Energia furtunii. Folosind energia fulgerului

Oricine a citit vreodată despre tensiunile și curenții enorme dintr-un canal de fulger liniar s-a întrebat: este posibil să prinzi cumva aceste fulgere și să le transportăm în rețelele energetice? Pentru a alimenta frigidere, becuri, prăjitoare de pâine și alte mașini de spălat. Discuțiile despre astfel de stații au loc de mulți ani, dar este posibil ca anul viitor să vedem în sfârșit un exemplu funcțional de „colector de fulgere”.

Sunt foarte multe probleme aici. Fulgerul, din păcate, este un furnizor prea nesigur de energie electrică. Cu greu se poate prezice din timp unde va avea loc o furtună. Și așteptarea ei într-un singur loc este mult timp.

În plus, fulgerul produce tensiuni de ordinul a sute de milioane de volți și curenți de vârf de până la 200 de kiloamperi. Pentru a se „hrăni” cu fulgere, energia lor trebuie în mod clar acumulată undeva în acele miimi de secundă pe care durează faza principală a descărcării (o lovitură de fulger, care pare instantanee, constă de fapt din mai multe faze), apoi încet. fi eliberat în rețea, transformându-se simultan la curent alternativ standard de 220 volți și 50 sau 60 hertzi.

În timpul unei descărcări de fulgere, are loc un proces destul de complex. În primul rând, o descărcare principală, formată din avalanșe de electroni, se repezi din nor spre sol, care se contopesc în descărcări, numite și streamers. Liderul creează un canal ionizat fierbinte prin care descărcarea principală a fulgerului, ruptă de la suprafața Pământului de un câmp electric puternic, circulă în direcția opusă.

În plus, toate aceste etape pot fi repetate de 2, 3 sau 10 ori - în aceleași fracțiuni de secundă cât durează fulgerul. Imaginați-vă cât de dificilă este sarcina de a captura această descărcare și de a direcționa curentul în locul potrivit. După cum puteți vedea, există multe probleme. Atunci merită să te implici cu fulgerul?

Dacă instalați o astfel de stație într-o zonă în care fulgerele lovesc mult mai des decât de obicei, probabil că va exista un anumit beneficiu. O furtună puternică cu fulgere, când fulgerele lovesc continuu unul după altul, poate elibera atât de multă energie încât este suficientă pentru a furniza energie electrică întregii Statelor Unite timp de 20 de minute. Desigur, indiferent de ce fel de stație de captare a fulgerelor vom veni, eficiența sa în conversia curentului va fi departe de 100% și, aparent, nu va fi posibil să prindem toate fulgerele care lovesc în vecinătatea ferma fulgerului.

Furtunile apar foarte inegal pe Pământ. Experții care lucrează cu satelitul American Tropical Storm Measuring Mission au publicat un raport despre una dintre cele mai recente realizări ale acestui satelit. O hartă mondială a frecvenței fulgerelor a fost compilată. De exemplu, în partea centrală a continentului african există o zonă destul de mare în care se produc peste 70 de fulgere pe kilometru pătrat pe an!

Până acum, astfel de proiecte de utilizare a energiei fulgerului sunt realizate în principal de inventatori din Statele Unite. Compania americană Alternative Energy Holdings raportează că va face lumea fericită cu o centrală electrică ecologică care generează curent la un preț ridicol de 0,005 USD per kilowatt-oră. În momente diferite, diferiți inventatori au propus cele mai neobișnuite dispozitive de stocare - de la rezervoare subterane cu metal care s-ar topi din cauza fulgerului care lovește paratrăsnetul și apă încălzită, a cărei abur ar face să rotească turbina, până la electrolizoare care descompun apa în oxigen și hidrogen cu descărcări de fulgere. . Dar posibilul succes constă în sisteme mai simple.

Alternative Energy Holdings spune că va construi primul prototip funcțional al unei astfel de centrale, capabilă să stocheze energia fulgerului, încă din 2007. Compania intenționează să își testeze instalația în sezonul de furtună de anul viitor, într-unul dintre locurile în care fulgerele lovesc mai des decât de obicei. În același timp, dezvoltatorii dispozitivului de stocare cred cu optimism că centrala electrică „fulger” se va amortiza în 4-7 ani.

http://www.membrana.ru/

Știați?

Ochi și fotoni

Puteți verifica singur sensibilitatea retinei repetând un experiment simplu, efectuat cândva de celebrul om de știință sovietic S.I. Vavilov.

Între o lampă incandescentă obișnuită și punctul dvs. de observație, instalați un stroboscop - un disc de carton cu un diametru de 15-20 cm, cu un sector decupat de 60 de grade, montat pe o axă. Acum, rotind discul stroboscopic cu o viteză de aproximativ o revoluție pe secundă, priviți lampa cu un ochi prin disc.

