Công nghệ truyền điện không dây sắp thành hiện thực

Công nghệ truyền điện không dây sắp thành hiện thực


Với những tiến bộ công nghệ gần đây, truyền điện bằng vi sóng hoặc laser thay vì sử dụng cột điện và dây điện có thể diễn ra trong tương lai gần.


Mô phỏng truyền điện không dây cho các phương tiện trong đô thị. Ảnh: Linkedin

Từ khi một kỹ sư gạt công tắc ở nhà máy điện Pearl tại trung tâm khu Manhattan năm 1882, truyền điện trên khắp thế giới đã đi từ điểm A tới điểm B bằng đường dây điện. Bất kể đó là đường truyền điện cao thế hay đường phân phối điện hạ thế, tất cả mạng lưới đều dùng dây điện. Tuy nhiên, cột và đường dây điện không phải luôn phù hợp trong mọi tình huống. Có thể chi phí để chạy đường dây truyền tải hoặc cáp quang tới một hòn đảo xa xôi quá tốn kém. Đặc biệt, đối với các ứng dụng không gian, chạy dây điện từ vệ tinh thu thập năng lượng mặt trời tới nhà máy điện trên mặt đất không phải điều dễ dàng. Ngày càng nhiều ngành công nghiệp điện khí hóa để giảm khí thải chứa carbon, khả năng truyền điện bất cứ khi nào và tới bất kỳ đâu mà không phụ thuộc vào dây điện đang trở nên ngày càng quan trọng, theo Popular Mechanics.

Trong hơn một thế kỷ, các nhà khoa học và kỹ sư khám phá một phương pháp khác biệt để truyền năng lượng không thông qua dây điện, gọi là truyền năng lượng chùm tia. Trong nhiều thập kỷ, những nhà đầu tư, nhà khoa học và kỹ sư tìm cách biến công nghệ này thành hiện thực. Họ thử nghiệm sử dụng vi sóng, sóng vô tuyến, thậm chí laser để đưa năng lượng từ nơi này tới nơi khác.

Rick Hodgson, quản lý phát triển kinh doanh ở công ty truyền năng lượng chùm tia EMROD tại New Zealand nhìn nhận việc cắt giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch như một lý do chính khác dẫn tới truyền điện không dây được xem xét nghiêm túc. Thách thức hiện nay là các phương tiện điện cần sạc. Với truyền năng lượng chùm tia, xe tải điện dùng trong khai thác mỏ, drone và vệ tinh có thể tiếp tục hoạt động trong khi sạc liên tục. EMROD là công ty đầu tiên trên thế giới phát triển và giới thiệu công nghệ truyền điện không dây công suất cao qua khoảng cách xa. Công nghệ của họ hoạt động thông qua sử dụng sóng điện từ để truyền không dây an toàn và hiệu quả năng lượng trên quãng đường dài.

Mọi công nghệ mới đều có tính cạnh tranh, nhưng truyền năng lượng chùm tia thì khác. Một phần lý do là nhiều bước sóng dọc theo quang phổ điện từ có thể hữu dụng với truyền năng lượng chùm tia. Tương tự bất kỳ nguồn năng lượng nào khác, hạn chế nằm ở cách sử dụng công nghệ này. Ví dụ, hệ thống của EMROD biến đổi điện một chiều thành vi sóng và truyền trong chùm chuẩn trực giữa ăngten truyền và nhận. Cuối cùng, nó biến đổi chùm năng lượng thành điện một chiều có thể sử dụng. Phần lớn cơ cấu truyền năng lượng chùm tia hoạt động theo cách tương tự, khác biệt nằm ở bước sóng cụ thể truyền giữa hai ăngten.

Vi sóng có thể truyền qua khí quyển và không mất nhiều năng lượng, theo Sweeney. Khi truyền chùm vi sóng từ khoảng cách tương đối nhỏ như trong nhà máy tự động hoặc tới hòn đảo xa xôi, ăngten có thể khá nhỏ. Nhưng áp dụng điều tương tự với vệ tinh thu thập năng lượng mặt trời trong không gian sẽ đòi hỏi ăngten nhận lớn cỡ vài kilomet vuông. Ngược lại, hệ thống laser dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu loạn trong môi trường, nhưng do bước sóng của chúng nằm ở dải micromet thay vì centimet như vi sóng, các chuyên gia có thể tập trung chùm tia nhiều hơn, nhờ đó sử dụng thiết bị nhận nhỏ cỡ vài chục mét nếu truyền từ không gian.

