Электричество по воздуху: новозеландский стартап испытает передачу электричества без проводов на большие расстояния

Содержание

новозеландский стартап испытает передачу электричества без проводов на большие расстояния

Более ста лет назад гениальный изобретатель Никола Тесла доказал, что электричество можно передавать на большие расстояния без проводов. В ходе опытов в Колорадо-Спрингс он зажёг лампочку с помощью электромагнитного поля на удалении свыше трёх километров. Но тогда дальше экспериментов дело не пошло. Зато сегодня эти идеи могут воплотиться в жизнь благодаря новозеландскому стартапу и инвестициям второго по величине в стране поставщика электроэнергии.

Как сообщают источники, новозеландская энергетическая компания Powerco решила инвестировать в проект местного стартапа Emrod. Проект Emrod предусматривает беспроводную передачу энергии между приёмником и передатчиком на расстоянии прямой видимости, а это, на самом деле, могут быть десятки километров.

В то же время дальность передачи для этого проекта — не главное. Беспроводная передача энергии может помочь в случае ремонта сетей или аварий, что позволит потребителю оставаться подключённым даже во время обесточивания линий, а также в местах, где проведение линий электропередачи осложнено, запрещено или невозможно.

Мобильный комплекс для передачи и приёма энергии без проводов (Emrod)

Компания Emrod разработала уникальный прототип приёмника и передающей станции. К октябрю будет готов ещё один прототип. На начальном этапе будут проведены лабораторные испытания, а затем начнутся и полевые. Сначала без проводов планируется передавать ток мощностью до 2 кВт. Затем объёмы передаваемой без проводов энергии будут многократно увеличены. Заявлено, что за счёт новых радиопоглощающих материалов КПД приёмной (выпрямляющей) антенны доведён до 100  %, а КПД передающей системы приближается к 70 %.

Пример размещения установок по беспроводной передаче энергии (Emrod)

Проводные линии передачи электричества также подвержены потерям ― примерно до 15  %. Но в случае ЛЭП добавляются расходы на инфраструктуру ― обслуживание, безопасность, ремонт и другое. Тем самым беспроводная передача энергии с помощью микроволнового излучения в ряде случаев может заменить проводную. За безопасность работы системы будут отвечать лазеры с датчиками пересечения, которые будут автоматически отключать передачу энергии при попадании в зону канала передачи птиц, дронов, вертолётов или чего-то ещё.

Но в целом разработчики предполагают создавать достаточно широкие в пространстве каналы передачи, чтобы плотность передаваемой энергии была не выше плотности энергии солнечного излучения в жаркий полдень на экваторе.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

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.

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;

Ток освобождённый


Без разделения труда эффективной работы не получится — физики из ИТМО помнят об этом правиле. Иван Иорш отвечает за теоретическую часть исследования, Полина Капитанова — за проведение эксперимента, а инженер Минчжао Сун, приехавший из Китая на стажировку, — за электродинамическое моделирование.
Я в лаборатории метаматериалов, наблюдаю за работой учёных.

Каждый из них, словно чупа-чупс, закреплён на держателе и подсоединён проводами к своему аппарату. На моих глазах происходит чудо: подаётся напряжение, и светодиодная лампочка на втором держателе начинает светиться. Второй шарик с лампочкой получает энергию от первого без каких-либо проводов на расстоянии 10 см. Но чем больше физик отдаляет шарики друг от друга, тем тусклее светит лампочка. Минчжао достаёт кусок пенопласта и кладёт на него шарики. Сверху к пенопласту прилажено множество отрезков тонкой проволоки — все они одинаковой длины и закреплены параллельно друг другу на равном расстоянии. Инженер начинает двигать по пенопласту шарик с лампочкой, удаляя его от первого на 15 см, затем на 20, 25, 30… На 30 см лампочка продолжает гореть так же ярко, как и прежде.

Как это работает? Один аппарат, подсоединённый к керамическому шарику, — это векторный анализатор, который посылает электрический сигнал по проводу на второй аппарат — усилитель мощностью 1 Вт. Тот, соответственно, усиливает сигнал, и дальше ток поступает на держатель второго шарика — диэлектрического резонатора. Он заряжается и по воздуху посылает электричество на первый шарик. А дальше как в опыте американских учёных с катушками. С одной оговоркой: чтобы лампочка горела, на втором держателе установлена схема преобразования переменного тока в постоянный.

— Что это за кусок пенопласта? — спрашиваю я Полину, внимательно изучая конструкцию.

— Это и есть наш метаматериал — метаповерхность. По сути, очень простая вещь — пенопласт с тонкими металлическими проводами, расположенными в нужной геометрии. Эти отрезки проволочек — так называемые антенники. Помните антенны советских телевизоров? Чтобы канал транслировался без помех, нужно было крутить антенну, поднимать, опускать её, пока не поймаешь сигнал. Антеннки в метаматериале тоже нужно сделать заданной длины и расположить особым образом, чтобы точно направить сигнал, передаваемый от одного керамического шарика другому.

— И что, действительно такое простое устройство — кусок пенопласта с проводочками — усиливает эффективность эксперимента?

— В данном случае использование метаповерхности помогло увеличить радиус передачи электроэнергии с 10 см до 30. Причём неважно, сколько лампочек или телефонов вы пожелаете зарядить. Представьте, что этот метаматериал встроен в ваш рабочий стол, — Полина похлопывает по столешнице. — Вы кладёте на него и подзаряжаете разом и свой лэптоп, и планшет, и телефон друга, который зашёл в гости.

— Сложно изготовить такой метаматериал?

— Нет, любой студент-физик сделает его за полчаса. Нужно только нарезать проводки и упорядочить их в диэлектрической матрице.

Беспроводная передача электроэнергии

В ближайшем будущем электричество будет передаваться по воздуху Идея передачи электроэнергии без проводов не нова — она занимает умы ученых уже не первое столетие. Явление электромагнитной индукции, позволяющее реализовать эту идею, открыли еще в 1831 году английский физик Майкл Фарадей и американский ученый Джозеф Генри (Фарадей, впрочем, успел опубликовать статью с описанием открытия раньше), а эксперименты в этой области велись на протяжении всей второй половины XIX века.

