Žemę skersai išilgai vagoja, raizgo ir supa įvairaus tipo laidai, kuriais perduodama elektros energija. Tobulėjančios technologijos leidžia pamažu jų atsisakyti – šiandien jau įprasta naudoti belaidžius mobiliųjų įkroviklius, smulkiąją buitinę techniką ar kitus įrenginius. Tikimasi, kad pasaulinė belaidžio energijos perdavimo rinka padidės beveik 14 kartų. Ar nutiks taip, kad pasaulyje nebeliks laidų? Galbūt namuose turėsime belaidį įkrovimo aparatą, kuris aprūpins elektros energija visus namuose esančius įrenginius?
Pasak Kauno technologijos universiteto (KTU) Elektros ir elektronikos fakulteto (EEF) docento doc. dr. Gyčio Svinkūno, reikia išskirti du belaidžio elektros tiekimo uždavinius: belaidis elektros perdavimas dideliu ir nedideliu atstumu. Pirmasis uždavinys yra sunkiai realizuojamas, o antrasis išsprendžiamas kur kas lengviau.
„Miestuose visos elektros tiekimo linijos požeminės, o juk kažkada gatvėse buvo pilna stulpų su laidais. Buityje labiausiai matomas tas laidas, kuris jungia elektros lizdą sienoje su elektrą naudojančiu prietaisu. Jei elektra iš sienos būtų perduota be laido, laidų visai nematytume. Vis dėlto šis uždavinys nėra paprastas ir patogiai sprendžiamas“, – sako iš Alytaus rajono kilęs docentas.
Greitojo įkrovimo aparatūra šiandien nepakankamai galinga
Belaidis įkrovimas – tai elektros energijos perdavimas nedideliu atstumu arba bekontaktis krovimas. Indukcinis krovimas šiuo metu yra patogiausias metodas perduoti elektrą be laidų.
„Metodas gana paprastas – naudojamos dvi ritės, kurios priartinamos viena prie kitos. Vienoje ritėje tekant srovei, magnetinis laukas generuoja elektros srovę kitoje ritėje. Tarp dviejų ričių galima perduoti energiją atstumu, kuris maždaug lygus ritės skersmeniui. Taigi kuo didesnės ritės, tuo didesnis atstumas tarp jų“, – sako alytiškis.
Pavyzdžiui, jei norima perduoti energiją 1 metro atstumu, reikės 2 ričių, kurių diametras taip pat lygus 1 metrui. Tačiau tokia sistema – gremėzdiška.
„Vis dėlto, jei ritės suglaudžiamos tarpusavyje, jų pakanka gana nedidelių. Taigi, užuot jungus prietaisą į lizdą, jis padedamas į atitinkamą įkrovimo vietą, kad būtų suglaudžiamos siunčiančioji ir priimančioji ritės“, – aiškina KTU EEF docentas.
Žinoma, tokiu būdu kraunamo prietaiso negalima nešioti ar kitaip atitolinti nuo krovimo vietos. Taigi scenarijus, kad mes vaikštome po kambarį ir naudojamės belaidžiu būdu kraunamu mobiliuoju telefonu, vargu ar greitai bus įmanomas.
Laidinio krovimo procese dalyvauja ne tik laidas, bet ir kroviklis. Didinant krovimo greitį reikia ne tik storesnio laido, bet ir galingesnio kroviklio – aiškina specialistas. Tas pats galioja ir belaidžiam krovimui – tada irgi reikia galingesnės aparatūros greitesniam krovimui.
Kaip teigia pašnekovas, greitas įkrovimas sukelia gana nemažų problemų: „Pavyzdžiui, reikia storo įkrovimo laido. Jeigu pamėgintume įsivaizduoti, kad mobilusis telefonas įkraunamas per minutę, įkrovimo laidas ir jungtis turėtų būti daug kartų didesni negu tie, kurie naudojami šiandien. Taigi greitas įkrovimas turi savo minusų, fizikos neapgausi.“
Perduoti elektrą dideliu atstumu yra techniškai įmanoma, tačiau neapsimoka
Daugeliu atvejų laidai yra paprasčiausias sprendimas elektros energijai perduoti, ypač jei atstumas didelis.
