Ученые РФ нашли способ эффективнее передавать энергию по оптоволокну в Арктике

Электропровода в шахтах, авиации, космосе, медицине, на химпроизводствах, высоковольтных подстанциях несут потенциальную угрозу. Последствия от искры, короткого замыкания, помех мощных приборов могут быть катастрофическими. А в некоторых местах проложить обычный кабель технически невозможно или экономически неоправданно. Речь, в частности, идет об Арктике с ее вечной мерзлотой.

С помощью технологии передачи энергии по оптоволокну (Power over Fiber, PoF) можно безопасно передавать энергию, используя свет вместо электрического тока. Однако низкий коэффициент полезного действия таких систем мешает широкому распространению. Исследователи пермского политехнического университета (ПНИПУ) предложили, как увеличить их эффективность и повысить КПД в 6−7 раз.

В вузе «Свободной Прессе» напомнили, что в той же Арктике вечная мерзлота делает прокладку обычного кабеля крайне сложной и дорогой. Обслуживать удаленные метеостанции с регулярной заменой батарей в условиях полярной ночи и бездорожья практически невозможно. Оптоволокно не боится холода, устойчиво к коррозии и электромагнитным помехам и позволяет годами передавать и данные, и энергию без обслуживания. Сегодня при поддержке государства в Арктике реализуются масштабные проекты — трансарктическая линия «Полярный экспресс» (Мурманск — Владивосток, более 12,5 тысяч километров) и «Синергия Арктики» в Якутии (7 тысяч километров оптоволокна до 61 поселка).

Однако в реальных условиях подключенные устройства редко потребляют энергию равномерно. Так, датчик угарного газа измеряет показания раз в минуту, а остальное время находится в режиме ожидания. А вентилятор охлаждения включается, когда оборудование нагревается, работает недолго и снова отключается. Лазер и фотоприемник же эффективно работают только при определенном уровне света, и когда подключенное устройство имеет подходящее сопротивление. При резких изменениях, характерных для динамической нагрузки, эти условия постоянно изменяются, в результате значительная часть энергии не доходит до устройства, а рассеивается в виде тепла.

Ученые ПНИПУ место уменьшения мощности перевели лазер в импульсный режим с помощью широтно-импульсной модуляции. Теперь устройство работает короткими включениями. Дополнительно исследователи добавили в систему конденсатор — накопитель энергии, который устанавливается перед нагрузкой. Во время короткого включения лазера он быстро накапливает энергию, а в паузе плавно отдает ее устройству.

Лаборант-исследователь молодежной лаборатории оптоэлектронных систем мониторинга ПНИПУ, кандидат технических наук Алексей Гаркушин пояснил, что при передаче малой мощности (менее 1 ватта) традиционный непрерывный режим обеспечивал КПД всего 2%. Импульсный режим поднял этот показатель до 12−14%.

«Даже небольшое повышение КПД в таких системах дает гораздо более существенный эффект для конечного потребителя. Увеличение эффективности на 3−5% означает, что конечное устройство получает до 20% больше полезной энергии. Это связано с тем, что снижаются потери на всех этапах преобразования и уменьшается количество тепла, которое приходится рассеивать», — подчеркнул Гаркушин.

Ранее в рамках перестройки NASA и пересмотра лунной программы США появилась информация о других проектах, в частности, о планах уже в конце 2028 года отправить первый в мире корабль на ядерном реакторе на быстрых нейтронах.