Вчера мы освещали новость о том, что второй по величине дистрибьютор электроэнергии в Новой Зеландии подписал контракт со стартапом Emrod на пробную беспроводную передачу электроэнергии на большие расстояния. Сегодня мы продолжим интервью с основателем Emrod Грегом Кушниром, чтобы поговорить о сделке, технологии, безопасности и резервировании, эффективности системы и о том, можно ли использовать ее для передачи энергии обратно на Землю с космической солнечной батареи.
Далее следует отредактированная стенограмма.
Новый атлас: поздравляю вас с этой сделкой, которую вы подписали с Powerco. Это звучит довольно значительно.
Грег Кушнир: любая рыночная тяга с новой технологией значительна. Я думаю, что это был огромный скачок веры от имени Powerco.
Таким образом, передача микроволновой энергии была возможна в течение некоторого времени. Какие успехи вы, ребята, сделали?
Вы абсолютно правы. Передача энергии с помощью микроволн существует уже несколько десятилетий. В 70-х годах НАСА показало, что оно может поддерживать беспилотный вертолет в воздухе, заряжая его микроволнами с земли. Это было вокруг в течение некоторого времени.
То, что изменилось за последние несколько лет, - это в основном технология метаматериалов. Новые материалы, которые позволили нам очень, очень эффективно преобразовывать энергию обратно в электричество. Именно это делало его пригодным для коммерческого использования. До этого он существовал, но в основном использовался в военных целях.
Таким образом, материалы, которые являются синтетическими, искусственными, и когда вы сталкиваетесь с волнами, акустическими или электромагнитными, они реагируют как новый тип материала. И вы можете создать их, чтобы делать все виды вещей. Акустические метаматериалы могут быть очень удобны для поглощения звука в аудиостудиях.
Электромагнитные метаматериалы делают несколько вещей; вы можете включить в них небольшие конструкции, чтобы они могли поглощать электромагнитное излучение и превращать его в тепло или электричество, или заставить его уйти. Это, по сути, технология скрытности, вот для чего она использовалась в армии.
То, что делает вещи невидимыми для радаров?
Это та же самая категория. Мы используем несколько иную технологию, но это та же категория материалов.
Это структура или составные металлы? Что же позволило это сделать?
Я думаю, что то, что позволило сделать действительно быстрый рывок, который мы видели в последние несколько лет, - это лучшее компьютерное моделирование. Когда вы можете моделировать эти вещи должным образом, не нуждаясь в создании и тестировании все время, это то, что обеспечило большой толчок. Больше вычислительной мощности, лучшее программное обеспечение, больше университетов, вовлеченных в эти исследования.
Релейные и приемные панели практически без потерь; единственные заметные потери в системе находятся на передающем конце
Итак, прототип, который вы строите для Powerco, будет передавать 2 кВт, верно?
Несколько больше, чем это. Несколько киловатт, но это действительно ограничено только из-за нашей испытательной установки. Технически мы можем доставить гораздо больше.
Что передают ваши нынешние прототипы?
Всего несколько ватт. Наш нынешний прототип относительно невелик. Он передает около 40 метров (130 футов).
Насколько большим будет конечный антенный блок?
У меня нет простого ответа на этот вопрос. Размер определяется количеством энергии, которую вы хотите передать; чем больше энергия, тем больше поверхность. Кроме того, расстояние; чем больше расстояние, которое вы хотите пересечь, тем больше поверхность, которая вам понадобится.
Имейте в виду, вам не нужно делать огромный прыжок за один раз. Это, вероятно, более ограничено островами и морскими ветряными электростанциями, где вам приходится иметь дело с довольно большими расстояниями. Для регулярного наземного использования мы можем использовать наши ретрансляторы, поэтому вам нужна только линия видимости между каждым элементом.
Реле по существу без потерь. Потери там почти нулевые. Они не требуют никакой энергии, вы можете думать о них почти как о линзах; они перефокусируют луч. Таким образом, вам нужна прямая видимость между каждым компонентом, но вы не должны быть в состоянии видеть от передатчика до прямой кишки.
Но чтобы дать вам пример, передатчик площадью один квадратный метр (10,7 квадратных футов) может посылать около 10 кВт примерно на 10 метров (33 фута), но передатчик площадью 40 квадратных метров (430,5 квадратных футов) может дать вам около 30 км (18,6 миль) диапазона, что намного больше, чем нам нужно для подавляющего большинства приложений.
Итак, реле без потерь, какова эффективность всей системы?
