ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Артюшкин Никита Александрович, Чечевицын Иван Дмитриевич, Криволапов Иван Павлович
В материале статьи представлены основные направления и вехи развития беспроводной передачи электроэнергии. Определены тенденции ее развития и сдерживающие факторы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Артюшкин Никита Александрович, Чечевицын Иван Дмитриевич, Криволапов Иван Павлович
Стоячие волны и трансформатор Тесла
РЕЗОНАНСНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Исследование беспроводной технологии передачи электричества
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ОСВЕЩЕННОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ПУЛЬСАЦИИ В ТРЕТЬЕМ КОРПУСЕ ФГБОУ ВО МИЧУРИНСКИЙ ГАУ
Скалярные волны и беспроводная передача электричества
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
HISTORY OF THE DEVELOPMENT OF WIRELESS POWER TRANSMISSION TECHNOLOGY
The material of the article presents the main directions and milestones in the development of wireless transmission of electricity. The tendencies of its development and constraining factors are determined.
Текст научной работы на тему «ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ»
УДК 551.515.13; 621.315; 621.318
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Никита Александрович Артюшкин
artuyshkinшkita@gmail. ерш Иван Дмитриевич Чечевицын
студент ivanoldmen@gmail.com Иван Павлович Криволапов кандидат технических наук, доцент
Мичуринский государственный аграрный университет
г. Мичуринск, Россия
Аннотация. В материале статьи представлены основные направления и вехи развития беспроводной передачи электроэнергии. Определены тенденции ее развития и сдерживающие факторы.
Ключевые слова: беспроводная передача, катушка Тесла, частота, беспроводная зарядка.
В настоящее время остро стоит вопрос и проводятся широкомасштабные исследования по оценке возможности передачи электрической энергии без использования проводов, иными словами, ученые пытаются передать электричество по типу передачи информации по технологии Wi-Fi [1].
Саму возможность передачи электроэнергии на расстояние первым обнаружил английский ученый Стивен Грей в первой половине XVIII века, которые проводил опыты с наэлектризованными предметами, тем самым передавал заряд на расстояние около 250 м [2-4].
Затем, уже во второй половине Х1Хвека, благодаря закону о взаимодействии электрических токов, отрытому французским физиком Адре-Мари Ампером, произошло дальнейшее развитие об электричестве. В 1831 году английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей экспериментально установил, что порождаемое электрическим током меняющееся магнитное поле способно индуцировать электрический ток в другом проводнике, это утверждение дало возможность создать первый электрический трансформатор
Во второй половине XIX века, другим английским физиком Джеймсом Максвеллом были систематизированы данные Фарадея, что позволило заложить фундамент теории классической электродинамики, в основе которой были уравнения описывающие связь электромагнитного поля с электрическими токами и зарядами.
В 1888 году немецкий физик Генрих Герц впервые провел опыты по беспроводной передаче электрической энергии, заключающиеся в том, что искровой передатчик с прерывателем на основе катушки Румкорфа мог производить электромагнитные волны частотой до 0,5 ГГц, которые, в свою очередь, могли быть приняты несколькими приемниками, настроенными в резонанс с передатчиком. Приемники могли располагаться на расстоянии до 3 метров, и при возникновении искры в передатчике, искры возникали и в приемниках.
В 1891 году физик-изобретатель сербского происхождения Никола Тесла, занимаясь исследованием переменных токов высокого напряжения и высокой частоты, приходит к выводу, что крайне важно для конкретных целей подбирать как длину волны, так и рабочее напряжение передатчика, и совсем не обязательно делать частоту слишком высокой. Тесла установил, что, что нижняя граница частот и напряжений, при которых ему на тот момент удалось добиться наилучших результатов, — от 15000 до 20000 колебаний в секунду при потенциале от 20000 вольт [1, 3, 5].
Тесла получал ток высокой частоты и высокого напряжения, применяя колебательный разряд конденсатора. Он заметил, что данный вид электрического передатчика пригоден как для производства света, так и для передачи электроэнергии для производства света.
