今日、科学の革命により、かつては夢のようなものと見なされていたテスラの並外れたアイデアが復活し、その展望は非常に魅力的です。
テスラコイル
テスラコイルは電気共振トランスです。低電流で変圧器を駆動する高電圧発生用のRFジェネレーター。コイルは電磁誘導の原理で動作します。導体は変化する磁場に置かれ、導体の両端に電圧を生成します。Teslaは、コイルを使用して数メートル離れた白熱灯にワイヤレスで電力を供給する方法を示すデモンストレーションを開催しています。
現代の基準でさえ、テスラは時代をはるかに超えていました。しかし、彼の野心はテスラコイルのプロトタイプを超えていました。彼は、すべての人類が安価な、あるいは無料の電気さえも持つことができる世界を想像しました。より機能的なものに命を吹き込んだとき、彼は限界を押し広げました。
Wardenclyffeタワーは、世界中の通信のために構築された実験的な無線送信局でした。
しかし、テスラの主な執着はエネルギーの無線送信でした。彼はタワーを建設するための資金を受け取り、それを電気通信タワーとして隠しました。彼は、高周波信号がテスラコイルトランスを使用してワイヤレスで送信できることをすでに証明しています。
彼の研究室でのさらなる秘密の実験は、彼が地球の大気の上層を使用することによって電気を伝達できることを彼に確信させました。 Wardenclyffe Towerは、Teslaが世界中に広がり、中央ステーションから電力へのリモートワイヤレスアクセスを受信するタワーのネットワークとして想定したもののプロトタイプでした。
テスラの計画は、電波が長距離を無線で送信されるように、近くの炭鉱から発電し、タワーを使用して世界中に送ることでした。The American Magazineとのインタビューで、テスラは次の鮮やかな言葉で彼のビジョンを捉えました。
「電力は、家の照明や飛行機の制御など、あらゆる商業目的でワイヤレスで送信される可能性があり、近い将来に送信される予定です。」私は基本を発見し、残りは商業的に開発することです。これが行われると、どこにでも行くことができます。世界のポイント-あなたの農場、北極圏、または砂漠を見下ろす山の頂上に-そしてあなたに料理するための暖かさと読むための光を与える小さな装置を設置してください。」
残念ながら、テスラの無制限の野心は日の目を見ることはありませんでした。J.P. Morganがプロジェクトへの資金提供を停止し、Teslaが破産した後、パスは閉鎖されました。未完成の塔は、テスラの財政的義務の一部を果たすために1917年に取り壊されました。これまで、ワイヤレスパワーの概念は、官僚的、政治的、財政的制約の瓦礫の下に埋もれていました。
最近のワイヤレス電気
希望が崩壊してから100年以上が経ちました。現在、いくつかの企業が、エネルギーを安全に空中に伝達できる技術で市場に参入しています。 ニュージーランド政府が支援する新興企業であるEmrodは、既存の銅線技術に代わる高出力、長距離の電力伝送を世界で初めて導入することにより、消費者の期待に反する競争をリードしています。
この技術は、電磁波を使用してエネルギーをワイヤレスで長距離に送信します。エネルギーは、送信アンテナによって電磁放射に変換され、受信アンテナ（レクテナ）によってキャプチャされ、従来の方法を使用してローカルに分散されます。 Emrodシステムは、電源、送信アンテナ、送信リレー、受信レクテナの4つのコンポーネントで構成されています。
Emrodテレエネルギーシステムの概略モデル
最初に、送信アンテナが電気をマイクロ波エネルギーに変換し、電気を円筒形のビームに集束させます。マイクロ波ビームは、レクテナに当たるまで一連のトランスレータを介して送信され、レクテナはビームを電気エネルギーに変換します。簡単ですよね？
同じことがどの無線システムでも起こりますが、無線では受信機に到達するエネルギーの量はごくわずかです。明確な信号を配信するために必要なのは、数ピコワットをトラップすることだけです。
それどころか、最も重要なのはクリーンなワイヤレスエネルギーの量です。結果として生じる伝達エネルギーのシェアは重要な設計パラメータになるため、損失を最小限に抑える効果的な方法を開発する必要があります。
エムロッドはこの問題を解決する方法を見つけました。レーダーと光学のアイデアを採用しました。マイクロ波に基づくワイヤレス電力供給の以前の試みと比較して、Emrodはメタマテリアル（リレー内）を使用して、送信された放射をより厳密に集中させます。
この送信中の電力損失は最小限に抑えられます。 EmrodのCEOによると、システムは70％の効率で動作し、銅線よりも効率が低くなりますが、場合によってはシステムの費用対効果が高くなります。将来的にはエネルギー効率の向上を図っています。