Iată ce se va întâmpla: rotind, discul va începe să măsoare proporțiile de lumină pentru ochi. Lampa strălucește neuniform, adică puterea sa de lumină pulsează, dar deoarece discul se rotește relativ lent, proporțiile de lumină vor diferi unele de altele doar cu câțiva fotoni. Iar această diferență, accesibilă doar celor mai precise instrumente, poate fi ușor detectată de ochiul tău - dacă te uiți cu atenție, vei vedea o slabă pulsație de lumină! Este mai ușor să efectuați acest experiment dacă plasați altul deasupra lămpii de „măsurare” - una de referință. Lumina sa te va ajuta sa te concentrezi.

De obicei, când oamenii vorbesc despre energie alternativă, se referă în mod tradițional la instalații pentru producerea de energie electrică din surse regenerabile - lumina soarelui și vântul. Cu toate acestea, statisticile exclud crearea de energie electrică la centralele hidroelectrice, stațiile care folosesc puterea mareelor ​​și oceanelor și centralele geotermale. Deși, aceste surse de energie sunt considerate și regenerabile. Dar sunt clasice și sunt folosite la scară industrială de mulți, mulți ani.

O sursă alternativă de energie este considerată o resursă regenerabilă; ea înlocuiește sursele clasice de energie care funcționează cu petrol, gaze naturale extrase și cărbune, care, atunci când sunt arse, eliberează dioxid de carbon în atmosferă, ceea ce contribuie la creșterea efectului de seră și la nivel global. încălzire.
Motivul principal pentru căutarea surselor alternative de energie este nevoia de a o obține din energia resurselor și fenomenelor naturale regenerabile sau practic inepuizabile. Printre altele, pot fi luate în considerare respectarea mediului și eficiența.

Principalele surse de energie pentru acest tip de sistem sunt considerate a fi energia Soarelui, vântul și starea naturală a solului de la suprafața Pământului (pentru pompele termice solului). Folosind surse regenerabile de energie, influențăm semnificativ mediul și criza energetică de pe Pământ, câștigăm, de asemenea, autonomie față de tipurile convenționale de energie, economii semnificative de costuri și încredere în viitor.

Industriile de energie alternativă

Energie solara

Centralele solare sunt una dintre cele mai comune de pe planetă, funcționând în peste 80 de țări din întreaga lume și folosind o sursă inepuizabilă de energie - lumina soarelui.
În timpul generării de energie electrică și, dacă este necesar, și căldură pentru încălzirea locuințelor și furnizarea de apă caldă, practic nu provoacă daune mediului.

Energia solară este foarte dependentă de vreme și de ora zilei: într-o zi înnorată și, mai ales, noaptea nu se va putea obține energie electrică. Trebuie să achiziționați baterii reîncărcabile, ceea ce crește costul instalării panourilor solare, de exemplu, la vilă, și cine creează momente nefavorabile pentru mediu din cauza necesității de a arunca aceleași baterii uzate.
Pe lângă fotocelule și baterii foto, colectoarele solare și încălzitoarele solare de apă sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă; acestea sunt utilizate atât pentru încălzirea apei pentru încălzire, cât și pentru generarea de energie electrică.
Germania, Japonia și Spania sunt considerate favorite în popularizarea energiei solare. Este clar că aici au superioritate puterile sudice, unde practic soarele strălucește fierbinte atât iarna, cât și vara.

Putere eoliana

Energia eoliană este clasificată ca o formă regenerabilă de energie deoarece este considerată o consecință a activității Soarelui. Energia eoliană este considerată o industrie în plină expansiune. Până la începutul anului 2014, capacitatea totală a tuturor turbinelor eoliene era de aproximativ 320 gigawați!
Primele cinci țări în producția globală de energie electrică din vânt sunt China, SUA, Germania, Danemarca și Portugalia.
Aici, din nou, aproape totul depinde de condițiile meteo: în unele țări vântul nu se potolește nici măcar o clipă, în altele, dimpotrivă, este calm de cele mai multe ori.

Energia eoliană are atât avantaje semnificative, cât și dezavantaje la fel de semnificative. În comparație cu panourile solare, turbinele eoliene sunt ieftine și nu depind de ora din zi, motiv pentru care se găsesc adesea în zonele suburbane. Generatoarele eoliene au un singur dezavantaj semnificativ - sunt destul de zgomotoase. Instalarea unor astfel de echipamente va trebui să fie coordonată nu numai cu rudele, ci și cu locuitorii caselor din apropiere.

