RSS Feed for Kỷ nguyên truyền dẫn điện không dây đã trở thành hiện thực | Tạp chí Năng lượng Việt Nam Thứ ba 05/07/2022 04:13
TRANG TTĐT CỦA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Kỷ nguyên truyền dẫn điện không dây đã trở thành hiện thực

 - Theo trang tin công nghệ trực tuyến Canada Wonderfulengineering (WEC) số ra cuối tháng 4/2022, Hải quân Mỹ (USN) thử nghiệm thành công truyền 1,6 kW điện không dây qua khoảng cách dài tới 1 km bằng vi sóng. Với thành công này, truyền dẫn điện không dây không còn là xa vời mà nay đã thành hiện thực.
Điện sẽ được truyền tải như Internet không dây Điện sẽ được truyền tải như Internet không dây

Trong ngôi nhà thông minh của thời tương lai, việc truyền tải năng lượng không dây có thể thực hiện dễ dàng như internet không dây.


Tham khảo nhanh về truyền dẫn điện không dây:

Theo trang tin En.wikipedia.org (EWO): Truyền điện không dây (Wireless power transfer (WPT), hay gọi chính xác hơn là truyền tải năng lượng không dây (Wireless energy transmission - WET) là quá trình truyền năng lượng cao từ một điểm đến một điểm nào đó không cần tới dây dẫn. Về mặt năng lượng, WPT khác với truyền thông tin không dây trong viễn thông (như radio, TV, Radar, Mobiphone), ở đó thông tin được biến điệu truyền đi mọi hướng, tín hiệu có trong một dải tần xác định, công suất tín hiệu ở đầu thu thường rất nhỏ (cỡ nW đến µW)… còn trong WPT thì độ lớn và hiệu suất truyền năng lượng là quan trọng nhất, năng lượng chỉ truyền theo một chiều xác định.

Nguyên thủy, ý tưởng về chuyển tải điện năng đã được đề cập từ đầu thế kỷ 20 bởi nhà phát minh người Serbia Nikola Tesla trước khi lưới điện được phổ biến. Thời đó, Tesla đã mơ ước một thế giới không dây dẫn điện phức tạp mà sử dụng hệ thống một tháp truyền điện và năng lượng không dây tới mọi ngõ ngách trên thế giới. Nhằm hiện thực hóa viễn cảnh này, Tesla đã bắt tay xây dựng tháp Wardenclyffe cao 29 m ở New York. Tháp này được coi là bước cuối cùng trong hệ thống điện không dây của Tesla, và được kết hợp với phát minh máy thu năng lượng vũ trụ. Nếu thành công, thế giới sẽ được sử dụng điện miễn phí và không giới hạn chỉ bằng một cái anten thu năng lượng ở đầu cuối.

Nghiên cứu của Tesla xuất phát từ sáng chế cuộn dây Tesla (Tesla coil), một phát minh mang tính cách mạng so với thời đại. Tesla đã phát triển những cuộn dây đặc biệt này vào năm 1891, trước khi người ta sử dụng những chiếc máy biến áp truyền thống để cung cấp điện cho mọi thứ như hệ thống chiếu sáng đến các mạch điện thoại. Những biến áp thông thường không thể chịu được tần số cao và điện áp cao như các cuộn dây trong phát minh của Tesla có thể chịu đựng được.

Năm 1961, Brown đã đăng bài báo đầu tiên đề xuất việc truyền năng lượng bằng vi ba. Ba năm sau, vào năm 1961, ông đã trình diễn mô hình máy bay trực thăng thu năng lượng từ chùm tia viba để bay ở tần số 2,45 GHz trong dải tần dành cho các ứng dụng về công nghiệp, nghiên cứu khoa học và y tế, chúng ta gọi là băng tần ISM (Industry, Science, and Medical). Việc thử nghiệm truyền không dây với công suất vài chục kW đã được thực hiện. Tháp Wardenclyffe do Nikola Tesla xây dựng các cuộn dây cộng hưởng trong một mặt phẳng để truyền hàng chục watt vào các thiết bị khác nhau bao gồm cả đèn chiếu sáng, điện thoại di động, PDA, iPod,... Nói ngắn gọn hơn, cộng hưởng sẽ xảy ra khi cuộn dây sơ cấp bắn dòng điện vào cuộn dây thứ cấp đúng thời điểm để tối đa hóa năng lượng chuyển vào các cuộn dây thứ cấp. Ngày nay cuộn dây Tesla (Tesla coil) không còn được ứng dụng thực tế nhiều nữa, song phát minh của Tesla đã làm nên cuộc cách mạng về cách chúng ta hiểu và sử dụng điện. Ngày nay, radio và TV vẫn sử dụng các dạng khác nhau của cuộn Tesla.

Năm 2006, các nhà vật lý ở Viện Công nghệ Massachusetts, Mỹ (MIT) đã giả định một cách để loại trừ những khó khăn này bằng cách sử dụng các sóng điện từ "phù du" không phát xạ. Các sóng này thường được sản sinh cùng với các sóng được sử dụng trong truyền thông không dây hiện nay, nhưng lại phân rã rất nhanh khi chúng phát ra khỏi ăng ten. Marin Soljacic và các đồng nghiệp cho rằng nếu máy thu có thể cộng hưởng với máy phát, "trường phù du" sẽ cảm ứng một dòng điện. Bằng cách này, vật không cộng hưởng được đặt trong trường hoặc là sẽ ngắt tín hiệu hoặc sẽ hấp thụ hầu hết năng lượng sinh ra bởi trường.

