Transmisión de energía inalámbrica: una historia difícil de convertirse

De la larga lista de ideas técnicas fantásticas implementadas hoy en día, solo el sueño de la transmisión inalámbrica de energía eléctrica sigue siendo inexpugnable. Las descripciones detalladas de los rayos de energía en las novelas de ciencia ficción provocan a los ingenieros con su evidente necesidad y, al mismo tiempo, la imposibilidad práctica de implementación. Pero la situación está cambiando gradualmente para mejor.

Desde el comienzo del descubrimiento de la electricidad, hubo un problema de su transmisión al consumidor final. El desarrollo de la producción industrial ha llevado a un fuerte aumento en la demanda de electricidad. Los cables y postes de las líneas de transmisión eléctrica se han convertido en un elemento integral de los paisajes. Pero solo los especialistas saben cuánto dinero y esfuerzo se gasta en mantener estas líneas en condiciones de trabajo y cuánta energía se pierde en ellas.

Los recursos fósiles se están agotando gradualmente, y los problemas de suministro de energía están empujando con fuerza la puerta de la energía. La sociedad humana moderna ha entrado en la era de la exploración espacial, por lo que nuestros puntos de vista se dirigen a la fuente obvia de energía inagotable: el Sol. Durante miles de millones de años, este reactor termonuclear emite fantásticas cantidades de energía, una pequeña parte de la cual sería suficiente para la humanidad durante muchos años. Pero un problema "pequeño": ¿cómo transferir la energía recibida al consumidor en la Tierra?

A partir de este momento, comienza una discusión seria sobre las posibilidades de hacer feliz a la humanidad con recursos ilimitados. Hasta ahora, hay dos formas de resolver el problema en la lista de herramientas modernas de tecnología espacial. Uno está relacionado con transferencia de energía por rayo láser a tierra terminales de recepción. Segundo, con transferencia de energía por microondas.

La transferencia de energía láser encuentra varias dificultades fundamentales. El primero está relacionado con la eficiencia de la conversión primaria de la radiación solar en radiación láser coherente. Y el segundo se basa en la eficiencia de la transferencia de energía desde el espacio a la Tierra. Sobre el primer problema, ha habido progreso: los científicos de Japón informaron la conversión de la energía solar en radiación láser con una eficiencia del 42%. Pero la transferencia de energía a la superficie implica una serie de tareas que son difíciles de resolver.

Atenuación de un rayo láser cuyo diámetro en la superficie de la Tierra puede ser de cientos de metros. Su intensidad depende de las condiciones climáticas, la precisión de apuntar al terminal receptor e incluso la masa de parámetros. Los aviones voladores o bandadas de pájaros atrapados en un rayo de poder distorsionarán o debilitarán su poder. Si tal incidente pasa desapercibido para un avión, entonces las aves sufrirán significativamente: la intensidad de radiación cerca de la superficie de la Tierra será decenas de veces más poderosa que el Sol del mediodía.

La segunda forma de transferencia de energía son las ondas de microondas con frecuencias de 2.4 a 5.8 GHz. Aquí hay una "ventana" atmosférica en la que la atenuación de energía es mínima. Pero la parte receptora de la energía es muy compleja y requiere el desarrollo de componentes de antena modernos. Según los científicos, para transmitir una potencia de 5 MW desde una altura de 36,000 km (órbita geoestacionaria), se requerirá una antena transmisora ​​de 1 km de tamaño y una antena receptora de 10 km de diámetro. Tales instalaciones en un futuro cercano para la humanidad no pueden permitirse.

En esta situación, el progreso comenzó en el otro lado. El desarrollo de comunicaciones modernas y dispositivos informáticos móviles ha requerido la recarga frecuente de sus baterías. En principio, esto no presenta un problema particular, especialmente cuando tiene uno o dos de estos dispositivos. Pero si hay docenas de ellos en la familia o la oficina, la búsqueda continua de unidades de carga compatibles con productos es molesta y molesta.

Según los rumores, fue esta circunstancia la que llevó a Marina Solyachich, una empleada de la Universidad de Massachusetts, a La idea de una forma de transferir energía sin cables. Después de que la señal de un teléfono móvil descargado lo despertó varias veces en medio de la noche, decidió abordar seriamente el problema. cargar de forma inalámbrica sus dispositivos móviles.