Самым же известным изобретателем и экспериментатором в сфере передачи электричества «по воздуху» стал родившийся на территории современной Хорватии сербский ученый Никола Тесла. Его опыты с электроустановками были до того масштабны и зрелищны, что современники считали его чуть ли не волшебником. Кое-кто, кстати, даже полагает, что именно работа одного из приборов Теслы вызвала взрыв в сибирской тайге в районе реки Подкаменная Тунгуска 30 июня 1908 года. В XX веке научные работы над передачей электроэнергии «по воздуху» не прекращались. Были изобретены новые (помимо электромагнитной индукции) способы реализации этой идеи — к примеру, передача энергии посредством лазерного или микроволнового излучения. Об этих способах мы расскажем ниже.

Ведущие ученые из разных стран мира сегодня единогласно называют беспроводную передачу электричества одним из важнейших индустриальных прорывов ближайшего будущего. С ними согласны и писатели-фантасты — например, Артур Кларк, описавший промышленное использование технологии в своих произведениях. Впрочем, коммерческие продукты, применяющие методы беспроводной передачи электроэнергии, один за другим появляются в розничной продаже уже сегодня. В основном речь идет об устройствах для зарядки мобильных гаджетов, а также — в гораздо меньшей степени — для подпитки батарей электромобилей.

Как это работает

Беспроводная передача электроэнергии может осуществляться по несколькими технологиям. Наиболее известными и перспективными из них являются следующие три.

Электромагнитная индукция

Преимущество: высокий КПД Недостаток: минимальная дальность действия Электромагнитной индукцией называют явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре под воздействием проходящего через него магнитного поля. Это означает, что если подать ток на одну индукционную катушку (в случае с гаджетами — встроенную в зарядное устройство), а рядом с ней расположить другую (встроенную в заряжаемое оборудование), то магнитный поток, возникающий под действием подаваемого тока в первой катушке, возбуждает электрический ток во второй. КПД таких систем превышает 80%, но только в тех случаях, когда заряжаемое устройство находится на минимальном расстоянии от зарядного — не более пары сантиметров. При увеличении дистанции КПД резко падает. Тем не менее именно на принципе электромагнитной индукции сегодня основана работа абсолютного большинства беспроводных зарядных устройств.

Лазерное излучение

Преимущества: большая дальность действия; защищенность сетей Недостаток: необходима прямая видимость между передатчиком и приемником Лазерный луч способен передавать не только информацию, но и энергию, причем на большие расстояния конкретному устройству и в строго выверенных объемах, тогда как при применении электромагнитной индукции электричество может получать любой приемник с соответствующими характеристиками, находящийся в зоне действия магнитного поля. Минус в том, что между лазерным передатчиком и фотоэлектрическим элементом приемника должна сохраняться прямая видимость, иначе энергия не будет достигать получателя. Работающие установки, использующие питание от лазерного луча, уже построены. Так, американский производитель самолетов и военной техники Lockheed Martin совместно с компанией LaserMotive испытала беспилотный летательный аппарат Stalker, способный оставаться в воздухе, получая питание от лазерного луча, в течение 48 часов. А Национальное аэрокосмическое агентство США (НАСА) создало небольшую радиоуправляемую модель самолета, получающего энергию от мощной лазерной пушки.

Микроволновое излучение

Преимущество: большая дальность действия Недостаток: высокая стоимость оборудования Для передачи электроэнергии можно использовать радиоантенну, создающую микроволновое излучение. При этом на устройстве-приемнике должна быть установлена ректенна, преобразующая принимаемое микроволновое излучение в электроток. Эта технология обеспечивает возможность значительного удаления приемника от передатчика и не требует их нахождения  в прямой видимости друг от друга. С увеличением дальности, однако, пропорционально растут размеры и себестоимость оборудования. К тому же работа установки для передачи электроэнергии с помощью микроволнового излучения большой мощности может, как считается, нанести вред окружающей среде.

Микроволновый вертолет

В 1964 году американский ученый Уильям Браун продемонстрировал модель вертолета, не имеющего иных источников питания, кроме ректенны. Чтобы поднять в воздух на высоту около 15 м модель вертолета массой 2,25 кг, понадобилась ректенна массой 900 г и площадью около 0,4 м2. Диаметр рефлектора антенны-источника составлял несколько метров.

Влага нестрашна

Одними из первых массовых бытовых приборов, использующих электромагнитную индукцию для беспроводной зарядки, в 90-е годы прошлого века стали электрические зубные щетки. Чтобы пользователя не ударило током во влажном помещении, крэдл и зубная щетка не имеют разъемов, а их корпуса герметичны — энергия от крэдла к щетке передается бесконтактно.

На острие луча

В 2003 году инженеры НАСА создали модель самолета, оборудованного фотоэлектрическим элементом, который при попадании на него луча лазера мощностью 1 кВт давал достаточно энергии для питания небольшого — мощностью всего 6 Ватт — двигателя самолета.

Существующие решения

Около пяти лет назад в продаже начали появляться первые пригодные для повседневного использования системы беспроводной зарядки мобильных гаджетов. Все они работают по принципу электромагнитной индукции.

Одновременно с выходом этой технологии на массовый рынок крупнейшие производители телекоммуникационного оборудования решили объединиться в Консорциум беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium) — организацию, призванную, помимо прочего, разработать всемирный стандарт для беспроводных зарядных устройств, работающих по принципу электромагнитной индукции. Данный стандарт получил название QI (читается «чи» или «ци» — от китайского «воздух» и «поток духовной энергии»). В настоящее время именно он регламентирует беспроводную передачу энергии на расстоянии до 4 см от заряжающей поверхности к мобильному устройству, оборудованному пластиной-приемником. Из крупных производителей гаджетов поддержку стандарта QI на части своих моделей обеспечивают HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung и Sony. Предполагается, что QI вскоре станет единым стандартом для всех подобных устройств, что позволит, к примеру, создавать зоны подзарядки гаджетов в общественных местах — на транспортных узлах, в кафе и т. д.

