Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Расчёт энергии молнии

Огромные сполохи природной энергии – молнии, давно привлекают внимание людей. После того, как была установлена электрическая природа молний, люди стали подробнее изучать это явление. Естественно, рассматривался вопрос о практическом использовании энергии молний. Для этого, прежде всего, необходимо определить запас энергии молнии.

Максимальная разница потенциалов молнии достигает 50 миллионов вольт, а ток до 100 тысяч ампер. Для расчётов энергии молнии возьмем цифры ближе к средним для большинства молний, а именно: напряжение 20 миллионов вольт и ток 20 тысяч ампер.

При грозовом разряде, электрический потенциал уменьшается до нуля. Поэтому для того, чтобы правильно определить среднюю мощность грозового разряда, в расчётах надо брать половину первоначального напряжения.

Тогда мы имеем мощность электрического разряда:

Получается, что мощность грозового разряда молнии 200 миллионов киловатт. Длительность молнии составляет около тысячной доли секунды, а в каждом часе 3600 секунд.

По этим данным можно определить общее количество энергии, которую даёт разряд молнии.

При цене электрической энергии 3 рубля за 1 кВт.ч., стоимость энергии, при условии полного использования всей энергии молнии, составит 166,67 рубля.

На большей части России частота ударов молнии в пределах 2 – 4 в год на квадратный километр, в горных районах до 10 ударов молнии. Из всех видов молний, как источник энергии нас может интересовать только разряд между землёй и электрически заряженными облаками. Для покрытия квадратного километра нужно большое количество молниеотводов. Технически возможно собрать небольшую часть электричества от молнии в высоковольтных конденсаторах. Понадобятся также преобразователи с функцией стабилизации напряжения. Но, как показывает расчёт энергоёмкости конденсаторов, для хранения даже небольшого количества электрической энергии, нужны конденсаторы огромной ёмкости и размеров. Стоимость такого оборудования будет на много порядков дороже стоимости полученной электрической энергии, даже при регулярном, например, ежегодном пополнении энергии разрядами молнии.

Подобные расчёты энергии молнии приводились в технической литературе. Реально получить и использовать, например, на нагрев воды, можно только небольшую часть этой энергии. Основная часть энергии молнии расходуется при искровом разряде на нагрев атмосферы и даже теоретически потребители могут использовать меньшую часть энергии молнии.

Для примера рассчитаем, сколько энергии потребляет на нагрев, например, такое устройство, как громоотвод. Электрическое сопротивление воздушного промежутка, молниеотвода и заземления, которое преодолевает молния при усредненных характеристиках разряда составит:

R = U/I = 20 000 000 В : 20 000 А = 1000 Ом

Расчёт сопротивления проводника громоотвода можно сделать по известной методике, если известны материал, его удельное сопротивление, длина и толщина провода. Но, для нашего примера, будем считать сопротивление проводника равным одному 1 Ом, а сопротивление заземления 4 Ома.

Если сопротивление молниеотвода в тысячу раз меньше, общего сопротивления для молнии, то по закону Ома для участка цепи падение напряжения на участке цепи (громоотводе), прямо пропорционально сопротивлению. А значит мощность, которая выделяется в виде тепла на молниеотводе, будет в тысячу раз меньше общей мощности или количеству энергии, которое выделяется на молниеотводе. В нашем примере это количество энергии будет равно 55,556 Вт.ч., что очень незначительно. Зная теплоёмкость материала молниеотвода и его массу, можно определить, на сколько градусов повысится температура молниеотвода.

Для повышения мощности потребителя, необходимо повысить электрическое сопротивление потребителя. Оптимальным вариантом для источника и потребителя электрической энергии является согласований сопротивлений, когда эти сопротивления равны. Нужно иметь в виду, что при увеличении общего сопротивления токопроводящей цепи уменьшится величина тока, а разность потенциалов останется прежней. Это приведёт к уменьшению общей энергии молнии и снизит без того небольшую вероятность грозового разряда.

Ловцы молний. Необычные эксперименты с грозой / Хабр

Добрый день, уважаемые читатели Хабра.

Я расскажу о своём необычном хобби. Нет, это не фото/видео охота за молниями. Я ловлю молнии в прямом смысле этого слова, запуская воздушного змея в грозовые тучи. Направляю энергию грозы в специальные схемы и устройства, чтобы проводить опыты.

Меня всегда вдохновляла красота и мощь молний. Сила тока в разряде молнии достигает 10-300 тысяч ампер, а напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт. Мощность разряда — от 1 до 1000 ГВт. Вот было бы хорошо «приручить» эту энергию!

Хочу предупредить, не повторяй это дома! Я соблюдаю особую осторожность и хорошо знаю природу электрических явлений. Помни, поражение молнией смертельно.

