Khi dân số của toàn cầu tiếp tục tăng trưởng, nhu yếu về điện trọn vẹn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn hoàn toàn có thể vượt qua năng lực sản xuất. Cuối cùng thì nguồn nguồn nguồn nguồn nguồn nguồn năng lượng không dây có thể trở thành một điều thiết yếu hơn chỉ là một phát minh sáng tạo độc đáo thú vị.
Trong khi những nhà khoa học đang thiết kế xây dựng nguyên mẫu của chiếc máy bay chạy bằng năng lượng không dây, và những ứng dụng tiện ích như truyền tải không dây điện năng từ những turbin gió tới những hộ dân, đến những ứng dụng quy mô lớn hơn như những nhà máy điện trên mặt trăng làm việc vẫn còn là lý thuyết. Một khi những nhà điều tra và điều tra và nghiên cứu đã hoàn thành được công nghệ tiên tiến tiên tiến tiên tiến tiên tiến điện không dây, thế giới sẽ không riêng gì tận mắt tận mắt chứng kiến một cuộc cách mạng trong nghệ thuật và thẩm mỹ kiến trúc mà còn trong cả khoa học và y tế.
Từ sáng tạo độc đáo của Nikola Tesla
Trong số nhiều sáng tạo độc đáo của mình, Nikola Tesla mơ ước tạo ra một cách để cung ứng điện cho thế giới mà không cần phải căng dây dẫn trên toàn cầu. Các nhà ý tưởng đã gần đạt được điều này khi “nhà khoa học điên” thể hiện sáng tạo của mình trong những cuộn dây Tesla. Các mạng lưới hệ thống không dây có thể truyền tải điện đầu tiên, những cuộn dây Tesla là một ý tưởng mang tính cách mạng thực sự. Tesla tăng trưởng những cuộn dây vào năm 1891, trước khi biến áp lõi sắt thông thường được sử dụng để chuyển năng lượng như hệ thống chiếu sáng và điện thoại. Những biến áp thông thường không hề chịu được tần số cao và điện áp cao mà những cuộn dây trong phát minh của Tesla có thể chịu đựng được.
Một cuộn dây Tesla gồm có hai phần: một cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp, và mỗi cuộn dây có tụ điện riêng. Hai cuộn dây và tụ điện được nối với nhau bằng một khe đánh lửa – một khoảng chừng cách giữa hai điện cực để tạo ra tia lửa điện. Về cơ bản, những cuộn dây Tesla là hai mạch điện mở liên kết với một khe đánh lửa. Một cuộn dây Tesla cần một nguồn điện cao áp. Một nguồn điện được cung ứng trải qua một biến áp có thể sản xuất một dòng điện với cường độ thiết yếu (ít nhất hàng ngàn vôn).
Nguồn điện được nối với cuộn dây sơ cấp. Tụ điện của cuộn dây chính hoạt động như một miếng bọt biển thấm hút những điện tích. Cuộn dây sơ cấp tự nó phải có năng lực chịu đựng điện tích rất lớn và sóng điện, do đó chúng thường được làm bằng đồng – một loại dây dẫn điện tốt. Các tụ điện được tích tụ nhiều điện tích đến mức kháng không khí trong khe đánh lửa. Sau đó, dòng điện đi ra khỏi tụ điện đi xuống cuộn dây chính và tạo ra từ trường.
Năng lượng lớn khiến cho từ trường sụt giảm nhanh chóng, tạo ra dòng điện trong cuộn thứ cấp. Điện áp bị nén qua không khí giữa hai cuộn dây tạo ra tia lửa ở khe đánh lửa. Năng lượng bao phủ giữa hai cuộn dây và tích tụ ở cuộn thứ cấp, tụ điện. Điện tích trong tụ điện thứ cấp lên cao và thoát ra dưới dạng hồ quang điện. Với điện áp tần số cao có thể thắp sáng bóng đèn huỳnh quang cách xa vài bước chân mà không cần dây điện kết nối.
Nguyên tắc cơ bản của cuộn dây Tesla chính là hiện tượng cộng hưởng, cộng hưởng xảy ra khi cuộn dây chính bắn dòng điện vào cuộn dây thứ cấp đúng thời điểm để tối đa hóa năng lượng chuyển vào những cuộn dây thứ cấp. Ngày nay cuộn dây Tesla không còn được ứng dụng thực tiễn nhiều nữa, song phát minh của Tesla đã làm nên cuộc cách mạng về cách hiểu và sử dụng điện năng.