特に、この技術は天候や大気条件の影響を受けないため信頼性が高く、予期しない停電は過去のものとなります。
懸念事項の1つは、セキュリティの問題です。 Emrod電磁ビームは、ISMとして分類される周波数で動作します。これは、人間の健康に無害な産業用、科学用、および医療用のビームです。
これまでのところ、スタートアップはグリッド外のコミュニティにエネルギーを提供するか、公海上のソースからエネルギーを転送しようとしています。
ワイヤレス電気の見通し
ワイヤレス電気は、私たちに必要とされない発明の1つであると主張することができます。結局のところ、私たちはすでに送電を行っており、それはうまく機能しています。しかし、これは事実とはほど遠いです。従来の送電の隠れたコストは非常に高いです。
電力線は、遠隔地への送電網の普及に関する地理的な制限は言うまでもなく、敷設および維持に費用がかかります。海上での船、電気自動車または飛行機は、移動中に燃料を補給することができます。 Emrodのアプローチは、特に提案されている商用電力料金について、範囲の問題を解決します。
しかし、おそらく最大の革命は、クリーンで安価な再生可能エネルギーへの世界的なシフトでしょう。あなたは2つの事実を使用してスケールを把握することができます。
1.太陽エネルギーの遠隔伝送
世界のエネルギー統計によると 、2019年の世界の総エネルギー消費量は130億トンの石油換算（MTOE）でした。言い換えれば、これは17.3テラワットの電力です。
今日、350 km x 350 kmの土地をソーラーパネルで覆うと、17.4TW以上の電力を供給できます。記載されている面積は約43,000平方マイルです。グレートサハラは約360万平方マイルで、12時間以上の日照時間、つまりエネルギーを意味します。
これは、砂漠の1.2％が世界のエネルギー需要を満たすのに十分であることを意味します。そして、核融合も現在開発中の他のエネルギー源もそれと競合することはできません。
ワイヤレス電気が現実になった場合、サハラのごく一部を使用して太陽エネルギーを収集し、高価な銅線を必要とせずに世界中に送信するとどうなるでしょうか。これは、エネルギー危機、環境汚染、気候変動の問題を解決する上での大きな進歩ではないでしょうか。
2.宇宙太陽エネルギー
宇宙で太陽エネルギーを集めて地球に送り返す巨大な太陽電池は、クレイジーなSF映画のシーンのように見えます。
1920年代にロシアの科学者KonstantinTsiolkovskyによって概念的に開発された、宇宙太陽エネルギーのアイデアは、ほとんどとらえどころのないままです。しかし、すべてが変化しています。数ヶ月前、 欧州宇宙庁は、グリーンエネルギー生産を促進することによって気候変動に取り組む手段として宇宙太陽エネルギーに資金を提供する計画を発表しました。
宇宙ベースの太陽光発電システムは、あらゆる場所のすべての人にクリーンなエネルギーを提供します。
宇宙太陽光発電は、ワイヤレス電気の概念を使用します。計画は、ソーラーパネルからの電気をエネルギー波に変換し、電磁界を使用してそれを地表のアンテナに送信することです。次に、アンテナは波を電気に戻します。
いくつかの利点のおかげで、CSPは差し迫ったエネルギー危機に対する魅力的なソリューションであり、より多くのエネルギーを生成します。
- 宇宙ではいつも晴れの正午です。地上のソーラーパネルは、日光と気象条件によって制限されます。
- ソーラーパネルは、大気ガス、雲、ほこり、その他の気象条件による障害物がないため、より強い日光を受ける可能性があります。地球の大気は通常、日光の一部を吸収して反射します。
- 太陽電池式衛星は24時間年中無休で照明できます。今日、太陽エネルギーは1日の平均29％で収穫されています。
- 食べ物はすぐにそれを最も必要とする領域にリダイレクトすることができます。
言うまでもなく、CSEは依然として多くのハードルに直面しており、その最大のものは巨大なソーラーパネルの立ち上げと展開のコストです。現在、超軽量ソーラーセルの3D印刷など、新しい製造方法が検討されています。
ワイヤレス電気：テスラの夢と私たちの未来の現実
ワイヤレス電気の巨大な可能性を利用することにより、私たちの世代は得るものがたくさんあり、失うものは何もありません。今後数年間で、この壮大な偉業を実現するための現在の努力が前向きな結果をもたらすことを期待することしかできません。残念ながら、偉大な発明者であるニコラ・テスラは、彼の夢が実現するのを見ることができるように私たちと一緒にいません。テスラの有名な引用の1つを共有できることをうれしく思います。これは、世界中の意欲的な科学者にとって素晴らしいインスピレーションの源です。
「宇宙の秘密を明らかにしたいのなら、エネルギー、周波数、振動の観点から考えてみてください。」
