Đăng ký thành viên

Chào mừng đến với Kỷ nguyên Điện không dây

Tầm nhìn của Nikola Tesla về thế giới sắp trở thành hiện thực.

Giấc mơ điện không dây sắp trở thành hiện thực (Ảnh st)

Giấc mơ điện không dây 100 năm tuổi có thể sẽ trở thành hiện thực trong những năm tới. Sự ra đời của sạc không dây, xe điện, mạng 5G và nhu cầu về tính bền vững cao hơn đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền tải không dây vận hành đầy đủ ở nhiều vùng khác nhau trên thế giới.

Từ Công ty Wave Inc. của Mỹ đến Công ty Space Power Technologies của Nhật Bản và Công ty năng lượng khởi nghiệp Emrod của New Zealand, có vô số công ty hiện đang nghiên cứu công nghệ truyền tải điện không dây. Một số hệ thống đã bắt đầu thử nghiệm thực địa và sẽ rất thú vị khi xem ai về nhất trong cuộc đua này để đưa ra giải pháp điện không dây hiệu quả, tiết kiệm và khả thi.     

Lịch sử và khoa học đằng sau truyền tải điện không dây 

Sạc không dây (Ảnh st)

Năm 1891, nhà phát minh người Mỹ gốc Serbia Nikola Tesla đã thiết kế cuộn dây Tesla, một thiết bị độc đáo hoạt động theo nguyên lý cộng hưởng điện và có thể truyền điện mà không cần dây dẫn. Tuy nhiên, cuộn dây này chỉ có thể dẫn điện không dây qua khoảng cách ngắn, và do tiềm lực hạn chế, nó chưa trở thành một ứng dụng thực tế để truyền điện không dây.  

Nikola Tesla (Ảnh st)

Ý tưởng về điện không dây vẫn luôn ám ảnh Tesla, vì vậy trong những năm sau đó, ông đã nghiên cứu xây dựng một trạm điện có thể truyền tải điện không dây điện áp cao (WPT). Tesla muốn thông qua thử nghiệm này để truyền những thông điệp không dây dẫn qua khoảng cách lớn bằng cách sử dụng một dãy các trụ điện được bố trí có chiến lược hoặc một hệ thống các khí cầu bay lơ lửng.

Ông đã xây dựng một trạm truyền tải không dây ở Long Island (mang tên trạm Tesla hoặc trạm Trụ điện Wardenclyffe) mà ông tin rằng có thể chứng minh khả năng truyền tải điện không dây tầm xa. Thật không may, nhà đầu tư JP Morgan đã từ chối cung cấp thêm vốn cho các thí nghiệm của ông và dự án đã thôi hoạt động vào năm 1906 và sau đó đã bị phá bỏ.

Nikola Tesla đã qua đời vào năm 1943 với giấc mơ về điện không dây còn dang dở, nhưng trong 100 năm qua, một số thí nghiệm và công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng nhà phát minh thiên tài này có thể đã đi đúng hướng trong cách tiếp cận của mình bằng cách sử dụng môi chất đất thay vì dây kim loại để truyền tải điện không dây.

Ngày nay, các phương pháp truyền tải điện không dây khác nhau đang được phát triển và nghiên cứu đang được tiến hành để thực hiện các phương pháp này trên quy mô lớn.

Truyền tải điện qua vệ tinh năng lượng mặt trời

Truyền tải điện qua vệ tinh năng lượng mặt trời (Ảnh st)

Đây là một phương pháp đầy hứa hẹn liên quan đến việc sử dụng vệ tinh năng lượng mặt trời được đặt trên quỹ đạo vệ tinh tầm cao. Vệ tinh này sẽ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng ở dạng các vi sóng. Các tín hiệu vi sóng này sau đó sẽ được truyền tới một ăng-ten trên mặt đất hoặc tới một trạm lưới điện chính.

Từ đó, các tín hiệu này sẽ được truyền đến một trạm lưới điện cơ sở, trạm này sẽ chuyển vi sóng thành dòng điện một chiều. Tại trạm lưới điện, điện năng cũng sẽ được chuyển đổi thành các gói năng lượng, tương tự như các gói dữ liệu internet, sẽ được truyền đến các hộ gia đình riêng lẻ và được tích trữ trong một bộ thu năng lượng. 

Truyền tải điện bằng vi sóng

Truyền tải điện bằng vi sóng (Ảnh st)

Trong phương pháp này, bức xạ vi sóng được biến thành năng lượng điện một chiều với sự trợ giúp của bộ thu vi sóng và bộ chỉnh lưu thành điện một chiều. Hiệu suất cao nhất đạt được khi truyền tải điện bằng vi sóng là 84% được ghi nhận vào năm 1975 bởi một nhóm nghiên cứu ở Nhật Bản, nhưng các hệ thống với sản lượng điện cao hơn lại thường có hiệu suất thấp hơn. Mục tiêu tiếp theo sẽ là truyền năng lượng hiệu suất cao qua khoảng cách lớn.

