позволяя использовать переменные ветровые и солнечные ресурсы из разных регионов для засыпки и уравновешивания друг друга в сети.

Линия электропередачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) — если другие проекты, уже находящиеся в стадии разработки, будут завершены — будет последним отрезком двусторонней супермагистрали возобновляемых источников энергии, соединяющей Южную Калифорнию с Чикаго и соединительной сетью PJM, которая простирается на восток Морской берег.

Шульте и Флетчер провели последние несколько лет, пытаясь сколотить коалицию государств, коммунальных предприятий, разработчиков и других организаций, заинтересованных в финансировании исследования жизнеспособности и экономики проекта. Как и другие проекты чистой энергии, при администрации избранного президента Байдена перед ним открываются новые перспективы. Администрация Трампа не позволила федеральным исследователям обсуждать результаты связанного, но более широкого исследования преимуществ подключения региональных сетей.

Тем не менее, по их собственному признанию, это устрашающе сложный проект — они в соавторстве с недавно опубликованным документом, в котором описываются барьеры для проектов межрегиональной передачи электроэнергии в целом. Масштаб слишком велик, чтобы его могла поглотить какая-то отдельная утилита. Потребуются многочисленные меры регулирования на федеральном уровне, уровне штата и на местном уровне, и хотя технология доступна, она все еще неизвестна многим коммунальным предприятиям.

Возникающий коридор

Электрическая сеть страны на самом деле представляет собой совокупность региональных сетей с относительно небольшим количеством соединений через их стыки. В крупном исследовании 2018 года, проведенном Министерством энергетики США, которое впоследствии было подавлено официальными лицами Трампа, были выявлены основные потенциальные преимущества увеличения этих скудных связей.

Дешевая солнечная энергия в большом количестве, производимая в Калифорнии, например, может помочь удовлетворить пиковый спрос Среднего Запада, а энергия ветра, произведенная на Среднем Западе, может удовлетворить спрос на Западе после того, как производство солнечной энергии начнет падать ближе к вечеру. Шульте и Флетчер утверждают, что по мере роста возобновляемых источников энергии — наряду с потребностями в чистой энергии — возрастет и потребность в ее перемещении.

«Регионы не смогут достичь высоких показателей возобновляемой энергии, если будут использовать только местные возобновляемые источники энергии», — сказал Шульте.

Они видят формирующийся коридор передачи энергии из возобновляемых источников, восходящий по дуге из района Лос-Анджелеса в Вайоминг, а затем через северные равнины в Чикаго.Маршрут протяженностью около 2 000 миль в основном существует или уже находится в стадии разработки. Южная система электропередачи мощностью 2400 МВт в настоящее время перебрасывает угольную электроэнергию с Межгорной электростанции недалеко от Дельты, штат Юта, в Лос-Анджелес. Он прекратит свою деятельность в 2025 году, чтобы соответствовать все более строгим стандартам Калифорнии в отношении возобновляемых источников энергии.

В стадии разработки находятся две конкурирующие линии, которые будут проходить от северо-востока Дельты через Юту и южно-центральную часть Вайоминга. TransWest Express мощностью 3000 МВт будет перемещать электроэнергию примерно на 730 миль между Дельтой и Синклером, штат Вайоминг.Строительство начнется, как только покупатели подпишут контракты. Вторая линия, проект передачи электроэнергии Zephyr, будет охватывать аналогичный маршрут, но находится на более ранней стадии разработки.

Хотя эти участки линии электропередачи находятся в хорошем состоянии, Шульте сказал: «Вопрос был в том, что делать с заменой угольной электростанции» в Delta. Ряд исследований убедили партнеров в том, что залежь соли под угольной электростанцией может экономично хранить около 1200 МВт в виде сжатого воздуха.

«Мы обнаружили, что если бы у нас было 1200 МВт накопителей и ветряных электростанций в Вайоминге, это доставляло бы больше энергии, чем угольная электростанция, и было бы дешевле — и дешевле, чем планируемый газовый завод», — сказал Шульте.

В этом районе Вайоминга планируется построить пару крупных ветряных электростанций.