Energie geotermală

În zonele cu activitate vulcanică, unde apele subterane se pot încălzi peste punctul de fierbere, este optim să se construiască centrale termice geotermale (GeoTES).
Este folosit atat pentru incalzirea apei pentru incalzire, dar si pentru producerea energiei electrice. Centralele geotermale generează cea mai mare parte a energiei electrice în America Centrală, Filipine și Islanda; Islanda, printre altele, este un exemplu de putere în care apele termale sunt utilizate pe scară largă pentru încălzire.

Un mare avantaj al energiei geotermale este inepuizabilitatea sa virtuală și autonomia absolută față de condițiile de mediu, ora din zi și anul.
Există următoarele posibilități fundamentale de utilizare a căldurii din adâncurile pământului. Apa sau un amestec de apă și abur, în funcție de temperatura acestora, poate fi folosită pentru furnizarea și încălzirea cu apă caldă, pentru generarea de energie electrică sau pentru toate aceste scopuri deodată. Este de dorit să se utilizeze căldura la temperatură înaltă a regiunii perivulcanice și rocile uscate pentru a genera energie electrică și aprovizionare cu căldură. Proiectarea stației depinde de ce sursă de energie geotermală este utilizată.
Principala problemă care apare la utilizarea apelor termale subterane este necesitatea unui ciclu repetabil de alimentare (injecție) cu apă (în mod tradițional apă uzată) în acviferul subteran. Apele termale contin multe saruri ale diferitelor metale toxice (de exemplu, bor, plumb, zinc, cadmiu, arsen) si compusi chimici (amoniac, hidroxibenzen), care impiedica deversarea acestor ape in sistemele naturale de apa situate la suprafata.

Hidroenergie alternativă

Utilizarea non-standard a resurselor acvatice ale planetei pentru generarea de energie implică trei tipuri de centrale electrice: valuri, maree și cascadă. În același timp, primele sunt considerate cele mai promițătoare: puterea medie a valurilor a oceanelor lumii este estimată la 15 kW pe metru, iar cu înălțimi ale valurilor de peste doi metri, puterea de vârf poate ajunge până la 80 kW/m. .
Principala caracteristică a centralelor cu valuri este dificultatea de a converti mișcarea undelor „în sus și în jos” în rotația discului generatorului, dar evoluțiile moderne găsesc treptat soluții la această problemă.

Centralele mareomotrice au mult mai puțină putere decât centralele cu valuri, dar sunt mult mai ușor și mai confortabil de construit în zona de coastă a mărilor. Forțele gravitaționale ale Lunii și ale Soarelui înlocuiesc nivelul apei din mare de două ori pe zi (diferența poate ajunge la 2 zeci de metri), ceea ce face posibilă utilizarea energiei fluxurilor și refluxurilor pentru a genera electricitate.

Biocombustibil

Biocombustibilul este un combustibil obținut din materii prime vegetale sau animale, deșeuri ale organismelor sau deșeuri industriale organice. Există biocombustibili lichizi (pentru motoarele cu ardere internă, de exemplu, etanol, metanol, biodiesel), biocombustibili solizi (lemn de foc, brichete, pelete de combustibil, așchii de lemn, iarbă, coji) și gazoși (gaz de sinteză, biogaz, hidrogen).
Biocarburanții lichizi, solizi și gazoși pot deveni un înlocuitor nu numai pentru sursele convenționale de energie electrică, ci și pentru combustibil. Spre deosebire de petrol și gaze naturale, ale căror rezerve nu pot fi restabilite, biocombustibilii pot fi produși în condiții sintetice.

Perspectiva este pentru biocombustibili lichizi și gazoși: biodiesel, bioetanol, biogaz și gaz de sinteză. Toate sunt produse pe baza de plante bogate în zahăr sau grăsimi: trestie dulce, porumb și chiar fitoplancton marin. Ultima opțiune are posibilități infinite: cultivarea plantelor acvatice în condiții sintetice nu este o chestiune complicată.

Energia fulgerului

Fulgerul este considerat o sursă de energie extrem de nesigură, deoarece este imposibil de prezis din timp unde și cât de curând va avea loc o furtună.
O altă problemă cu energia fulgerului este că descărcarea fulgerului durează o fracțiune de secundă și, în consecință, energia acestuia trebuie stocată destul de repede. Pentru a obține rezultatul dorit, sunt necesari condensatori masivi și scumpi. Printre altele, pot fi utilizate diferite sisteme oscilatoare cu circuite din a doua și a treia familie, unde este posibilă potrivirea sarcinii cu rezistența internă a generatorului.