Como resultado, apareció completamente nueva tecnología para transferir energía desde la red a dispositivos móviles. El método consiste en un acoplamiento resonante utilizando el campo magnético del receptor y el transmisor. Detrás de un nombre incomprensible y un mecanismo no menos oscuro (el método está patentado y se mantiene en secreto), se oculta un método de transferencia de energía sin conductores con una eficiencia de más del 40%. La tecnología se llama WiTricity.

El principio de funcionamiento de la tecnología para la transferencia de energía sin cables "WiTricity"

Cargador inalámbrico para teléfono móvil WiTricity

Según los autores de la invención, esta no es una resonancia "pura" de los circuitos conectados y no es Transformador Tesla, con acoplamiento inductivo. El radio de transferencia de energía actual es de poco más de dos metros, en el futuro, hasta 5-7 metros.

Otras empresas desarrollan fervientemente tecnologías similares: Intel ha demostrado su tecnología WREL con eficiencia de transferencia de energía de hasta el 75%. En 2009, Sony demostró el funcionamiento de un televisor sin conexión de red.

Demostración de tecnología WiTricity:

Demostración de tecnología inalámbrica Intel WREL:

Solo una circunstancia es alarmante: independientemente del método de transmisión y los trucos técnicos, la densidad de energía y la intensidad de campo en las habitaciones deben ser lo suficientemente altas como para alimentar dispositivos con una potencia de varias decenas de vatios.

Según los propios desarrolladores, la información sobre los efectos biológicos en humanos de tales sistemas aún no está disponible. Dada la reciente aparición, y un enfoque diferente para la implementación de dispositivos de transmisión de energía, tales estudios aún están por venir, y los resultados no aparecerán pronto. Y podemos juzgar su impacto negativo solo indirectamente. Algo volverá a desaparecer de nuestros hogares, como las cucarachas.

Sin tratar de profundizar en las complejidades de las tecnologías de transferencia de energía, podemos decir que a un nivel de distancias de hasta 10 metros en un futuro próximo, los dispositivos inalámbricos de transferencia de energía se convertirán en una realidad. Puede mirar televisión, usar una computadora y cargar dispositivos móviles sin preocuparse por la presencia de cables y enchufes.

Pero comenzamos con problemas de transmisión no de decenas y cientos de vatios, sino de capacidades más serias. Lamentablemente hoy El mejor logro en esta dirección es la transmisión piloto de 30 kilovatios de potencia en una distancia de 2 kilómetros (1 milla). Este evento ocurrió en 1975 y desde entonces no se han realizado progresos serios. Por lo tanto, en las próximas décadas, uno no debería esperar un gran avance en el campo de la transmisión inalámbrica de energía. La ciencia ficción puede dormir hasta ahora.

Comments

[#1 Philip]

Me gustó No sabía que las tecnologías de transmisión de energía inalámbrica de la vida real ya existían. Antes pensaba que era puramente fantástico.

[#2 Shurochka]

Y me gustó. Parece poco realista que la transmisión de energía inalámbrica ya exista.
La ficción se está haciendo realidad. Incluso es difícil imaginar lo que nos espera a continuación.

[#3 egor]

wow! no sabía lo interesante :-)

[#4 HP Veer]

Compré un teléfono HP Veer para mi esposa, por lo que tiene una carga magnética / inductiva, puse el teléfono en el carro, se está cargando, no hay cables para el teléfono.
Pero, por supuesto, la distancia en milímetros, un metro o dos sería mucho más conveniente))

[#6]

Vasily Anatolyevich, está equivocado. Este método de transferencia de energía fue implementado hace casi 140 años por el físico italiano Carlo Matteuchi y fue con la ayuda de bobinas de espiral plano. La fuente de energía fue primero la descarga de una lata de Leyden, y luego la bobina Rumkorf.

Lo que se describe en la edición rusa del curso completo de física editado por el prof. Gano Puedo proporcionar tanto el original como el escaneo de la página.

[#7 Gris]

Hoy, la idea se realiza a través de la transferencia de energía debido a los fenómenos físicos del electromagnetismo derivados o relacionados. La transferencia de energía por corrientes de alta frecuencia, a través del magnetismo, es mortal para los humanos y estará oculta en todos los sentidos en el avance de las nuevas tecnologías. Cualquier ola que transporte una fracción de energía es un objeto material, y también puedes disparar una pistola, convirtiendo la energía cinética de una bala en lo que necesitas. Nivelar los efectos perjudiciales de las "rutas de transmisión" es la tarea principal de la energía inalámbrica, y la transmisión en sí es secundaria ...

