Transmission d'énergie sans fil: une histoire difficile de devenir

De la longue liste d'idées techniques fantastiques mises en œuvre aujourd'hui, seul le rêve de la transmission sans fil de l'énergie électrique reste inaccessible. Les descriptions détaillées des rayons énergétiques dans les romans de science-fiction taquinent les ingénieurs avec leur besoin évident, et en même temps l'impossibilité pratique de la mise en œuvre. Mais la situation évolue progressivement pour le mieux.

Dès le début de la découverte de l'électricité, il y a eu un problème de transmission au consommateur final. Le développement de la production industrielle a entraîné une forte augmentation de la demande d'électricité. Les fils et les poteaux des lignes de transmission électriques sont devenus une partie intégrante des paysages. Mais seuls les spécialistes savent combien d'argent et d'efforts sont dépensés pour maintenir ces lignes en état de marche, et combien d'énergie y est perdue.

Les ressources fossiles s'épuisent progressivement et les problèmes d'approvisionnement énergétique poussent durement à la porte de l'énergie. La société humaine moderne est entrée dans l'ère de l'exploration spatiale, alors nos vues se tournent vers la source évidente d'énergie inépuisable - le Soleil. Pendant des milliards d'années, ce réacteur thermonucléaire émet des quantités fantastiques d'énergie, dont une petite partie serait suffisante pour l'humanité pendant de nombreuses années. Mais un «petit» problème: comment transférer l'énergie reçue au consommateur sur Terre?

A partir de ce moment, une discussion sérieuse commence sur les possibilités de rendre l'humanité heureuse avec des ressources illimitées. Jusqu'à présent, il existe deux façons de résoudre le problème dans la liste des outils modernes de technologie spatiale. L'une est liée à transfert d'énergie du faisceau laser aux bornes de réception de masse. Deuxième - avec transfert d'énergie micro-ondes.

Le transfert d'énergie laser rencontre plusieurs difficultés fondamentales. Le premier est lié à l'efficacité de la conversion primaire du rayonnement solaire en rayonnement laser cohérent. Et le second repose sur l'efficacité du transfert d'énergie de l'espace vers la Terre. Sur le premier problème, des progrès ont été réalisés: des scientifiques japonais ont rapporté la conversion de l'énergie solaire en rayonnement laser avec une efficacité de 42%. Mais le transfert d'énergie à la surface implique un certain nombre de tâches difficiles à résoudre.

Atténuation d'un faisceau laser dont le diamètre à la surface de la Terre peut être de centaines de mètres. Son intensité dépend des conditions météorologiques, de la précision du pointage sur le terminal récepteur et même de la masse des paramètres. Des avions volants ou des volées d'oiseaux pris dans un rayon de puissance déforment ou affaiblissent sa puissance. Si un tel incident passe inaperçu pour un avion, les oiseaux en souffriront considérablement: l'intensité du rayonnement près de la surface de la Terre sera des dizaines de fois plus puissante que celle du soleil de midi.

Le deuxième moyen de transfert d'énergie est les ondes micro-ondes avec des fréquences de 2,4 à 5,8 GHz. Il y a ici une «fenêtre» atmosphérique dans laquelle l'atténuation de l'énergie est minimale. Mais la partie réceptrice de l'énergie est très complexe et nécessite le développement de composants d'antenne modernes. Selon les scientifiques, pour transmettre une puissance de 5 MW à partir d'une hauteur de 36 000 km (orbite géostationnaire), une antenne d'émission de 1 km et une antenne de réception de 10 km de diamètre seront nécessaires. De telles installations dans un avenir proche pour l'humanité ne peuvent pas se le permettre.

Dans cette situation, des progrès ont commencé de l'autre côté. Le développement des communications modernes et des appareils informatiques mobiles a nécessité une recharge fréquente de leurs batteries. En principe, cela ne présente pas de problème particulier, surtout lorsque vous avez un ou deux de ces appareils. Mais s'il y en a des dizaines dans la famille ou au bureau, la recherche continue d'unités de charge compatibles avec les produits est gênante et gênante.

Selon des rumeurs, c'est cette circonstance qui a poussé Marina Solyachich, une employée de l'Université du Massachusetts, à L'idée d'un moyen de transférer de l'énergie sans fil. Après que le signal d'un téléphone portable déchargé l'ait réveillé plusieurs fois au milieu de la nuit, il a décidé de s'attaquer sérieusement au problème. rechargez sans fil vos appareils mobiles.

En conséquence, il est apparu complètement nouvelle technologie de transfert d'énergie du réseau vers les appareils mobiles. La méthode consiste à coupler par résonance le champ magnétique du récepteur et de l'émetteur. Derrière un nom incompréhensible et un mécanisme non moins obscur (la méthode est brevetée et gardée secrète), se cache une méthode de transfert d'énergie sans conducteur avec une efficacité de plus de 40%. La technologie s'appelle WiTricity.

