Drahtlose Energieübertragung: eine schwierige Geschichte des Werdens

Von der langen Liste fantastischer technischer Ideen, die heute umgesetzt werden, bleibt nur der Traum von der drahtlosen Übertragung elektrischer Energie unangreifbar. Detaillierte Beschreibungen von Energiestrahlen in Science-Fiction-Romanen ärgern Ingenieure mit ihrem offensichtlichen Bedarf und gleichzeitig der praktischen Unmöglichkeit der Implementierung. Aber die Situation ändert sich allmählich zum Besseren.

Von Beginn der Entdeckung der Elektrizität an gab es ein Problem bei der Übertragung an den Endverbraucher. Die Entwicklung der Industrieproduktion hat zu einem starken Anstieg der Stromnachfrage geführt. Drähte und Pole elektrischer Übertragungsleitungen sind zu einem integralen Bestandteil von Landschaften geworden. Aber nur Spezialisten wissen, wie viel Geld und Mühe aufgewendet wird, um diese Leitungen funktionsfähig zu halten, und wie viel Energie in ihnen verloren geht.

Die fossilen Ressourcen gehen allmählich zur Neige und die Energieversorgungsprobleme drängen auf die Tür der Energie. Die moderne menschliche Gesellschaft ist in die Ära der Weltraumforschung eingetreten, daher wenden sich unsere Ansichten der offensichtlichen Quelle unerschöpflicher Energie zu - der Sonne. Seit Milliarden von Jahren emittiert dieser thermonukleare Reaktor fantastische Mengen an Energie, von denen ein kleiner Teil für viele Jahre für die Menschheit ausreichen würde. Aber ein „kleines“ Problem: Wie kann man die empfangene Energie an den Verbraucher auf der Erde übertragen?

Von diesem Moment an beginnt eine ernsthafte Diskussion über die Möglichkeiten, die Menschheit mit unbegrenzten Ressourcen glücklich zu machen. Bisher gibt es zwei Möglichkeiten, um das Problem in der Liste der modernen weltraumtechnischen Werkzeuge zu lösen. Einer ist verwandt mit Laserstrahl-Energieübertragung zu Erdungsempfangsklemmen. Zweitens - mit Mikrowellenenergieübertragung.

Die Übertragung von Laserenergie stößt auf mehrere grundlegende Schwierigkeiten. Die erste bezieht sich auf die Effizienz der primären Umwandlung von Sonnenstrahlung in kohärente Laserstrahlung. Und die zweite beruht auf der Effizienz der Energieübertragung vom Weltraum zur Erde. Beim ersten Problem wurden Fortschritte erzielt: Wissenschaftler aus Japan berichteten über die Umwandlung von Sonnenenergie in Laserstrahlung mit einem Wirkungsgrad von 42%. Die Übertragung von Energie an die Oberfläche beinhaltet jedoch eine Reihe von Aufgaben, die schwer zu lösen sind.

Dämpfung eines Laserstrahls, dessen Durchmesser an der Erdoberfläche Hunderte von Metern betragen kann. Seine Intensität hängt von den Wetterbedingungen, der Genauigkeit des Zeigens auf das Empfangsterminal und sogar von der Masse der Parameter ab. Fliegende Flugzeuge oder Vogelschwärme, die in einem Kraftstrahl gefangen sind, verzerren oder schwächen seine Kraft. Wenn ein solcher Vorfall für ein Flugzeug unbemerkt bleibt, leiden die Vögel erheblich: Die Strahlungsintensität in der Nähe der Erdoberfläche ist zehnmal stärker als die Mittagssonne.

Die zweite Art der Energieübertragung sind Mikrowellenwellen mit Frequenzen von 2,4 bis 5,8 GHz. Es gibt ein atmosphärisches „Fenster“, in dem die Energiedämpfung minimal ist. Der empfangende Teil der Energie ist jedoch sehr komplex und erfordert die Entwicklung moderner Antennenkomponenten. Laut Wissenschaftlern werden für die Übertragung einer Leistung von 5 MW aus einer Höhe von 36.000 km (geostationäre Umlaufbahn) eine Sendeantenne mit einer Größe von 1 km und eine Empfangsantenne mit einem Durchmesser von 10 km benötigt. Solche Strukturen können sich die Menschheit in naher Zukunft nicht leisten.

