можно ли использовать молнию как источник энергии

Можно ли использовать энергию молний? Современные достижения и реальные перспективы

Дата публикации: 27 сентября 2019

Огромные молнии через все небо, пугающие наших предков и удивляющие ученых XXI века, не раз навевали мысли о практическом использовании пропадающих впустую киловаттов энергии. Но, несмотря на отдельные попытки реализовать задуманное, грозовая энергетика пока носит больше теоретический, чем практический характер. Тем не менее ряд стран выделяет немало средств на изучение данного направления и решение отдельных сложностей, связанных с «отловом» молний и их перенаправлением в централизованную сеть электроснабжения с помощью высоковольтных систем оборудования.

Теоретическое обоснование возможности использования энергии молний

Яркая вспышка в небе во время ненастья – результат сразу нескольких физико-химических процессов. Наэлектризованные облака с высоким уровнем влажности служат благоприятной средой для образования электронных лавин, объединенных в разряды. Лавины формируют главный заряд, который направляется к земле. По следам его прохождения образуется горячий ионизированный канал, по которому под влиянием мощного электрического поля проходит главный разряд молнии. Процесс занимает мгновения и может повторяться несколько раз в секунду. Огромное напряжение, характерное для разряда, стало основой идеи грозовой энергетики. И сегодня ее основная цель – научиться улавливать молнию и уменьшать ее вольтаж, чтобы использовать полученную бесплатную электроэнергию для нужд промышленности и быта.

Интересные эксперименты по применению энергии молний

Первым ученым, приблизившимся к изучению характера грозовых разрядов, стал Бенджамин Франклин. Во время грозы в рамках своих физических опытов он запускал в небо воздушных змеев. «Собранный» ими электрический заряд позволил предположить возможность его накопления и применения в отдаленном будущем, когда человечество сумеет сконструировать мощное улавливающее оборудование и научится управлять грозным атмосферным явлением без вреда для себя и окружающей среды.

Более поздние эксперименты помогли ученым узнать, сколько энергии в молнии. Говоря научным языком, энергия молнии в джоулях составляет 5 млрд, что аналогично ее объему от сгорания 145 литров бензина. Специалисты из США, где сегодня ведутся масштабные работы в рамках изучения грозовой энергетики, подсчитали: одного разряда достаточно, чтобы снабдить население страны электричеством на 20 минут. Учитывая климатические особенности Штатов и их «удачное» географическое расположение между двумя океанами, становится понятной стремление местных ученых изучить процесс и наладить его практическое применение в промышленных объемах. А если науке удастся преодолеть расстояние, то тысячи молний, ежедневно наблюдаемых в разных частях света, смогут полностью решить энергетическую проблему в рамках планеты.

Конструкция, позволяющая улавливать молнию и преобразовывать ее под параметры энергосетей, была впервые сконструирована в 2006 году и представлена научной аудитории в виде небольшого макета. Заслуга принадлежит компании Alternative Energy Holdings, заложившей первый камень в основание грозовой энергетики будущего. Согласно проведенным расчетам, оборудование окупится за 5-7 лет, бесперебойно производя электричество стоимостью не более 0,005 долларов. Однако масштабные эксперименты в практических условиях не подтвердили работоспособность предложенной схемы, и проект был свернут.

В 2013 году в университете Саутгемптона удалось смоделировать искусственный разряд, полностью повторяющий разряд молнии по уровню напряжения. С помощью несложной системы оборудования удалось уловить его и направить на зарядку смартфона, аккумулятор которого был пополнен до 100% за две минуты.

Проблемы и перспективы

Несмотря на первые неудачи, ученые настроены позитивно. В случае успеха человечество получит киловатты бесплатной, экологически чистой возобновляемой энергии, область применения которой ничем не ограничена. Но, чтобы открыть для себя столь заманчивые перспективы и научиться использовать энергию молнии, предстоит решить немало проблем:

Несмотря на преграды, мешающие запустить проекты практической реализации грозовой энергетики, работы по ее всестороннему исследованию продолжаются. Возможно, уже через десятки лет можно будет говорить о первых успехах, а спустя пару веков электричество от молнии станет столь же доступным, как энергия солнца или ветра.

Источник

uCrazy.ru

Навигация

ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ

ОПРОС

СЕЙЧАС НА САЙТЕ

КАЛЕНДАРЬ

Сегодня день рождения

Рекомендуем

Почему человечество до сих пор не приручило энергию молний и гроз?

