Наверх
25 января 2020
USD EUR
Погода
Без рубрики

Архивная публикация 2003 года: "Застегнутая молния"

Опоры ЛЭП, уродующие облик планеты, вскоре не понадобятся — электроэнергию через 10—15 лет станут передавать прямо по воздуху. Да и добывать энергию не будет нужды: зачем, когда можно бесплатно позаимствовать ее у солнца?Мечта Джеймса Бонда

Приспособления для беспроводной передачи электроэнергии — «завсегдатаи» шпионских и фантастических сериалов, где очередной супермен или гуманоид поражает своих противников искусственной молнией. Однако настоящие научные исследования и эксперименты (кстати, совсем небезобидные) в области беспроводной передачи электроэнергии начались гораздо раньше, чем сценаристы стали использовать тему управляемых молний в своих творениях.
Пионером беспроводной электроэнергетики стал американский ученый Никола Тесла. Его опыты, в ходе которых, в частности, взорвался генератор электростанции в Колорадо Спрингс (США), начались в конце XIX и продолжались до середины XX века.
Правда, эти эксперименты, скорее, породили больше слухов (в соответствии с одним из них во взрыве в Тунгусской тайге в 1908 году виноват не метеорит, а испытание супероружия «Тесла»), чем привели к созданию реальных технологий. Однако, как говорится, главное — идея. К ней ученые обращались (преимущественно теоретически) и в начале второй половины прошлого века. Например, много внимания этой проблеме уделял лауреат Нобелевской премии академик Петр Капица. Но возобновление активных работ в области беспроводной передачи энергии произошло только в 1980-е годы. Лидерами в этих исследованиях стали США, Япония и СССР.
С небес на землю

Современные проекты по созданию систем беспроводной передачи электроэнергии преследуют исключительно мирные, промышленно-экономические цели.
Такие устройства будут востребованы для электрификации населенных пунктов и промышленных объектов, отделенных от линий электропередачи водными массивами, ущельями, болотами. Или для тех объектов, которые находятся на одном месте непродолжительное время, например буровых установок и т.д. А также для снабжения энергией различных летательных аппаратов, включая космические.
Самый «долгоиграющий», затратный, но при этом и самый многообещающий проект — создание солнечного энергетического спутника, который будет передавать на Землю дармовую солнечную энергию, где она, в свою очередь, станет преобразовываться в «привычное» электричество.
Но пока ближе всех к реализации стоит технология передачи энергии в околоземном пространстве. И если в работах над «солнечным» проектом Россия за последние годы отстала от других держав (здесь на передний план вышли Япония, США, Канада и Франция), то по части наземных устройств мы сохраняем ведущие позиции.
Наиболее перспективной беспроводной технологией сегодня признается метод передачи электроэнергии узконаправленным лучом сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных колебаний (гораздо более мощных, чем в привычных для нас печках-микроволновках). Суть метода такова: постоянный ток преобразуется в энергию СВЧ-колебаний, затем СВЧ-энергия передается в нужное место, где снова преобразуется в энергию постоянного тока и, соответственно, становится пригодной для бытового или промышленного применения. Работы в этом направлении в России ведут государственное научно-производственное предприятие «Исток», МГУ им. Ломоносова, Институт электроэнергетических проблем Российской академии наук.
Легенда о циклопе