Fulgerul este considerat un proces electric complex și este împărțit în mai multe tipuri: negativ - se acumulează în partea inferioară a norului și pozitiv - se acumulează în partea superioară a norului. Acest lucru trebuie luat în considerare și la dezvoltarea receptorilor de fulgere.
Potrivit oamenilor de știință, o furtună puternică eliberează aproximativ la fel de multă energie cât consumă în medie toți rezidenții din SUA în 20 de minute.

Energia hidrogenului

Un tip de energie alternativă bazată pe utilizarea hidrogenului ca mijloc de acumulare, transport și consum de energie de către oameni, infrastructura de transport rutier și diverse zone de producție. Hidrogenul a fost ales dintr-un motiv și pentru că este cel mai comun element de pe suprafața pământului și în spațiu, căldura de ardere a hidrogenului este mai mare, iar produsul arderii în oxigen este apa (care este din nou introdusă în circulaţia energiei hidrogenului).

Astăzi, producția de hidrogen va necesita mai multă energie decât poate fi obținută din utilizarea lui, prin urmare este imposibil să îl considerăm o sursă de energie. Este considerat doar un mijloc de stocare și livrare a energiei.
Există însă și un mare pericol de producere în masă a hidrogenului, dacă hidrogenul se scurge dintr-un cilindru sau din alte rezervoare de stocare, fiind mai ușor decât aerul, acesta va părăsi irevocabil atmosfera Pământului, ceea ce, odată cu utilizarea masivă a tehnologiei, poate duce la un pierderea globală de apă dacă hidrogenul este produs prin electroliza apei.

Energia spațială

Acesta prevede utilizarea energiei solare pentru a genera energie electrică, din centralele electrice situate pe orbita Pământului sau pe Lună, electricitatea de la care va fi transmisă pe Pământ sub formă de radiații cu microunde. Poate contribui la încălzirea globală. Încă nu se aplică.

Începând cu 2012, energia alternativă (fără a lua în considerare hidroenergia) a reprezentat 5,1% din toată energia consumată de umanitate.

Astăzi, întreaga lume este alimentată cu energie electrică prin arderea cărbunelui și a gazului (combustibili fosili), exploatarea fluxurilor de apă și controlul reacțiilor nucleare. Aceste abordări sunt destul de eficiente, dar în viitor va trebui să le abandonăm, îndreptându-ne spre o astfel de direcție precum energia alternativă.

O mare parte din această nevoie se datorează faptului că combustibilii fosili sunt limitati. În plus, metodele tradiționale de producere a energiei electrice sunt unul dintre factorii poluării mediului. De aceea lumea are nevoie de o alternativă „sănătoasă”..

Oferim versiunea noastră a metodelor netradiționale TOP de generare a energiei, care în viitor poate deveni un înlocuitor pentru centralele convenționale.

locul 7. Energie distribuită

Înainte de a lua în considerare sursele alternative de energie, să ne uităm la un concept interesant care în viitor poate schimba structura sistemului energetic.

Astăzi, electricitatea este produsă în stații mari, transmisă la rețelele de distribuție și livrată la casele noastre. Abordarea distribuită implică treptat respingerea producției centralizate de energie electrică. Acest lucru se poate realiza prin construirea de mici surse de energie în imediata apropiere a consumatorului sau grupului de consumatori.

Următoarele pot fi folosite ca surse de energie:

• centrale cu microturbine;
• centrale cu turbine cu gaz;
• cazane cu abur;
• panouri solare;
• turbine eoliene;
• pompe de caldura, etc.

Astfel de minicentrale pentru locuință vor fi conectate la rețeaua generală. Acolo va curge excesul de energie și, dacă este necesar, rețeaua electrică va putea compensa lipsa de energie, de exemplu, atunci când panourile solare funcționează mai rău din cauza vremii înnorate.

Cu toate acestea, implementarea acestui concept astăzi și în viitorul apropiat este puțin probabilă, dacă vorbim de o scară globală. Acest lucru se datorează în primul rând costului ridicat al tranziției de la energia centralizată la energia distribuită.

locul 6. Energia fulgerului

De ce să generați energie electrică când o puteți „prinde” pur și simplu din aer? În medie, un fulger este de 5 miliarde J de energie, ceea ce echivalează cu arderea a 145 de litri de benzină. Teoretic, centralele electrice cu fulgere vor reduce semnificativ costul energiei electrice.

Totul va arăta astfel: stațiile sunt situate în regiuni cu activitate de furtună crescută, „colectează” descărcări și stochează energie. După aceasta, energia este furnizată rețelei. Puteți prinde fulgere cu ajutorul paratrăsnetului gigant, dar principala problemă rămâne - să acumulați cât mai multă energie de fulger într-o fracțiune de secundă. În stadiul actual, este imposibil să se facă fără supercondensatori și convertoare de tensiune, dar în viitor poate apărea o abordare mai delicată.

