اليوم ، أعادت ثورة في العلم إحياء فكرة Tesla غير العادية ، والتي كانت تعتبر ذات يوم حلمًا بعيد المنال والآفاق جذابة للغاية.
لفائف تسلا
لفائف تسلا هو محول طنين كهربائي. مولد الترددات اللاسلكية لتوليد الجهد العالي ، يقود المحولات في التيارات المنخفضة. يعمل الملف على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي: يتم وضع موصل في مجال مغناطيسي متغير ويولد جهدًا عبر الموصل. تنظم Tesla عروض توضيحية توضح كيف يمكن استخدام ملف لتشغيل المصابيح المتوهجة لاسلكيًا التي تفصل بينها عدة أمتار.
حتى بالمعايير الحديثة ، كانت تسلا سابقة لعصرها بكثير. لكن طموحاته تجاوزت النموذج الأولي لفائف تسلا. لقد تصور عالماً يمكن للبشرية جمعاء فيه الحصول على كهرباء رخيصة أو حتى مجانية. دفع الحدود عندما جلب شيئًا أكثر وظيفية إلى الحياة.
و برج Wardenclyffe كان محطة لاسلكية لنقل التجريبية بنيت للاتصالات السلكية واللاسلكية في جميع أنحاء العالم.
ومع ذلك ، كان هاجس تسلا الرئيسي هو النقل اللاسلكي للطاقة. حصل على تمويل لبناء البرج ، وأخفاه كبرج اتصالات. لقد أثبت بالفعل أنه يمكن إرسال الإشارات عالية التردد لاسلكيًا باستخدام محولات ملف تسلا.
أقنعه المزيد من التجارب السرية في مختبره بأنه يستطيع نقل الكهرباء باستخدام الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض. كان برج Wardenclyffe هو النموذج الأولي لما تصوره Tesla على أنه شبكة من الأبراج تمتد عبر العالم وتتلقى وصولاً لاسلكيًا عن بُعد إلى الطاقة من محطة مركزية.
كانت خطة Tesla هي توليد الكهرباء من منجم فحم قريب وإرسالها إلى جميع أنحاء العالم باستخدام برج ، مثلما تنتقل موجات الراديو لاسلكيًا عبر مسافات طويلة. في مقابلة مع المجلة الأمريكية ، صور تسلا رؤيته بهذه الكلمات الحية:
"يمكن أن تنتقل الطاقة لاسلكيًا ، وستنتقل في المستقبل القريب ، لاسلكيًا لجميع الأغراض التجارية مثل إضاءة المنازل والتحكم في الطائرات." اكتشفت الأساسيات وكل ما تبقى هو تطويرها تجاريًا. وعندما يتم ذلك ، يمكنك الذهاب إلى أي مكان. نقطة من العالم - إلى قمة جبل يطل على مزرعتك أو القطب الشمالي أو الصحراء - وقم بتركيب جهاز صغير يمنحك الدفء للطهي والضوء للقراءة. "
لسوء الحظ ، فإن طموحات تسلا الجامحة لم تر النور مطلقًا. تم إغلاق المسار بعد قطع جي بي مورجان التمويل للمشروع وإفلاس تسلا. تم هدم البرج غير المكتمل في عام 1917 للوفاء ببعض الالتزامات المالية لشركة Tesla. حتى الآن ، تم دفن مفهوم الطاقة اللاسلكية تحت أنقاض القيود البيروقراطية والسياسية والمالية.
الكهرباء اللاسلكية في الوقت الحاضر
لقد مرت أكثر من 100 عام على انهيار الآمال. تدخل العديد من الشركات السوق الآن بتقنيات يمكنها نقل الطاقة بأمان عبر الهواء. تقود Emrod ، وهي شركة ناشئة مدعومة من الحكومة النيوزيلندية ، السباق ضد توقعات المستهلكين من خلال كونها الأولى في العالم التي تنشر طاقة لاسلكية عالية الطاقة لمسافات طويلة لتحل محل تقنية الأسلاك النحاسية الحالية
تستخدم هذه التقنية الموجات الكهرومغناطيسية لنقل الطاقة لاسلكيًا عبر مسافات طويلة. يتم تحويل الطاقة بواسطة هوائي الإرسال إلى إشعاع كهرومغناطيسي ، يتم التقاطها بواسطة هوائي الاستقبال (المستقيم) ، ثم توزيعها محليًا باستخدام الطرق التقليدية. يتكون نظام Emrod من أربعة مكونات: مصدر طاقة ، هوائي إرسال ، مرحل إرسال وجهاز استقبال.
