Энергия без проводов: от опытов Теслы до новозеландских антенн
Больше века прошло с первых испытаний Николы Теслы по передаче энергии на расстояния без проводов, и только сейчас фантазия великого ученого обрела реальные черты. В Новой Зеландии тестируют первую в мире технологию передачи электричества на километры без кабельных линий — с помощью антенн. Если «пилот» окажется успешным, электричество будет в недалеком будущем будет раздаваться как радиосигналы или wi-fi, а небо очистится от километров проводов.
Мечта изобретателя
Одним из первых, кто экспериментировал с беспроводными технологиями передачи энергии, был Никола Тесла — великий физик, открывший переменный ток, автор десятков изобретений, которыми до сих пор пользуется человечество. С конца 1880-х по 1895 год он занимается изучением высокочастотных полей, и это период биографы называют одним из самых плодотворных в жизни ученого. В 1891 году Тесла разработал устройство, генерирующее и передающее электричество без проводов. Оно получило название «Катушка Теслы» и представляло собой электрический резонансный трансформатор, который работал по принципу электромагнитной индукции, передавая высокочастотные сигналы без проводов. В 1893 году на Всемирной выставке в Чикаго ученый явил свое детище миру, доказав, что передача энергии без проводов — не пустые мечты и не фокус. Николе Тесле удалось зажечь фосфорные лампочки с помощью магнитной катушки, которая находилась нескольких километров от них.
Тесла, несомненно, опережал свое время. Он был не просто увлечен, а как истинный гений, одержим идеей беспроводного электричества. Он верил, что технология поможет человечеству передавать электричество на большие расстояния, чтобы жителям отдаленных районов обеспечить комфортные условия.
Ученый выбил деньги на строительство телекоммуникационной башни Wardenclyffe Tower, которая должна была стать экспериментальной площадкой для обкатки технологии. Другими словами, раздавать электричество, как радиоволны, через верхние слои атмосферы.
Более того, в мечтах Теслы башня была только первой ласточкой: в его мире земной шар должен был покрыться сетью подобных башен, которые получают дистанционный беспроводной доступ к энергии от центральной станции.
Со временем энтузиазм инженера разбился о жестокую бизнес-реальность, когда инвестор Джон П. Морган спросил: «А куда прикажете поставить счетчик?». Финансирование проекта было свернуто, Тесла обанкротился, а башню пришлось снести.
Тем не менее, амбициозные опыты талантливого физика не канули в Лету, а стали отправной точкой для ученых и инженеров уже в новом столетии. Подобные технологии сегодня вовсю тестируются для быстрой зарядки электрокаров прямо во время движения по дороге. Компания Electreon Wireless запустила такие участки трассы на шведском острове Готланд и в Израиле.
Авто прямо на ходу заряжается энергией, которую вырабатывают размещенные под асфальтом магнитные катушки. Затем она передается в инверторы, расположенные по сторонам от дороги, и позволяет водителям с помощью специальных устройств внутри салона зарядить автомобиль без необходимости останавливаться на станции.
Новозеландский проект
Сегодня в авангарде подобных опытов — Новая Зеландия. Прототип функциональной системы беспроводной передачи энергии на большие расстояния разработала компания Emrod. Для транспортировки электричества по воздуху используется безопасный радиодиапазон ISM, зарезервированный для промышленных, научных и медицинских целей. В отличие от мечты Теслы, энергия передается напрямую между двумя антеннами. Передающая антенна преобразует энергию в электромагнитное излучение и «собирает» электричество в цилиндрический луч. Его через ретрансляторы улавливает принимающая антенна (ректенна) со встроенным выпрямителем, после чего микроволновая энергия преобразуется обратно в электричество. Дальше оно распределяется локально по традиционной схеме. Принцип схож с передачей радиоволн, разница в мощности. Для того чтобы приемник «заговорил», требуется совсем немного — несколько пиковатт.
Система может работать при любой погоде: дождь, туман и пыль ей не страшны. Дистанция передачи ограничена только прямой видимостью, и в планах разработчиков увеличить расстояние между передающим и принимающим устройствами до сотен километров. Периметр энерголуча защищает лазерная система безопасности, но если в эту зону попадает птица, беспилотный аппарат или вертолет, лазер автоматически отключается.
Инвестор уверяет, что установка и эксплуатация системы не требуют серьезных вложений, а проблем с интеграцией счетчиков — на чем застопорился проект Теслы — не возникнет. Разработчик беспроводной технологии смог убедить второго по величине поставщика энергии в стране, концерн Powerco, дать проекту зеленый свет. Осенью 2022 года инженеры планируют приступить к испытаниям своего детища в «поле».
Мощность устройств, которые будут тестировать на старте, достигнет нескольких киловатт, однако нагрузку потом можно увеличить в десятки раз, отмечает основатель Emrod Грег Кушнир.
Если испытания окажутся успешными, технология может совершить настоящую революцию в мире энергетики. В первую очередь она будет полезной для доставки электричества в отдаленные или географически труднодоступные районы. Кроме того, систему можно будет использовать для сохранения энергоснабжения абонентам на случай ремонта или техобслуживания уже существующей, традиционной инфраструктуры.
Без границ и кризисов
Беспроводная передача энергии поможет решению проблемы ВИЭ, которые зачастую производят электричество далеко не там, где это нужно, а мощность построенных сетей не позволяет доставлять чистую энергию в районы, отдаленные от солнечных станций или ветряков.
Остро проблема стоит, например, в Германии, которая теряет часть оффшорной выработки ветропарков, так как в пиковые часы не может перебросить ее с севера на юг — уже построенная энергосеть попросту не выдерживает такой нагрузки. Еще больше перспектив открывается перед солнечной энергетикой.
Если беспроводное электричество станет реальностью, то миру будет достаточно батарей на территории всего 1,2% Сахары, чтобы передать энергию по воздуху без необходимости тянуть дорогие медные линии в разные уголки планеты.
Выход из энергокризиса, решение проблем экологии, экономия — плюсы беспроводного электричества можно перечислять бесконечно. Наконец, то самое «небо без проводов», которое так мечтают увидеть в Петербурге, получается, не так уж далеко — чисто гипотетически.