Dacă vorbim despre electricitate „din aerul subțire”, nici măcar nu se poate aminti de adepții formării energiei libere. De exemplu, Nikola Tesla la un moment dat se presupune a demonstrat un dispozitiv pentru generarea de curent electric din eter pentru a opera o mașină.

locul 5. Arderea combustibililor regenerabili

În loc de cărbune, centralele electrice pot arde așa-numitele biocombustibil " Acestea sunt materii prime prelucrate vegetale și animale, deșeuri ale organismelor și unele deșeuri industriale de origine organică. Exemplele includ lemn de foc obișnuit, așchii de lemn și biomotorină găsite la benzinării.

În sectorul energetic, așchiile de lemn sunt cele mai des folosite. Este colectat în timpul producției de tăiere sau prelucrare a lemnului. După măcinare, este presat în pelete de combustibil și sub această formă este trimis la centrale termice.

Până în 2019, construcția celei mai mari centrale electrice care va funcționa cu biocombustibil ar trebui să fie finalizată în Belgia. Conform previziunilor, va trebui să producă 215 MW de energie electrică. Este suficient pentru 450.000 de case.

Fapt interesant! Multe țări practică cultivarea așa-numitelor „păduri energetice” - copaci și arbuști care sunt cel mai potrivit pentru nevoile energetice.

Este încă puțin probabil ca energia alternativă să se dezvolte în direcția biocombustibililor, deoarece există soluții mai promițătoare.

locul 4. Centrale maremomozoare și valurilor

Centralele hidroelectrice tradiționale funcționează pe următorul principiu:

1. Presiunea apei ajunge la turbine.
2. Turbinele încep să se rotească.
3. Rotația este transmisă generatoarelor care generează energie electrică.

Construcția hidrocentralelor este mai costisitoare decât centralele termice și este posibilă doar în locurile cu rezerve mari de energie apei. Dar principala problemă este daunele aduse ecosistemelor din cauza necesității de a construi baraje.

Centralele mareomotrice funcționează pe un principiu similar, dar utilizați fluxul și refluxul mareelor ​​pentru a genera energie.

Tipurile de energie alternativă „apă” includ o direcție atât de interesantă precum energia valurilor. Esența sa se rezumă la generarea de electricitate prin utilizarea energiei valurilor oceanului, care este mult mai mare decât energia mareelor. Cea mai puternică centrală a valurilor de astăzi este Pelamis P-750 , care produce 2,25 MW de energie electrică.

Legănându-se pe valuri, aceste convectoare uriașe („șerpi”) se îndoaie, determinând mișcarea pistoanelor hidraulice din interior. Ei pompează ulei prin motoare hidraulice, care la rândul lor antrenează generatoare electrice. Electricitatea rezultată este livrată la țărm printr-un cablu care este așezat de-a lungul fundului. În viitor, numărul de convectoare va fi mărit de multe ori, iar stația va putea genera până la 21 MW.

locul 3. Stații geotermale

Energia alternativă este, de asemenea, bine dezvoltată în direcția geotermală. Centralele geotermale generează energie electrică prin conversia efectivă a energiei pământului sau, mai exact, a energiei termice a surselor subterane.

Există mai multe tipuri de astfel de centrale electrice, dar în toate cazurile se bazează pe aceeași principiul de funcționare: Aburul dintr-o sursă subterană se ridică în puț și rotește o turbină conectată la un generator electric. Astăzi, o practică comună este atunci când apa este pompată într-un rezervor subteran la o adâncime mare, unde se evaporă sub influența temperaturilor ridicate și intră în turbine sub formă de abur sub presiune.

Zonele cu un număr mare de gheizere și izvoare termale deschise, care sunt încălzite de activitatea vulcanică, sunt cele mai potrivite pentru scopuri de energie geotermală.

Deci, în California există un întreg complex geotermal numit „ Gheizere " Acesta reunește 22 de stații care generează 955 MW. Sursa de energie în acest caz este o cameră de magmă cu un diametru de 13 km la o adâncime de 6,4 km.

locul 2. Centrale eoliene

Energia eoliană este una dintre cele mai populare și promițătoare surse de producere a energiei electrice.

Principiul de funcționare al generatorului eolian este simplu:

• palele se rotesc sub influența forței vântului;
• rotația este transmisă generatorului;
• generatorul produce curent alternativ;
• Energia rezultată este de obicei stocată în baterii.

Puterea unui generator eolian depinde de lungimea palelor și de înălțimea acestuia. Prin urmare, acestea sunt instalate în zone deschise, câmpuri, dealuri și în zona de coastă. Instalațiile cu 3 lame și o axă verticală de rotație funcționează cel mai eficient.