В настоящее время на мировом рынке представлено более 150 устройств с поддержкой стандарта QI — все они относятся к числу техники малой мощности (до 5 Ватт). В будущем предполагается появление оборудования средней мощности — до 120 Ватт.

Аксессуары для Nokia Lumia

Для смартфонов компании Nokia, поддерживающих беспроводную зарядку, сегодня разработано немало устройств — к примеру, зарядная площадка Nokia DT-901 Wireless Charging Pillow by Fatboy, выполненная в виде небольшой подушки. Чтобы зарядить смартфон, его необходимо просто на нее положить, не подключая никаких проводов. Сама же подушка подключена проводом к сетевому адаптеру.

Помимо зарядных подушек в продаже доступны и другие аксессуары Nokia с поддержкой беспроводной передачи электричества. Это и зарядная площадка с жесткой поверхностью Nokia DT-900, и аудиосистема Nokia MD-100W JBL PowerUp Wireless Charging Speaker. Последняя, к слову, позволяет во время зарядки смартфона транслировать музыкальные треки из его памяти — тоже по воздуху.

Все вышеупомянутые аксессуары компании Nokia и ее партнеров соответствуют стандарту QI. Кстати, старшая модель Nokia Lumia 920 имеет встроенный QI-приемник, тогда как владельцам младшей Lumia 820 придется купить дополнительную заднюю панель.

Беспроводная зарядка Google Nexus

В момент начала продаж смартфона Google Nexus 4, производством которого занимается компания LG, устройство не поддерживало зарядку «по воздуху». Но спустя некоторое время фирмы Google и LG все же представили систему беспроводной зарядки для своего общего детища. Так Nexus 4 стал первым массовым Андроид-смартфоном, который обзавелся фирменной зарядной площадкой, тогда как предыдущие решения представляли собой аксессуары от сторонних производителей. Работает данное зарядное устройство по принципу электромагнитной индукции, как и рассмотренные выше аксессуары Nokia, и также соответствует стандарту QI.

Универсальная зарядная площадка

Зарядные площадки компании WildCharger по-настоящему универсальны: они позволяют питать энергией большинство популярных моделей смартфонов, не оборудованных модулем для беспроводной зарядки, а также обычные телефоны. Помимо самой зарядной площадки, на которой умещается сразу несколько устройств, необходимо приобрести еще и чехол-приемник для мобильного гаджета. Он соединяется с USB-портом смартфона и через него заряжает аккумулятор.

Эти мягкие и приятные на ощупь подушечки предназначены не для утомленных пользователей, а для разрядившихся смартфонов Nokia                 QI-совместимые зарядные устройства вовсе не обязательно должны получать питание от электрической сети: в ближайшее время на рынке появится карманная USB-панель Qimini от гонконгской компании Tektos       Из линейки более привычных беспроводных зарядных устройств Nokia пользователь сможет выбрать то, которое подходит по цвету к его смартфону     Смартфон Google Nexus 4 от LG Electronics стал первым Android-устройством с поддержкой
беспроводной зарядки            

Масштабные проекты

Сегодня инженеры активно ведут работы над крупными проектами, связанными с применением беспроводной передачи данных, — бытовыми электросетями и питающимися «по воздуху» электромобилями.

Технология Intel WCT

Заряжать ноутбуки со значительно большей, чем у смартфонов, емкостью аккумулятора пока непозволительная роскошь, так как этот процесс может растянуться на десятки часов. А вот подпитывать смартфоны от лэптопов станет возможно уже в  ближайшем будущем. Компания Intel совместно с Integrated Device Technology (IDT) ведет работу над проектом Wireless Charging Technology (WCT). По его завершении на рынок будут выпущены ноутбуки, поддерживающие беспроводную зарядку компактных мобильных устройств при их размещении в непосредственной близости от лэптопа. При этом на плечи фирмы Integrated Device Technology легло производство чипов для беспроводной зарядки мобильных гаджетов, а Intel будет заниматься разработкой и стандартизацией готовых устройств с поддержкой технологии WCT.

Беспроводная электросеть для дома

Основатели компании WiTricity мыслят более глобально: они предложили создать в каждом доме централизованную сеть для беспроводной передачи электроэнергии. Такой подход позволит избавиться от тянущихся от розеток к бытовым электроприборам проводов и от необходимости периодически менять аккумуляторные батареи в устройствах. По мнению инженеров WiTricity, для гаджетов, которые пользователи перемещают лишь в пределах дома, источники автономного питания не нужны.

Беспроводная зарядка электромобилей

Корпорация Qualcomm в последние годы ведет работы по внедрению технологий беспроводной зарядки — причем не только батарей мобильных  гаджетов (разрабатываемое Qualcomm собственное решение для зарядки смартфонов называется WiPower), но и аккумуляторов электромобилей. Проект по созданию коммерчески привлекательной системы беспроводной передачи электроэнергии от зарядного устройства автомобилю, называется Qualcomm Halo, а сама технология в исполнении Qualcomm  получила имя Wireless Electric Vehicle Charging (WEVC). Она предполагает использование двух индукционных катушек: первая устанавливается внутри электрокара, а вторая — под дорожным полотном в местах, помеченных как зарядные площадки.

Долгосрочную перспективу технологии WEVC трудно переоценить: густая сеть автозарядных точек позволит оснащать электрокары аккумуляторами меньшей емкости и за счет этого существенно снизить их себестоимость.

Ноутбук как зарядное устройство

Когда Intel обеспечит серийное производство лэптопов с поддержкой беспроводной зарядки мобильных устройств, смартфоны не нужно будет даже помещать на специальную площадку — достаточно будет оставлять их на столе рядом с компьютером.

В каждый дом

Передавать электроэнергию оборудованным соответствующими адаптерами бытовым приборам, гаджетам, аудио- и видеоаппаратуре, по задумке инженеров WiTricity, станут устанавливаемые в каждой комнате потолочные источники питания.

Доступные и удобные электромобили

Реализация проекта QualComm Halo сделает использование электромобилей куда более простым и удобным, чем сейчас. К примеру, на электрическое питание можно будет перевести все городские такси — заряжаться они могут во время стоянки, если места парковки оборудовать беспроводными зарядными устройствами.