„Aišku, galima elektros energiją perduoti, pavyzdžiui, sukoncentruotu mikrobangų pluoštu. Tačiau tam reikia sudėtingos siuntimo ir priėmimo aparatūros, o ir naudingumo koeficientas mažas. Be to, toks „spindulys“ būtų pavojingas viskam, kas jo kelyje pasitaiko, veiktų tik tiesioginio matomumo zonoje. Todėl nutiestas laidas išsprendžia visas problemas“, – pasakoja alytiškis.
Pasak specialisto, kryptinis spinduliavimas nėra patogus belaidžio elektros perdavimo būdas, nors techniškai ir realizuojamas. Egzistuoja ir kitas – nekryptinis – elektros perdavimo būdas, tačiau tokiu būdu siunčiama energija išsisklaido erdvėje ir tik labai maža jos dalis iš siųstuvo patenka į imtuvą.
„Padaryti, kad ta išsisklaidžiusi energija susikoncentruotų kokiame nors taške, ir ten pastatyti energijos imtuvo irgi neįmanoma – tiesiog išsiskaidęs elektromagnetinis laukas pats nesikoncentruoja, tai prieštarauja elektromagnetinio lauko fizikai“, – aiškina G. Svinkūnas.
Paprasto ir patogaus sprendimo perduoti elektrą dideliu atstumu be laidų nėra. Aišku, pasak alytiškio, bet kokią radijo stotį galima traktuoti kaip energijos perdavimo dideliu atstumu sistemą, tačiau perduodama energija yra labai nedidelė ir su ja prietaiso neįkrausi.
„Kad energija taptų didelė, reikia didžiulio siųstuvo galingumo ir elektromagnetinio lauko stiprumo. Kažkada panašias idėjas bandė realizuoti didysis išradėjas Nikolas Tesla. Aišku, sistemos gaunamas naudingumas būtų menkas. Tokie dalykai neapsimoka, nors ir yra įmanomi“, – teigia KTU EEF docentas, dėstantis atsinaujinančios energetikos, elektros inžinerijos, automatikos ir valdymo bakalauro studijų programų studentams.
Elektromobilių įkrovimas šiems judant – jau ne fantastinis scenarijus
Stanfordo universiteto tyrėjai mano, kad atrado būdą, kaip įkrauti automobilius, kai šie juda, kad nereikėtų važiuoti į įkrovimo stoteles. Vyresnysis tyrimo autorius ir elektrotechnikos profesorius Shanhui Fan’as interviu „Stanford News“ sakė: „Mums vis tiek reikia gerokai padidinti elektros energijos kiekį, kuris perduodamas įkraunant elektrinius automobilius, tačiau gali būti, kad tai galime padaryti lengviau.“ Jei ši kliūtis bus tikrai įveikta, elektros energija varomos transporto priemonės – viso pasaulio ateitis.
„Belaidžiam automobilio krovimui reikėtų specialaus kelio, kuris gali labai daug kainuoti. Kita problema: automobilis metalinis, o indukcinio krovimo metu arti krovimo sistemos esančios metalinės dalys nuo sukuriamų parazitinių srovių šyla ir sukelia krovimo nuostolius“, – aiškina KTU docentas.
Taigi atsiranda papildomų iššūkių. Specialisto nuomone, juos išspręstų tobulėjantys ir talpesni akumuliatoriai.
„Juk kažkada lėktuvu perskristi Atlantą buvo žygdarbis, nes tam vos pakakdavo kuro. Buvo siūlomi įvairūs sprendimai, pavyzdžiui, statyti viduryje vandenyno dirbtines salas su oro uostu. Patobulėjo lėktuvų varikliai ir buvo apsieita be dirbtinių salų“, – pasakoja pašnekovas.
Su KTU atsinaujinančios energetikos, elektros inžinerijos bakalauro studijų programų studentais jis dažnai aptaria, kodėl elektros energetikos sistema tapo būtent tokia, kokią turime šiandien, ir kokios priežastys tai lėmė.
„Daugiausia dėmesio ir pastangų paskirta paskaitų elektros energetikos moduliui, kuris reikalauja plataus energetikos mokslo esminių sąvokų supratimo ir gero plačios inžinerinės srities išmanymo“, – sako G. Svinkūnas, taip pat dėstantis automatikos ir valdymo studijų programos studentams.