Опять эти провода! Куда и что вставлять? Где взять еще один тройник и удлинитель? Как не "убиться" о многочисленные кабеля, которые тянутся по всей квартире от каждого устройства? — Наверняка такого рода мысли возникают у нас при каждой новой покупке любого электроприбора, будь то чайник, кухонный комбайн с микроволновкой или тот же компьютер. И с каждым днем число проводов в наших квартирах заметно увеличивается, а число свободных розеток сокращается.
Взять, к примеру, такую привычную для всех вещь, как телевизор. Каких-то 10 лет назад для его просмотра достаточно было воткнуть одну вилку в одну розетку, тогда как сегодня к телевизору в комплекте идет ресивер для приема каналов (для работы с кабельным телевидением либо со спутниковой тарелкой), принято докупить DVD-плейер, плюс дети подсоединяют игровую приставку — для удобства требуется вставить 4 вилки в аналогичное число розеток. И вроде бы пора остановиться с покупкой новой техники, но с витрин магазинов на нас смотрят новые приборы, призванные облегчить нам бытовые задачи, развлечь нас или просто осветить дом.
В результате сегодня сложно найти квартиру, — что европейскую, что американскую, что украинскую, — в которой бы под ногами не "валялся" удлинитель, а вдоль стен не было бы проложено витка из 4—10 кабелей. По прогнозам футурологов, если объемы потребления товаров бытовой электротехники не изменятся, то уже через 10 лет человечество, в буквальном смысле этого слова, — запутается. В проводах.
Проблему с электрическими проводами ученые предлагают решить кардинально — отказаться от них вовсе. Сегодня уже существуют десятки реально работающих прототипов систем беспроводной передачи электричества. Уже к 2020 году точно так же, как сегодня мы отказываемся от компьютерных сетевых кабелей в пользу Wi-Fi, мы будем менять розетки на электророутеры. И это будет только началом новой эры развития цивилизации.
КАК РАБОТАЕТ БЕСПРОВОДНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Магнитное поле проходит сквозь предметы и передает электроэнергию от источника питания к потребителю — телевизору с электроприемником (см. фото)
Принципиальная схема WiTricity. Передающая катушка (1) включена в розетку (2). Приемная (4) — соединена с потребителем. Линии магнитного поля первой катушки (голубой цвет) способны огибать относительно небольшие проводящие препятствия (3) (а дерево, ткань, стекло, бетон или человека они и вовсе не замечают), успешно переправляя энергию (желтые линии) к прибору-потребителю, который, в результате, не нуждается в проводах.
Данные: портал "Популярная наука"
ОСНОВА ТЕХНОЛОГИИ — ОПЫТЫ ТЕСЛЫ
Уорденклиф. Отсюда Тесла передавал электричество на расстояние
Новое — это, как известно, хорошо забытое старое. Технология беспроводного электричества в этом плане может служить показательным примером. Дело в том, что еще в конце XIX века об этом задумался гениальный изобретатель Никола Тесла, причем реализовал свою задумку на практике. В 1893-м Тесла продемонстрировал беспроводное освещение люминесцентными лампами в проекте для Колумбовской всемирной выставки в Чикаго, а через год показал "фокус" по зажиганию не подсоединенной к проводам лампы накаливания в своей лаборатории. Как раз тогда про него и начали шептаться, что он заключил сделку с дьяволом, но слухи ученого лишь веселили. На средства одного из инвесторов Тесла для исследований в области беспроводной передачи энергии построил в штате Флорида (США) огромную башню Уорденклиф, где производил эксперименты с электромагнитным полем. Однако они, увы, были не закончены из-за конфликтов со спонсорами.
В 2006—2008 годах исследователи специально созданного консорциума компаний Wireless Power повторили опыты Теслы и были ошарашены: удалось зажечь лампу накаливания на расстоянии более 1 метра от электросети! В прошлом году консорциум объявил о разработке нового стандарта для беспроводных (!) зарядных устройств, а на выставках показали телевизор, работающий без розетки.
ДВЕ ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Существующие системы беспроводной передачи электричества способны дистанционно подзаряжать ноутбук
Говоря о технологии беспроводной передачи энергии, стоит сделать две оговорки. Во-первых, речь идет только о передаче электричества. Дело в том, что, например, при ударе кием по бильярдному шару также передается энергия, причем без всяких проводов, но только кинетическая. Во-вторых, в передаче электроэнергии должен быть практический смысл. Так, человечество уже сотню лет успешно передает электричество на расстояние при помощи радиоволн. Передатчик их излучает, приемник снова переводит в электричество, и мы слушаем музыку. Но КПД такой передачи ничтожно мал — принятой по радио энергии не хватает даже для работы наушников, из-за этого нам приходится покупать батарейки. Однако оговорки эти мы сделали не зря — принципы работы схожи и с первым, и со вторым примером.