Nikola Tesia.
Đến những quy mô điện không dây
Tiến sĩ Katie Hall, Giám đốc Công nghệ Công ty WiTricity (Mỹ) chuyên tăng trưởng công nghệ cộng hưởng không dây đã sốc ngay từ khoảnh khắc tiên phong chứng kiến một bóng đèn sáng ở giữa căn phòng mà không hề được gắn với bất kỳ dây dẫn nào. Đó chỉ là một thí nghiệm thô sơ, một căn phòng nhỏ đầy những cuộn dây đồng khổng lồ, những thứ bạn có thể thấy ở phía sau của chiếc tủ lạnh. Bà đi qua lại giữa những cuộn dây đồng và chiếc bóng đèn – và chiếc bóng đèn vẫn sáng. Ngay lập tức, Tiến sĩ Hall nhận ra rằng “Đây chính là tương lai. Hãy cùng tăng trưởng điện không dây”.
“Chúng tôi thực sự không đặt điện vào không khí. Những gì chúng tôi đang làm là đặt từ trường vào không khí”, bà nói. Có thể lý giải như thế này, WiTricity xây dựng một “bộ cộng hưởng nguồn” – một cuộn dây điện phát ra từ trường khi có điện.
Nếu có một cuộn dây khác được đưa lại gần, sẽ có điện tích được tạo ra, mà không cần đoạn dây nào cả. “Khi bạn mang một thiết bị vào từ trường, nó tạo ra một dòng điện trong thiết bị, và bằng cách đó bạn có thể truyền điện”, Tiến sỹ Hall giải thích. Chính vì thế, bóng đèn trong thí nghiệm trên đã bật sáng.
Bạn không phải lo lắng về rủi ro đáng tiếc điện giật. Hall đảm bảo rằng những từ trường được dùng để truyền năng lượng “hoàn toàn an toàn” – trong thực tế, chúng cũng giống như dạng từ trường được dùng trong những bộ định tuyến Wi-Fi. Và trong ngôi nhà của thời tương lai, việc truyền tải năng lượng không dây có thể thực hiện thuận tiện như internet không dây.
Nếu mọi thứ diễn ra đúng như kế hoạch của WiTricity, điện thoại cảm ứng sẽ sạc ngay trong túi người dùng khi họ đang đi lại chứ không cần cắm vào ổ cắm điện, tivi sẽ phát mà không cần đoạn dây điện nào, và xe ôtô điện sẽ tiếp nguyên vật liệu trong khi đang chạy trên đường phố.
WiTricity đã trình diễn khả năng sạc điện cho laptop, điện thoại di động và tivi bằng cách gắn những cuộn dây cộng hưởng vào pin. Hall đã nhìn ra tương lai tươi sáng cho những gia đình khi không phải vướng víu vào dây điện. “Chúng ta sẽ không phải nghĩ về nó nữa: tôi sẽ lái xe về nhà và tôi không khi nào phải vào trạm xăng, không khi nào phải cắm điện sạc cho xe. Tôi thậm chí còn còn không thể hình dung mọi thứ sẽ biến hóa thế nào khi chúng sống trong môi trường tự nhiên điện không dây”.
Ngôi nhà thông minh trong tương lai sẽ không còn dây điện.
Đằng sau những ứng dụng giúp tiết kiệm ngân sách và chi phí sức lực lao động này, còn là một cánh cửa mở ra một kỷ nguyên mới, không chỉ trong thẩm mỹ kiến trúc mà còn cả khoa học và y tế. Khi Tiến sĩ Hall lần đầu tiên nhìn thấy bóng điện không dây, bà ngay lập tức nghĩ về công nghệ y tế – những thiết bị được cấy dưới da có thể được sạc điện mà không cần chạm vào. Ví dụ như các thiết bị trợ tim.
“Ý tưởng về việc vô hiệu các loại dây sẽ cho phép tất cả chúng ta phong cách phong cách thiết kế lại mọi thứ theo những cách mà chúng ta chưa hề nghĩ đến, điều đó sẽ giúp các thiết bị và mọi thứ mà chúng ta sử dụng trở nên hiệu suất cao hơn, thiết thực hơn và thậm chí có thể mang nhiều chức năng hơn”, Tiến sĩ Hall nói.
