Bežična energetska mreža: San Nikole Tesle koji se ostvaruje

15.01.2023. | 22:33

Dva značajna događaja su približila čovječanstvo izgradnji globalne bežične energetske mreže. Kompanija „Erbas“ je predstavila prototip sistema za dobijanje energije u svemiru i njen prenos do Zemlje, a inženjeri američke Agencije za napredne odbrambene projekte (DARPA) su objavili da rade na razvoju optičkih releja na brodu.

To su dva ključna elementa budućeg distributivnog energetskog sistema ili „energetskog interneta“.

San Nikole Tesle

Bežični punjači mobilnih telefona i laptopova već postoje, električni autobusi pune akumulatore putem bežičnih punjača. Međutim, „energetski vajfaj“, zasnovan na indukcijskom principu, može da sprovodi malu struju u veoma ograničenom radijusu. Kako bi svoju energiju dijelili na veća rastojanja, potrebne su druge tehnologije.

Ideju o prenosu energije kroz vazduh elektromagnetnim talasima je prvi put iznio, krajem XIX vijeka, Nikola Tesla.

On je predložio stvaranje mreže prijemno-prenosnih stanica širom svijeta, koje se sastoje od visokofrekventnih i električnih oscilatora i rezonantnih prijemnika sa strujom visokog napona. Vjerovao je da će takav sistem osloboditi čovječanstvo skupih visokonaponskih vodova i objediniti sve svjetske izvore energije.

Tesla je u januaru 1902. godine dobio patent za „Aparat za predaju električne energije“. Glavni element je bila Teslina zavojnica. Naučnik je na ostrvu Long ajland u blizini Menhetna izgradio telekomunikacionu instalaciju i nazvao ju je Vordenklif, po advokatu koji je kupio lokaciju za eksperiment. Međutim, u maju 1905. godine je istekao rok za patent i instalacija nije završena.

Kosmička elektrostanica

Posljednjih godina je naglo poraslo interesovanje za tehnologije bežičnog prenosa energije. I to, prije svega, zahvaljujući projektima svemirske solarne energije koje razvijaju NASA, Evropska kosmička agencija (EKA), kao i nacionalne svemirske agencije Velike Britanije, Kine i Japana.

O mogućnosti akumulacije sunčeve energije je pisao još Konstantin Ciolkovski 1920-ih godina, ali se začetkom astro-energetike smatra 1968. godina.

Tada je američki inženjer Piter Glejzer predložio tehnologiju prenosa energije prikupljene u kosmosu na Zemlju pomoću ultra visokih frekvencija „Energetski zrak“. Naučnik je vjerovao da se mikrotalasno zračenje može pretvoriti u električnu energiju koja se prenosi u elektroenergetski sistem.

Sunčane kosmičke stanice su u prednosti jer mogu da rade bez prekida. Sunce nikada ne zalazi u kosmosu i mogu da prikupljaju cjelokupan zrak.

Eksperti iz NASA-e su dokazali da jedna velika satelitska orbitalna stanica sa solarnim ćelijama od oko dva kilometra, može da proizvede energiju ne manju od prosječne veličine jedne nuklearne ili hidroelektrane. Problem je u tome što se, kada se prenese na zemlju, izgubi do 80 procenata energije.

Glavni zadatak je da se razvije efikasna tehnologija za pretvaranje, isporuku i distribuciju energije koja je prikupljena u svemiru. U praksi se to može učiniti na dva načina – mikrotalasnim predajnicima ili laserima. Prva metoda omogućava prenos energetskih tokova industrijskih razmera i ona je manje opasna za ljude.

Energija mikrotalasa

Energijom mikrotalasa se bavio i naučnik i akademik Petar Kapica. Prvi put je prenos energije urađen u NASA opservatoriji „Goldstoun“ u Kaliforniji 1975. godine. Tada je desetak kilovata prebačeno na rastojanje oko jednog kilometra. Međutim, tokom prenosa se gubila velika količina energije.

Projekat „Erbas“

U septembru ove godine, evropski aerokosmički gigant „Erbas“ na posebnom poligonu u fabrici „Iks-Vorks“ u Minhenu, pokazao je kako će se energija prenositi iz svemira. Mikrotalasnim zračenjem energetski snop je prešao udaljenost od 36 metara između dve tačke označene kao „Kosmos“ i „Zemlja“.

Zbog ovog eksperimenta je sagrađen mini-grad, a bežična energija je korišćena za osvetljenje, proizvodnju vodonika iz vode i za hlađenje bezalkoholnog piva za biznismene i političare iz Evropske unije, koji bi trebalo da podrže projekat.