In dieser Situation begannen auf der anderen Seite Fortschritte. Die Entwicklung moderner Kommunikations- und mobiler Computergeräte erforderte ein häufiges Aufladen ihrer Batterien. Im Prinzip stellt dies kein besonderes Problem dar, insbesondere wenn Sie ein oder zwei solcher Geräte haben. Aber wenn es Dutzende von ihnen in der Familie oder im Büro gibt, ist die ständige Suche nach Ladegeräten, die mit Produkten kompatibel sind, ablenkend und ärgerlich.

Gerüchten zufolge war es dieser Umstand, der Marina Solyachich, eine Mitarbeiterin der University of Massachusetts, dazu veranlasste Die Idee, Energie ohne Kabel zu übertragen. Nachdem ihn das Signal eines entladenen Mobiltelefons mitten in der Nacht mehrmals geweckt hatte, beschloss er, das Problem ernsthaft anzugehen Laden Sie Ihre Mobilgeräte drahtlos auf.

Infolgedessen erschien es vollständig Neue Technologie zur Übertragung von Energie aus dem Netzwerk auf mobile Geräte. Das Verfahren besteht in einer Resonanzkopplung unter Verwendung des Magnetfelds des Empfängers und des Senders. Hinter einem unverständlichen Namen und einem nicht weniger obskuren Mechanismus (die Methode ist patentiert und geheim gehalten) verbirgt sich eine Methode zur Energieübertragung ohne Leiter mit einem Wirkungsgrad von mehr als 40%. Die Technologie heißt WiTricity.

Das Funktionsprinzip der Technologie zur Energieübertragung ohne Kabel "WiTricity"

Drahtloses Ladegerät für WiTricity-Mobiltelefone

Nach den Autoren der Erfindung ist dies keine "reine" Resonanz der angeschlossenen Schaltungen und ist es auch nicht Tesla-Transformatormit induktiver Kopplung. Der Radius der Energieübertragung beträgt heute in Zukunft etwas mehr als zwei Meter - bis zu 5-7 Meter.

Ähnliche Technologien werden von anderen Firmen fieberhaft entwickelt: Intel hat seine Technologie demonstriert WREL mit einer Energieübertragungseffizienz von bis zu 75%. Im Jahr 2009 demonstrierte Sony den Betrieb eines Fernsehgeräts ohne Netzwerkverbindung.

Technologiedemonstration WiTricity:

Demonstration der Intel WREL Wireless-Technologie:

Nur ein Umstand ist alarmierend: Unabhängig von der Übertragungsmethode und den technischen Tricks sollten die Energiedichte und die Feldstärke in den Räumen hoch genug sein, um Geräte mit einer Leistung von mehreren zehn Watt zu versorgen.

Nach Angaben der Entwickler selbst liegen noch keine Informationen über die biologischen Auswirkungen solcher Systeme auf den Menschen vor. Angesichts des jüngsten Erscheinungsbilds und eines anderen Ansatzes für die Implementierung von Energieübertragungsgeräten stehen solche Studien noch aus, und die Ergebnisse werden nicht in Kürze veröffentlicht. Und wir können ihre negativen Auswirkungen nur indirekt beurteilen. Etwas wird wieder aus unseren Häusern verschwinden, wie Kakerlaken.

Ohne zu versuchen, sich mit den Feinheiten der Energieübertragungstechnologien auseinanderzusetzen, können wir sagen, dass drahtlose Energieübertragungsgeräte in naher Zukunft auf Entfernungen von bis zu 10 Metern Realität werden. Sie können fernsehen, einen Computer verwenden und mobile Geräte aufladen, ohne sich Gedanken über das Vorhandensein von Kabeln und Steckdosen machen zu müssen.