[#8 Mikhail]

Estoy de acuerdo con Sery, hay suficientes microondas que suenan llenos, aunque no lo sentimos, las líneas eléctricas también son muy dañinas. Viviendo al lado de ellos en la vecindad de 50 metros, puede ser fácilmente calvo. Todo irradia Bueno, las placas de inducción son ciertamente menos dañinas, ya que afectan el metal. No veo nada bueno en la tecnología de los cargos de telefonía móvil. Es mucho más conveniente cargar con una batería compartida. Esto y la salida no es necesaria. En cuanto a las ciudades, me parece que la mejor solución se usa en Alemania ... Allí, todos instalan una pequeña central eléctrica, molinos de viento o paneles solares en su área. Todo esto está reservado por baterías en el sótano, por ejemplo. Y si no está en su casa o no usa mucha electricidad, entonces el exceso carga las reservas y el exceso va a la red general. La gente también paga extra por esto. Como resultado, obtenemos muchas ventajas, es una red de suministro de energía equilibrada en la que no hay grandes sobrecargas, se reducen las pérdidas de transmisión de la electrónica. El propietario paga menos y consume menos. Y esto contrasta con las plantas de energía nuclear cuando se genera una gran cantidad de energía en un punto que debe distribuirse de manera uniforme y perder mucho. Y el desperdicio es mínimo.

[#9]

El smog electromagnético es peligroso para las abejas, pájaros, animales, plantas, humanos: esta radiación causa mutaciones, el futuro pertenece a los generadores portátiles libres de combustible.

[#10]

Todo lo que se describe en el artículo y en los comentarios me resulta familiar. Sigo con cuidado el desarrollo de la tecnología y trato de no perderme una sola novedad. Hay ideas propias, es una pena que me haya privado de la oportunidad de probarlas en la práctica. Por ejemplo, tal idea. Todos hemos visto relámpagos más de una vez, y sabemos que enormes corrientes de cientos de miles, o incluso millones de amperios, fluyen en el aire en el canal de una descarga de chispa. Esto significa que el aire en condiciones especiales puede pasar a través de él una gran potencia de electricidad. Para esto, solo necesita crear un canal ionizado en el aire. Y crearlo, con el desarrollo tecnológico actual, no es tan difícil como parece. Para esto, debe usar un rayo láser que funcione en el ultravioleta o incluso en el rango de radiación de rayos X, es decir, Un rayo láser que pasa a través del aire debe crear un canal ionizado. Por supuesto, transferir energía del espacio exterior a la Tierra de esta manera no funcionará, sino reemplazar las líneas eléctricas cableadas, ¿por qué no?

Sí, aquí hay otra cosa que quiero agregar. En cuanto al smog electromagnético, una persona parece ser capaz de adaptarse a cualquier cosa.No somos cucarachas, vivimos en medio de radiaciones y queríamos masticar todo. Personalmente, soy, a este respecto, un ejemplo vivo. Ahora tengo 67 años, y casi toda mi experiencia laboral en la URSS me ocupé de equipos de microondas, y la potencia, a veces, fue muy significativa (hasta 40 kW por pulso). Trabajó en una cámara de pantalla (no para proteger a alguien de la radiación, sino para evitar que los enemigos sepan en qué frecuencias estamos trabajando). Por cierto, en la cámara de la pantalla recibimos mucha más radiación que si estuviéramos trabajando en espacios abiertos. Y a pesar de todo esto, ni siquiera era calvo.

[#11]

Es posible transmitir energía sin cables por cualquier onda capaz de propagarse en el espacio: sonido, luz, magnética, con la posterior transformación inversa en corriente eléctrica.

[#12 Yuri]

Por sí solo, el campo electromagnético no es muy adecuado para transferir grandes cargas a largas distancias sin el correspondiente "conductor" (cable, haz láser, etc.). Recolectar la energía del sol y convertirla en electricidad tampoco es fácil. La eficiencia en todos los casos conocidos no es muy alta, lo que significa que el consumidor pagará tanto por la energía eléctrica como por su pérdida, que constituye una parte importante. Es más efectivo convertir la energía de un campo no electromagnético (un campo con un mayor grado de ordenamiento) en electromagnético. En este caso, los costos de transmisión disminuirán en un orden de magnitud y, en consecuencia, el costo de kW disminuirá.