Thách thức lúc bấy giờ là tăng khoảng cách mà điện có thể được truyền tải hiệu quả. Theo Tiến sĩ Hall giải thích, khoảng cách này tương quan đến kích cỡ của cuộn dây, và WiTricity muốn hoàn thành xong khoảng cách truyền tải điện này. Vì vậy, WiTricity đang kỳ vọng về một sáng tạo mới: những chiếc pin sạc lại không dây kích cỡ AA. Riêng so với Tiến sĩ Hall, những ứng dụng này là vô cùng: Đó là khi mọi người sẽ không phải cắm bất cứ gì để nạp điện.
Bước tiến trong công nghệ
Ngành công nghiệp của Nhật Bản để hoạt động đã phải nhập khẩu một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch, lượng nhập khẩu này đã tăng vọt từ sau khi ngành công nghiệp điện hạt nhân buộc phải đóng cửa các nhà máy vì nguyên do an toàn sau thảm hoạ kép Fukushima năm 2011. Do đó việc tìm kiếm các giải pháp cho cuộc khủng hoảng cục bộ năng lượng luôn được ưu tiên đặt lên hàng đầu.
Mới đây, các nhà khoa học Nhật Bản đã thực hiện được một bước cải tiến vượt bậc 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 ngoài hành tinh 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 tiềm năng được chỉ định ở khoảng cách 55 mét (170 feet).
“Dù đây không phải là một khoảng cách lớn, nhưng công nghệ này có thể mở đường cho trái đất để khai thác nguồn năng lượng mặt trời vô tận ngoài thiên hà và sử dụng nó ở đây trên Trái đất” – một đại diện thay mặt của Cơ quan Thám hiểm không gian Nhật Bản (JAXA) cho biết.
Ý tưởng về một vệ tinh cách mặt đất khoảng 36.000km được trang bị những tấm pin mặt trời và tạo ra điện để truyền về Trái đất bằng sóng viba có thể được thực hiện nhờ nghiên cứu này. Nhưng để có thể nhìn thấy công nghệ này được ứng dụng trong thực tế sẽ mất hàng thập kỷ, có thể là những năm 2040 hoặc lâu hơn nữa.
Trong tương lai nhà máy điện năng lượng mặt trời ngoài ngoài hành tinh được thiết kế với hàng trăm vệ tinh bay quanh quỹ đạo Trái Đất. Mỗi vệ tinh có đường kính 1km và hấp thụ được năng lượng mặt trời 24 giờ/ ngày (trong khi ở Trái Đất chỉ khoảng 12 giờ/ ngày). Năng lượng mặt trời sẽ được chuyển thành điện năng ngay trên khoảng trống và truyền về Trái Đất bằng một hệ thống sóng vi ba hoặc bằng tia laser trước khi hòa vào lưới điện.
Trong một ý tưởng truyền tải điện khác, David Criswell của Đại học Houston đã đề xuất việc sử dụng sóng viba để truyền tải điện cho Trái đất từ các nhà máy điện năng lượng mặt trời trên mặt trăng. Hàng chục ngàn máy thu trên toàn cầu sẽ thu năng lượng này và sẽ quy đổi nó thành điện.
Việc sản xuất điện mặt trời ngoài vũ trụ có nhiều ưu điểm so với sản xuất trên Trái đất, trước hết là nguồn năng lượng vô tận và không bị ảnh hưởng bời thời tiết hay thời gian. Được biết chính phủ nước nhà Nhật Bản đã hỗ trợ vốn cho dự án Bất Động Sản nghiên cứu hệ thống điện mặt trời ngoài vũ trụ (SSPS) được khởi động từ năm 2009. Ý tưởng sản xuất nguồn điện từ năng lượng mặt trời trên khoảng trống lần đầu tiên được tiến sĩ Peter Glaser đưa ra vào năm 1968 ở Mỹ và ông được cấp bằng bản quyền sáng tạo vào năm 1973. Dự án được Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) và Bộ Năng lượng Mỹ tài trợ. Tuy nhiên, nó sau đó kết thúc vào những năm 1980 vì quá tốn kém.
Tuy nhiên các nhà khoa học Nhật Bản phải xử lý rất nhiều thử thách để có thể biến ý tưởng này thành hiện thực. “Có 1 số ít thách thức phải vượt qua, ví dụ điển hình như làm thế nào để gửi các cấu trúc lớn vào không gian, làm thế nào để xây dựng chúng và làm thế nào để duy trì chúng”, đại diện của JAXA nói.