Wir begannen jedoch mit Übertragungsproblemen, die nicht Dutzende und Hunderte von Watt, sondern schwerwiegendere Kapazitäten aufwiesen. Leider heute Die beste Leistung in dieser Richtung ist die Pilotübertragung von 30 Kilowatt Leistung über eine Entfernung von 2 Kilometern. Dieses Ereignis ereignete sich bereits 1975 und seitdem wurden keine ernsthaften Fortschritte erzielt. Daher ist in den kommenden Jahrzehnten kein Durchbruch auf dem Gebiet der drahtlosen Energieübertragung zu erwarten. Science Fiction kann so weit schlafen.

Comments

[#1 Philip]

Es hat mir gefallen. Ich wusste nicht, dass es bereits reale drahtlose Energieübertragungstechnologien gibt. Ich dachte vorher, dass es einfach fantastisch war.

[#2 Shurochka]

Und es hat mir gefallen. Es erscheint unrealistisch, dass es bereits eine drahtlose Energieübertragung gibt.
Fiktion wird Realität. Es ist schwer vorstellbar, was uns als nächstes erwartet.

[#3 egor]

wow! wusste nicht wie interessant :-)

[#4 HP Veer]

Ich habe ein HP Veer-Telefon für meine Frau gekauft - er hat also eine magnetische / induktive Ladung, legt das Telefon auf den Zug - er lädt auf - keine Kabel für das Telefon.
Aber natürlich wäre die Entfernung in Millimetern, ein oder zwei Metern viel bequemer))

[#6]

Wassili Anatoljewitsch irrt sich. Diese Methode der Energieübertragung wurde vor fast 140 Jahren vom italienischen Physiker Carlo Matteuchi mit Hilfe von Plan-Spiral-Spulen implementiert. Die Energiequelle war zuerst die Entladung einer Leyden-Dose und dann die Rumkorf-Spule.

Was in der russischen Ausgabe des von Prof. Gano. Ich kann sowohl den Original- als auch den Seitenscan bereitstellen.

[#7 Grau]

Heute wird die Idee durch die Übertragung von Energie aufgrund der physikalischen Phänomene des Elektromagnetismus verwirklicht, die abgeleitet oder verwandt sind. Die Übertragung von Energie durch hochfrequente Ströme durch Magnetismus ist für den Menschen tödlich und wird in jeder Hinsicht in der Weiterentwicklung neuer Technologien verborgen bleiben. Alle Wellen, die einen Bruchteil der Energie in sich tragen, sind ein materielles Objekt. Mit demselben Erfolg können Sie eine Pistole abschießen, die die kinetische Energie einer Kugel in das verwandelt, was Sie benötigen. Die nachteiligen Auswirkungen von "Übertragungswegen" auszugleichen, ist die Hauptaufgabe der drahtlosen Energie, und die Übertragung selbst ist zweitrangig ...

[#8 Mikhail]

Ich stimme Sery zu, es gibt genug Mikrowellen, die voll klingen, obwohl wir es nicht spüren. Stromleitungen sind auch sehr schädlich. Wenn Sie in der Nähe von 50 Metern neben ihnen wohnen, können Sie leicht eine Glatze bekommen. Alles strahlt aus. Nun, Induktionskochfelder sind sicherlich weniger schädlich, da sie Metall betreffen. Ich sehe nichts Gutes in der Technologie der Handygebühren. Das Laden mit einem gemeinsam genutzten Akku ist viel bequemer. Dies und die Steckdose werden nicht benötigt. Was die Städte betrifft, scheint mir die beste Lösung in Deutschland zu sein ... Dort installiert jeder ein kleines Kraftwerk, Windmühlen oder Sonnenkollektoren in seiner Nähe. All dies wird zum Beispiel durch Batterien im Keller reserviert. Und wenn Sie nicht zu Hause sind oder nicht viel Strom verbrauchen, belastet der Überschuss die Reserven und der Überschuss fließt in das allgemeine Netz. Die Leute zahlen auch extra dafür. Als Ergebnis erhalten wir viele Vorteile, es ist ein ausgeglichenes Stromversorgungsnetz, in dem es keine großen Überlastungen gibt, Übertragungsverluste von elektronischen werden reduziert. Der Besitzer zahlt weniger und verbraucht weniger. Und dies steht im Gegensatz zu Kernkraftwerken, bei denen an einem Punkt eine große Menge Energie erzeugt wird, die gleichmäßig verteilt werden muss und viel verliert. Und der Abfall ist minimal.