Два первых этапа передачи энергии — преобразование в СВЧ и непосредственно передача — сейчас способны выполнять многие устройства. А вот проблема обратного преобразования СВЧ-энергии в энергию постоянного тока до последнего времени не имела удовлетворительного решения ни у нас, ни за рубежом. Дело в том, что в ходе всех преобразований теряется значительная часть энергии. То есть КПД получается очень низким — меньше 50%. А по расчетам ученых, работа устройства будет экономически оправдана только в том случае, если ее КПД превысит 60%.
Сейчас большие надежды возлагаются на устройство под называнием циклотронный конвертер (преобразователь) — в обиходе «Циклоп», который разрабатывается на НПП «Исток». После того как данные о принципах работы «Циклопа» в 1995 году были впервые преданы огласке, этой разработкой немедленно заинтересовалось мировое сообщество и наши ученые чуть ли не автоматически стали участниками различных международных программ.
При том что «Циклоп» способен «выдавать» 80—85% КПД, он еще имеет и высокий уровень мощности преобразования (1—10 кВт), а также высокое выходное напряжение (5—20 кВ), что кратно превышает показатели ранних разработок. Вместе с тем «Циклоп» демонстрирует рекордную надежность работы и способен выдерживать значительные перегрузки.
В целом работа всей системы беспроводной передачи будет выглядеть следующим образом. По кабелю энергия постоянного тока поступает в преобразователь. Там она конвертируется в энергию СВЧ и направляется в виде «энерголуча» на антенну. На антенне установлен ретранслятор (отражатель), который «отправляет» этот луч «по месту назначения», где его «ловит» принимающая антенна и, в свою очередь, направляет луч прямиком в «Циклоп». В «Циклопе» СВЧ-энергия обратно преобразуется в энергию постоянного тока и снова попадает в кабель.
Частота излучения такова, что луч проходит через атмосферу абсолютно без потерь.
Через тернии к звездам

Когда речь идет об энергетике и тем более о новациях в этой сфере, непременно встает вопрос о безопасности и воздействии на природу. Как показали опыты, проведенные в США на пчелах и зябликах, живые твари, попав «под луч», просто чувствуют непривычное тепло и покидают зону передачи энергии. Что касается самолетов и спутников, то, во-первых, маловероятно, что состоится их «встреча» с СВЧ-лучом, а во-вторых, воздействие на летательные аппараты сводится к минимуму. И самолеты, и спутники летают с высокими скоростями (например, скорость спутника 7,8 км в секунду). Соответственно, даже если диаметр луча составит 10 км (а есть и такие проекты), то воздействие будет длиться немногим более секунды и летательный аппарат не успеет даже нагреться.
По словам начальника производственного комплекса НПП «Исток» Юрия Будзинского, в настоящий момент главная проблема российских ученых и инженеров — недостаток финансов, необходимых для доработки «Циклопа». Чтобы запустить этот прибор в серию, «Истоку» необходимо провести испытания, закупить и установить оборудование на сумму $0,5 млн. Планируется, что эти деньги будут найдены уже в нынешнем году, а еще через год-два начнется серийное производство «Циклопов» (в объеме 100 штук в год). Предполагается, что один «Циклоп» будет стоить около $15 тыс. (стоимость комплекса в целом не превысит $25 тыс.).
По оценкам специалистов предприятия, спрос, учитывая слабую обеспеченность электроэнергией Крайнего Севера, Сибири и некоторых районов Кавказа, превысит предложение.
Солнечный удар

Самые мощные программы по созданию солнечного энергетического спутника в настоящий момент реализуются в США и Японии. «Венцами творения» обоих проектов станут спутники—ловцы солнечного света, которые с геостационарной орбиты (высота — 36 тыс. км) будут отправлять преобразованную в СВЧ солнечную энергию на Землю. Приемными устройствами послужат «тарелки» диаметром около 4 км.
Страна восходящего солнца планирует уже в 2005 году запустить экспериментальный спутник на высоту 500—1000 км, который будет летать над экватором и периодически отправлять энергию на Землю. В настоящий момент ведется поиск места для принимающих устройств в Африке и Южной Америке.
Американцы, в свою очередь, рассчитывают, что уже в 2020 году у них на службе будет находиться полноценный мощный энергетический спутник. С его помощью США планируют получать четверть всей потребляемой в стране электроэнергии — самой экологичной, не требующей ни сырья, ни утилизации отходов. Правда, впечатляет и стоимость проекта — $60 млрд. Для сравнения: высадка астронавтов на Луну обошлась Америке в $25 млрд.
По мнению наших ученых, Россия будет принимать активное «инженерно-технологическое» участие во всех крупных проектах по передаче электроэнергии из космоса, что, в конце концов, обеспечит нам достойное место в каком-либо совместном мега-проекте. В результате энергетическими подарками из космоса не будем обделены и мы.

МИХАИЛ СИДОРОВ

Больше интересного на канале: Дзен-Профиль
Скачайте мобильное приложение и читайте журнал "Профиль" бесплатно:
Самое читаемое

Зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность скачивания номеров

Войти через VK Войти через Google Войти через OK