Учёные всего мира давно мечтают использовать энергию гроз на благо человечества. Лишь представьте: тепла, суммарно выделяющегося при ударе молний за весь день, хватит на то, чтобы обеспечить электричеством десятки и сотни миллионов домов. И это экологично, а главное, бесплатно! Так почему же над каждым домом до сих пор не стоят «молниеуловители»? Давайте разбираться!

Примечание: расчёты довольно приблизительны! кВт*ч (киловатт-час) — единица измерения количества энергии

В среднем каждая молния несёт в себе энергию 277 кВт*ч. Средняя семья из 3 человек потребляет 300 кВт*ч в месяц. С учётом того, что на планете происходит около 4 миллионов (!) ударов молний ежедневно, получаем:

Если ловить все молнии, то можно обеспечить бесплатной энергией более 100 миллионов квартир или частных домов! Казалось бы, не так и много, но нужно будет тратиться лишь на покупку подобной установки. Согласитесь, неплохо для бесплатной энергии? Итак, где покупать, куда вставать в очередь?

И тут есть одна проблема. Точнее, 3 главные проблемы.

Нет работающей установки

Дьявол, как известно, кроется в деталях. Во-первых, необходимо создать установку, которая смогла бы ловить молнии. И мы до сих пор не разработали её! бы была достаточно доступна для каждого человека на земле, а также достаточно эффективна, чтобы можно было ее успешно применять.

Первые инженерные решения были предложены в 2006 году компанией Alternative Energy Holdings, когда инженеры компании предсказывали дешевизну и быструю окупаемость получаемой энергии. Эта компания действительно создала прототип приспособления, которое смогло бы улавливать молнии и конвертировать их энергию в электрическую, но финальные опыты не оказались убедительными. Проект закрылся.

Во-вторых, энергию таких сумасшедших размеров еще нужно где-то хранить, а человечество еще не располагает такими технологиями. Всё, что у нас есть — это литий-ионные аккумуляторы, самые надежные на данный момент. Они попросту не выдержат напряжения молний!

Разработки в этой сфере могут затянуться на десятки лет, тем более производителям невыгодно создавать батареи с возможностью не разряжаться долгое время.

В-третьих, как мы знаем, молния бьет в случайное место, а значит, почти невозможно предугадать, куда она ударит. А ведь нужно предугадывать 44 удара молний в секунду. Из этого вытекает, что нам затруднительно установить оборудование таким образом, чтобы оно могло регулярно ловить молнии.

Знаменитый физик Никола Тесла также грезил идеями о ловле и приручении молний, о бесплатной энергии всему человечеству. Однако создал ли он установку, неизвестно: учёный уничтожил большинство своих наработок.

Как же мы сможем аккумулировать колоссальную грозовую энергию, если не обладаем надежными батареями, способными эту мощь вместить и удержать, а потом еще и отдавать постепенно, небольшими порциями, которые и требуются нашим домам?

Даже если человек и сможет всегда находиться в эпицентре грозы с необходимым прибором улавливания, то какой кабель сможет передать эту энергию? Да любые имеющиеся сгорят от перенапряжения!

По итогу мы получаем то, что пока еще человечество не готово к тому, чтобы рационально добывать грозовую энергию и эффективно применять ее на практике. Более того, ловить молнии становится бессмысленно, когда мы можем применять энергию Солнца или ветра. На грозы лучше смотреть, а не пытаться их приручить.

Возможно, в будущем мы всё-таки сможем научиться добывать энергию из гроз и молний. Но пока до этого далеко!

Источник

Грозовая энергетика как перспективный источник энергии

Грозовая энергетика – это пока лишь теоретическое направление. Суть методики заключается в поимке энергии молний и перенаправлении ее в электросеть. Данный источник энергии возобновляем и относится к альтернативным, т.е. экологически безопасным.

Процесс образования молний весьма сложен. Изначально из наэлектризованного облака к земле устремляется разряд-лидер, который был сформирован электронными лавинами, слившимися в разряды (стримеры). Этот разряд оставляет за собой горячий ионизированный канал, по которому в обратном направлении движется главный разряд молнии, вырванный с Земли мощным электрическим полем. За доли секунды процесс повторяется несколько раз. Основная проблема – это поймать разряд и перенаправить его в сеть.

Преимущества

За небесным электричеством охотился еще Бенджамин Франклин. Во время грозы он запустил воздушного змея в облако и понял, что тот собирает электрический заряд.