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

Подключение электричества от столба: виды и преимущества

Главная » Статьи » Как выбрать способ подведения электричества от столба

Вопрос: «Как лучше подключить электричество от столба?» ставит в тупик многих владельцев частных домов и дачных участков. Для многих есть единственный способ присоединения к электросети: подведение проводов от столба ЛЭП к распределительному щитку на доме по воздуху. Но есть и еще один метод подключения: прокладка кабеля под землей. У него также есть свои преимущества, которые необходимо изучить.

Специалисты компании «РСК» в Калининграде рекомендуют внимательно подойти к выбору способа подключения от столба к дому или участку. Свяжитесь с нами и мы расскажем, как поступить конкретно в вашем случае.

Воздушное подключение к линии электропередач

Чтобы подключить электричество от столба к дому или участку по воздуху, необходимо соблюсти несколько условий:

  • высота ввода кабеля — не менее 2 м 75 см. На этой отметке устанавливается распределительная коробка с устройствами защитного отключения (УЗО) и подключается провод от столба. Если нет возможности смонтировать щиток на этой высоте, применяется специальная стойка, в обиходе — «гусак». Уже от трубостойки кабель подводится к распредкоробке. Существуют нормативы по установке гусака. Данную операцию лучше поручить профессиональным электрикам.
  • расстояние до столба линии электропередач от дома или участка не должно быть больше 10 м. В противном случае правилами предписывается установка опоры (столба), к которой протягивается кабель от ЛЭП и далее — к дому.
  • использовать медный кабель. Также применяются алюминиевые провода сечением от 16 мм.

Требуется выполнить требования к монтажу и пожарной безопасности: выбрать опорный кабель или СИП, изоляцию, убрать провод в специальный металлический кожух в местах контакта с деревянными конструкциями.

Преимущества подключения электроэнергии от столба по воздуху

Почему нужно вводить электричество воздушным методом? Кроме того, что этот метод наиболее привычный и распространенный, он имеет объективные преимущества:

  • высокая скорость подключения;
  • низкие трудозатраты;
  • доступная стоимость.

Обычно этих параметров хватает, чтобы склонить чашу весов в пользу воздушного подключения. Для полноты картины следует помнить о главном недостатке метода — открытости, в том числе, для погодных явлений: снега, наледи, ветра. Обрывы кабеля — частая проблема, с которой жители Калининграда и области обращаются в нашу компанию. Именно поэтому стоит обратить внимание на подземную укладку кабеля.

Плюсы и минусы подземного подключения электричества

К несомненным достоинствам метода относятся:

  • защищенность подключения: провод не оборвут ветер или лед, не повредят горе-водители. Кабель пролегает в траншее под земле, единственное, что может ему угрожать — это неплановые земляные работы;
  • удобство укладки: специальная двухслойная труба служит одновременно для защиты и в качестве трассы, в которой проходит кабель;
  • безопасность: провода не проходят над домом или двором, они надежно укрыты под землей;
  • эстетичность: кабель не написает над головой, не мешает обзору.

Не лишен метод и недостатков: это и дороговизна, и большой фронт работ — копка траншеи, укладка кабеля, защитные мероприятия. Важно подобрать качественные материалы для изоляции кабеля под землей. Это позволит защитить подключение от влаги, грызунов и других внешних факторов.

Задаться вопросом о типе подвода электрики от столба стоит уже при разработке проекта подключения электричества. Обратитесь к нашим специалистам за консультацией на любом этапе работ!   

Новое изобретение генерирует электричество «из разреженного воздуха» — предлагает экологически чистую энергию 24/7

(Щелкните изображение, чтобы просмотреть его полностью.) Графическое изображение тонкой пленки белковых нанопроволок, вырабатывающих электричество из атмосферной влажности. Исследователи из Университета Массачусетса в Амхерсте говорят, что устройство может буквально производить электричество из воздуха. Предоставлено: UMass Amherst / Yao and Lovley labs

.

Возобновляемые устройства могут помочь смягчить последствия изменения климата, привести в действие медицинские устройства.

Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте разработали устройство, которое использует натуральный белок для создания электричества из влаги в воздухе, новая технология, которая, по их словам, может иметь серьезные последствия для будущего возобновляемой энергии, изменения климата и будущего медицины. .

Как сообщалось сегодня в журнале Nature , лаборатории инженера-электрика Джун Яо и микробиолога Дерека Ловли из Университета Массачусетса в Амхерсте создали устройство, которое они назвали «Генератор воздуха», или генератор с воздушным приводом, с электропроводящими белковыми нанопроводами, произведенными микроб Geobacter. Air-gen соединяет электроды с белковыми нанопроводами таким образом, что электрический ток генерируется из водяного пара, естественным образом присутствующего в атмосфере.

«Мы буквально производим электричество из воздуха», — говорит Яо.«Air-gen производит чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю». Лавли, который разрабатывает экологически безопасные электронные материалы на основе биологии более трех десятилетий, добавляет: «Это самое удивительное и захватывающее применение белковых нанопроволок».

«Мы буквально производим электричество из воздуха. Air-gen производит чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю ». Цзюнь Яо

Новая технология, разработанная в лаборатории Яо, не загрязняет окружающую среду, является возобновляемой и недорогой. Он может генерировать электроэнергию даже в районах с очень низкой влажностью, таких как пустыня Сахара.По словам Ловли, он имеет значительные преимущества перед другими видами возобновляемой энергии, включая солнечную и ветровую, поскольку в отличие от этих других возобновляемых источников энергии Air-gen не требует солнечного света или ветра и «работает даже в помещении».

Для устройства Air-gen требуется только тонкая пленка из белковых нанопроволок толщиной менее 10 микрон, объясняют исследователи. Нижняя часть пленки опирается на электрод, в то время как электрод меньшего размера, который покрывает только часть пленки нанопроволоки, находится сверху. Пленка адсорбирует водяной пар из атмосферы.Комбинация электропроводности и химического состава поверхности белковых нанопроволок в сочетании с тонкими порами между нанопроводами внутри пленки создает условия, при которых между двумя электродами генерируется электрический ток.

