Проект Николы Теслы по созданию беспроводной передачи энергии на большие расстояния не имел большого успеха в конце XIX — начале XX века. Но его видение включало возможность иметь беспроводное питание где угодно, и это открыло бы большие возможности сегодня.

В настоящее время это стало возможным благодаря технологическим усовершенствованиям в радарах и новейшим технологиям материалов. Emrod, новозеландский стартап, стал партнером Powerco, новозеландской компании по распределению электроэнергии, и разработал более крупную прототипную систему, тестируя технологию в начале этого года.

Энергия передается посредством электромагнитных волн на большие расстояния с использованием запатентованной технологии формирования луча Emrod, метаматериалов и ректенн.

В интервью EE Times Грег Кушнир, генеральный директор Emrod, объяснил, как работает беспроводная система Emrod, преобразуя электричество в микроволновую энергию, которая затем формируется в коллимированный луч и отправляется прямо по воздуху с передающей антенны на принимающую.

При достижении приемной антенны электромагнитная энергия снова преобразуется в электричество для использования потребителями. По заявлению компании, эта технология может быть модернизирована для беспроводной передачи киловатт электроэнергии на очень большие расстояния.

Команда Эмрода

«Emrod зарегистрировалась как компания в 2019 году после успешного завершения технико-экономического обоснования для подтверждения жизнеспособности технологии. Впоследствии компания продемонстрировала испытательную систему и в настоящее время проходит испытания в закрытом помещении перед запланированными полевыми испытаниями.

Команда Emrod состоит из 10 человек, но в ближайшие 12 месяцев она планирует значительно вырасти для поддержки реализации пилотных проектов, текущих НИОКР и коммерциализации», — сказал Кушнир.

Технологии Тесла

С 1890-х годов Никола Тесла рассматривал беспроводную энергию, работая над схемой трансформатора «катушка Тесла» , которая вырабатывала электроэнергию переменного тока.

Первый настоящий эксперимент Теслы с беспроводным электричеством состоялся в 1899 году в Колорадо-Спрингс.

Он построил мощный осциллятор внутри конструкции, похожей на сарай, с деревянной башней, увенчанной 40-метровым металлическим шестом с медной сферой наверху. Изобретатель продемонстрировал, что он может питать лампочки с расстояния более 3 километров (двух миль).

Башня в Колорадо-Спрингс, которую Тесла использовал в 1899 году для своего эксперимента

«Я думаю, что любой, кто интересуется беспроводными технологиями, глубоко ценит работу Николы Теслы. Его работа сыграла важную роль во многих технологиях беспроводной связи, которыми мы пользуемся сегодня», — сказал Кушнир.

Кушнир отметил, что наука и технологии, лежащие в основе беспроводной системы Эмрода, значительно отличаются от того, что предлагал Тесла. Эмрод может удерживать луч плотно и сфокусированным с помощью двух технологий.

Первый связан с передачей, состоящей из небольших радиоэлементов и одиночных волновых диаграмм для создания параллельного коллимированного луча. Второй связан с запатентованными метаматериалами, которые эффективно взаимодействуют с этими радиоволнами.

«Это должно было быть для достижения таких уровней мощности и эффективности, которые делают его жизнеспособным для сценариев использования, на которые мы ориентируемся. Например, система Теслы передавала энергию во всех направлениях, что означает, что она излучает энергию во всех направлениях.

Система Эмрода использует сфокусированный однонаправленный луч, передавая мощность напрямую от одной антенны к другой. Мы также разработали пассивные реле, чтобы расширить диапазон нашей системы и встроили новые системы безопасности», — сказал Кушнир.

Он добавил: «Конструкция антенны, метаматериалы и технология реле, которые мы используем, имеют решающее значение, поскольку они позволяют нам достичь определенного уровня производительности, то есть уровней эффективности, надежности и расстояния. Соображения безопасности, встроенные в систему, также необходимы для использования системы в коммерческих целях».

Архитектура Эмрода

Технология Эмрода

Беспроводная передача энергии через микроволны существует уже несколько десятилетий. Но чтобы сделать его коммерчески жизнеспособным, необходимо было минимизировать потери энергии. Кушнир подчеркнул, как использование метаматериалов, разработанных в последние годы, изменило ситуацию.

Технология Emrod направлена ​​на то, чтобы предложить новый способ доставки электричества в места, которые часто имеют самые большие проблемы с электрификацией в сельских районах и которые не могут позволить себе такую ​​инфраструктуру, которая поддерживает электросеть.

Их антенны действуют как кабель, по которому их клиенты получают электроэнергию. Эти антенны будут размещены во всех тех ветреных и солнечных местах, где можно использовать возобновляемые источники энергии .

Система работает в любых погодных условиях, а расстояние передачи ограничено только прямой видимостью между каждой антенной. Беспроводная передача энергии по сложной местности устраняет необходимость в традиционных опорах и линиях связи, как в случае с базовыми станциями сотовой связи.

Система Emrod обеспечивает беспроводное двухточечное соединение между точкой питания и базовой станцией с использованием пары антенн.

Кушнир отмечает, что на островах Тихого океана стоимость электроэнергии очень высока, а использование возобновляемых источников энергии должно решить проблемы стоимости инфраструктуры.

Используя беспроводную телеэнергетическую технологию Emrod, можно уменьшить зависимость от дизельных генераторов, подавать электроэнергию в отдаленные населенные пункты и, таким образом, снизить стоимость.

«В настоящее время варианты использования, при которых система Emrod является экономически жизнеспособной, заключаются в том, что в противном случае было бы сложно и дорого прокладывать и поддерживать инфраструктуру линий электропередач, например, через водные пути, леса или спорные участки.

Мы планируем наш первый пилотный проект внутрипромыслового комплекса, который будет развернут в Новой Зеландии с целью передачи энергии от новой солнечной фермы для обслуживания потребностей коммерческого клиента в этом районе», — сказал Кушнир.

Технология Emrod использует передающую антенну, серию ретрансляторов и приемную ректенну (выпрямляющую антенну, способную преобразовывать микроволновую энергию в электричество).

Каждый из этих компонентов выглядит как квадратная панель, установленная на соответствующей конструкции. Чем больше площадь поверхности панели, тем больше мощность передачи и большее расстояние, которое она может преодолеть.

«При использовании системы Emrod расстояние беспроводной передачи в типичном случае составляет до 40 км при условии прямой видимости между передающей и приемной антеннами.

В настоящее время доступная полупроводниковая технология для усилителей устанавливает верхний предел плотности мощности антенны около 10 кВт на квадратный метр».

Технология Эмрода

Запуск также рассматривает возможность наличия беспроводного электричества в чрезвычайных ситуациях, например, при непредвиденных отключениях электроэнергии.

Грузовик можно оборудовать ректенной, а затем въехать в зону видимости ретранслятора для создания временного беспроводного подключения к источнику питания.

Эмрод работал с органами управления использованием спектра Новой Зеландии на протяжении всего процесса разработки и обеспечит соответствие всей технологии стандартам безопасности.

Emrod использует мощность в промышленном, научном и медицинском (ISM) диапазоне и поддерживает низкую плотность мощности. Двухточечная передача Emrod означает, что мощность излучается напрямую между двумя точками. Вокруг луча отсутствует излучение, как в случае передачи по высоковольтному кабелю.

Маломощный безопасный лазер гарантирует, что передающий луч отключается непосредственно перед тем, как какой-либо преходящий объект (например, птица или вертолет) достигнет главного луча, гарантируя, что он никогда не коснется чего-либо, кроме чистого воздуха.