CC BY
15
УДК 621
Хохлов Д.А.
бакалавр кафедры электромеханических систем Смоленский филиал Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Смоленск, Россия)
КЛЮЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ИХ ПЕРСПЕКТИВЫ НА БУДУЩЕЕ
Аннотация: в работе описаны результаты исследования современных технологий беспроводной передачи электроэнергии и их потенциал на развитие электроэнергетики.
Ключевые слова: беспроводная электроэнергия, технология, исследование, электроснабжение, электроэнергия, развитие.
Идея беспроводной передачи электроэнергии тесно связана с именем Николы Теслы, который в конце 19-го и начале 20-го веков проводил эксперименты и разработал несколько устройств для передачи электрической энергии без проводов. Тесла построил башню Варденклифф в Нью-Йорке как экспериментальную станцию для испытаний своих идей по беспроводной передаче энергии, но, к сожалению, проект не был завершен из-за финансовых трудностей. Несмотря на это, его работы оказали значительное влияние на развитие электротехники и до сих пор вдохновляют ученых и инженеров по всему миру.
Беспроводная передача электроэнергии (БПЭ) представляет собой инновационный подход к распределению электричества, который может радикально изменить наше восприятие электроснабжения. Эта технология обещает устранить необходимость в проводных сетях, что открывает новые возможности для мобильности и дизайна устройств.
Современные исследования БПЭ сосредоточены на нескольких ключевых технологиях:
1. Индуктивная передача. Здесь используются магнитные поля для передачи энергии на короткие расстояния. Такая технология широко применяется в зарядных устройствах для электроники. Основные принципы индуктивной передачи можно описать с помощью закона Фарадея для электромагнитной индукции, который гласит, что изменяющееся во времени магнитное поле будет индуцировать электрический ток в проводнике. Вот основное уравнение, описывающее этот процесс:
дФ
ЭДС = -Ы
дг
Где:
ЭДС - Электродвижущая сила (В).
N - Число витков в катушке.
- Скорость изменения магнитного потока через катушку.
2. Резонансная индуктивная передача. Она позволяет передавать энергию на большие расстояния с более высокой эффективностью благодаря резонансу между передающей и приемной катушками. Основное уравнение для резонансной индуктивной передачи энергии можно представить так:
V2 ш Р = — •д —
я ш0
где:
Р — Мощность, передаваемая на приемник. V — Напряжение на передающей катушке. Я — Сопротивление в цепи приемника. Р — Добротность резонансного контура.
в
ю — Угловая частота системы.
ю0 — Резонансная угловая частота системы.
Этот метод находит применение в различных сферах, включая беспроводные зарядные системы для электронных устройств и электромобилей, а также в медицинских имплантатах и других приложениях, где требуется безопасная и эффективная беспроводная передача энергии. Резонансная индуктивная передача энергии обладает потенциалом для создания более масштабных систем беспроводной передачи энергии в будущем.
3. Микроволновая передача. Данная технология использует микроволновое излучение для передачи энергии на большие расстояния, потенциально между космическими объектами и Землей. Принцип работы такой передачи основан на использовании антенн для преобразования электрической энергии в микроволновое излучение, которое затем направляется на приемную антенну (ректенну). Ректенна преобразует микроволновое излучение обратно в электрическую энергию. Эффективность передачи зависит от множества факторов, включая длину волны микроволн, атмосферные условия и расстояние между передающей и приемной антеннами.
4. Лазерная передача. Применяет лазерные лучи для точечной передачи энергии через атмосферу или вакуум. Такая технология имеет потенциал для применения в различных областях, включая космические технологии, где она может использоваться для передачи энергии от солнечных батарей на орбитальных станциях к земным приемникам.
Из приведенных выше современных технологий, можно сделать вывод о том, что БПЭ имеет потенциал радикально трансформировать многие аспекты электроэнергетики. Из них необходимо выделить:
1. Уменьшение зависимости от проводных сетей. Это позволит снизить затраты на обслуживание и улучшить надежность электроснабжения.
2. Развитие электромобильности. БПЭ может обеспечить более удобную и эффективную зарядку электротранспорта.
3. Интеграция с возобновляемыми источниками энергии. БПЭ может упростить интеграцию возобновляемых источников, таких как солнечная и ветровая энергия, в общую сеть.
4. Космические приложения. Микроволновая и лазерная передача могут стать ключевыми для снабжения энергией космических миссий и даже для передачи энергии с солнечных станций в космосе на Землю.
Таким образом, беспроводная передача электроэнергии обладает огромным потенциалом и может стать одним из важнейших направлений развития электроэнергетики в будущем. Несмотря на технические и экономические вызовы, продолжающиеся исследования и разработки обещают преодолеть существующие барьеры и открыть путь к более светлому и эффективному энергетическому будущему.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Зубарев А.А., Актуальные проблемы энергетики // Беспроводная передача электричества. С. 372-375;
2. И.Б. Широков, И.В. Сердюк, П.П. Овчаров, А.А. Азаров, Е.И. Широкова. Исследование системы беспроводной передачи электроэнергии // Журнал радиотехники. 2022. С. 1-11;
3. Wikipedia. Wireless power transfer [Электронный ресурс]. URL: https://en. wikipedia. org/wiki/Wireless_power_transfer
Khokhlov D.A.
National Research University "MEI" (Smolensk, Russia)
KEY WIRELESS TECHNOLOGIES ELECTRIC POWER TRANSMISSION AND THEIR PROSPECTS FOR THE FUTURE
Abstract: the paper describes the results of a study of modern wireless power transmission technologies and their potential for the development of the electric power industry.
Keywords: wireless power, technology, research, power supply, electricity, development.