Энергия молний – это 5 млрд джоулей чистой энергии в одном ударе, что сопоставимо со 145 л бензина. Считается, что 1 разряд молнии содержит в себе такое количество энергии, которое все население США потребляет в течение 20 минут.

Ежегодно по всему миру регистрируется около 1,5 млрд разрядов, т.е. молния бьет по поверхности Земли примерно 40-50 раз в секунду.

Эксперименты

11 ноября 2006 г. компания Alternative Energy Holdings заявила о своих успехах в деле создания прототипа конструкции, которая могла бы продемонстрировать «захват» молнии с последующим преобразованием ее в «бытовую» электроэнергию. Компания заявила, что окупаемость действующего промышленного аналога составит 4-7 лет при розничной цене 0,005 долл. США за 1 кВт-ч. К сожалению, руководство проекта после серии практических опытов было вынуждено сообщить о провале. Тогда Мартин А. Умани сравнил энергию молний с энергией атомной бомбы.

В 2013 г. силами сотрудников университета Саунгтгемптона в лабораторных условиях был смоделирован искусственный заряд, аналогичный по всем параметрам молнии естественного происхождения. Благодаря сравнительно простому оборудованию ученые смогли «поймать» его и всего за несколько минут полностью зарядить аккумулятор смартфона.

Перспектива

Молниевые фермы пока являются мечтой. Они бы стали неиссякаемыми экологически безопасными источниками весьма дешевой энергии. Развитию данного направления энергетики препятствует ряд фундаментальных проблем:

Несмотря на очевидные сложности идея создания молниевых ферм жива: очень хочется человечеству укротить природу и получить доступ к огромным возобновляемым запасам энергии.

Источник

Реальна ли электростанция, работающая от молний?

Для начала давайте определимся с вопросом, что такое молния? В общем случае это — очень большой разряд между двумя электродами. Обычно тут они представлены тучей, со скопившимся электричеством и поверхностью планеты, куда уйдет заряд.

Молнии бывают очень разными. Вот их перечень: внутриоблачные (разряд происходит между тучами), атмосферные — спрайты, эльфы и джеты (разряд из тучи не вниз, а вверх — в более высокие слои атмосферы), наземные — самые частые, заряд из тучи уходит в недра Земли. Мощности молний тоже бывают разными — от миллиона вольт до миллиарда!

Молнии есть не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы: Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и на некоторых спутниках планет. Скажем, на спутнике Юпитера — Ио. Самые грандиозные по масштабам и напряжению молнии зафиксированы на Юпитере.

Нет ничего странного в том, что люди поклонялись богам-громовержцам, так как разряд молнии почти всегда связан с громом (пробоем между электродами и появлением ударной звуковой волны при этом). Простейший школьный опыт по физике показывает, как рождается гром — резкий треск при появлении искры между электродами школьного прибора. Бенджамин Франклин в 1752 г. установил, что металлические острия, соединённые с землёй, снимают электрические заряды с заряженных тел без соприкосновения с ними и предложил проект молниеотвода
Фото: ru.wikipedia.org

Конечно же, давно у ученых появилась мысль о том, как же «заставить» молнию отдавать электричество на пользу людям. Американский ученый Франклин (его изображение есть на стодолларовой купюре) изучал природу молнии, поднимая в тучу шар с приборами. Ломоносов тоже в свое время занимался этим, но в лаборатории. При одном из опытов молнией был убит его научный ассистент. Молниеотвод на памятнике
Фото: ru.wikipedia.org

Идея использования молний в нуждах человечества продолжает пока представлять собой очень сложную проблему. Прежде всего, из-за того, что не совсем ясно, как «поймать» молнию и сохранить ее энергию с последующей передачей небольшими порциями в энергетическую общую сеть города или предприятий. Дальше всех стран в этом продвинулись в США и Китае.

Первоначально предполагалось создание электростанции, работающей на молниях, с высоким стальным стержнем и мощнейшими конденсаторами с последующим распределением электроэнергии «пойманной» молнии с конденсаторов на аккумуляторы и передачей электричества в сеть. На бумаге все получалось хорошо. Во всяком случае, неплохо описывалось математикой. Но ведь молния никогда не работает «по графику»! И где гарантия, что она ударит именно в приготовленный для нее стержень? Кроме того, размеры и надежность конденсаторов должны быть такими, каких еще не производит современная промышленность. Можно «создавать» грозовые тучи по заказу над тем местом, где находится электростанция
Фото: pixabay.com

Тем не менее американцы и китайцы не теряют надежду на то, что им удастся решить проблему. Каким образом? Уже существует технология, с помощью которой можно «сгущать» облака, превращая их в грозовые. Для этого внутри облаков просто распыляется металлизированная пыль, на которую начинают «садиться» капли, увеличиваясь в размерах. Технология активно используется в США для того, чтобы в засуху вызвать дождь. В России эта технология применялась для рассеивания туч, если требовалась солнечная погода (один из парадов в Москве).