Исследователи говорят, что нынешнее поколение устройств Air-gen может приводить в действие небольшую электронику, и они планируют вскоре довести изобретение до коммерческого масштаба. Следующие шаги, которые они планируют, включают разработку небольшого «патча» Air-gen, который может питать электронные носимые устройства, такие как мониторы для здоровья и фитнеса, а также умные часы, что устранит необходимость в традиционных батареях.Они также надеются разработать Air-gens для сотовых телефонов, чтобы исключить периодическую зарядку.

«Это только начало новой эры электронных устройств на основе белков» — Цзюнь Яо

Яо говорит: «Конечная цель — создание крупномасштабных систем. Например, эта технология может быть включена в краску для стен, которая может помочь вашему дому обеспечить электроэнергию. Или мы можем разработать автономные воздушные генераторы, которые поставляют электроэнергию из сети. Как только мы перейдем к промышленному производству проволоки, я полностью ожидаю, что мы сможем создавать большие системы, которые внесут значительный вклад в устойчивое производство энергии.

Продолжая развивать практические биологические возможности Geobacter, лаборатория Ловли недавно разработала новый штамм микробов для более быстрого и недорогого массового производства белковых нанопроволок. «Мы превратили E. coli в фабрику по производству белковых нанопроволок», — говорит он. «Благодаря этому новому масштабируемому процессу поставка белковых нанопроволок больше не будет узким местом для разработки этих приложений».

По их словам, открытие Air-gen отражает необычное междисциплинарное сотрудничество. Ловли обнаружил микроб Geobacter в иле реки Потомак более 30 лет назад.Позже его лаборатория обнаружила его способность производить электропроводящие белковые нанопроволоки. До прихода в Университет Массачусетса в Амхерсте Яо годами проработал в Гарвардском университете, где он разрабатывал электронные устройства с кремниевыми нанопроводами. Они объединили свои усилия, чтобы посмотреть, можно ли создать полезные электронные устройства из белковых нанопроволок, собранных с Geobacter.

Лю Сяомэн, доктор философии. студент в лаборатории Яо, разрабатывал сенсорные устройства, когда заметил что-то неожиданное. Он вспоминает: «Я видел, что, когда нанопроволоки контактировали с электродами определенным образом, устройства генерировали ток.Я обнаружил, что воздействие атмосферной влажности имеет важное значение и что белковые нанопроволоки адсорбируют воду, создавая градиент напряжения на устройстве ».

Помимо Air-gen, лаборатория Яо разработала несколько других приложений с белковыми нанопроводами. «Это только начало новой эры электронных устройств на основе белков», — сказал Яо.

Ссылка: «Производство энергии за счет влажности окружающей среды с использованием белковых нанопроволок» Сяомэн Лю, Хунъян Гао, Джой Э. Уорд, Сяожун Лю, Бин Инь, Тианда Фу, Цзяньхан Чен, Дерек Р.Ловли и Цзюнь Яо, 17 февраля 2020 г., Nature .
DOI: 10.1038 / s41586-020-2010-9

Исследование было частично поддержано посевным фондом через Управление коммерциализации технологий и венчурного капитала Университета Массачусетса Амхерст и фондами развития исследований Колледжа естественных наук университетского городка.

ученых создали гениальное устройство, вырабатывающее электричество «из воздуха»

Они нашли его похороненным на илистом берегу реки Потомак более трех десятилетий назад: странный «осадочный организм», способный делать то, чего раньше никто не видел у бактерий.

Этот необычный микроб, принадлежащий к роду Geobacter , сначала был отмечен своей способностью производить магнетит в отсутствие кислорода, но со временем ученые обнаружили, что он может производить и другие вещи, например, бактериальные нанопроволоки, проводящие электричество.

В течение многих лет исследователи пытались найти способы с пользой использовать этот природный дар, и они, возможно, просто нажили грязь с помощью устройства, которое они называют Air-gen. По словам команды, их устройство может производить электричество из… ну, почти из ничего.

«Мы буквально производим электричество из воздуха», — говорит инженер-электрик Джун Яо из Массачусетского университета в Амхерсте. «Air-gen производит чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю».

Это утверждение может показаться преувеличением, но новое исследование Яо и его команды описывает, как пневматический генератор действительно может вырабатывать электричество только при наличии воздуха вокруг него. Все это благодаря электропроводящим белковым нанопроволокам, производимым Geobacter ( G.Sulfurreducens, в данном случае ).

Air-gen состоит из тонкой пленки белковых нанопроволок толщиной всего 7 микрометров, расположенной между двумя электродами, но также открытой для воздуха.

Благодаря такому воздействию пленка из нанопроволоки способна адсорбировать водяной пар, который существует в атмосфере, позволяя устройству генерировать непрерывный электрический ток, проводимый между двумя электродами.

Команда говорит, что заряд, вероятно, создается градиентом влажности, который создает диффузию протонов в материале нанопроволоки.

«Ожидается, что эта диффузия заряда вызовет уравновешивающее электрическое поле или потенциал, аналогичный мембранному потенциалу покоя в биологических системах», — объясняют авторы в своем исследовании.

«Поддерживаемый градиент влажности, который принципиально отличается от всего, что было в предыдущих системах, объясняет постоянное выходное напряжение нашего устройства на основе нанопроволоки».

Открытие было сделано почти случайно, когда Яо заметил, что устройства, с которыми он экспериментировал, по-видимому, проводили электричество сами по себе.

«Я видел, что когда нанопроволоки контактировали с электродами определенным образом, устройства генерировали ток», — говорит Яо.

«Я обнаружил, что воздействие атмосферной влажности имеет важное значение и что белковые нанопроволоки адсорбируют воду, создавая градиент напряжения на устройстве».

Предыдущее исследование продемонстрировало получение гидроэлектрической энергии с использованием других видов наноматериалов, таких как графен, но эти попытки в основном приводили к возникновению только коротких всплесков электричества, длящихся, возможно, всего несколько секунд.