В последней декаде XIX века Никола Тесла проводит большое количество экспериментов в области беспроводной передачи электроэнергии и демонстрирует свечение вакуумных трубок в высокочастотном электростатическом поле. В своих экспериментах ученый доказывает, что энергия электростатического поля поглощается лампой, а энергия электромагнитного поля, используемая для электромагнитной индукции с целью получения аналогичного результата, в основном отражается, и лишь малая ее доля преобразуется в свет. Даже применяя резонанс при передаче с помощью электромагнитной волны, значительного количества электрической энергии передать не удастся, утверждал ученый. Его целью в этот период работы была передача именно большого количества электрической энергии беспроводным способом.
Исследования в области беспроводной передачи электроэнергии, в тот период, проводили в Индии (Джагдиш Боше), России (Александр Попов), Италии (Гульельмо Маркони).
В основе работы Теслы был заложен электрический резонансный трансформатор, так называемая «Катушка Тесла», которая обеспечивала передачу электрической энергии на несколько метров, зажигая лампы
накаливания, лишний раз доказывая о самой возможности не только передать энергию, но и правильно ее трансформировать и использовать для питания [1, 6].
В интервью одному из американских изданий Никола Тесла описал свое видение будущего, в котором для передачи электроэнергии провода будут не нужны и находясь в самой отдалённой точке земли каждый человек будет способен пользоваться электричеством.
Однако, этому не суждено было сбыться, во многом потому, что началось бурное развитие и использование природных энергоносителей, активное развитие машин с бензиновыми двигателями. Добыча нефти и производство из нее топлива было проще и дешевле, что строительство электростанций и применение технологии ученого.
В настоящее время технологии беспроводного заряда активно развиваются, рост количества различных мобильных устройств требует разработки и внедрения технологии беспроводного заряда с целью повышения удобства и комфорта использования.
Отдельное направление — это применение данной технологии в медицине, поскольку ряд устройств обеспечивающих жизнедеятельность человека (кардиостимуляторы, инфузионные насосы и т.д.) требуют регулярной подзарядки или замены источника питания, а для этого, как правило, необходимо хирургическое вмешательство.
Широкие возможности применения этой технологии у промышленных предприятий: зарядка автомобильных аккумуляторов, электробусов, в некоторых источниках описываются возможности интеграции системы беспроводного заряда в структуру дорожного покрытия. В военной отрасли потенциал применения этой системы также достаточно высок (применение военных касок, питаемых от жилета без использования проводов; использование радиоуправляемых машин и беспилотных летательных аппаратов для проведения диверсионных и разведывательных операций).
Таким образом технология беспроводной передачи электроэнергии и ее использование в повседневной жизни это лишь вопрос времени.
1. Бородин Р.Ю. // Беспроводная передача данных в системе контроля и учета электроэнергии // В сборнике: Наука в современном мире: теория и практика. Материалы V Международной научно-практической конференции. Уфа. 2017. С. 106-110.
2. Автоматизированная система управления технологическим процессом / В.И.Долженко, А.А.Автомонов, Н.В.Картечина, Н.В.Пчелинцева // Наука и Образование. 2020. Т. 3. № 2. С. 25.
3. Некрасова Т.А., Гурьянов Д.В., Зайцев Ю.К. Исследование трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором на основе виртуальной лабораторной установки // В сборнике: Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК. Материалы международной научно-практической конференции. Мичуринск. 2017. С. 259-269.
4. Стребков Д.С., Руцкой А.С., Моисеев М.В. Исследование беспроводной резонансной системы передачи электроэнергии // Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 2 (17). С. 96-101.
5. Леонов Е.В., Абросимов В.А. Беспроводная передача электроэнергии // Интернаука. 2021. № 44-3 (220). С. 91-93.