Sau hàng loạt nghiên cứu vào tháng 3 năm 2015, các nhà khoa học Nhật Bản đã thực hiện được một bước đột phá trong việc truyền tải năng lượng điện không dây. Đây có thể coi là tín hiệu đáng mừng, mở ra khả năng sản xuất điện từ ngoài vũ trụ bằng năng lượng mặt trời và truyền về Trái đất. Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng sóng viba để cung cấp 1,8 kW (đủ để chạy một ấm đun nước điện) - qua không khí tới một mục tiêu được chỉ định ở khoảng cách 55 mét (170 feet).

Và mới đây, cuối tháng 4/2022, Phòng Nghiên cứu thí nghiệm Hải quân Mỹ (NRL) đã thành công trong việc truyền tải năng lượng không dây. Bằng cách sử dụng vi sóng (microwave), NRL đã truyền đi 1,6 kW điện qua khoảng cách 1 km tại khu cơ sở nghiên cứu thực địa của quân đội Mỹ tại Maryland.

Truyền dẫn điện không dây đã và đang trở thành hiện thực:

Theo WEC: Phòng Nghiên cứu thí nghiệm Hải quân Mỹ (NRL) đã sử dụng công nghệ microwave (vi sóng) truyền đi 1,6 kW điện qua khoảng cách 1 km trong khuôn khổ dự án có tên SCOPE-M (Vi sóng - Truyền tia điện an toàn và liên tục - Safe and Continuous Power Beaming - Microwave). Dự án này “bước ra” từ những ý tưởng của nhà vật lý người Mỹ - Gerard K. O’Neil đề xuất xây dựng các trạm thu năng lượng mặt trời từ ngoài không gian rồi truyền ngược lại trái đất. Nguyên tắc của việc truyền điện không dây khá đơn giản. Đầu tiên điện năng được chuyển đổi thành vi sóng, sau đó được hội tụ thành chùm tia và “bắn” đến đầu thu - thứ được chế tạo từ những thành phần gọi là rectenna (anten chỉnh lưu). Đây là những thành phần đơn giản, gồm ăng ten lưỡng cực băng tần x (x-band dipole antenna) với diode RF. Khi vi sóng tác động đến rectenna, các phần tử sẽ tạo ra dòng DC.

Rectenna là công nghệ sử dụng cho phương pháp truyền năng lượng không dây mà thiết bị thu dùng các ăng ten thu năng lượng tín hiệu sóng điện từ, sau đó chuyển đổi thành năng lượng dòng điện một chiều (DC). Rectenna gồm các thành phần chính như nguồn tạo chùm tia năng lượng, ăng ten thu, bộ lọc phối hợp trở kháng và mạch chỉnh lưu. Hiệu suất của rectenna phụ thuộc vào hiệu suất của các thành phần cấu tạo. Bất chấp những nghi ngờ ban đầu, hóa ra việc “bắn chùm beam” bằng vi sóng lại tỏ ra có hiệu quả đáng ngạc nhiên.

Tần số của chùm tia viba được chọn ở mức tối ưu 10 GHz, có khả năng chống lại các điều kiện thời tiết khắc nghiệt như mưa lớn, do đó truyền nó đến nguồn với mức tổn thất điện năng dưới 5%. Dự án cũng đáp ứng các thông số khuyến nghị và tiêu chuẩn quốc tế về sự an toàn của các loài chim, động vật và con người, xác định rằng nguồn điện có thể được truyền đi mà không gây ra bất kỳ tác hại nào cho các loài vật sống trong không gian. Dự án SCOPE-M được tổ chức tại 2 địa điểm, một ở Blossom Point, Maryland và địa điểm còn lại là ở Viện MIT tại Massachusetts. Ngoài chịu được điều kiện khắc nghiệt của thời tiết và an toàn với con người và động vật, tần số của chùm tia viba được chọn tốt ở mức 10 GHz còn an toàn với các hệ thống dựa trên laser. Cả hai địa điểm này hiệu suất đạt được không đồng nhất nhưng bình quân đạt mức cao, truyền tải được nhiều năng lượng hơn so với kỳ vọng.

Dự án SCOPE-M của NRL thành công, và công suất 1,6 kW được phổ biến trong phạm vi khoảng 1 km. Mặc dù SCOPE-M là một liên kết truyền tia điện trên Trái đất, nó là một bằng chứng tốt về khái niệm cho một liên kết truyền tia điện không gian. Lợi ích chính của việc truyền nguồn điện từ không gian tới Trái đất là giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp nhiên liệu cho quân đội, vốn có thể dễ bị tấn công. Trong tương lai, công nghệ SCOPE-M có thể được sử dụng để truyền tải điện năng trên mặt đất, hoặc từ ngoài không gian ngược lại Trái đất. Không giống như các nguồn năng lượng sạch khác thường tạo ra điện nhưng không liên tục, việc thu năng lượng mặt trời từ ngoài vũ trụ có thể cung cấp điện năng xuyên suốt 24/7 và 365 ngày trong năm.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM (THEO: BCNN - 4/2022)


Link tham khảo:

1/ https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power_transfer

2/ https://wonderfulengineering.com/the-u-s-navy-has-managed-to-wirelessly-beam-1-6kw-of-power-a-distance-of-1km-using-microwaves/

3/ https://www.oerlive.com/technology/new-zealand-powerco-to-trial-wireless-power-transmission-technology/

4/ https://www.howtogeek.com/162483/no-more-cables-how-wireless-charging-works-and-how-you-can-use-it-today/

5/ https://www.radioeng.cz/fulltexts/2011/11_02_457_463.pdf

6/ http://www.efymagonline.com/pdf/52_Wireless%20Power%20Transfer_EFY%20August%202013.pdf

Có thể bạn quan tâm

Các bài mới đăng

Các bài đã đăng

[Xem thêm]
Phiên bản di động