Получается, что, применяя описанную выше технологию, можно «создавать» грозовые тучи по заказу над тем местом, где находится электростанция, работающая на молниях. Вместо металлического (высокого и толстого) стержня приемником молнии будет лазерный луч. Тут большой плюс в том, что его можно регулировать и направлять под любым углом, привлекая молнию.
Мексика предъявила США судебный иск на то, что американцы воруют мексиканский дождь
Фото: pixabay.com

На какой стадии сейчас находятся научные разработки в США и Китае — точно неизвестно. Но то, что они продолжаются — факт. В частности, Мексика предъявила США судебный иск на то, что американцы, мол, воруют мексиканский дождь, «притягивая» каким-то образом облака к своей территории. К иску приложены данные о количестве осадков в Мексике и США за весь период наблюдения синоптиками.

Спорно, конечно. Но в чем-то, вероятно, мексиканцы и правы. Тем более что разряд всего лишь одной молнии с последующей отдачей ее энергии в сеть обеспечивает всю Америку очень дешевым электричеством на 20 часов. Правда, тут не факт, а всего лишь расчеты ученых. Но дыма без огня не бывает. Не так ли?

Источник

Грозовая энергетика

Буранов Разиф Расимович
Студент УГАТУ,
Россия, Республика. Башкортостан. г. Уфа

Научный руководитель:
Терегулов Т.Р. Уфимский Государственный Авиационный
Технический Университет
филиал в г. Туймазы
E-mail: Razifchampion@mail.ru

В статье будут описаны основные параметры молнии, перспективы развития грозовой энергетики, интересные факты, проблемы в этой сфере.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: МОЛНИЯ, ГРОЗОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА, ГРОЗА, ЭНЕРГИЯ, РАЗРЯД, ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

Грозовая энергетика — это способ получения энергии путём поимки и перенаправления энергии молний в электросеть. Данный вид энергетики использует возобновляемый источник энергии и относится к альтернативным источникам энергии. Молния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт. Мощность разряда — от 1 до 1000 ГВт. Количество электричества, расходуемого молнией при разряде — от 10 до 50 кулон. 11 октября 2006 года компания Alternative Energy Holdings объявила об успешном развитии прототипа модели, которая может продемонстрировать возможности «захвата» молнии для дальнейшего её превращения в электроэнергию. Такой вид энергии не приносит не какого вреда окружающей среде. Удешевит цену на электроэнергию. Такая установка окупаться такая установка будет за В разное время разные изобретатели предлагали самые необычные накопители — от подземных резервуаров с металлом, который плавился бы от молний, попадающих в молниеотвод, и нагревал бы воду, чей пар вращал бы турбину, до электролизёров, разлагающих разрядами молний воду на кислород и водород.

В 2006 году специалисты, работающие со спутником NASA «Миссия измерения тропических штормов», опубликовали данные по количеству гроз в разных регионах планеты. По данным исследования стало известно, что существуют районы, где в течение года происходит до 70 ударов молний в год на квадратный километр площади. Из этого следует что Грозовая энергетика имеет свое будущие. По некоторым данным, при одной мощной грозе высвобождается столько же энергии, сколько все жители США потребляют за 20 минут

Проблем тут масса. Нужно предугадать где случиться гроза.

Разряд молнии длится доли секунд. За это время нужно успеть запасти его энергию. Для этого нужны мощные и дорогостоящие конденсаторы. Также могут применяться различные колебательные системы с контурами второго и третьего рода, где можно согласовывать нагрузку с внутренним сопротивлением генератора. Молния является сложным электрическим процессом и делится на несколько разновидностей: отрицательные — накапливающиеся в нижней части облака и положительные — собирающиеся в верхней части облака. Это тоже надо учитывать при создании молниевой фермы.

Итак подведем итоги.

Во-первых, есть районы где молнии бьют часто и ловить их будет легче.

Основным из минусов разряд молнии длится доли секунд, нужно дорогое оборудование. И грозы случаются на Земле очень неравномерно.

Источник