Многие годы человечество истощает природные ресурсы Земли, и со временем они иссякнут. Так не пора ли задуматься над альтернативными источниками энергии?
Люди научились использовать энергию атома, воды и ветра, строя атомные электростанции, гидроэлектростанции, ветряные станции. А также энергию солнца, получаемую за счет солнечных батарей. Возможно, человек сможет использовать энергию молнии.
Гроза является одним из видов осадков, при которых в облаках и под ними появляются электрические разряды – молнии, сопровождающиеся раскатами грома [1].
Данное природное явление довольно опасно. Ведь совместно с ним в большинстве случаев возникают шквальные ветра, ливневые дожди и град, которые могут повлечь за собой как мелкие, так и значительные разрушения [1].
Во всем мире в каждый момент времени активны около полутора тысяч гроз, каждую секунду молния касается поверхности Земли 40 – 50 раз [2].
Грозовая энергетика – это пока лишь теоретическое и достаточно перспективное направление, суть которого заключается в перенаправлении энергии молний в электросеть. Данный источник является нескончаемым ресурсом, то есть возобновляемым, и экологически безвредным [2].
Молния – сложный электрический процесс, проявляющийся вспышкой. Вначале из кучевого облака к земле обращается разряд – лидер, образованный электронными лавинами, которые соединяются, формируя разряды-стримеры. Разряд-лидер оставляет после себя горячий ионизированный канал, по которому возвращается главный разряд молнии, вырванный с поверхности планеты мощным электрическим полем [2]. Такие манипуляции за короткий промежуток времени совершаются неоднократно, хотя для человеческого глаза это выглядит как однократное действие.
Один разряд молнии может достигать достаточно больших величин силы тока и напряжения, что говорит о таких же больших значениях мощности – от 1 до 1000 ГВт. Количество электричества, расходуемого молнией при разряде – от 10 до 50 Кл. По некоторым данным, полученным в результате исследований, было установлено, что при одной мощной грозе можно обеспечить 20 минутное потребление энергии жителей США [3].
Впервые об небесном электричестве задумался еще Бенджамин Франклин во время запуска воздушного змея в облако. 11 октября 2006 года компания «Alternative Energy Holdings» объявила об удачном развитии прототипа модели, способного «улавливать» молнии и преобразовывать их в электроэнергию. Использование такого рода установки поспособствует не только устранению некоторых экологических угроз, но также уменьшению стоимости на производство энергии. Ее окупаемость была оценена в 4 – 7 лет.
В том же году специалисты спутника NASA «Миссия измерения тропических штормов» обнародовали результаты исследований, из которых стало известно о существовании районов, где зафиксированное количество ударов молний в год на квадратный километр площади достигает 70 ударов. Следовательно, грозовая энергетика имеет свое будущее [4].
В настоящее время грозовая энергия активно исследуется, что дает надежду на появление в больших количествах грозовых электростанций на основе чистой энергии. Грозовая электростанция являет собой классическую электростанцию, преобразующую энергию источника, а именно молниевую энергию, в электричество.
По сути, молния содержит то же электричество, но фактические параметры его заряда настолько велики, что если его подать в сеть, то все оборудование сгорит. Во избежание данной ситуации в систему вводят мощные конденсаторы, трансформаторы и различного рода преобразователи, необходимые для достижения требуемых параметров оборудования и электросетей.
Строительство грозовых электростанций имеет как достоинства: станция не выбрасывает в окружающую среду никакого рода вредностей, оборудование не бросается в глаза, выработка энергии постоянна, так и недостатки: грозовое электричество трудно запасать, высокое напряжение в системах может быть опасным для обслуживающего персонала, такой вид энергии может служить только дополнением к другим источникам энергии.
Дальнейшему развитию этого направления существенно препятствуют следующие ключевых аспекты [5 с.908]:
- Данный источник получения энергии является ненадежным, так как наперед предсказать место и время грозы невозможно.
- Непродолжительность разряда, при которой возникает необходимость в считанные секунду прореагировать и «уловить» его.
- Непостоянство мощности зарядов из-за чего могут возникнуть проблемы с преобразованием и распределением тока. В среднем молнии имеют мощность от 5 до 20 кА, но бывают всплески, сила тока которых достигает 200 кА [6]. И каждый из зарядов нужно привести к показателю 200 В и 50 – 60 Гц переменного тока.
- Проблемы с «поимкой» молнии. Из–за низкой плотности заряженных ионов создается большое сопротивление воздуха. «Поймать» молнию можно с использованием ионизированного электрода, который нужно максимально поднять над поверхностью земли (он может «ловить» энергию исключительно в виде микротоков). Если поднять электрод слишком близко к наэлектризованным тучам, то это спровоцирует создание молнии, то есть получится мощная кратковременная вспышка, которая приведет к поломке оборудования.
- Дороговизна всей системы. Грозовая энергетика благодаря своей специфичности и переменчивости, предполагает использование разнообразного оборудования, которое требует больших затрат.
Таким образом, в настоящее время грозовая энергетика достаточно ненадежна и уязвима. Однако, несмотря на все сложности она не утрачивает своей значимости при переходе на альтернативные источники энергии. Возможно, со временем человечеству удастся значительно продвинуться в исследовании данного направления и в ближайшем будущем начать перерабатывать молниевую энергию.
Библиографический список
- Гроза – опасное природное явление [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://naturae.ru/atmosfera-zemli/atmosfernye-yavleniya/groza.html- Загл. с экрана.
- Грозовая энергетика как перспективный источник энергии [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://ekoenergia.ru/grozovaya-energiya/grozovaya-energetika.html-Загл. с экрана.
- Небесное электричество – интересные факты о молниях [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://top-voprosov.ru/articles/nebesnoe-elektrichestvo-interesnye-fakty-o-molniyah-Загл. с экрана.
- Грозовая энергетика [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ru.alternative-energy.com.ua/vocabulary/грозовая-энергетика/- Загл. с экрана.
- Кузнецов Д.А. Возможности развития современной грозовой энергетики // Международный студенческий научный вестник. 2017. № 4. С.905-909.
- Сеть грозопеленгации в реальном времени [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://ru.blitzortung.org/live_lightning_maps.php-Загл. с экрана.
Количество просмотров публикации: Please wait