Nghiên cứu được công bố vào tháng 8/2021 tại Đại học Tsukuba (Nhật Bản) hé lộ rằng bức xạ vi sóng năng lượng cao có thể hoạt động như một nguồn năng lượng không dây hiệu quả để phóng tên lửa vào trong không gian. Nhiên liệu chiếm khoảng 90% trọng lượng của một tên lửa phóng lên vũ trụ, tải trọng này có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng công nghệ năng lượng không dây dựa trên vi sóng này. 

Truyền tải bằng tia laser

Các bộ chuyển đổi điện một chiều-thành-tia laser hiệu suất cao nhất đã được chứng minh là các điốt laser trạng thái rắn giống như các bộ chuyển đổi được sử dụng thương mại trong truyền thông laser sợi quang và không gian tự do (không có trọng trường và không có trường điện từ). Quá trình truyền tải bằng tia laser cho phép máy thu quang điện nhận các chùm tia laser và phát ra điện năng từ đó. Ưu điểm của truyền tải điện dựa trên laser là các chùm tia laser có thể được điều khiển dễ dàng hơn để truyền tải điện không dây tầm xa.

Điện không dây không còn là giấc mơ đối với New Zealand

Điện không dây giờ đây không còn là giấc mơ (ảnh st)

Công ty năng lượng khởi nghiệp Emrod sẽ sớm thử nghiệm một nguyên mẫu cơ sở hạ tầng truyền tải năng lượng không dây ở New Zealand. Nếu thử nghiệm này thành công, đây sẽ là một động lực lớn thúc đẩy kế hoạch của chính phủ New Zealand trong việc thiết lập hệ thống truyền tải năng lượng không dây trong cả nước.   

Emrod đã thiết kế một công nghệ năng lượng từ xa có một không hai sử dụng một mạng lưới không dây gồm các ăng-ten và các ăng-ten chỉnh lưu đưa năng lượng dưới dạng sóng điện từ tầm xa từ điểm này đến điểm khác. Trước tiên, điện được dẫn qua ăng-ten dưới dạng chùm tia không ion hóa, có tần số tương đương với các sóng radio. 

Emrod tuyên bố rằng công nghệ này rất phù hợp với địa hình miền núi của New Zealand và có thể chịu được các điều kiện thời tiết luôn thay đổi trong vùng. Công nghệ truyền điện không dây dựa trên các ăng-ten chỉnh lưu này cũng được coi là rất có lợi cho những vùng không thể lắp đặt lưới điện truyền thống do hạn chế về tài chính hoặc địa hình.

Giám đốc điều hành Công ty Emrod Greg Kushnir dự đoán rằng nhiều người có thể phản đối điện không dây giống như họ hoài nghi về công nghệ 5G. Ông tin rằng thách thức thực sự liên quan đến dự án này là làm sao để mọi người rằng tin rằng điện không dây từ Emrod không gây ra bất kỳ bức xạ có hại nào.

Một số sáng kiến ​​đột phá khác về truyền tải điện không dây

Điện không dây là một giải pháp thay thế tuyệt vời cho các nguồn điện truyền thống (Ảnh st)

Điện không dây là một giải pháp thay thế tuyệt vời cho các nguồn điện truyền thống có tiềm năng cách mạng hóa lĩnh vực năng lượng sạch. Đây cũng là lý do vì sao có rất nhiều dự án phát triển thú vị diễn ra trong mảng WPT:

Công ty Điện khí hóa Phương tiện giao thông Tiên tiến Không dây (WAVE) là một công ty công nghệ của Mỹ chuyên chế tạo các giải pháp năng lượng không dây dùng cho xe điện công suất trung bình và công suất lớn. Các hệ thống sạc do Wave cung cấp có thể được lắp đặt ngầm dưới đất, bên dưới đường bộ hoặc trong các bãi đỗ xe và có thể cung cấp nguồn điện không dây công suất đến 1MW. 

Các báo cáo gần đây gợi ý rằng xe tải điện Semi sắp ra mắt của Tesla có thể sẽ sử dụng công nghệ sạc không dây cảm ứng từ của Wave để đáp ứng nhu cầu điện của mình. 

Beyond Earth là một viện nghiên cứu phi lợi nhuận đã đề xuất tầm nhìn thiết lập một hệ thống truyền tải điện qua vệ tinh năng lượng mặt trời với đầy đủ chức năng. Viện này tuyên bố rằng hệ thống không dây được đề xuất có thể cấp điện cho các ứng dụng công nghiệp trên trái đất cũng như các hoạt động của con người trên mặt trăng.

WiTricity, một công ty có trụ sở tại Mỹ cũng đang nghiên cứu công nghệ đỗ xe-và-sạc nhằm sạc xe điện thông qua bộ cộng hưởng từ khi xe đang đỗ. 

Cùng với Internet Vạn vật kết nối (IoT) và Trí tuệ nhân tạo (AI), truyền tải điện không dây cũng là một sự phát triển công nghệ tất yếu mà nhân loại sẽ trải qua trên một tầm cao hoàn toàn mới trong những năm tới. 

Biên dịch: Bùi Thị Thu Hường

Theo “interestingengineering’’, số tháng 9/2021