6. Андрияш Е.В. Беспроводная передача электроэнергии // В сборнике: Актуальные вопросы энергетики. Материалы IV Всероссийской научной конференции обучающихся с международным участием, посвященной к профессиональному празднику «День энергетика» и 65-летию Дальневосточного ГАУ. Благовещенск. 2016. С. 21-26.
UDC551.515.13; 621.315; 621.318
HISTORY OF THE DEVELOPMENT OF WIRELESS POWER TRANSMISSION TECHNOLOGY
artuyshkinnikita@gmail.com Ivan D. Chechevitsyn
ivanoldmen@gmail.com Ivan P. Krivolapov
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
ivan0068@bk.ru Michurinsk State Agrarian University Michurinsk, Russia
Annotation. The material of the article presents the main directions and milestones in the development of wireless transmission of electricity. The tendencies of its development and constraining factors are determined.
Key words: wireless transmission, Tesla coil, frequency, wireless charging.
Статья поступила в редакцию 15.02.2022; одобрена после рецензирования 10.03.2022; принята к публикации 25.03.2022.
The article was submitted 15.02.2021; approved after reviewing 10.03.2022; accepted for publication 25.03.2022.
Беспроводная передача электроэнергии
Оскольский политехнический колледж
Решить проблему беспроводной передачи электрической энергии на большие расстояния – давняя мечта человечества. Можно представить, насколько бы подешевела электроэнергия без затрат на токопроводную продукцию. Научно-техническая революция не стоит на месте. Есть надежда, что эта мечта сбудется в недалёком будущем. Тому свидетельствуют новые разработки в данной сфере.
История беспроводной передачи энергии начинается в 1820 году. Великий французский физик Ампер, путём многочисленных опытов пришёл к выводу о том, что магнитное поле может возбуждать в теле металла электрический ток. Так появился основополагающий закон Ампера. Майкл Фарадей в 1831 открыл закон индукции, который стал базой для развития такой науки, как электромагнетизм. Джеймс Максвелл после долгих экспериментов систематизировал свои наблюдения, квинтэссенцией которых в 1864 году стало уравнение Максвелла. Формула объясняла поведение электромагнитного поля. Никола Тесла усовершенствовал аппарат для генерации электромагнитного поля, изобретённый Генрихом Герцем в 1888 году. На Всемирной выставке в 1893 г., состоявшейся в Чикаго, Тесла продемонстрировал свечение фосфорных лампочек без проводов.
Беспроводное электричество базируется на таком явлении, как электромагнетизм. В работе участвуют две катушки из металлических проводов. Одна из них подключена к источнику тока, вокруг которой создаётся магнитное поле. Вторая катушка, воспринимая это поле, индуцирует в своей обмотке вторичный электрический ток.
Существуют несколько способов беспроводной передачи энергии.
Ультразвуковой способ. Студентами Пенсильванского университета (США) на недавней выставке в 2011 году был продемонстрирован способ передачи электротока с помощью ультразвука. Передатчик генерировал акустические волны в ультразвуковом диапазоне, приёмник преобразовывал их в электрический ток. В качестве носителя энергии ультразвук был выбран не случайно. Его воздействие на организм человека абсолютно безвредно. Несовершенство этого способа заключается в том, что КПД передачи очень низкий, нужны прямая видимость между абонентами и ограниченность расстояния (7-10 метров).
Метод электромагнитной индукции. Работа обыкновенного трансформатора даёт представление о том, как осуществляется передача электричества без проводов методом электромагнитной индукции. В процессе участвуют две катушки. Магнитное поле, возбуждаемое протекающим током по виткам первичной обмотки, индуцирует электрический поток во вторичной обмотке трансформатора. Примерами использования эффекта электромагнитной индукции могут быть зарядные устройства смартфонов и электрические зубные щётки. Недостатком такого способа передачи энергии является непременная близость катушек. Даже при небольшом увеличении промежутка между обмотками большая часть энергии начинает распыляться в пространстве.