Напротив, Air-gen выдает постоянное напряжение около 0,5 вольт с плотностью тока около 17 микроампер на квадратный сантиметр. Это не так уж и много энергии, но команда говорит, что подключение нескольких устройств может генерировать достаточно энергии для зарядки небольших устройств, таких как смартфоны и другая личная электроника, — и все это без отходов и с использованием только влажности окружающей среды (даже в таких засушливых регионах, как пустыня Сахара) .

«Конечной целью является создание крупномасштабных систем», — говорит Яо, объясняя, что в будущих усилиях можно использовать эту технологию для питания домов с помощью нанопроволоки, включенной в краску для стен.

«Как только мы перейдем к промышленному производству проволоки, я полностью ожидаю, что мы сможем создавать большие системы, которые внесут значительный вклад в устойчивое производство энергии».

Если есть препятствия для реализации этого, казалось бы, невероятного потенциала, так это ограниченное количество нанопроволоки, производимой G.

Связанное исследование, проведенное одним из членов команды — микробиологом Дереком Ловли, который впервые идентифицировал микробов Geobacter еще в 1980-х годах, может помочь исправить это: генетическая инженерия других ошибок, таких как E.coli , чтобы проделать тот же трюк в больших количествах.

«Мы превратили E. coli в фабрику по производству белковых нанопроволок», — говорит Ловли.

«Благодаря этому новому масштабируемому процессу поставка белковых нанопроволок больше не будет узким местом для разработки этих приложений».

Результаты представлены в Nature .

Генератор воздуха вырабатывает электричество из влаги воздуха

Ученые разработали Air-gen, устройство, которое использует натуральный белок для создания электричества из влаги воздуха.

Графическое изображение тонкой пленки белковых нанопроволок, генерирующих электричество из атмосферной влажности (Изображение: UMass Amherst)

Лаборатории инженера-электрика Джун Яо и микробиолога Дерека Ловли из Массачусетского университета в Амхерсте (UMass Amherst) создали Air-gen с электропроводящей белковые нанопроволоки, производимые микробом Geobacter. Air-gen соединяет электроды с белковыми нанопроводами таким образом, что электрический ток генерируется из водяного пара, естественным образом присутствующего в атмосфере.Результаты опубликованы в Nature ,

.

«Мы буквально производим электричество из воздуха», — сказал Яо. «Air-gen производит чистую энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю».

Новая технология, разработанная в лаборатории Яо, считается экологически чистой, возобновляемой, недорогой и может генерировать электроэнергию в областях с чрезвычайно низкой влажностью.

По словам исследователей, для устройства Air-gen требуется тонкая пленка из белковых нанопроволок толщиной менее 10 микрон. Нижняя часть пленки опирается на электрод, в то время как электрод меньшего размера, который покрывает только часть пленки нанопроволоки, находится сверху.Пленка адсорбирует водяной пар из атмосферы. Комбинация электропроводности и химического состава поверхности белковых нанопроволок в сочетании с тонкими порами между нанопроводами внутри пленки создает условия, при которых между двумя электродами генерируется электрический ток.

Устройство выдает устойчивое напряжение около 0,5 вольт на пленке толщиной 7 микрометров с плотностью тока около 17 микроампер на квадратный сантиметр.

Исследователи заявили, что нынешнее поколение устройств Air-gen может приводить в действие небольшую электронику, и они планируют вскоре довести изобретение до коммерческого масштаба.Следующие шаги, которые они планируют, включают разработку небольшого «патча» Air-gen, который может питать электронные носимые устройства, такие как мониторы для здоровья и фитнеса, а также умные часы, что устранит необходимость в традиционных батареях. Они также надеются разработать Air-gens для сотовых телефонов, чтобы исключить периодическую зарядку.

«Конечной целью является создание крупномасштабных систем», — сказал Яо. «Например, эта технология может быть включена в краску для стен, которая может помочь в обеспечении электроэнергией вашего дома. Или мы можем разработать автономные воздушные генераторы, которые поставляют электроэнергию из сети.Как только мы перейдем к промышленному производству проволоки, я полностью ожидаю, что мы сможем создавать большие системы, которые внесут значительный вклад в устойчивое производство энергии ».

Электроэнергия может передаваться по воздуху

B EHIND NIKOLA TESLA’S Бывшая лаборатория в Ворденклиффе на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, является старым фундаментом. 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 относительной безвестности.

Послушайте эту историю

Ваш браузер не поддерживает элемент

Больше аудио и подкастов на iOS или Android.

И так оставалось до тех пор, пока Илон Маск не возродил имя Tesla 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, дистрибьютором электроэнергии в 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.

Цель состоит в том, чтобы передавать мощность в виде узкого луча микроволн. Это устранит два фундаментальных недостатка в плане Теслы. Один из них заключался в том, 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 коротких расстояниях.Передача мощности узким лучом вместо излучения во всех направлениях помогает свести к минимуму проблему.

Энергетическое излучение, как известен процесс Эмрода, было опробовано и раньше, но в основном для военных приложений или для использования в космическом пространстве. В 1975 году NASA , американское космическое агентство, использовало микроволны, чтобы послать 34k W 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 расстояние 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, как он считает, уже достаточно, чтобы сделать передачу энергии коммерчески жизнеспособной в некоторых обстоятельствах, например, в удаленных районах, не тратя деньги на дорогостоящие линии электропередач. Но, чтобы улучшить положение, у Эмрода есть еще две уловки в рукаве.Один из них — использовать реле. Другой — приправить приемники так называемыми метаматериалами.

Реле, которые представляют собой пассивные устройства, не потребляющие 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 изолирующие пластмассы, 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 таких вещей, как птицы или низколетящие вертолеты (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 power-beaming действительно получит успех, у Emrod не будет этой области, так как ряд других фирм работают над этой идеей.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 краткосрочная идея, разработанная для питания гаджетов на фабриках и в домах.

