Блог компании SkillFactory. В 2019 году в порту Сиэтла в ходе демонстрации работы системы направленной передачи энергии, разработанной в PowerLight Technologies, были переданы сотни ватт мощности. Подробностями о разработке делимся к старту флагманского курса по Data Science.

Автор оригинала: Paul Jaffe. Провода доставляют проблемы электроэнергетическим компаниям: чтобы избежать растрачивания большей части энергии, им приходится повышать подаваемое на кабели напряжение до очень высоких значений. А при электроснабжении общественного транспорта, в том числе поездов и трамваев, провода необходимо использовать вместе с катящимися или скользящими электрическими контактами, которые тяжело обслуживать, они могут искриться, а в некоторых условиях — даже стать источником сложных загрязняющих веществ.

Идёт активный поиск решения этих проблем. В прошедшее десятилетие широкое распространение получила беспроводная зарядка — в основном для портативной электроники, но и для транспортных средств. С ней необходимость многократного подключения и отсоединения кабелей осталась в прошлом. Однако расстояние, на которое таким способом можно передавать энергию, очень малó.

Действительно, сложно заряжать устройство с воздушным зазором всего в пару сантиметров и тем более метров. Неужели нет практического способа беспроводной передачи энергии на бóльшие расстояния?

У некоторых людей при упоминании о беспроводной передаче энергии перед глазами возникают картинки с высоковольтными катушками Николы Теслы и миниатюрными разрядами молнии. И это не такая уж и глупая ассоциация. Теслу действительно занимала идея каким-то образом использовать землю и атмосферу как канал для передачи энергии на большие расстояния. Его задумка осталась нереализованной, но мечта о беспроводной передаче энергии на большие расстояния продолжала жить.

Чтобы продемонстрировать безопасность этой системы, ведущий научной программы BBC Bang Goes the Theory («Проверь теорию на прочность») подставил своё лицо под энергетический пучок.

Современник Теслы Гульельмо Маркони понял, как использовать «волны Герца» (сегодня их называют электромагнитными) для передачи сигналов на большие расстояния. А это привело к пониманию того, что можно использовать те же самые волны для переноса энергии из одного места в другое. Ведь именно так вся накопленная в древесине, угле, нефти и природном газе энергия оказалась там изначально: передавалась в пространстве на 150 млн. км в виде электромагнитных волн / солнечного света (причём её бóльшая часть — миллионы лет назад).

Применимы ли те же самые физические принципы для замены проводов сегодня? Мы с коллегами из Научно-исследовательской лаборатории ВМС США в Вашингтоне, округ Колумбия, считаем, что да, и вот почему.

В ХХ веке предпринимались единичные попытки использовать электромагнитные волны как средство беспроводной передачи энергии, но результаты были неоднозначные. «Золотым» для исследований беспроводной передачи энергии, возможно, стал 1975 год, когда Уильям Браун, который работал на Raytheon, и Ричард Дикинсон из Лаборатории реактивного движения НАСА (ныне в отставке) с помощью микроволн осуществили передачу энергии в лаборатории. КПД «от и до» составил более 50%. В ходе отдельного эксперимента им удалось передать более 30 кВт на расстояние около мили (1,6 км).

Эти опыты были частью масштабной кампании НАСА и Министерства энергетики США по изучению возможности использования спутниковых солнечных электростанций, на которых предполагалось в будущем получать солнечный свет из космоса и в виде микроволн передавать энергию на Землю. Но, поскольку это направление исследований появилось по большей части в ответ на энергетический кризис 1970-х годов, интерес к таким электростанциям в последующие десятилетия угас, по крайней мере в США.

И, хотя исследователи регулярно возвращаются к этой идее, при проведении реальных опытов по передаче энергии им с трудом удаётся повторить рекорд 1975 года по эффективности, дальности и уровню мощности. Но ситуация начинает меняться благодаря недавним достижениям в технологиях приёма и передачи энергии.