АМЕРИКАНСКАЯ РАЗРАБОТКА. Большинство разработок беспроводного электричества подобны и различаются лишь нюансами. Суть заключается в том, что подключенный к источнику питания передатчик, представляющий собой долгоживущий резонатор (катушка, в которой происходит накопление энергии колебаний за счет резонанса с вынуждающей силой), создает внутри себя электромагнитное поле. Чтобы образовалось электрическое напряжение, в пределы радиуса поля помещают еще один резонатор — приемник, настроенный на ту же частоту, что и резонатор-передатчик. В качестве переносчика энергии в данном случае используется ближнее магнитное поле, осциллирующее с высокой частотой в несколько мегагерц. В ходе демонстрации исследователи из Массачусетского университета передавали электроэнергию, которой хватало для работы 60-ваттной лампочки, на расстояние от 0,6 до 2,1 метра. Довольно высок и коэффициент полезного действия (КПД) — около 75%. Такую установку можно использовать, например, для подзарядки аккумуляторов ноутбука, мобильного телефона, плеера и других подобных устройств. По словам авторов технологии, в экспериментах они довели мощность передачи до трех киловатт, а КПД (при близко расположенных резонаторах) — до 95%.
ЯПОНСКИЙ ВАРИАНТ. Японские инженеры пошли другим путем — разработали покрытие для столов и стен, передающее электричество на расстояние до 2,5 см. Пластиковый лист-передатчик толщиной в 1 мм может "доставлять" до 40 Ватт электроэнергии всем приборам, оборудованным приемником-спиралью. Материал передатчика состоит, во-первых, из слоя молекул пентацина, поверх которого размещены медные спирали (катушки), способные "чувствовать" близость совместимого электроприбора, во-вторых, слоя микроэлектромеханических переключателей, которые включают и выключают передачу энергии, и, наконец, слоя медных катушек для передачи электроэнергии посредством электромагнитных волн. Устройство с приемником достаточно поставить на стол с передатчиком и он будет питаться без проводов.
НОВЫЕ КВАРТИРЫ БУДУТ БЕСПРОВОДНЫМИ
По информации "Сегодня", в данный момент работы над использованием технологии беспроводной передачи электричества ведут крупнейшие производители компьютеров и бытовой техники, каждый из которых планирует использовать одну из вышеописанных технологий. Согласно с прогнозом известного футуролога компании Cisco Дэйва Эванса, в квартире будущего от "воздушного электричества" будут питаться практически все предметы, причем все они будут еще и обмениваться между собой информацией. Его прогноз подтверждают и в компании Intel, которая сейчас активно работает над собственным стандартом для источников питания компьютеров будущего. А консорциум WiTricity, уже разработавший свою технологию, в данный момент активно проводит переговоры с производителями мебели об установке спецмодулей в столы и стены шкафов — первое объявление о серийном продукте партнера WiTricity ожидается к концу этого года.
В консорциуме считают, что в новых квартирах в стены будут вмонтированы резонаторы-передатчики, которые и будут питать энергией все бытовые предметы, работающие с новой технологией. Так, одна катушка на потолке может снабжать энергией все приборы и устройства в комнате — от телевизора до ноутбука и DVD-проигрывателя. Другая катушка будет работать только со светильниками, а приборы, требующие мощного источника питания, будут оснащаться отдельными приемниками и передатчиками.
СХЕМА РАБОТЫ WITRICITY
Для всех электроприборов в доме понадобится всего лишь одна розетка с подключенным передатчиком энергии, а каждое устройство будет оснащено приемником
Специальное устройство, подключенное к сети, переводит обычный переменный ток в высокочастотный. Он питает передающую катушку, создающую осциллирующее магнитное поле.
Приемная катушка в устройстве-потребителе должна быть настроена на ту же частоту.
Резонансная связь между катушками превращает магнитное поле обратно в электрический ток, который питает электроприборы.
Данные: "Популярная наука"
МЕДИЦИНСКИЙ ВОПРОС
Ни для кого не секрет, что электромагнитное излучение может быть опасным, а в некоторых случаях — смертельным. Уровень излучения каждого по отдельности прибора для человека безопасен, а вот совокупность электромагнитных полей, порождаемых различными техническими устройствами (от радиобудильника до мачты мобильной связи) может представлять опасность. Для классификации даже ввели специальный термин — электросмог.