Le principe de fonctionnement de la technologie pour le transfert d'énergie sans fil "WiTricity"

Chargeur sans fil pour téléphone mobile WiTricity

Selon les auteurs de l'invention, il ne s'agit pas d'une résonance «pure» des circuits connectés et n'est pas Transformateur Tesla, avec couplage inductif. Le rayon de transfert d'énergie est aujourd'hui un peu plus de deux mètres, à l'avenir - jusqu'à 5-7 mètres.

Des technologies similaires sont fébrilement développées par d'autres entreprises: Intel a démontré sa technologie WREL avec une efficacité de transfert d'énergie jusqu'à 75%. En 2009, Sony a démontré le fonctionnement d'un téléviseur sans connexion réseau.

Démonstration technologique WiTricity:

Démonstration de la technologie sans fil Intel WREL:

Une seule circonstance est alarmante: quelles que soient la méthode de transmission et les astuces techniques, la densité d'énergie et l'intensité du champ dans les pièces doivent être suffisamment élevées pour alimenter des appareils d'une puissance de plusieurs dizaines de watts.

Selon les développeurs eux-mêmes, les informations sur les effets biologiques de ces systèmes sur l'homme ne sont pas encore disponibles. Compte tenu de l'apparence récente et d'une approche différente de la mise en œuvre des dispositifs de transmission d'énergie, de telles études sont encore à venir et les résultats n'apparaîtront pas de sitôt. Et nous ne pouvons juger de leur impact négatif qu'indirectement. Quelque chose disparaîtra de nos maisons, comme les cafards.

Sans chercher à approfondir les subtilités des technologies de transfert d'énergie, nous pouvons dire qu'à une distance pouvant aller jusqu'à 10 mètres, les dispositifs de transfert d'énergie sans fil deviendront une réalité. Vous pouvez regarder la télévision, utiliser un ordinateur et charger des appareils mobiles sans vous soucier de la présence de cordons et de prises.

Mais nous avons commencé avec des problèmes de transmission non pas de dizaines et de centaines de watts, mais de capacités plus sérieuses. Malheureusement aujourd'hui La meilleure réalisation dans ce sens est la transmission pilote de 30 kilowatts de puissance sur une distance de 2 kilomètres (1 mile). Cet événement s'est produit en 1975 et depuis lors, aucun progrès sérieux n'a été accompli. Par conséquent, dans les décennies à venir, il ne faut pas s'attendre à une percée dans le domaine de la transmission d'énergie sans fil. La science-fiction peut dormir jusqu'à présent.

Comments

[#1 Philippe]

J'ai bien aimé. Je ne savais pas que des technologies de transmission d'énergie sans fil réelles existaient déjà. Je pensais avant que c'était purement fantastique.

[#2 Shurochka]

Et je l'ai aimé. Il semble irréaliste que la transmission d'énergie sans fil existe déjà.
La fiction devient une réalité. Il est même difficile d'imaginer ce qui nous attend ensuite.

[#3 egor]

wow! ne savait pas à quel point c'était intéressant :-)

[#4 HP Veer]

J'ai acheté un téléphone HP Veer pour ma femme - il a donc une charge magnétique / inductive, mettez le téléphone en marche - il est en train de charger - pas de cordons pour le téléphone.
Mais bien sûr, la distance en millimètres, un mètre ou deux serait beaucoup plus pratique))

[#6]

Vasily Anatolyevich, se trompe. Cette méthode de transfert d'énergie a été mise en œuvre il y a près de 140 ans par le physicien italien Carlo Matteuchi et à l'aide de bobines plan-spirales. La source d'énergie était d'abord la décharge d'une canette de Leyde, puis la bobine de Rumkorf.

Ce qui est décrit dans l'édition russe du cours complet de physique édité par le prof. Gano. Je peux fournir l'original et la numérisation de page.

[#7 Gris]

Aujourd'hui, l'idée se concrétise par le transfert d'énergie due aux phénomènes physiques d'électromagnétisme qui sont dérivés ou liés. Le transfert d'énergie par les courants à haute fréquence, par le biais du magnétisme, est mortel pour l'homme et sera à tous égards caché dans l'avancement des nouvelles technologies. Toutes les vagues qui transportent une fraction de l'énergie en elles-mêmes sont un objet matériel et avec le même succès, vous pouvez tirer sur un pistolet transformant l'énergie cinétique d'une balle en ce dont vous avez besoin. Niveler les effets néfastes des "voies de transmission" est la tâche principale de l'énergie sans fil, et la transmission elle-même est secondaire ...