Рождение идеи

Первое, что приходит на ум, это подвести к грозовой туче провод и разрядить заряд на землю. Но как поднять провод так высоко? Обдумав все возможные варианты я пришел к выводу, что это можно сделать с помощью воздушного змея. Еще до того как началась гроза я хорошенько испытал воздушного змея. Меня приятно обрадовала его подъёмная сила! Даже в небольшой ветер змей подымал достаточно тяжёлые грузы, а в сильный ветер его с трудом удавалось удержать за леску.

Но провод змей высоко поднять не мог, так как уже 100 метров провода весило 2 кг и провод обладал большой парусностью — его сдувало ветром в сторону. Решено было заменить провод тонкой проволокой. Ничего, что проволока не выдержит огромный ток молнии и мгновенно сгорит, на месте проволочки образуется ионизированный канал, и по малому сопротивлению этого канала пройдет основной заряд молнии. Чтобы добиться минимального веса, парусности и как следствие максимальной высоты я использовал проволоку разной толщины: первые 100 метров от змея — самая толстая ≈0,3 мм, следующие 100 метров — тоньше, и так далее, чтобы она не порвалась под собственным весом. Леску, на которой я пускал змея тоже выбрал как можно тоньше — 0,25 мм. Змея она держала надёжно. Пробный запуск показал, что змей с проволокой способен взлететь на высоту 300 — 500 метров. Тучи конечно выше, но попробовать всё-таки стоит.

Первый опыт

Дождавшись грозовой погоды, мы бросаем все дела, прыгаем на скутер и летим на максимальной скорости под тучу. В то самое место, где сильнее сверкают молнии и гремит гром. Это настолько захватывающе, что сильный ветер и ливень для нас уже не помеха. Добравшись на место, мы разматываем 200 метров лески и укладываем её ровной линией на землю. Привязываем воздушного змея и ставим возле него баллон, вокруг которого аккуратно намотана проволока. Баллон ставим на изолированный ящик и заземляем его через измерительные токовые шунты, а также подсоединяем различные бытовые приборы, чтобы посмотреть, что с ними будет после разрушительной силы грозы. Как только змей начинает взлетать, мы убегаем на безопасное расстояние и наблюдаем за происходящим. Змей довольно не плохо взлетел, но молния никак не хотела в него попадать, хотя рядом громко громыхала. Мы пробовали ещё несколько раз в другом месте и опять неудачно. Стало ясно, что нужно что-то менять.

Ура! Нам удалось покорить грозу!

Молния вблизи, да еще и вызванная тобой, это действительно круто.

Тебе наверняка интересно, как же нам удалось поймать молнию? Увидеть место, куда ударила молния. Что же мы испытали, находясь в непосредственной близости от этой страшной стихии? И узнать, что случилось с нашим оборудованием после грозы. В этом ролике я подробно всё покажу:

В прошлом ролике я подвязал тоненькую проволочку к змею и запустил его в грозу, но ничего не вышло. Теперь я доработал эту технологию и подал на проволочку высокое напряжение из телевизора «Юность». На аноде кинескопа в нём используется 10 000 вольт. Этого вполне достаточно, чтобы вызвать начальную ионизацию. В темноте даже можно наблюдать, как светится коронный разряд на кончике проволочки, который закреплён на верхушке змея. В грозовую погоду я выехал за город и на высоком холме включил портативный телевизор «Юность» от аккумулятора. Корпус телика я хорошенько заземлил, а высоковольтный вывод подключил к тоненькой медной проволоке, намотанной на бутылке. Пока воздушный змей набирал высоту, проволока легко сматывалась с бутылки. Я в это время наблюдал за процессом из безопасного места. Змей то набирал высоту, то опускался, отчего проволока касалась земли и искрила.

При очередном порыве ветра змей резко рванул вверх и молния с оглушительным треском бахнула в телевизор. Я не ожидал, что от молнии будет настолько сильная ударная волна, которой отбросило мою видеокамеру. Ощущения от молнии просто непередаваемые. Звук — как взрыв артиллерийского снаряда, только внушительнее и резче. Вспышка — это нечто. Рассмотреть её удалось хорошо, так как её я видел несколько минут, особенно если глаза закрыть. А внутренние ощущения не передать словами! Мы после молнии не сразу пришли в себя. Просто не верилось, что такое можно сделать своими руками. А потом, как не совсем вменяемые бегали по лесу, опасаясь, что на такой шум могут приехать военные.

