ПАО «Россети» ОАО «МРСК Урала» Филиал Учебного центра «МРСК Урала» - «Челябинский» (351) 267-81-77
(351) 267-81-96
Вход
 
Учебный центр

Электронная библиотека

Занятие 12. Новые технологии в энергетике

Технология беспроводной передачи энергии

В подразделении Disney Research в 2017 году группой ученых в составе Мэтью Хабалко, Мохсена Шахмохаммади и Алансона Семпла разработана технология QSCR, которая позволяет передавать электроэнергию мощностью до 1.9кВт в пределахпомещения. Это позволит обеспечивать питанием устройства, находящиеся в  пределах помещения, так же просто, как, например, просто подключиться к сети Wi-Fi. Это значит, что в пределах комнаты с помощью такого питания могут гореть лампочки, заряжаться мобильные устройства, работать телевизор и много другое.

Технология основана на том, что электрические токи переменного напряжения будут циркулировать по поверхностям помещения. При этом опасная для человека электрическая составляющая будет гаситься с помощью специальных конденсаторов. Частота переменного напряжения 1 мегагерц. Устройства, которые необходимо обеспечить питанием, должны иметь приемники, настроенные на такую же частоту.

Конструкции стен и потолков помещения необязательно изготавливать из дорогих металлических материалов, т.к. для обеспечения токопроводимости достаточно будет нанесения на поверхности специальной токопроводящей краски.

Уже более 100 лет назад Никола Тесла рассказал о способе передачи электричества на расстоянии без проводов, но первые практические шаги в этом направлении ученые научились делать только в наши дни.

Область применения данного изобретения достаточно широка - от питания бытовых устройств, до питания робототехники и промышленного оборудования, т.к. технология одинаково эффективна как в небольшом помещении, так и в ангаре большого размера.

Солнечная электростанция на дороге

В конце 2016 года во Франции запущена в эксплуатацию автомобильная дорога, выполненная в виде солнечных батарей, протяженностью 1 км. Вырабатываемая мощность электроэнергии составляет порядка 700 кВт•ч. Это первая в мире дорога из солнечных батарей с такой протяженностью. Планируется, что дорога будет обеспечивать освещение улиц целого поселка с населением 3500 тыс. жителей, расположенного рядом с дорогой.

В строительство дороги вложено порядка 5 миллионов евро, поэтому говорить об окупаемости пока рано. Но учитывая то, что дорога представляет собой практически неисчерпаемый источник энергии, можно сказать о том, что это большой шаг в будущее энерргетики. Технологии развиваются и стоимость фотоэлементов стремительно падает.

Во франции в рамках программы экологической безопасности планируются обеспечить покрытием с подобными элементами тратуары и другие участки дорог и улиц, чтобы максимально снизить влияние на окружающую среду действие тепловых, атомных электростанций.

Напротив дороги расположено информационное табло, которое в каждый момент времени показывает жителям и гостям поселка количество вырабатанной электроэнергии, количество сэкономленного на этом топлива и количество уменьшения выбросов углекислого газа в окружающую среду.

Если вернуться к вопросу окупаемости, то стоимость прокладки 1 км дороги во Франции даже без солнечных батарей достаточно дорогая. А если учитывать, что такая дорога может быть проложена в населенный пункт, не имеющий электроснабжения, то проект может вполне окупиться за 10-15 лет эксплуатации.

Электрическая дорога для подзарядки электромобилей

В 2017 году в Израиле стартовал проект по строительству дороги, которая будет способна заряжать электричеством аккумуляторы проезжающих по ней электромобилей. Подзарядка будет происходить беспроводным способом прямо во время движения. Узкая полоса дорожного покрытия будет состоять из катушек индуктивности, передающих электроэнергию электромобилю на расстояние примерно 25 см. При этом конструкция рассчитана так, что магнитное поле не будет доставать до пассажиров и не будет оказывать на них вредное влияние.

Польза от такой дороги очевидна, т.к. наличие аккумулятора большой емкости в электромобиле увеличивает его массу. Так для автобуса масса аккумулятора для обеспечения оптимального по времени движения без подзарядки должна достигать 5 тонн. При постоянной подразадке аккумулятора от электрической дороги емкость аккумулятора можно будет снизить до минимальных величин. Экономия энергии в данном случае приведет к снижению затрат на 50% по-сравнению с использованием дизельных двигателей. А в настоящее время электромобили все активнее идут на смену традиционным бензиновым и дизельным.

Модели электромобилей, выпущенных экспериментально производителями автотехники: BMW i3, Renault Zoe, Nissan Leaf, Smart E, Hyundai Ioniq, Volkswagen e-Golf, Tesla Model S. Они имеют запас хода без подзарядки от 140 до 270 км. Пока что стоимость таких моделей достаточно высока и спрос на них не высок, но к 2020 ожидается снижение стоимости электромобилей до уровня стоимости традиционных моделей, работающих на бензине и дизеле.

Экспериментальные 20 метров электрической дороги уже построены возле лаборатории ElectRoad. В дальнейшем компания планирует строительство подобных трасс не только в Израиле, но и в других странах.

Трибоэлектрические наногенераторы

Сейчас много разговоров идет о том, как использовать энергию движения человека для выработки автономной электроэнергии. Китайские ученые из Национального центра нанонауки и технологий придумали ещё один способ использования энергии движения - это сбор с поверхностей одежды электростатического напряжения и аккумулирование его в специализированные устройства.

Так, для сбора статического напряжения они придумали материал, который достаточно элластичен, чтобы не ощущалось его присутствие; он достаточно прозрачен и, самое главное, сам способен вырабатывать электростатику и аккумулировать её внутри себя. Ученые данный материал назвали кожеподобным трибоэлектрическим наногенератором с условным обозначением STENG.

Вырабатываемое напряжение такого генератора достигает 145 Вольт при мощности 35 милливатт на квадратный метр. Такой мощности может хватить для обеспечения работы небольших мобильных телефонов и аудиоплееров.

Основной принцип такого генератора - это использование трибоэлектрического эффекта как при деформации наноматериала, так и от соприкосновения его с другими поверхностями. Трибоэлектрический эффект - это появление электрических зарядов в материале из за трения.

Гибкость материала позволяет придавать наногенераторам практически любую форму, что позволит встраивать их не только на одежду или кожу человека, но и в конструкции автомобилей, роботов и других устройств для автонамного электропитания самих себя.

Вопросы для самопроверки

1. Расскажите принцип технологии беспроводной передачи данных.

2. Расскажите что нового вы узнали из данного занятия.

3. Какой принцип действия у трибоэлектрического наногенератора?

 

 

Учебный центр

Методические материалы

 

Система управления сайтом GetSimple © 2017 Филиал Учебного центра «МРСК Урала» - «Челябинский»
Яндекс.Метрика