Также в стадии разработки находится подземная линия электропередачи, известная как SOO Green, которая будет проходить от ветреного северо-запада Айовы до соединения с сетью PJM в районе Чикаго, восточной конечной станции Power from the Prairie.В отличие от проектов Midwestern Clean Line, SOO Green мощностью 2100 мегаватт, похоже, практически не встречает сопротивления.

Это оставит беспроволочный участок протяженностью около 600 миль от центра Вайоминга, через северную Небраску и на северо-запад Айовы, где он соединится с SOO Green. Флетчер и Шульте представляют себе ветроэнергетическое водохранилище в округе Грегори, Южная Дакота, которое, как сказал Шульте и Флетчер, в Инженерном корпусе армии США, было «лучшим местом для размещения гидроаккумулятора на реке Миссури».”

План также предусматривает преобразовательную подстанцию ​​на участке линии в Небраске, где электричество может быть подключено к линии или отключено.

«Это может открыть тысячи мегаватт ветровой энергии в Небраске и Южной Дакоте», — сказал Шульте. «Вы говорите о тысячах ветряных машин, которые будут задействованы этим».

Подключение поколения «диверсифицированное во времени»

Шульте и Флетчер подчеркивают, что они не будут заниматься разработкой линии передачи.Они намеревались создать «коалицию желающих» и с этой целью встретились с представителями примерно 70 коммунальных предприятий, государственных и федеральных правительственных агентств, независимых передающих компаний, разработчиков возобновляемых источников энергии, делегаций Конгресса, инвестиционных фирм, университетов и других стран. торговые группы.

Их цель на данный момент состоит в том, чтобы привлечь внимание к состояниям и коммунальным предприятиям и провести технико-экономическое обоснование, чтобы определить, кто может выиграть и во что может обойтись это амбициозное видение.

Рэй Уэйл сказал, что его заинтриговали возможности объединения энергии ветра, солнца и накопления энергии на линии электропередачи, протянувшейся через две трети территории страны. Он старший вице-президент по энергоснабжению и эксплуатации в Missouri River Energy Services, оптовом торговце, обслуживающем муниципальные коммунальные предприятия в верхней части Среднего Запада. Он знает Шульте и Флетчера на протяжении десятилетий и подробно рассказал им об их видении.

«Можно ли получать энергию 24/7/365? Будет ли это обеспечивать 1000 МВт или более того, что мы называем мощностью базовой нагрузки? Вот в чем вопрос.»

Шульте и Флетчер сейчас ищут коммунальные предприятия и другие заинтересованные стороны, которые предоставят финансирование для технико-экономического обоснования.Wahle готов.

«Мы заинтересованы в том, чтобы взглянуть на это с точки зрения исследования, чтобы увидеть, есть ли у него возможности для получения намного большего количества возобновляемой энергии в системе», — сказал он. «Насколько это экономически выгодно? Есть ли более дешевые альтернативы? »

Ключом к интеграции большего количества возобновляемых источников энергии является то, что Шульте и Флетчер называют «диверсифицированной по времени» генерацией — энергия из ряда источников, которые производятся в разное время, с использованием разных технологий и в различных погодных условиях. Это сделает источник питания более похожим на стабильную базовую нагрузку, и вероятность его перепроизводства будет меньше.

Калифорния, которая недавно увеличила свой мандат на возобновляемые источники энергии до 60% к 2030 году и 100% к 2045 году, уже рассматривает несоответствие поколений, по словам партнеров. Они утверждают, что достижение 60% означает создание парка солнечных ферм, мощность которых превысит пиковую нагрузку штата.

Отключение электричества прошлым летом в Калифорнии хорошо проиллюстрировало потенциал диверсифицированных по времени источников энергии, сказал Роб Грамлих, основатель и президент компании Grid Strategies LLC, где он проводит анализ экономической политики для клиентов на рынках передачи электроэнергии и мощности.

Когда разгорелся пожар, и в некоторых частях Калифорнии погасли свет и кондиционер, он сказал: «Было жарко не только в Калифорнии, но и на всем Западе. Таким образом, возобновляемых источников энергии не было.