نموذج تخطيطي لنظام الطاقة عن بعد Emrod
أولاً ، يحول هوائي الإرسال الكهرباء إلى طاقة ميكروويف ويركز الكهرباء في حزمة أسطوانية. يتم إرسال حزمة الموجات الصغرية عبر سلسلة من المترجمين حتى تصل إلى المستقيم ، مما يحول الشعاع مرة أخرى إلى طاقة كهربائية. بسيط ، صحيح؟
يحدث الشيء نفسه في أي نظام راديو ، ولكن في الراديو ، يمكن أن تكون كمية الطاقة التي تصل إلى جهاز الاستقبال ضئيلة ؛ كل ما يتطلبه الأمر هو حبس بضع بيكوات لإيصال إشارة واضحة.
على العكس من ذلك ، فإن مقدار الطاقة اللاسلكية النظيفة هو الأكثر أهمية. تصبح الحصة الناتجة من الطاقة المنقولة معلمة تصميم رئيسية ، لذلك من الضروري تطوير طرق فعالة لتقليل الخسائر.
وجد Emrod طريقة لحل هذه المشكلة. اعتمدنا أفكار الرادارات والبصريات. بالمقارنة مع المحاولات السابقة للطاقة اللاسلكية التي تعمل بالميكروويف ، تستخدم Emrod المواد الخارقة (في المرحلات) لتركيز الإشعاع المرسل عن كثب.
يتم تقليل خسائر الطاقة أثناء هذا الإرسال. يقول الرئيس التنفيذي لشركة Emrod إن نظامهم يعمل بكفاءة 70٪ ، وهو أقل كفاءة من الأسلاك النحاسية ، ولكن في بعض الحالات لا يزال النظام فعالاً من حيث التكلفة. تخطط الشركة لتحسين كفاءة الطاقة في المستقبل.
والجدير بالذكر أن هذه التقنية موثوقة لأنها لا تتأثر بالطقس أو الظروف الجوية ، لذا فإن انقطاع التيار الكهربائي غير المتوقع أصبح شيئًا من الماضي.
إن أحد مجالات الاهتمام هو قضية الأمن. يعمل شعاع Emrod الكهرومغناطيسي بترددات مصنفة على أنها ISM - حزم صناعية وعلمية وطبية غير ضارة بصحة الإنسان.
حتى الآن ، تسعى الشركة الناشئة إلى توفير الطاقة للمجتمعات خارج الشبكة ، أو نقل الطاقة من مصادر في أعالي البحار.
آفاق الكهرباء اللاسلكية
يمكن القول أن الكهرباء اللاسلكية هي واحدة من تلك الاختراعات غير المطلوبة بالنسبة لنا. بعد كل شيء ، نحن بالفعل ننقل الكهرباء ، وهي تعمل بشكل رائع. لكن هذا أبعد ما يكون عن القضية. التكاليف الخفية لنقل الطاقة التقليدية باهظة للغاية.
إن وضع خطوط الكهرباء وصيانتها مكلف ، ناهيك عن القيود الجغرافية على انتشار شبكات الكهرباء إلى المناطق النائية. يمكن للسفن في البحر أو المركبات الكهربائية أو الطائرات التزود بالوقود أثناء التنقل. من شأن نهج Emrod أن يحل مشكلة النطاق ، خاصة بالنسبة لتعرفة الكهرباء التجارية المقترحة.
لكن ربما تكون أكبر ثورة هي التحول العالمي إلى طاقة متجددة نظيفة ورخيصة. يمكنك فهم المقياس باستخدام حقيقتين.
1. نقل الطاقة الشمسية عن بعد
وفقًا لإحصاءات الطاقة العالمية ، بلغ إجمالي استهلاك الطاقة في العالم في عام 2019 13 مليار طن من المكافئ النفطي (MTOE). بعبارة أخرى ، هذه 17.3 تيراواط من الطاقة.