[#8 Mikhail]

Je suis d'accord avec Sery, il y a suffisamment de micro-ondes qui sonnent plein bien que nous ne le sentions pas, les lignes électriques sont également très nocives. Vivant à côté d'eux à environ 50 mètres, vous pouvez facilement chauve. Tout rayonne. Eh bien, les plaques à induction sont certainement moins nocives, car elles affectent le métal. Je ne vois rien de bon dans la technologie des frais de téléphonie mobile. Il est beaucoup plus pratique de charger avec une batterie partagée. Cela et la sortie ne sont pas nécessaires. Quant aux villes, il me semble que la meilleure solution est utilisée en Allemagne ... Là tout le monde installe une petite centrale électrique, des éoliennes ou des panneaux solaires dans leur région. Tout cela est réservé par des batteries au sous-sol par exemple. Et si vous n'êtes pas chez vous ou que vous n'utilisez pas beaucoup d'électricité, alors l'excédent fait payer les réserves et l'excédent va dans le réseau général. Les gens paient également un supplément pour cela. En conséquence, nous obtenons de nombreux avantages, il s'agit d'un réseau d'alimentation équilibré dans lequel il n'y a pas de grandes surcharges, les pertes de transmission de l'électronique sont réduites. Le propriétaire paie moins et consomme moins. Et cela contraste avec les centrales nucléaires où une énorme quantité d'énergie est générée à un moment donné qui doit être répartie uniformément et perdre beaucoup. Et les déchets sont minimes.

[#9]

Le smog électromagnétique est dangereux pour les abeilles, les oiseaux, les animaux, les plantes, les humains - ce rayonnement provoque des mutations, l'avenir appartient aux générateurs portables sans carburant.

[#10]

Tout ce qui est décrit dans l'article et dans les commentaires m'est familier. Je suis attentivement le développement de la technologie et j'essaye de ne manquer aucune nouveauté. Il y a des idées personnelles, c'est juste dommage que je suis privé de la possibilité de les tester en pratique. Par exemple, une telle idée. Nous avons tous observé la foudre plus d'une fois, et nous savons que d'énormes courants de centaines de milliers, voire de millions d'ampères, circulent dans l'air dans le canal d'une décharge d'étincelles. Cela signifie que l'air dans des conditions spéciales est capable de traverser une énorme puissance électrique. Pour ce faire, il vous suffit de créer un canal ionisé dans l'air. Et la créer, avec le développement technologique d'aujourd'hui, n'est pas aussi difficile qu'il n'y paraît. Pour ce faire, utilisez un faisceau laser fonctionnant dans l'ultraviolet ou même dans la gamme de rayonnement X, c'est-à-dire un faisceau laser traversant l'air devrait créer un canal ionisé. Bien sûr, le transfert d'énergie de l'espace extra-atmosphérique vers la Terre de cette manière ne fonctionnera pas, mais le remplacement des lignes électriques câblées - pourquoi pas?

Oui, voici une autre chose que je veux ajouter. Quant au smog électromagnétique, une personne semble pouvoir s'adapter à tout.Nous ne sommes pas des cafards, nous vivons au milieu des radiations, et nous voulions tout mâcher. Personnellement, je suis à cet égard un exemple vivant. Maintenant que j'ai 67 ans, et presque toute mon expérience de travail en URSS, j'ai travaillé avec des équipements à micro-ondes, et la puissance, parfois, était très importante (jusqu'à 40 kW par impulsion). Il a travaillé dans une caméra à écran (pas du tout pour protéger quelqu'un des radiations, mais pour empêcher les ennemis de savoir sur quelles fréquences nous travaillons). Soit dit en passant, dans la caméra à écran, nous avons reçu beaucoup plus de rayonnement que si nous travaillions dans un espace ouvert. Et malgré tout cela, je n’étais même pas chauve.

[#11]

Il est possible de transmettre de l'énergie sans fil par n'importe quelle onde capable de se propager dans l'espace - son, lumière, magnétique, avec transformation inverse ultérieure en courant électrique.

[#12 Yuri]

En soi, le champ électromagnétique n'est pas très adapté pour transférer de grandes charges sur de longues distances sans le "conducteur" correspondant (câble, faisceau laser, etc.). Recueillir l'énergie du soleil et la convertir en électricité n'est pas non plus facile. L'efficacité dans tous les cas connus n'est pas très élevée, ce qui signifie que le consommateur paiera à la fois l'énergie électrique elle-même et sa perte, qui en représente une part importante. Il est plus efficace de convertir l'énergie d'un champ non électromagnétique (un champ avec un degré d'ordre supérieur) en électromagnétique. Dans ce cas, les coûts de transport diminueront d'un ordre de grandeur et, par conséquent, le coût du kW diminuera.