Truyền năng lượng chùm tia là nỗ lực phát triển trên toàn cầu, các khoản đầu tư chủ yếu tập trung vào ứng dụng quân sự ở Mỹ và năng lượng xanh ở châu Âu. Những tiềm năng sử dụng trong tương lai gần là cảm biến tiêu thụ điện ít. Những công ty như Powercast và Wi Charge đang phát triển công nghệ cho cảm biến tiêu thụ điện ít ở nhà và cửa hàng bán lẻ, bao gồm đèn thông minh, cảm biến chuyển động và khoảng cách.

EMROD đang làm việc với đối tác ở New Zealand và toàn cầu để thử nghiệm công nghệ truyền năng lượng chùm tia. Công ty cho biết hệ thống thiết bị truyền và nhận của họ có thể đạt hiệu suất 95%. Mục tiêu cuối cùng của EMROD là xây dựng lưới điện toàn cầu, bao gồm tìm cách truyền điện cho những cộng đồng hẻo lánh. Mang tên Worldwide Energy Matrix, lưới điện trong không gian này sẽ sử dụng chòm vệ tinh để thu thập năng lượng mặt trời và truyền tới bất cứ nơi nào cần thiết trên khắp thế giới. Cơ quan vũ trụ Nhật Bản JAXA cũng hy vọng có thể xây dựng nhà máy điện mặt trời trên quỹ đạo để cung cấp một gigawatt điện mỗi năm, tương đương một lò phản ứng hạt nhân thương mại.

Ý tưởng về truyền năng lượng chùm tia có từ thời Nikola Tesla. Là một trong những nhà phát minh vĩ đại nhất trong lịch sử, Tesla luôn có một số ý tưởng kỳ quái. Dự án tham vọng nhất của ông là Hệ thống không dây thế giới. Đúng như tên gọi, hệ thống này truyền điện qua tầng điện ly của Trái Đất, sử dụng chính hành tinh như vật dẫn điện. Vì những lý do tài chính, thực tiễn và khoa học, hệ thống của Tesla bị lãng quên. Tuy nhiên, ý tưởng truyền điện không dây vẫn lưu lại mãi. Theo tiến sĩ Stephen Sweeney, phó giáo sư quang tử học và công nghệ nano ở Đại học Glasgow, Tesla nghĩ về phương pháp cảm ứng, cụ thể là sử dụng điện trường để tạo ra dòng điện ở đâu đó. Cách này hiệu quả trên quãng đường ngắn nhưng khi đi xa hơn, nó không còn phù hợp.

Vấn đề nằm ở chỗ tìm ra cách truyền sóng điện từ. Sau nhiều thành tựu công nghệ thời Thế chiến II, giới khoa học tìm ra hai đáp án cho câu hỏi kỹ thuật hóc búa này: vi sóng và laser.

Năm 1964, kỹ sư điện người Mỹ William C. Brown lái thành công một chiếc trực thăng nhỏ trong 10 giờ liên tục thông qua truyền năng lượng bằng chùm vi sóng. Tới năm 1975, Brown cùng với nhà khoa học NASA Richard Dickson truyền 30 kilowatt năng lượng trực tiếp qua 1,6 km, sử dụng chùm vi sóng truyền từ một ăngten lòng chảo đường kính 26 m tên Venus với hiệu suất 50%. Cả hai thí nghiệm đều là thành tựu kỹ thuật, nhưng quy mô chưa đủ lớn để mang lại lợi ích.

Trong nhiều thập kỷ sau đó, tiến bộ công nghệ bắt đầu biến truyền năng lượng chùm tia từ một thí nghiệm mới thành mục tiêu cần thiết. Những tiến bộ đó bao gồm sự ra đời của máy tính, pin quang điện, laser và bóng bán dẫn. Xã hội cũng bắt đầu chuyển sang điện khí hóa khi đối mặt với biến đổi khí hậu.

An Khang (Theo Popular Mechanics)

https://vnexpress.net/cong-nghe-truyen-dien-khong-day-sap-thanh-hien-thuc-4861144.html​