Электростатическая индукция. В основе метода заложен принцип прохождения энергии через тело диэлектрика. Способ называют ёмкостной связью. Генератор создаёт в ёмкости электрическое поле, которое возбуждает разницу потенциалов между двумя электродами потребителя. Никола Тесла для демонстрации беспроводной лампы освещения использовал именно метод электростатической индукции. Лампа получала питание от переменного электрического поля высокой частоты. Она светилась ровно, независимо от её перемещения в пространстве комнаты.
Лазерный метод. Передачу электроэнергии на большие расстояния без проводов с помощью лазера стали осуществлять сосем недавно. Идея состоит в том, что лазерный луч, несущий в себе энергетический потенциал, попадает на фотоэлемент приёмного устройства, где высокочастотное электромагнитное излучение преобразуется в электрический ток. Лазерная технология передачи энергии, ранее применяемая в военной области, успешно внедряется в гражданскую сферу деятельности человека. Разработки американских учёных привели к изобретению беспилотного летательного аппарата, получающего энергетическое питание от лазерного луча. В 2006 году был продемонстрирован беспилотник, который мог летать в беспосадочном режиме, питаясь от лазерной установки. В 2009 году был успешно осуществлён эксперимент в космосе по передаче энергии на один километр мощностью 500Вт.
Сейчас ведутся исследовательские работы, и разрабатываются проекты создания электромобилей, которые будут передвигаться по дорожному покрытию с токопроводом, который индуцирует электрический ток в моторе транспорта.
Ряд передовых фирм заняты разработкой беспроводных источников питания, которые смогут снабжать электроэнергией всех потребителей в пределах одного помещения. В перспективе появление трасс, состоящих из ряда беспроводных источников электричества, которые смогут обеспечить перемещение летательных аппаратов на большие расстояния. С появлением новых материалов, усовершенствованных приборов и изобретений беспроводная передача электроэнергии в недалёком будущем охватит все сферы деятельности человека.
Технология беспроводной передачи энергии поистине является революционной для нынешнего общества, т.к. начинает получать широкое распространение уже сегодня. Хотя первые масштабные опыты были проведены Николой Тесла чуть более ста лет назад, данная технология только сейчас перешла на более глобальный уровень. И можно с уверенностью сказать, что в ближайшее время именно она в процессе непосредственного развития станет одной из основополагающих в будущем.
Оригинал публикации (Читать работу полностью): Беспроводная передача электроэнергии
Беспроводное будущее и беспощадная физика
Интерес к беспроводной передаче электроэнергии растет уже полвека. В связи со взрывным ростом числа гаджетов, прозелитизмом «церкви возобновляемой энергетики» и планируемым всепланетным энергетическим переходом этот интерес имеет шансы запустить бум космической энергетики.
В 1891 году Никола Тесла разработал так называемую катушку Теслы (Tesla coil) — резонансный трансформатор, передающий электроэнергию на короткие расстояния без проводов. В основе этого устройства лежит физическое явление электростатической индукции, когда ток генерируется градиентом электрического поля или дифференциальной емкостью между двумя или более изолированными клеммами, пластинами, электродами. В лабораторном масштабе такие катушки может изготовить кто угодно.
Беспроводную сеть предполагалось строить как систему оборудованных резонансными приемопередатчиками башен или подвешенных воздушных шаров.
Тесла продемонстрировал беспроводное освещение люминесцентными лампами, в 1894 году зажигал без проводов лабораторные лампы накаливания, а в 1901-м построил так называемую башню Ворденклиф — проект для демонстрации возможностей трансатлантической телефонии, радиовещания, беспроводной передачи высоковольтной электроэнергии.
Проект башни поддержал инвестициями финансист Джон Пирпонт Морган, вложивший $ 150 тыс. в лабораторию (более $ 3 млн в ценах 2009 года). Считается, что акционер первой в мире Ниагарской ГЭС и медных заводов оценил проект на старте, но отказался от дальнейшего финансирования, якобы не желая обрушения многообещающего рынка электроэнергии. В 1906 году проект был закрыт, а десятилетием позднее башню снесли. Всемирная беспроводная система Теслы — система, совмещающая передачу энергии с радиовещанием и направленной беспроводной связью, которая позволила бы объединить генерирующие мощности в глобальном масштабе, — не состоялась.