Американская фирма PowerLight Technologies работает с вооруженными силами этой страны над использованием лазеров для передачи энергии на удаленные базы, а также для питания беспилотных летательных аппаратов в воздухе. Компания также уделяет внимание коммерческим приложениям.Так же поступает и японская инженерная фирма Mitsubishi Heavy Industries. В частности, у Mitsubishi большие 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. Не столько «поднять меня, Скотти», сколько «поднять». ■

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

Эта статья появилась в разделе «Наука и технологии» печатного издания под заголовком «Смотри, никаких проводов!»

Информация и факты об энергии ветра

Ветер — это движение воздуха из области высокого давления в область низкого давления. На самом деле ветер существует потому, что Солнце неравномерно нагревает поверхность Земли. По мере того, как горячий воздух поднимается, более холодный воздух заполняет пустоту. Пока светит солнце, будет дуть ветер. А ветер издавна служил источником энергии для людей.

Древние мореплаватели ловили ветер парусами. Когда-то фермеры использовали ветряные мельницы для измельчения зерна и перекачивания воды. Сегодня все больше и больше ветряных турбин выжимают из ветра электричество. За последнее десятилетие использование ветряных турбин увеличивалось более чем на 25 процентов в год. Тем не менее, он обеспечивает лишь небольшую часть мировой энергии.

Погода на нашей планете может быть очень суровой — от волн тепла и града до тайфунов и торнадо. Узнайте, что заставляет природу высвободить свою ярость.

Как это работает

Большая часть энергии ветра поступает от турбин, которые могут достигать высоты 20-этажного здания и иметь три лопасти длиной 200 футов (60 метров). Ветер вращает лопасти, которые вращают вал, соединенный с генератором, вырабатывающим электричество.

Самые большие ветряные турбины вырабатывают достаточно электроэнергии в год (около 12 мегаватт-часов) для снабжения около 600 домов в США. Ветряные электростанции имеют десятки, а иногда и сотни таких турбин, выстроенных вместе в особенно ветреных местах.Небольшие турбины, установленные на заднем дворе, могут производить достаточно электроэнергии для одного дома или небольшого предприятия.

Быстро развивающаяся ветроэнергетика

Ветер — это чистый источник возобновляемой энергии, не вызывающий загрязнения воздуха и воды. А поскольку ветер здесь бесплатный, эксплуатационные расходы после установки турбины практически равны нулю. Массовое производство и технологические достижения удешевляют турбины, и многие правительства предлагают налоговые льготы, чтобы стимулировать развитие ветроэнергетики.

К недостаткам относятся жалобы местных жителей на уродливые и шумные ветряные турбины.Медленно вращающиеся лезвия также могут убивать птиц и летучих мышей, но не так много, как автомобили, линии электропередач и высотные здания. Ветер тоже переменчив: если он не дует, электричество не вырабатывается.

Тем не менее, ветроэнергетика процветает. Благодаря глобальным усилиям по борьбе с изменением климата, таким как Парижское соглашение, возобновляемая энергия переживает бум роста, при этом энергия ветра лидирует. С 2000 по 2015 год совокупная ветровая мощность во всем мире увеличилась с 17 000 мегаватт до более чем 430 000 мегаватт.В 2015 году Китай также обогнал ЕС по количеству установленных ветряных турбин и продолжает лидировать в установке.

Отраслевые эксперты прогнозируют, что при сохранении таких темпов роста к 2050 году одна треть мировых потребностей в электроэнергии будет удовлетворяться за счет энергии ветра.

Инженеры нашли способ вырабатывать электричество из тонкого воздуха

Если можно будет расширить масштабы, технология Air-gen может привести в действие все, от iPhone до автомобильных зарядных станций. как мы его реализовали, это в лучшем случае оттенок зеленовато-коричневого — возможно, армейский или оливковый.Солнечные фермы используют возобновляемую энергию солнца, но требуют больших участков земли и редкоземельных металлов. Энергия ветра имеет минимальный углеродный след, но, как и солнечная энергия, хранится в батареях, сделанных из свинца и лития. Ядерная энергетика привлекательно малоуглеродистая, но риск нового Чернобыля трудно переварить. Все эти варианты являются огромным преимуществом по сравнению с угольной энергетикой, но существует реальная необходимость найти источник энергии, который был бы действительно масштабируемым, дешевым и на 100% экологичным.

На прошлой неделе ученые из Массачусетского университета в Амхерсте приняли вызов, представив недорогое устройство, которое они назвали Air-gen, которое генерирует электричество из воздуха — достаточного для теоретического питания таких устройств, как мобильные телефоны и электромобили.А поскольку для производства не требуются агрессивные химические вещества, «весь процесс», как сообщает автор-корреспондент и помощник инженера-электрика, профессор Цзюнь Яо по электронной почте, OneZero является «зеленым».

Это звучит невероятно, но технология устройства основана на естественном явлении: генерирующие электричество нити белков, называемые нанопроводами, которые исходят от крошечной бактерии, называемой Geobacter Sourreducens (плюшевая игрушечная версия бактерий выглядит как Чито с щупальцами).В статье, опубликованной на прошлой неделе в журнале Nature , Яо и его соавторы описывают свое ключевое открытие: естественным образом взвешенная в воздухе влага является «движущей силой» способности нанопроволок генерировать электричество.

Вернемся к школьной физике. Электричество — это в основном поток электронов, отрицательно заряженных частиц, которые вращаются вокруг атомов, из области с высоким зарядом в область с низким зарядом. Вода может быть хорошим источником этих заряженных электронов, если ее можно разбить на строительные блоки, водород и кислород.

Команда теоретиков предполагает, что когда клубок нанопроволок спрессовывается в сетчатую пленку, вода из воздуха собирается только наверху и распадается на два H и O, высвобождая электроны воды. Это дает верхней части пленки больший заряд, чем ее нижнюю часть, создавая идеальные условия для движения электронов. Когда исследователи зажали одну из этих пленок между двумя золотыми электродами, чтобы создать цепь, крошечное устройство создало напряжение 0,5 В на пленке толщиной всего семь микрометров.(Напряжение заряженного автомобильного аккумулятора, для сравнения, составляет около 12,6 В.)

«Весь процесс зеленый».