Эффективность всех компонентов, которые мы разработали, довольно хороша, близка к 100 процентам. Большая часть потерь приходится на передающую сторону. Мы используем твердотельное состояние для передающей стороны, и это, по сути, те же электронные элементы, которые вы можете найти в любой радиолокационной системе или даже в вашей микроволновой печи дома. В настоящее время они ограничены примерно 70-процентной эффективностью. Но там идет много развития, в основном за счет коммуникаций, 5G и так далее.
Так что это главный предел нашей эффективности. Остальная система, проходящая по воздуху, реле, выпрямитель, довольно эффективна.
Имеются системы лазерного отключения, но даже в том случае, если ваша рука окажется на пути луча, плотности мощности недостаточно, чтобы вызвать травму из-за короткого воздействия.
Имеются системы лазерного отключения, но даже в том случае, если ваша рука окажется на пути луча, плотности мощности недостаточно, чтобы нанести травму из-за короткого воздействия.
Значит, вся система находится на отметке в 70 процентов?
В значительной степени, это зависит от обстоятельств. Вы можете пойти немного выше или ниже в зависимости от того, какую частоту вы используете, и мы используем диапазон разных частот в зависимости от конкретного сценария; иногда вам нравятся более крупные и дешевые антенны, иногда вас устраивает меньшая и менее эффективная антенна, но да, это примерно тот уровень, на котором мы находимся.
Как это соотносится с эффективностью медного провода?
В медных проводах всегда есть потери. Традиционно распределители смягчают это, увеличивая напряжение, поэтому вы получаете линии высокого напряжения, которые проходят на большие расстояния. Потеря там не страшная. Цифры, поступающие из Штатов, как правило, сообщают об убытках около 10-15 процентов.
Очевидно, что в некоторых сценариях это намного ниже. Я считаю, что мы неплохо складываемся. А когда вы думаете о солнечных панелях, где они появились четыре десятилетия назад, их эффективность выражается однозначными цифрами. Потребовались десятилетия, прежде чем они стали экономически жизнеспособными без государственных субсидий.
Мы здесь с самого начала. Есть довольно много сценариев, когда это уже экономически жизнеспособный способ передачи энергии. Я упомянул водоемы, но это тоже труднопроходимая местность, горы, долины, леса. Особенно, если это национальный заповедник, вы не хотите вырезать большие куски, ставить пилоны и возвращаться, чтобы снова рубить деревья.
Так что в таких ситуациях мы уже экономически жизнеспособны. При этом мы не предвидим в ближайшем будущем ситуации, когда можно было бы сказать, что весь медный провод можно заменить беспроводным. По сути, у него будет более низкий уровень эффективности. Речь идет не о замене всей инфраструктуры, а о ее расширении там, где это имеет смысл.
Очевидно, что в наши дни любая беспроводная технология, похоже, является горячей темой для, скажем так, голосового меньшинства людей. Ожидаете ли вы большого сопротивления?
Да, ты прав. Мы действительно ожидаем некоторого сопротивления. Но, к счастью, нам довольно легко продемонстрировать, что наш экологический след намного меньше, чем у обычных линий. Энергия проходит между двумя точками, точка в точку. Вокруг этого абсолютно ничего нет. Ни волн, ни излучения, ни ударов.
Продемонстрировать это довольно легко. Более того, у нас есть лазерная матрица, поэтому мы следим за тем, чтобы луч всегда касался только чистого воздуха. И даже если бы мы не использовали эту лазерную матрицу, вам пришлось бы довольно долго задерживаться в этом луче, чтобы получить немного теплового эффекта, скажем, на один градус горячее.
В отличие, например, от 5G, 5G распространяется повсюду. Он неизбежно погружает и поражает людей. Наши лучи не попадают ни во что, кроме чистого воздуха. Так что я думаю, что у нас довольно простая задача с точки зрения объяснения того, почему наша технология безопасна и экологична. Но нам придется заняться этим, вы абсолютно правы. Всегда будет какой-то отпор.
Наука не обязательно имеет большой вес в этих аргументах.
Всем нельзя угодить, и я не думаю, что это наша работа.
Значит, даже если у вас нет выключенного лазера, вы можете засунуть руку прямо в середину высокомощной передачи и оставить ее там на несколько секунд, прежде чем почувствуете что-нибудь?
Да. Это действительно связано с частотой, которую мы используем. Это не лазер, он не может пробить дыру в вашем теле. Волны относительно длинны, они находятся в промышленном, научном и медицинском диапазоне (ISM), и есть хороший объем исследований о влиянии этих видов лучей на человеческую ткань.