Однако 100 лет исследований и экспериментов показывают, что мечта Теслы жива. Не исключено, что гениальный изобретатель был на верном пути. Эксперименты продолжаются! Десятки компаний, от американской Wave Inc. до японской Space Power Technologies и новозеландского энергетического стартапа Emrod (имя же им легион), а также государственные организации разрабатывают различные методы беспроводной передачи энергии и выдвигают предложения по их внедрению в коммерческом масштабе. Некоторые системы уже проходят полевые испытания. Будет интересно посмотреть, кто окажется первым в этой гонке и предложит эффективное, экономичное и жизнеспособное решение для беспроводного электроснабжения.
Более того, некоторые способы беспроводной передачи электроэнергии давно вошли в повседневный быт. Пример — известный всем из школьной физики метод электромагнитной индукции. Он применяется в индукционной электроплите, нагревающей железосодержащую посуду индуцированными вихревыми токами, которые создает магнитное поле частотой 20−100 кГц. На основе принципа электромагнитной индукции выпускается множество беспроводных зарядных устройств для гаджетов. Резонансный способ передачи знаком всем, кто пользуется бесконтактными смарт-картами или имел дело с чипами RFID. Все эти технологии едины в том, что расстояние между «передатчиком» и «приемником» очень мало, да и передаваемая мощность невелика.
Не все знают, что электромобили заряжать дорого и долго, а зарядных станций с «быстрой зарядкой» мало. Американская компания Wave тестирует технологию зарядных систем, обеспечивающих беспроводную мощность до 1 МВт, — они устанавливаются под дорогами и на парковках. Проект американского университета Пурдью (штат Индиана) и немецкой компании Magment предлагает другой вариант беспроводной зарядки: дороги из намагниченного бетона смогут заряжать электромобили во время движения.
Сегодня ни один рассказ о технических диковинах не обходится без «японской беспроводной комнаты». Идея состоит в следующем: разнонаправленные широко распределенные токи на проводящих поверхностях, расположенных вокруг целевого объема — испытательной комнаты размером 3x3x2 метра, — генерируют несколько взаимно уникальных трехмерных магнитных полей, безопасных для людей. Эти поля охватывают всю комнату, включая углы. Такая «зарядная комната» подает в любую свою точку не менее 50 ватт мощности, которых достаточно для питания ламп, смартфонов и других устройств. Утверждается, что «беспроводную комнату» можно масштабировать, увеличив, например, до размеров больничной палаты или даже промышленного цеха. Описанная система беспроводной передачи энергии не создает помех работе электроники и не нагревает биологические ткани.
Одно время большие надежды возлагали на передачу энергии посредством направленного микроволнового излучения. Эксперименты по преобразованию такого излучения в электроэнергию постоянного тока с помощью микроволнового приемника и выпрямителя ведутся давно. Опыты японских исследователей 1970-х годов показали максимальный КПД 84%, но выходная мощность была, видимо, довольно низкой. Недавнее сообщение из Китая гласит, что электроэнергию неведомой мощности передали с помощью микроволн на целых 10 метров и что подобная система теоретически позволяет передать 1 кВт на расстояние до 20 метров с КПД 25,5%. Шесть лет назад Японское агентство аэрокосмических исследований объявило об успешной передаче по беспроводной сети 1,8 кВт энергии на расстояние 50 метров в небольшой приемник, преобразовывая электричество в микроволны, а затем микроволны — обратно в электричество.