Естественно, когда ученые заявили о том, что в квартирах может использоваться беспроводное электричество, на ум приходит мысль: а насколько это безопасно для человека? Особенно в свете последних исследований, доказывающих, что постоянное излучение даже привычных волн Wi-Fi может негативно сказываться на самочувствии. В компании WiTricity говорят, что для передачи энергии используют электромагнитные волны в диапазоне от 300 кГц до 20 МГц, который считается абсолютно безопасным для здоровья. Однако стоит отметить, что исследований на этот счет до сих пор еще не провели — вопрос остается открытым.
ПРОГРЕСС ИЛИ НОВЫЕ УГРОЗЫ?
В данный момент, несмотря на оптимизм разработчиков, технология беспроводной передачи электричества имеет слишком много недостатков. Прежде всего это большие потери при передаче: тратить на транспортировку электричества всего на 2 метра аж 25% КПД — непозволительная роскошь. А передача на дальние дистанции технологически слишком сложна.
Однако никто из футурологов не сомневается, что будущее — именно за таким подходом. Ведь электричество, в отличие от таких источников энергии как нефть и газ, является экологически наиболее чистым. К тому же, оглядываясь на новые достижения науки вроде топливных элементов на водороде и тепловых электростанций на основе солнечной энергии, можно сказать, что она неисчерпаема. Однако до сих пор ее использование было ограничено именно необходимостью источника питания в непосредственной близости от оборудования либо транспорта. А возможности аккумуляторов, во-первых, сильно ограничены (быстро садятся, занимают много места и довольно тяжелые), во-вторых, их производство с экологической точки зрения является вредным.
Естественно, технология передачи электрической энергии на большие расстояния всех этих недостатков лишена. Если человечество ее освоит, можно уверенно говорить о начале новой научно-технической революции. Это и экологически чистый транспорт, и решение глобальных энергетических проблем, и снабжение электричеством удаленных уголков планеты, незаселенных именно по этой причине. Изменится и весь окружающий человека мир — быт будет роботизирован, а небо будет насыщено электросамолетами. Что еще впереди? Многое. Например, возможность космических полетов на дальние в космических масштабах дистанции вместе с освоением новых планет.
Однако не стоит забывать о том, что любым достижением науки нужно пользоваться осторожно. В неумелых руках либо руках злоумышленников любое благо может стать несчастьем. Наверняка в будущем будет происходить множество несчастных случаев, связанных с неосторожным обращением с электричеством, а военные на основе открытых технологий придумают новые виды оружия, еще более смертельного, чем сейчас.
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ ИЗ КОСМОСА
Передатчик. Займет в космосе 1 километр
Вопрос энергетической безопасности человечества стоит довольно остро. Запасы угля, нефти и даже урана с торием сокращаются. Перспективы термоядерной энергетики пока туманны. Между тем есть прекрасный и совершенно бесплатный термоядерный реактор, рассеивающий энергию направо и налево, — Солнце. А что, если перенести электростанции в Космос, где Солнце светит круглые сутки?
Приемник. Принимая СВЧ-волны, выдаст 1 ГВт
КОСМИЧЕСКИЕ ПЛАНЫ. В начале 2009 года американская корпорация Solaren подписала с калифорнийской энергетической компанией контракт о поставке 200 мегаватт электроэнергии космического производства с начала 2016 года. Обещают не только построить электростанцию на геостационарной орбите, но и обеспечивать энергетические потребности четверти миллиона человек. Японцы обещают пойти еще дальше — в том же году 16 японских компаний, включая такого гиганта, как Mitsubishi, подписали соглашение о создании к 2030 году своей космической электростанции мощностью 1 ГВт. Но возникает проблема — как доставить энергию из Космоса до потребителя на Земле.
КАК В МИКРОВОЛНОВКЕ. Планируемый способ доставки энергии на Землю — радиоволны сверхвысоких частот (СВЧ) в диапазоне от 2,45 до 5,8 ГГц. Они почти не поглощаются атмосферой, не отражаются ионосферой и вдобавок эффективно преобразуются в электричество. Выполняет это преобразование так называемая ректенна (выпрямляющая антенна) — обычная дипольная антенна, размером в несколько сантиметров с быстродействующим диодом. Множество таких антенн собирают в решетку, покрывающую достаточно большую площадь, и соединяют между собой, чтобы суммировать выработанный в них электрический ток. Каждая приходящая электромагнитная волна с силой толкает электроны в диполе, а диод направляет ток, возникающий под воздействием СВЧ-излучения, в нужную сторону — получается пульсирующий постоянный ток, причем в него переходит большая часть энергии излучения. Подсчитано, что для передачи с геостационарной орбиты пяти гигаватт мощности придется строить передатчик в Космосе диаметром в 1 километр (!) и 10-километровый приемник на Земле.
Главные темы