Fapt interesant! Energia eoliană este de fapt un tip de energie solară. Acest lucru se explică prin faptul că vânturile apar din cauza încălzirii neuniforme a atmosferei și a suprafeței pământului de către razele soarelui.

Pentru a face o moară de vânt, nu aveți nevoie de cunoștințe profunde de inginerie. Astfel, mulți meșteri și-au putut permite să se deconecteze de la rețeaua electrică generală și să treacă la energie alternativă.

Vestas V-164 este cel mai puternic generator eolian de astăzi. Produce 8 MW.

Pentru a produce energie electrică la scară industrială, se folosesc centrale eoliene, formate din multe turbine eoliene. Cea mai mare este centrala electrică" Alta ", situat în California. Puterea sa este de 1550 MW.

1 loc. Centrale solare (SPP)

Energia solară are cele mai mari perspective. Tehnologia de conversie a radiației solare folosind fotocelule se dezvoltă de la an la an, devenind din ce în ce mai eficientă.

În Rusia, energia solară este relativ slab dezvoltată. Cu toate acestea, unele regiuni arată rezultate excelente în această industrie. Luați Crimeea, de exemplu, unde funcționează mai multe centrale solare puternice.

Este posibil să se dezvolte în viitor energie spațială. În acest caz, centralele solare vor fi construite nu pe suprafața pământului, ci pe orbita planetei noastre. Cel mai important avantaj al acestei abordări este că panourile fotovoltaice vor putea primi mult mai multă lumină solară, deoarece acest lucru nu va fi împiedicat de atmosferă, vreme și anotimpuri.

Concluzie

Energia alternativă are mai multe domenii promițătoare. Dezvoltarea sa treptată va duce mai devreme sau mai târziu la înlocuirea metodelor tradiționale de generare a energiei electrice. Și nu este deloc necesar ca doar una dintre tehnologiile enumerate să fie utilizată în întreaga lume. Vezi videoclipul de mai jos pentru mai multe detalii.

Energia fulgerului este un tip de energie alternativă care se presupune că „prinde” energia fulgerului și o direcționează către rețeaua electrică. O astfel de sursă este o resursă nesfârșită care este în mod constant restaurată. Fulgerul este un proces electric complex, care este împărțit în mai multe tipuri: negativ și pozitiv. Primul tip de fulger se acumulează în partea inferioară a norului, celălalt, dimpotrivă, se adună în partea superioară. Pentru a „prinde” și reține energia fulgerului, trebuie să utilizați condensatori puternici și scumpi, precum și o varietate de sisteme oscilatoare care au circuite de al doilea și al treilea fel. Acest lucru este necesar pentru a coordona și a distribui uniform sarcina cu rezistența externă a generatorului de lucru.

Deocamdată, energia fulgerului este un proiect neterminat și nu complet format, deși este destul de promițător. O caracteristică atractivă este capacitatea de a restabili constant resursele. Ceea ce este foarte important este cât de multă putere vine de la o singură descărcare, care contribuie la producerea unei cantități suficiente de energie (aproximativ 5 miliarde J de energie pură, ceea ce este egal cu 145 de litri de benzină).

Procesul de creare a unei descărcări de fulgere

Procesul de creare a unei descărcări de fulgere este foarte complex și tehnic. În primul rând, o descărcare principală, formată din avalanșe de electroni, este trimisă din nor către sol. Aceste avalanșe se combină în descărcări numite „streamers”. Descărcarea lider creează un canal ionizat fierbinte prin care descărcarea principală a fulgerului se mișcă în direcția opusă, care iese de pe suprafața planetei noastre cu împingerea unui câmp electric puternic. Astfel de manipulări ale sistemului pot fi repetate de mai multe ori la rând, deși ni se poate părea că au trecut doar câteva secunde. De aceea, procesul de „prindere” a fulgerului, conversia energiei acestuia în curent și stocarea ulterioară este atât de complex.

Probleme

Există următoarele aspecte și dezavantaje ale energiei fulgerului:

• Nefiabilitatea sursei de energie. Datorită faptului că este imposibil de prezis în avans unde și când vor apărea fulgerele, pot apărea probleme cu crearea și primirea energiei. Variabilitatea unui astfel de fenomen afectează semnificativ semnificația întregii idei.
• Durată redusă de descărcare. O descărcare de fulger are loc și acționează în câteva secunde, așa că este foarte important să reacționezi rapid și să o „prinzi”.
• Necesitatea utilizării condensatoarelor și sistemelor oscilante. Fără utilizarea acestor dispozitive și sisteme, este imposibil să primiți și să convertiți pe deplin energia de furtună.
• Probleme secundare cu taxele de „prindere”. Datorită densității scăzute a ionilor încărcați, se creează o rezistență ridicată a aerului. Puteți „prinde” fulgerul folosind un electrod ionizat, care trebuie ridicat cât mai mult posibil deasupra suprafeței pământului (poate „prinde” energie exclusiv sub formă de microcurenți). Dacă ridicați electrodul prea aproape de norii electrificați, acest lucru va declanșa crearea fulgerului. O astfel de încărcare pe termen scurt, dar puternică, poate duce la numeroase defecțiuni ale centralei electrice de fulgere.
• Costul scump al întregului sistem și echipament. Energia furtunii, datorită structurii sale specifice și variabilității constante, implică utilizarea unei varietăți de echipamente, care sunt foarte costisitoare.
• Conversia și distribuția curentului. Datorită variabilității puterii de încărcare, pot apărea probleme cu distribuția acestora. Puterea medie a fulgerului variază de la 5 la 20 kA, cu toate acestea, există blițuri cu o intensitate a curentului de până la 200 kA. Orice încărcare trebuie distribuită la o putere mai mică la 220 V sau 50-60 Hz AC.

Experimente cu instalarea centralelor electrice de trăsnet

Pe 11 octombrie 2006, a fost anunțată proiectarea cu succes a unui model prototip al unei centrale electrice de fulgere, care este capabilă să „prindă” fulgerul și să-l transforme în energie curată. Alternative Energy Holdings se poate lăuda cu astfel de realizări. Producătorul inovator a remarcat că o astfel de instalație ar putea rezolva mai multe probleme de mediu, precum și ar putea reduce semnificativ costul de producere a energiei. Compania asigură că un astfel de sistem se va amortiza în 4-7 ani, iar „fermele fulgerelor” vor putea produce și vinde energie electrică, care diferă de costul surselor tradiționale de energie (0,005 USD per kW/an).

În 2013, angajații Universității Saungthampt au simulat o încărcare artificială a fulgerului în condiții de laborator, care în proprietățile sale este identică cu fulgerul natural. Folosind echipamente simple, oamenii de știință au reușit să „prindă” încărcarea și să o folosească pentru a încărca bateria unui telefon mobil.

Studii de activitate a fulgerelor, hărți de frecvență a fulgerelor

Specialiștii NASA care lucrează cu satelitul Tropical Storm Measuring Mission au efectuat studii asupra activității furtunilor în diferite părți ale planetei noastre în 2006. Ulterior, au fost raportate date privind frecvența de origine a fulgerelor și crearea unei hărți corespunzătoare. Astfel de studii au raportat că există anumite regiuni care suferă până la 70 de fulgere (pe km pătrat de suprafață) pe tot parcursul anului.

O furtună este un proces atmosferic electrostatic complex care este însoțit de fulgere și tunete. Energia furtunilor este o energie alternativă promițătoare care poate ajuta omenirea să scape de criza energetică și să îi ofere resurse regenerabile în mod constant. În ciuda tuturor avantajelor acestui tip de energie, există multe aspecte și factori care nu permit producerea activă, utilizarea și conservarea energiei electrice de această origine.

Acum, oamenii de știință din întreaga lume studiază acest proces complex și dezvoltă planuri și proiecte pentru a elimina problemele conexe. Poate că, în timp, omenirea va fi capabilă să îmblânzească energia „obstinată” a fulgerului și să o recicleze în viitorul apropiat.

Una dintre primele companii care a folosit energia din nori de tunere a fost compania americană Alternative Energy Holdings. Ea a propus o modalitate de a folosi energia gratuită prin colectarea și reciclarea acesteia, rezultată din descărcările electrice ale norilor de tunete. Instalația experimentală a fost lansată în 2007 și a fost numită „colector de fulgere”. Evoluțiile și cercetările asupra fenomenelor de furtună conțin acumulări uriașe de energie, pe care o companie americană și-a propus să le folosească ca sursă de energie electrică.

Centrală electrică de fulgere

O centrală electrică de fulger este în esență o centrală electrică clasică care transformă energia fulgerului în energie electrică. În acest moment, puterea fulgerului este cercetată activ și poate că în viitorul apropiat vor apărea în cantități mari și alte centrale electrice bazate pe energie curată.

Fulgerul ca sursă de fulgere

Furtunile sunt descărcări electrice care se acumulează în cantități mari în nori. Datorită curenților de aer din nori de tunsoare, sarcinile pozitive și negative se acumulează și se separă, deși întrebările pe această temă sunt încă cercetate.

Una dintre ipotezele comune despre formarea sarcinilor electrice în nori se datorează faptului că acest proces fizic are loc într-un câmp electric constant al pământului, care a fost descoperit de M.V. Lomonosov în timpul experimentelor.