اليوم ، إذا قمنا بتغطية قطعة أرض مساحتها 350 كم × 350 كم بألواح شمسية ، فيمكن أن يوفر هذا أكثر من 17.4 تيراواط من الطاقة. تبلغ المساحة المذكورة حوالي 43000 ميل مربع. تبلغ مساحة الصحراء الكبرى حوالي 3.6 مليون ميل مربع وأكثر من 12 ساعة من ساعات النهار ، مما يعني الطاقة.
وهذا يعني أن 1.2٪ من مساحة الصحراء كافية لتلبية احتياجات الطاقة في العالم. ولا يمكن لأي اندماج نووي أو أي مصدر طاقة آخر قيد التطوير حاليًا منافسة ذلك.
ماذا لو أصبحت الكهرباء اللاسلكية حقيقة واقعة ، نستخدم جزءًا صغيرًا من الصحراء لتجميع الطاقة الشمسية ونقلها حول العالم دون الحاجة إلى أسلاك نحاسية باهظة الثمن؟ ألن يكون هذا اختراقة كبيرة في حل مشاكل أزمة الطاقة والتلوث البيئي وتغير المناخ؟
2. الطاقة الشمسية الفضائية
تبدو الخلايا الشمسية العملاقة التي تجمع الطاقة الشمسية في الفضاء وترسلها إلى الأرض وكأنها مشهد مجنون من أفلام الخيال العلمي.
طور العالم الروسي كونستانتين تسيولكوفسكي من الناحية المفاهيمية في عشرينيات القرن الماضي ، ظلت فكرة الطاقة الشمسية الفضائية بعيدة المنال إلى حد كبير. لكن كل شيء يتغير. قبل بضعة أشهر ، أعلنت وكالة الفضاء الأوروبية عن خطتها لتمويل الطاقة الشمسية الفضائية كوسيلة لمعالجة تغير المناخ من خلال تعزيز إنتاج الطاقة الخضراء.
سيوفر نظام الطاقة الشمسية الفضائي الطاقة النظيفة للجميع في كل مكان.
ستستخدم الطاقة الشمسية الفضائية مفهوم الكهرباء اللاسلكية. تتمثل الخطة في تحويل الكهرباء من الألواح الشمسية إلى موجات طاقة واستخدام المجال الكهرومغناطيسي لنقلها إلى هوائي على سطح الأرض. يقوم الهوائي بعد ذلك بتحويل الموجات إلى كهرباء.
بفضل العديد من المزايا ، يعد CSP حلاً جذابًا لأزمة الطاقة الوشيكة ، والتي ستولد المزيد من الطاقة:
- دائمًا ما يكون الجو مشمسًا في الفضاء. الألواح الشمسية الأرضية محدودة بضوء النهار والظروف الجوية.
- يمكن أن تتلقى الألواح الشمسية المزيد من أشعة الشمس الشديدة بسبب عدم وجود عوائق من الغازات الجوية والسحب والغبار والظروف الجوية الأخرى. عادة ما يمتص الغلاف الجوي للأرض ويعكس بعض ضوء الشمس.
- يمكن إضاءة القمر الصناعي الذي يعمل بالطاقة الشمسية على مدار الساعة ، سبعة أيام في الأسبوع. اليوم ، يتم حصاد الطاقة الشمسية بمعدل 29٪ من اليوم.
- يمكن إعادة توجيه الطعام بسرعة إلى المناطق الأكثر احتياجًا إليه.
وغني عن القول ، أن CSE لا تزال تواجه العديد من العقبات ، أكبرها تكلفة إطلاق ونشر الألواح الشمسية الضخمة. يتم حاليًا استكشاف طرق تصنيع جديدة ، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد لخلايا شمسية فائقة الخفة.
الكهرباء اللاسلكية: حلم تسلا وواقعنا المستقبلي
من خلال تسخير الإمكانات الهائلة للكهرباء اللاسلكية ، سيكسب جيلنا الكثير ولن يخسر شيئًا. في السنوات المقبلة ، لا يسعنا إلا أن نأمل أن تسفر الجهود الحالية لتحقيق هذا العمل الملحمي عن نتائج إيجابية. للأسف ، نيكولا تيسلا ، المخترع العظيم ، ليس معنا حتى يتمكن من رؤية حلمه يتحقق. يسعدني مشاركة أحد اقتباسات Tesla الشهيرة ، وهو مصدر إلهام رائع للعلماء الناشئين حول العالم:
"إذا كنت تريد كشف أسرار الكون ، فكر في الأمر من حيث الطاقة والتردد والاهتزاز".