Вторая вещь имеет много общего с плотностью мощности. Дело не только в том, сколько энергии вы доставляете, но и в том, сколько энергии вы доставляете на квадратный метр. Уровни плотности, которые мы используем, относительно низки. На данный момент это примерно равносильно тому, чтобы стоять снаружи в полдень на солнце, примерно 1 кВт на квадратный метр.
Очевидно, мы увеличим это, но уровни плотности мощности все равно будут довольно низкими. Я думаю, что это одно из наших преимуществ с точки зрения здоровья и безопасности.
А также лазерная система отсечения, которая довольно крутая.
Я должен признать, что система лазерного отсечения довольно стандартная, ничего слишком сложного там нет.
Беспроводные устройства передачи энергии Emrod могут передавать большое количество электроэнергии между двумя точками, причем линия визирования между реле является единственным ограничением расстояния
Устройства беспроводной передачи энергии Emrod могут передавать большие объемы электроэнергии между двумя точками, при этом расстояние между реле ограничивается прямой видимостью.
ХОРОШО. Что произойдет, когда это отключится, полное затемнение на другом конце провода?
Нет. В зависимости от размера антенны мы можем отрезать определенные части. Передающих элементов очень много. Мы можем отрезать только те, которые заблокированы объектом. Таким образом, если у вас нет вертолета, зависшего точно на пути луча, любой переходный объект не будет иметь значительного влияния на уровни мощности, принимаемые на другой стороне.
Сказав это, действительно имеет смысл установить батарею на другой стороне, если у вас есть критически важные приложения, такие как больницы и тому подобное.
Итак, у вас есть поддержка Powerco, есть ли другие предложения в разработке?
Есть, но я не думаю, что мне следует обсуждать их до подписания. Но их довольно много на стадии разработки.
Правильно. Так как вы, ребята, впервые узнали об этом?
Хороший вопрос, у меня нет хорошего ответа. Я смотрю на это уже около десяти лет, как часть поиска высокоэффективных технологий, которые принесут наибольшую пользу большинству людей. Очевидно, одним из основных направлений моих поисков была энергия.
Если вы посмотрите на энергию, то в области устойчивого производства энергии уже проделано много работы. Мы добились замечательных результатов, я не видел никакого вклада, который мог бы сделать с моими ограниченными ресурсами. То же самое и с аккумуляторами: за последнее десятилетие или около того электромобили добились значительного прогресса в области аккумуляторов. Я не могу конкурировать с сэром Дайсоном, когда дело касается исследований и разработок!
Итак, я взглянул на трансмиссию, и мне не потребовалось много времени, чтобы понять, что очень немногие смотрели на трансмиссию. Мы склонны думать об этом как о том, что выходит из розетки в стене. Но так же мы думали о телефонах, они тоже были подключены к проводам. Итак, я провел небольшой мысленный эксперимент о том, чего можно было бы достичь, если бы питание было беспроводным.
Очевидно, я не первый, кто задумался об этом; сам Тесла изучал это более 100 лет назад. Так что я не знаю, почему мы первые, но именно так начался этот процесс для меня. Я был бы более скромным и сказал бы, что мы не первые, кто задумался об этом, были попытки, сделанные по всему миру японским космическим агентством, у НАСА была активная программа в течение десятилетий. Но их цели различны, они не смотрели на эффективность так много, потому что они не смотрят на коммерческое использование.
Мы не первые, но мы первые, у кого есть коммерчески жизнеспособное решение. Скажем так.
Вы упомянули космические агентства. Плевок далеко в будущее, это такая штука, которая могла бы получить энергию на землю от космической солнечной батареи, если бы вы могли точно прицелиться?
Это более выполнимо, чем люди думают. Единственное серьезное препятствие на данный момент, которое я вижу, - это действительно размещение достаточно жесткой структуры в пространстве. Он должен быть достаточно большим, чтобы пройти весь путь от геосинхронного положения на высоте 36 000 километров. Любое движение в антенне, которая, вероятно, была бы более километра (0,62 мили) в ширину, разрушило бы эффективность.
Таким образом, вы бы выиграли, скажем, в пять раз, собирая эту энергию в космосе, но тогда количество денег и усилий, которые вам понадобятся, чтобы поместить что-то подобное в космос... Просто проще и дешевле построить больше солнечных батарей на земле. Но да, когда у нас есть более дешевые космические полезные нагрузки, это не так уж трудно достичь.