Уже упомянутая Emrod анонсировала на осень 2021 года демонстрацию коммерческой системы беспроводной передачи нескольких киловатт электроэнергии на расстояние в несколько километров. Компания собиралась показать свою разработку прошлой осенью, но намечавшемуся триумфу что-то помешало. Зато Emrod с радостью демонстрирует рабочий прототип устройства, состоящего из передающей антенны, серии реле и приемной выпрямляющей антенны (ректенны). Потеря энергии при передаче на прототипе составляет 30%, а эффективность принимающей антенны из радиопоглощающих метаматериалов стремится к 100%.
Сотни таких сообщений появляются в прессе чуть ли не еженедельно. За век, прошедший со времени эксперимента Теслы, разработано несколько методов беспроводной передачи энергии, возникли десятки стартапов, но бессердечная физика пока позволяет лишь проводить демонстрационные эксперименты, пригодные разве что для краудфандингового видео. Чаще всего эти эксперименты похожи на попытку наладить городское водоснабжение разбрызгиванием воды под давлением. Однако исследования не прекращаются: они ведутся повсюду, от «гаражных» лабораторий до государственных и корпоративных исследовательских центров, так как неудачи — а их было немало — не убили веру в возможность прорыва, который изменит мир радикальнее, чем когда-то изменил его переменный ток.
Разработка новозеландского стартапа Emrod для беспроводной арктической станции
Идеи Теслы в космосе
Если не строить воздушных замков, можно скромно надеяться, что микроволновая беспроводная энергосеть сможет дополнить традиционную проводную там, где нельзя проложить электрокабель: в горах или, скажем, на космических автоматических станциях и спутниках. Однако история технологий говорит о том, что порой за воздушный замок принимают прорывную идею. Пример —исследование, опубликованное японским университетом Цукуба в августе 2021 года. Оно показывает, что высокоэнергетическое микроволновое излучение может стать эффективным источником беспроводной энергии для космических запусков. Топливо «крадет» до 90% подъемного веса ракеты, а если вместо него применить беспроводную микроволновую энергию, можно (теоретически) увеличить полезный груз.
Однако больше всех заинтересована в технологиях беспроводной передачи энергии одна из самых молодых отраслей — космическая энергетика. Космос, где Солнце находится в прямой видимости и его лучи не рассеивает и не ослабляет земная атмосфера, — идеальное место для сбора и использования солнечной энергии. Мир жаждет чистых возобновляемых источников энергии, и даруемая Солнцем энергия слишком хороша, чтобы упустить эту возможность.
В 1968 году американский инженер-исследователь Питер Глейзер представил идею больших спутниковых систем на высоте геостационарной орбиты для сбора и преобразования энергии Солнца в электромагнитный пучок СВЧ и передачи полезной энергии на большие антенны на Земле. (Строго говоря, идею энергетического спутника первым предложил в 1941 году фантаст Айзек Азимов в рассказе «Логика», в котором описывается космическая станция, передающая энергию Солнца на различные планеты с помощью микроволновых лучей.)
Идея П. Глейзера состоит в следующем. Предположим, что на высокой геостационарной орбите имеется сеть спутников, которые собирают свет Солнца при помощи солнечных батарей или иных устройств, преобразуют свет в энергию микроволнового сигнала или лазерного излучателя, а также питают передатчик или излучатель. Микроволновой сигнал или энергия лазера передаются на ректенну базовой станции на Земле — скорее всего, ее размеры будут огромны. Базовая станция преобразует микроволны в электричество постоянного тока, и так далее.
Концепция сбора солнечной энергии в космическом пространстве (SBSP) и ее передачи на Землю исследуется с начала 1970-х годов. Привлекательность SBSP в том, что солнечные энергосистемы космического базирования преобразуют солнечный свет в микроволны за пределами атмосферы, что позволяет избежать потерь из-за отражения и поглощения энергии.
Все это будет возможно, когда люди избавятся от помех в виде микрометеоритов, научатся поддерживать спутник в постоянном положении (сейчас оно меняется из-за воздействия на развернутые солнечные батареи давления солнечного света), решат проблемы эффективности фотоэлектрики и микрочипов при высоких и сверхнизких температурах, точности и безопасности направленного энергетического луча и еще несколько десятков проблем, одна сложнее другой.
