Светът без проводници е по-близо, отколкото изглежда. Как ще функционира новата енергийна мрежа?

В свят, в който данните се разпространяват със скоростта на светлината чрез Wi-Fi, а сателитните комуникации са достъпни навсякъде на планетата, една технология изглежда упорито анахронична – кабелите. От края на XIX в. насам ние сме привързани към тях, като те са оплели планетата в мрежа от мед и алуминий. Но какво би станало, ако енергията, както и информацията, можеше да се предава без физически носител? Тази идея, някога смятана за достояние на ексцентрични гении и фенове на научната фантастика, сега преживява ренесанс. И този път зад нея стоят не само смели мечти, но и хладнокръвна пресметливост, зряла технология и неотложна необходимост.

Призракът на Никола Тесла и една фундаментална грешка

Всеки разговор за безжичната енергия неминуемо започва с Никола Тесла. Неговият амбициозен проект с името „Световна безжична система“ трябваше да превърне самата Земя в гигантски резонатор, позволяващ да се черпи енергия буквално от въздуха във всяка точка на света. Идеята е била направо хипнотизираща, но обречена на провал. Тесла е мислел за всепосочно излъчване, подобно на радиостанция. Искал е да „напомпа“ енергия в йоносферата, но това би било все едно да се опиташ да напоиш един човек, като излееш резервоар с вода в океана – огромната загуба на енергия прави този подход неефективен.

Именно тук се крие основната разлика между мечтата на Тесла и днешната реалност. Днешните инженери са изоставили идеята за „излъчване“ на енергия във въздуха. Вместо това те се фокусират върху излъчването (power beaming) – създаването на тясно фокусиран енергиен „мост“ между две точки. Това е фундаментална промяна в процеса, която превръща фантазията в разрешим инженерен проблем.

Физиката на безжичния ват: микровълни, лазери и търсене на компромис

Съвременните системи за безжично предаване на енергия по същество са своеобразна игра с електромагнитния спектър. Изборът на „оръжие“ зависи от поставената задача и всяко от тях има своите силни и слаби страни.

• Микровълните: „работният кон“. Това е най-зрялата технология. Микровълновите лъчи се поглъщат сравнително слабо от атмосферата, което позволява енергията да се предава на десетки километри с висока ефективност. Новозеландската компания EMROD например твърди, че нейната система е с ефективност до 95%. Тук обаче се намесва неумолимата физика: колкото по-голямо е разстоянието и колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-силно се разсейва лъчът. Предаването на енергия от космоса до Земята с помощта на микровълни би изисквало приемна антена с площ от няколко квадратни километра – обемиста и скъпа.
• Лазерите: изстрел на снайперист. Лазерният лъч с много по-къса дължина на вълната може да бъде фокусиран върху много малък приемник. Това го прави идеален кандидат за космоса, където е необходимо да се прехвърля енергия на огромни разстояния до компактни обекти като сателити и междупланетни сонди. Но лазерът има ахилесова пета: атмосферата. Облаците, мъглата и дори силният дъжд могат да разсеят и напълно да блокират лъча, намалявайки ефективността му до нулата.
• Радиовълните: златната среда. Някои компании, като американската Reach Power, търсят компромис в милиметровия диапазон на радиовълните. Тези вълни се фокусират по-добре от класическите микровълни, но са по-малко чувствителни към атмосферните смущения от лазерите. Тяхната идеална ниша е градската среда: захранване на рояк дронове, роботаксита и т.н.

Перфектната буря: защо точно сега?

Идеята за преноса на енергия чрез лъчи не е нова – още през 60-те години на миналия век инженери са създавали хеликоптери, задвижвани от микровълнови лъчи. Така че защо технологията се „изстреля“ едва сега? Причината е в съчетанието на три ключови фактора.

• Технологичната зрялост. Компонентите, необходими за подобни системи – ефективни преобразуватели, фотоволтаици, транзистори и лазери – станаха с порядък по-евтини, по-надеждни и по-достъпни. Това, което преди половин век е било уникален лабораторен експеримент, сега може да бъде сглобено от наличните в търговската мрежа части и компоненти.
• Енергийният преход. Глобалното отказване от изкопаеми горива и пълната електрификация създават нови, нетривиални предизвикателства. Как да зареждаме флота от електрически самосвали за милиарди долари? Как да захраните офшорните сондажни платформи или отдалечените минни операции, без да прокарвате скъпи кабели? Безжичното предаване предлага елегантно решение.
• Информационната революция. Нашият свят е наситен с милиарди интелигентни сензори: в домовете, в промишлеността, в инфраструктурата. Всеки от тях се нуждае от захранване. Смяната на батериите им е логистичен кошмар. Лъчевото предаване на енергия с ниска мощност, сравнимо с „енергийния Wi-Fi“, може да захранва тези устройства непрекъснато, отваряйки пътя към един наистина автономен интернет на нещата.

От интелигентните етикети с цените до космическите електроцентрали

Противно на очакванията, първите потребители на безжичната енергия няма да бъдат нашите домове. Революцията ще започне от малките и критични места. Първите лястовички се очаква да бъдат маломощни системи за търговия на дребно: представете си етикети с цените в супермаркета, които се актуализират в реално време, като получават енергия от трансмитер на тавана.

Следващата стъпка са нишите, където цената е без значение, а нуждата е абсолютна. На първо място е военната сфера. Възможността да се поддържат разузнавателни дронове във въздуха в продължение на седмици, като непрекъснато се зареждат от космоса, от земята или от самолет за презареждане с гориво, е огромно тактическо предимство.

Едва след това технологията ще започне да се използва в гражданския сектор: за захранване на отдалечените селища, островите и изследователските станции, където е икономически нецелесъобразно да се прокарват електропроводи. Апогеят на тази технологична траектория ще бъдат проекти, подобни на плановете на японската агенция JAXA – създаването на гигаватна слънчева електроцентрала в орбита, способна да предава чиста енергия във всяка точка на планетата.

Най-важната промяна, настъпила през последните години, е промяната във възприятието. Разговорите за безжичната енергия преминаха от „това е невъзможно“ към „кога и как да я приложим?“. Стоим на прага на ера, в която енергията вече няма да е свързана с електрическия контакт. И макар че кабелите ще ни служат добре още дълго време, бъдещето е ясно – то ще бъде безжично.