По сути, Air-gen может генерировать поток электронов без особого участия, благодаря впечатляющей биологии нанопроволок Geobacter. Соавтор и выдающийся профессор микробиологии Дерек Ловли, посвятивший более 30 лет изучению электрического микроба, сравнивает провода с отдельными человеческими волосами — нитью, состоящей из разных белков, только в 20 000 раз тоньше той, которую вы выщипываете. из кожи головы.

Прежде чем мы сможем накладывать участки этих пленок на основе нанопроволоки на iPhone или Fitbit, их производство необходимо будет увеличить, чтобы несколько участков могли работать в тандеме, чтобы генерировать достаточно электроэнергии для питания современных устройств. По словам Яо, ключевое значение будет иметь выяснение того, как массово производить нанопроволоки, а также разработка «умной инженерной стратегии», позволяющей компактно собрать их вместе.

Они уже начали решать бывшую проблему, пытаясь исключить саму бактерию Geobacter из поля зрения.«Изготавливать большое количество проводов с помощью Geobacter непросто, — объясняет Ловли. Некоторые бактерии легче выращивать в массе, чем другие. Из-за того, что кишечная палочка так быстро растет, она стала популярным направлением для ученых в области генной инженерии. Команда Ловли разработала штамм E. coli, который производит нанопроволоки Geobacter, так что теперь у них есть готовый запас.

«Теперь, когда мы устранили микробиологическое« узкое место », инженеры могут приступить к разработке более крупных устройств Air-gen, — говорит он.

Остается вопрос, так ли чудесно экологична технология, как кажется.Яо утверждает, что производство нанопроволок совершенно безвредно для окружающей среды — и к тому же дешево — потому что «мы просто скармливаем бактериям возобновляемое сырье без использования агрессивных / токсичных химикатов». Стоимость, по оценке Lovley, будет в 100 раз ниже, чем стоимость кремния полупроводникового качества, используемого в солнечных элементах.

От нанопроволок до способа их производства и выработки энергии, — говорит Яо, — «Все зеленые». Он отмечает, что когда технологиям навешивается зеленый ярлык, это часто «означает только то, что часть производства энергии является зеленой и по-прежнему может образовывать электронные отходы.

Ловли говорит, что, насколько ему известно, не существует какой-либо существующей технологии, которая напоминала бы Air-gen. На момент публикации этой статьи, похоже, не было патента на Air-gen, но исследование финансировалось посевным фондом через Управление коммерциализации технологий и венчурного капитала Университета Массачусетса-Амхерста. Команда, похоже, настроена на быстрое расширение.

По мнению Яо, питание большого устройства с помощью Air-gen — это всего лишь вопрос добавления множества крошечных генераторов. Это аналогично использованию «тысяч аккумуляторных элементов» для «управления автомобилем Tesla», даже если каждый отдельный аккумуляторный элемент имеет ограниченную энергию.Они потенциально могут приводить в действие небольшие носимые устройства, электрические инструменты среднего размера или даже удаленную станцию, если они могут быстро масштабироваться. И они, кажется, уверены, что могут.

В дерзком твите на прошлой неделе он отправил «окончательный ответ» рецензентам их статьи Nature : гифку Джина Уайлдера в Young Frankenstein , произнеся свою культовую фразу «Это может сработать!»

«Теперь, когда мы можем сделать больше проводов, решение этого вопроса должно быть относительно простым», — говорит Ловли.

Энергия ветра

Энергия ветра — одна из самых быстрорастущих технологий возобновляемой энергетики. Во всем мире их использование растет, отчасти потому, что снижаются затраты. Согласно последним данным IRENA, глобальная установленная мощность ветроэнергетики на суше и на море увеличилась почти в 75 раз за последние два десятилетия, увеличившись с 7,5 гигаватт (ГВт) в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году. В период с 2009 по 2013 год производство ветровой электроэнергии увеличилось вдвое, а в 2016 году на ветровую энергию приходилось 16% электроэнергии, производимой из возобновляемых источников.Во многих частях света сильный ветер, но лучшие места для выработки энергии ветра иногда находятся в удаленных местах. Оффшорная ветроэнергетика предлагает огромный потенциал.

Ветряные турбины впервые появились более века назад. После изобретения электрического генератора в 1830-х годах инженеры начали попытки использовать энергию ветра для производства электроэнергии. Производство энергии ветра имело место в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах в 1887 и 1888 годах, но считается, что современная ветроэнергетика была впервые разработана в Дании, где в 1891 году были построены ветряные турбины с горизонтальной осью и 22.8-метровая ветряная турбина пущена в эксплуатацию в 1897 году.

Ветер используется для производства электроэнергии с использованием кинетической энергии, создаваемой движущимся воздухом. Она преобразуется в электрическую энергию с помощью ветряных турбин или систем преобразования энергии ветра. Ветер сначала поражает лопасти турбины, заставляя их вращаться и вращать присоединенную к ним турбину. Это изменяет кинетическую энергию на энергию вращения, перемещая вал, который подключен к генератору, и тем самым вырабатывает электрическую энергию за счет электромагнетизма.

Количество энергии, которое может быть получено от ветра, зависит от размера турбины и длины ее лопастей. Мощность пропорциональна размерам ротора и кубу скорости ветра. Теоретически, когда скорость ветра удваивается, потенциал энергии ветра увеличивается в восемь раз.

Мощность ветряных турбин со временем увеличивалась. В 1985 году типичные турбины имели номинальную мощность 0,05 мегаватт (МВт) и диаметр ротора 15 метров. Сегодняшние новые ветроэнергетические проекты имеют турбинную мощность около 2 МВт на суше и 3-5 МВт на суше.

Имеющиеся в продаже ветряные турбины достигли мощности 8 МВт с диаметром ротора до 164 метров. Средняя мощность ветряных турбин увеличилась с 1,6 МВт в 2009 году до 2 МВт в 2014 году.

Согласно последним данным IRENA, производство ветровой электроэнергии в 2016 году составило 6% электроэнергии, произведенной за счет возобновляемых источников энергии. Во многих частях света сильный ветер, но лучшие места для выработки энергии ветра иногда находятся в удаленных местах.Оффшорная ветроэнергетика предлагает огромный потенциал.



.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.