מאת אלכס דורון
מערכת מהפכנית להולכה "אלחוטית" של חשמל – ללא כבלים וחוטי נחושת – נמצאת במחקר ובפיתוח במעבדות המרכז האוניברסיטאי אריאל שבשומרון, בהזמנת משרד התשתיות הלאומיות.
בראיון בלעדי ל-Energianews.com חושף פרופ' אשר יהלום מהמחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה במרכז האוניברסיטאי העומד בראש צוות הפיתוח יחד עם פרופ' יוסף פנחסי, פרטים ראשונים על החידוש.
-אנחנו כבר מכירים תקשורת אלחוטית שנמצאת בשימוש יום-יום (טלפונים סלולאריים). חשמל "אלחוטי" נשמע כמו מדע בדיוני?
פרופ' יהלום: "חובה, לפני הכול לתת הסבר-רקע פיזיקאלי. גם בתקשורת האלחוטית מדובר בהעברת אנרגיה. אנטנה היא שמעבירה מתחנת הממסר של חברת הטלפונים הסלולאריים את האותות הישר למכשירים שכל אחד מאיתנו מפעיל. זו מהות התקשורת האלחוטית, בלי אנרגיה לא ניתן לתקשר. אלא מה – כשמדובר בתקשורת, אנחנו משתמשים באנרגיות מאד נמוכות, בעוד שבחשמל מדובר באנרגיות גבוהות מאד".
-תוכל בבקשה להדגים במספרים?
"בתקשורת אנחנו מדברים על הספק (אנרגיה ליחידת זמן) בסדר גודל של מיקרו-ואט – כלומר החלק המיליוני של וואט ואף פחות מכך. בחשמל - מדובר בקילוואטים, כלומר באלפי וואטים".
-מכאן המסקנה שיש צורך בממירים?
"כן. יש צורך לאתר אלמנטים שיאפשרו המרת אנרגיה מגל אלקטרו-מגנטי מהסוג שבו כל התקשורת מתבצעת – לצורת גל אלקטרו-מגנטי חשמלי: או לזרם ישר, קבוע (DC) או לזרם חילופין. צריך לזכור כי גם ברשת החשמל הביתית שלנו הגל האלקטרו-מגנטי הוא בתדר של 50 הרץ, שפירושו גל שמתנודד 50 פעם בשנייה".
-ואיזו מערכת נמצאת בפיתוח אצלכם?
"אנחנו במעבדה מפתחים מערכת בשם 'רקטנה' – סוג של אנטנה. הרקטנה היא התקן המרה מגל אלקטרו-מגנטי בתדר הגבוה לזרם (מתח) ישר או חילופין בתדר נמוך מאד".
-אבל כשמדובר בהמרות יש הפסדים, יש אבדני הספק..
"נכון, אבל אחת ממשימות פרויקט המחקר-והפיתוח היא למזער את שיעורי ההפסדים הללו".
-אולם אחרי כל שלבי ההמרה יהיה בכל זאת צורך 'להכניס' את החשמל לאיזה חוט?
"כן., אבל רק בשלב מאוחר יותר".
-ובשביל מה זה טוב?
"המטרה היא להפחית כמה שניתן בעמודים, בכבילה וחוטים, בכמה שפחות חפירות, בהקטנת התשתיות הפיזיות. פירוש הדבר גם פחות תחזוקה"
-מי זקוק ל'חשמל אלחוטי'?
ברור שאין הכוונה להתחיל לספק חשמל ללא כבילה כלשהי – לכולם. אבל המטרה היא למשל לאפשר בשיטה הזאת אספקת חשמל לישוב נידח, מרוחק מאד מהרשת הארצית או כשקבוצת אנשים מתמקמת במקום כלשהו, לדוגמא 'בלב המדבר' כמו שאומרים ועדיין לא הצליחה להתחבר לרשת או שזו לא הגיעה אליהם. בהחלט הכוונה היא לפתרון זמני".