Orez. 3.1.

Planeta noastră are întotdeauna o sarcină negativă, iar puterea câmpului electric lângă suprafața pământului este de aproximativ 100 V/m. Este determinată de sarcinile pământului și depinde puțin de perioada anului și de zi și este aproape aceeași pentru orice punct de pe suprafața pământului. Aerul din jurul Pământului are încărcături libere care se mișcă în direcția câmpului electric al Pământului. Fiecare centimetru cub de aer de lângă suprafața pământului conține aproximativ 600 de perechi de particule încărcate pozitiv și negativ. Odată cu distanța de la suprafața pământului, densitatea particulelor încărcate din aer crește. Conductivitatea aerului din apropierea pământului este scăzută, dar la o distanță de 80 km de suprafața pământului crește de 3 miliarde de ori și atinge conductivitatea apei dulci.

Astfel, Pământul cu atmosfera înconjurătoare, din punct de vedere al proprietăților electrice, poate fi reprezentat ca un condensator sferic de dimensiuni colosale, ale cărui plăci sunt Pământul și un strat conductor de aer situat la o distanță de 80 km de suprafața Pământului. . Stratul izolator dintre aceste plăci este un strat de aer cu o grosime redusă de energie electrică, cu o grosime de 80 km. Între plăcile unui astfel de condensator tensiunea este de aproximativ 200 kV, iar curentul care trece sub influența acestei tensiuni este de 1,4 kA. Puterea condensatorului este de aproximativ 300 MW. În câmpul electric al acestui condensator, se formează nori cu descărcări electrice și apar fenomene de furtună în intervalul de la 1 la 8 km de suprafața Pământului.

Fulgerul, ca purtător de sarcini electrice, este cea mai apropiată sursă de electricitate în comparație cu alte AES. Sarcina care se acumulează în nori are un potențial de câteva milioane de volți în raport cu suprafața Pământului. Direcția curentului fulgerului poate fi fie de la sol la nor, cu o sarcină negativă a norului (în 90% din cazuri), fie de la nor la sol (în 10% din cazuri). Durata unei descărcări de fulger este în medie de 0,2 s, rareori până la 1...1,5 s, durata frontului de avans al impulsului este de la 3 la 20 μs, curentul este de câteva mii de amperi, până la 100 kA, temperatura in canal ajunge la 20.000?C, apare camp magnetic puternic si unde radio. Fulgerele se pot forma și în timpul furtunilor de praf, viscolelor și erupțiilor vulcanice.

centrală electrică de trăsnet cu energie alternativă

Principiul de funcționare al unei centrale electrice de trăsnet

Bazat pe același proces ca și alte centrale electrice: conversia sursei de energie în energie electrică. În esență, fulgerul conține aceeași electricitate, adică nimic nu trebuie convertit. Cu toate acestea, parametrii de mai sus ai unei descărcări de fulgere „standard” sunt atât de mari încât, dacă această energie electrică intră în rețea, atunci toate echipamentele se vor arde pur și simplu în câteva secunde. Prin urmare, în sistem sunt introduse condensatoare puternice, transformatoare și diferite tipuri de convertoare, ajustând această energie la condițiile necesare de utilizare în rețelele și echipamentele electrice.

Avantajele și dezavantajele unei centrale electrice de trăsnet

Avantajele centralelor electrice cu fulgere:

Supercondensatorul ionosferic pământesc este reîncărcat în mod constant folosind surse de energie regenerabilă - soarele și elementele radioactive ale scoarței terestre.

Centrala fulgerului nu eliberează poluanți în mediu.

Echipamentul stațiilor de fulger nu este izbitor. Baloanele sunt prea înalte pentru a fi văzute cu ochiul liber. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de un telescop sau un binoclu.

Centrala fulgerului este capabilă să genereze energie în mod continuu dacă bilele sunt ținute în aer.

Dezavantajele centralelor electrice cu fulgere:

Electricitatea fulgerului, cum ar fi energia solară sau eoliană, este dificil de stocat.

Tensiunea ridicată în sistemele centralelor electrice de trăsnet poate fi periculoasă pentru personalul de exploatare.

Cantitatea totală de energie electrică care poate fi obținută din atmosferă este limitată.

În cel mai bun caz, energia fulgerului poate servi doar ca o completare minoră a altor surse de energie.

Astfel, energia fulgerului este în prezent destul de nesigură și vulnerabilă. Cu toate acestea, acest lucru nu îi reduce importanța în favoarea trecerii la AES. Unele zone ale planetei sunt saturate de condiții favorabile, ceea ce poate aprofunda în mod semnificativ studiul fenomenelor de furtună și poate obține electricitatea necesară din acestea.