В последние десятилетия, с падением стоимости солнечных батарей и доставки грузов на орбиту, идея снова обрела актуальность. За SBSP как крупномасштабную форму устойчивой «зеленой» энергии ухватилась климатическая инженерия. Современные технологии и инфраструктура космических запусков не позволяют создать даже опытную SBSP, но время идет, и, если появятся радикально новые технологии космических запусков, да еще орбитальные промышленные базы для производства энергетических спутников из астероидов, — то кто знает, может быть, идея воплотится в жизнь.
Исследования в области космической энергетики ведутся в Японии, Китае, России, Великобритании и США. В 2008 году Япония приняла Основной закон о космосе, который объявил космическую солнечную энергию национальной целью.
ЦНИИмаш (флагман исследовательских учреждений Роскосмоса) выступил с инициативой создания экспериментальных космических солнечных электростанций (КСЭС) мощностью 1−10 ГВт с беспроводной передачей электроэнергии наземным потребителям. Американские и японские разработчики пошли по пути использования СВЧ‑излучения.
О еще одном проекте космической солнечной энергетики (Space-based Solar Power Project, SSPP) стало известно в августе. Калифорнийский технологический институт объявил, что Дональд Брен, член совета директоров университета и владелец инвестиционной компании Irvine Company, еще в 2013 году пожертвовал $ 100 млн на создание спутниковой беспроводной сети на базе микроволнового излучения, которая могла бы обеспечивать бесперебойную подачу электроэнергии в любую точку Земли. О пожертвовании стало известно лишь теперь, восемь лет спустя: SSPP хочет представить публике вехи проекта. В начале 2023 года организация запустит демонстрационные прототипы, которые собирают и преобразуют солнечный свет в электрическую энергию и передают ее по беспроводной сети с использованием радиочастот. Прототип состоит из модельной сборки плоских сверхлегких элементов размером 6×6 футов, в которые интегрированы высокопроизводительная фотоэлектрическая система и масштабная система фазированных антенных решеток для передачи энергии. Интеграция солнечной энергии и радиочастотного преобразования в одном элементе позволяет снизить вес и сложность конструкции. Эта концепция обеспечивает масштабируемость и снижает влияние отказа локальных элементов на другие части системы.
Однако если «взлетит» один из этих проектов или даже все, они столкнутся с проблемой отведения тепла. По расчетам Европейского космического агентства, космическая энергия будет конкурентной по сравнению с ВИЭ, если спутниковая система сможет передавать на Землю энергию мощностью 150 ГВт и больше. Это от трети до половины среднего потребления электроэнергии в Европе. Будем оптимистами и представим, что КПД спутниковой энергосистемы равен 20%. Это значит, что передача к наземной станции 150 ГВт электроэнергии потребует от нас избавиться от 600 ГВт тепла в вакууме. Для этого понадобится теплоотвод. Так где же мы подвесим наши спутники? И не вскипятим ли случайно Тихий океан?
Что же получается? Для того чтобы космическая энергетика стала реальностью, чтобы энергию Солнца передавать на Землю без проводов, одной безумной идеи не хватит.
Нужно две, пять или десяток.
Беспроводная передача электричества
Беспроводна́я переда́ча электри́чества — способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи.
Технологические принципы такой передачи включают в себя индукционный (на малых расстояниях и относительно малых мощностях), резонансный (используется в бесконтактных смарт-картах и чипах RFID) и направленный электромагнитный для относительно больших расстояний и мощностей (в диапазоне от ультрафиолета до СВЧ).
К 2011 году имели место следующие успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 % : в 1975 году в обсерватории Голдстоун (Калифорния) и в 1997 году в Grand Bassin [fr] на острове Реюньон (дальность порядка километра, исследования в области энергоснабжения посёлка без прокладки кабельной электросети).