[#9]

Elektromagnetischer Smog ist gefährlich für Bienen, Vögel, Tiere, Pflanzen, Menschen - diese Strahlung verursacht Mutationen, die Zukunft gehört tragbaren kraftstofffreien Generatoren.

[#10]

Alles, was im Artikel und in den Kommentaren beschrieben wird, ist mir vertraut. Ich verfolge die Entwicklung der Technologie sorgfältig und versuche, keine einzige Neuheit zu verpassen. Es gibt eigene Ideen, es ist nur schade, dass ich nicht die Möglichkeit habe, sie in der Praxis zu testen. Zum Beispiel eine solche Idee. Wir alle haben mehr als einmal Blitze beobachtet, und wir wissen, dass im Kanal einer Funkenentladung riesige Ströme von Hunderttausenden oder sogar Millionen Ampere in der Luft fließen. Dies bedeutet, dass Luft unter besonderen Bedingungen eine enorme Elektrizitätsleistung durchlassen kann. Dazu müssen Sie nur einen ionisierten Kanal in der Luft erzeugen. Und es mit der heutigen technologischen Entwicklung zu schaffen, ist nicht so schwer, wie es scheint. Verwenden Sie dazu einen Laserstrahl, der im ultravioletten oder sogar im Röntgenstrahlungsbereich arbeitet, d.h. Ein Laserstrahl, der durch Luft geht, sollte einen ionisierten Kanal erzeugen. Natürlich funktioniert die Übertragung von Energie vom Weltraum auf die Erde auf diese Weise nicht, aber das Ersetzen von verdrahteten Stromleitungen - warum nicht?

Ja, hier ist noch eine Sache, die ich hinzufügen möchte. Was elektromagnetischen Smog betrifft, scheint sich eine Person an alles anpassen zu können.Wir sind keine Kakerlaken, wir leben mitten in der Strahlung und wir wollten an allem kauen. Persönlich bin ich in dieser Hinsicht ein lebendiges Beispiel. Jetzt bin ich 67 Jahre alt und habe fast meine gesamte Berufserfahrung in der UdSSR mit Mikrowellengeräten verbracht. Die Leistung war zeitweise sehr hoch (bis zu 40 kW pro Impuls). Er arbeitete in einer Bildschirmkamera (überhaupt nicht, um jemanden vor Strahlung zu schützen, sondern um zu verhindern, dass die Feinde wissen, an welchen Frequenzen wir arbeiten). Übrigens haben wir in der Bildschirmkamera viel mehr Strahlung erhalten, als wenn wir im Freien arbeiten würden. Und trotz alledem hatte ich nicht einmal eine Glatze.

[#11]

Es ist möglich, Energie ohne Drähte durch jede Welle zu übertragen, die sich im Raum ausbreiten kann - Schall, Licht, Magnet, mit anschließender inverser Umwandlung in elektrischen Strom.

[#12 Yuri]

Das elektromagnetische Feld allein ist nicht sehr geeignet, um große Ladungen über große Entfernungen ohne den entsprechenden "Leiter" (Kabel, Laserstrahl usw.) zu übertragen. Es ist auch nicht einfach, die Energie der Sonne zu sammeln und in Elektrizität umzuwandeln. Der Wirkungsgrad ist in allen bekannten Fällen nicht sehr hoch, was bedeutet, dass der Verbraucher sowohl für die elektrische Energie selbst als auch für ihren Verlust zahlt, der einen erheblichen Teil ausmacht. Es ist am effizientesten, die Energie eines nicht elektromagnetischen Feldes (eines Feldes mit einem höheren Ordnungsgrad) in elektromagnetische umzuwandeln. In diesem Fall sinken die Übertragungskosten um eine Größenordnung und dementsprechend sinken die Kosten für kW.