Tehnologija, koja je predstavljena u fabrici „Erbasa“, jedna je od komponenti velikog programa Evropske kosmičke agencije. Njegov glavni element je veliki solarni panel koji će biti postavljen u geostacionarnoj orbiti na visini od oko 36.000 kilometara iznad Zemlje. Prikupljena energija će biti usmerena na dole i koristiće se za napajanje međuplanetarnih stanica i kosmičkih teleskopa.

Eksperti smatraju da će cijena kosmičke energije biti nešto malo veća u odnosu na cijenu energije dobijenu u nuklearnim elektranama ili putem sunčeve energije i u vjetroparkovima. Međutim, cijena će se smanjivati nakon izgradnje novih antena. Jedna geostacionarna solarna farma će moći da generiše oko dva gigavata električne energije, što je ekvivalentno proizvodnji jedne velike nuklearne elektrane.

EKA se zalaže za postupno puštanje u rad pojedinačnih elemenata programa „Solaris“ sredinom 2030-ih godina. Eksperti napominju da je glavni zadatak da se pronađu načini da se smanji gubitak u svakoj od veza energetske mreže.

Ministarstvo odbrane zainteresovano za bežičnu energiju

Vojska je, takođe, zainteresovana za bežičnu energiju. Istraživačka laboratorija Oružanih snaga SAD (AFRL — Air Force Research Laboratory) već nekoliko godina realizuje projekat SSPIDR (Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research).

Cilj je razvoj tehnologija za prikupljanje solarne energije u svemiru i prenos za upotrebu na Zemlji. Plan je da se koristi za snabdijevanje energijom kopnenih borbenih jedinica i dalekometne avijacije. U budućnosti ova tehnika može biti i u civilnoj upotrebi u teško dostupnim područjima, gde nema elektroenergetskih mreža.

NASA je, zajedno sa Oružanim snagama SAD, sprovela nekoliko eksperimenata kako bi testirala mogućnost pretvaranja solarne energije u mikrotalasno zračenje. Na eksperimentalno orbitalnom avionu H-37V, koji je svoj šesti let imao u periodu maj-novembar 2022. godine, instaliran je fotoelektrični antenski modul PRAM-FH. Aparat ne prenosi energiju na Zemlju, ali omogućava procenu efikasnosti konverzije koja se događa na specijalnim višeslojnim sendvič-panelima, koji su fiksirani na avionu.

Pretpostavlja se da će u budućnosti sateliti imati na hiljade takvih elemenata. NASA planira da 2023. godine na bazi Međunarodne kosmičke stanice napravi spoljnu orbitalnu platformu „Alfa spejs“, a tokom 2024. godine da lansiranju u orbitu kosmički brod „Aračne“, čiji će zadatak biti da sprovede prenos energije iz kosmosa na Zemlju.

Eksperti smatraju, da u slučaju da pronađu način da efikasno transformišu i prenesu radiofrekventnu energiju u električnu i obratno, onda će moći da koriste male dronove umesto tradicionalnih sistema velikih kapaciteta. Međutim, 50 do 80 odsto energije se gubi na svakom čvoru transformacije, pa je sada moguće implementirati samo prenos u jednoj etapi.

Internet energija

Kako bi se te prepreke prevazišle, u Agenciji se realizuje program za stvaranje trajnih optičkih bežičnih releja energije POVER (Persistent Optical Wireless Energy Relay), koji mogu da efikasno prenose energetski snop sa zemaljskih lasera preko visokih repetitora do krajnjih potrošača na Zemlji i u vazduhu. Osim toga, takvi repetitori će omogućiti da se u budućnosti izgradi višeslojna bežična mreža.

„Korišćenje održivih višeslojnih mreža je pravi energetski internet koji omogućava prenos i preraspodjelu energije među potrošačima. Energetski problemi se nalaze i među vojnicima, jer mi moramo često da radimo daleko od energetske infrastrukture i da se oslanjamo samo na tečno gorivo, kome je potreban pouzdan izvor snabdijevanja. Ovaj projekat pomaže da riješi taj problem“, rekao je rukovodilac energetskog programa Upravljanje taktičkim tehnologijama pukovnik Pol Kalhun.

Istorija je pokazala da su tehnološki proboji često povezani sa pojavom novih komunikacionih sistema, bilo da se radi o pronalasku točka, željeznice, telefona ili interneta. Prema mišljenju naučnika, još jedan okidač za novi razvoj čovječanstva može biti globalna bežična energetska mreža, koja obezbjeđuje nesmetano snabdijevanje potrošača na zemlji, u vazduhu, na moru, pod vodom i u kosmosu, prenosi “Sputnik“.