-אבל יעד כזה בלבד לא יכול להיות מטרת מו"פ כה מורכב?
"אחד השימושים האפשריים נוספים הם לתדלק בחשמל אלחוטי מזל"ט, למשל. כיום, כשנגמר הדלק במכליו, יש צורך להנחיתו ולתדלקו מחדש להמראה הבאה. אחד הרעיונות שקשורים בפרויקט הוא שהמזל"ט יתודלק בחשמל עוד בהיותו באוויר, וכך לא יצטרך לנחות לעולם".
-מה מכל התוכנית הזאת מצוי כבר עתה בפיתוח במעבדה שלך?
"מערכת העברת אנרגיה מורכבת ממקור אנרגיה בתדר גבוה, מערכת אנטנות להעברת האנרגיה דרך האטמוספרה, ומערכת להמרת האנרגיה האלקטרומגנטית מתדר גבוה לתדר שימושי נמוך. אנחנו עוסקים בפיתוח כל תתי המערכות. הפיתוח מלווה במחקר בנושא העבירות של האטמוספרה, חלק חשוב בניתוח הכדאיות של המערכת קשור בהפסדי האנרגיה במעבר דרך האטמוספרה. מודל העבירות מנבא שיהיו הפסדים ואבדנים בהספק החשמל כתלות בתדר. המודל מתאר קיום 'חלונות אטמוספריים' – ואם מנצלים אותם, שיעורי ההפסד והאבדן אינם כה גבוהים". מטרת המחקר היא לבדוק עד כמה מודל העבירות מתאים למציאות הישראלית כתלות בתנאי האאטמוספירה: טמפרטורה, לחות, גשם וכו'.
-במה זה תלוי ?
"בין השאר זה תלוי במרחק שבין שתי נקודות – בין המערכת המשדרת את האות האלקטרו-מגנטי לבין המערכת הקולטת. התלות המתמטית היא בקירוב גס במרחק בריבוע – וזה אחד הגורמים שקובעים את שיעור ההפסד בהספק חשמלי".
-ולשם כך יש צורך באנטנה?
"בוודאי. יש צורך באנטנה חכמה, כזאת שניתן לרכז כמה שיותר אנרגיה אלקטרו-מגנטית ולהקטין את ההפסד. קוראים לכך 'שבח אנטנה'. במסגרת פרויקט המו"פ נחקרות תכונות האנטנות הללו, אנחנו בודקים מהו שבח האנטנה כתלות בתדר של מקור האנרגיה".
-באחרונה פורסם בהבלטה רבה שבארה"ב מפתחים מערכת שתייצר חשמל סולארי בחלל ותשדר אותו לכדור הארץ. בעקרון זה גם כן 'חשמל אלחוטי'...
-הרעיון האמריקני הוא להציב בחלל פלאטות ענקיות, שהן למעשה פאנלים סולאריים, שייצרו חשמל שמקורו בקרינת השמש והוא יועבר לכדור הארץ בתדר מתאים של קרינה אלקטרו-מגנטית ואז יוחדר לרשת הכבילה להולכת חשמל שפרושה כבר ממילא. הרעיון שאנחנו מפתחים הוא בקנה-מידה הרבה יותר קטן ואין מדובר בחשמל סולארי שמקורו בחלל, אלא רק ביכולת להעביר את האנרגיה בין שתי נקודות שהמרחק ביניהן כמה מאות מטרים בלבד. אבל גם כך – זה חידוש משמעותי".
-מתי תהיה להערכתך מערכת ניסויית ראשונה בפרויקט החדשני הזה?
"קרוב לוודאי בשנה הקרובה. זו תהיה מערכת להוכחת היתכנות. אין מדובר באנרגיות גבוהות, אלא רק באנרגיה נמוכה שתועבר בערוץ מתאים ותעבור המרה לאנרגיה יעילה, כלומר לחשמל".