Всего за 5 минут мы долетели домой и теперь можно спокойно изучить последствия удара молнии. Если рассмотреть видео, которое я заснял, по кадрам, то можно заметить искры, которые расходятся кольцами от телевизора — это магнитной индукцией сорвало оставшиеся витки проволоки с бутылки. Потом видно как молния перескочила на антенну телевизора и мгновенно её испарила! Молния вышла из переключателя каналов в землю, оплавив его как после сварки. Провод от аккумулятора отгорел. Расплавленной земли в месте где ударила молния, я почему-то не увидел. Может мне попалась слабенькая молния. Но зато обнаружил три отверстия на земле, вокруг которых выгорела трава. Получается, что молния вошла в землю в трёх разных местах, одно возле переключателя каналов телевизора, а другие в метре от телевизора. Почему так произошло? Может быть была серия молний и каждая ударила в новое место? А что же случилось с телевизором? К моему удивлению кинескоп не взорвался, на нем появились какие то странные пятна. Задняя стенка слетела, оплавилась и покрылась пузырьками. Антенна полностью испарилась, остался только пиптык. Плата покрылась странным фиолетовым налётом и много дорожек перегорело. Из динамика вырвало мембрану. А вот аккумулятор жалко. Хоть он и находился в стороне и в него не было прямого попадания молнии, он оплавился и потрескался и полностью разрядился. После полной зарядки, к моему удивлению, он заработал нормально. И трещины оказались не сквозными — заплавленными изнутри.

Теперь главный секрет молнии разгадан. А во что ты хотел бы разрядить грозу? Напиши в комментариях и мы сделаем это.

А почему бы нам не получить шаровую молнию?

Недавно я увидел, как ученые в лабораторных условиях получают шаровые молнии. Они погружают в воду электрод и подают на него высоковольтный импульс, в результате вылетает шаровая молния, которая за доли секунды гаснет. В этот раз я решил провести более масштабный эксперимент. Я погрузил массивный электрод в реку и подал на него грозовой разряд, подсоединив его через провод к воздушному змею, взлетающему к грозовой туче. Но что-то пошло не так. Провод начал искрить, после чего змей зашипел и засветился ярким голубым свечением. Из него начала опускаться светящаяся лента и как только она соприкоснулась с землёй, с оглушительной мощью ударила молния. Я так и не понял, что за странное природное явление я наблюдал! Молния ударила почему-то не в реку, а в берег, оставив выжженный след на земле:

Жаль, что фотоаппарат, который снимал на видео воздушного змея, выключился и не заснял то, как он светился.

Вообще, заснять молнию близко, не такая уж и лёгкая задача. От мощного электромагнитного импульса фотик зависает, а флешка из него не читается. Но одна камера оказалась более выносливой и не разу не выключилась за время съёмок. Но тут я столкнулся с другой трудностью. Вспышка молнии вблизи выглядит очень ярко, как тысяча дуг от сварочного аппарата. Камера не успевает подстроить экспозицию и ослепляется, из-за чего кадр с молнией получается засвеченным. Уменьшение экспозиции и спортивный режим съёмки тут не помогают. Конечно в идеале грозовые явления нужно снимать скоростной камерой, но стоимость такой камеры просто шокирует: Sony NEX-FX700R которая способна снимать 960 кадров в секунду, стоит 7000$, а Fastec TS3Cine на 10000 кадров в сек. стоит 30000$. Даже на списанную камеру в убитом состоянии я не скоро насобираю деньги. Может ты знаешь, чем можно заснять качественно грозовые явления? Делись своими идеями. Буду рад любой помощи.

Самое интересное и необычное впереди

Жаль, но сезон гроз закончился. А ещё так много идей осталось не выполненных. Ну а пока на улице холода, самое время хорошенько подготовится к следующему сезону. Я уже готовлю десяток усовершенствованных установок для ловли молний. Проволочка будет подыматься с помощью модельного ракетного двигателя, что даст значительный прирост в высоте. Управление запалом будет дистанционное, что повысит безопасность. Все необходимые приборы и проволока будут заранее закреплены в каждой установке так, что выехав на место, не придётся терять драгоценного времени. Готовлю подходящую видеоаппаратуру, чтобы качественно заснять молнию в полный ракурс. Получить

SLOW-MO

кадры удара молнии в:

— дерево;
— баллон с газом;
— телефон nokia;
— работающую микроволновку;
— и многое другое (предложи в комментариях).

Чётко и не засвечено заснять шаровую молнию и если повезёт, другие редкие грозовые явления. Получить фульгурит. Ещё хочу провести целый ряд опытов с энергией молнии. Сейчас изучаю эту тему в интернете, чтобы хорошо подготовиться к таким экспериментам. Может повезёт и удастся открыть что-то новое!

Ужасы нашего городка

В этом сезоне планировалось гораздо больше, но в нашем городе не всё так просто: при первых запусках змея, приходилось осматриваться, ни едет ли танк или БТР, опасаясь, чтобы военные нас не приняли за разведчиков. Следующий опыт проводился под конкретную бомбёжку, и когда грохнула молния в наш телевизор мы не на шутку перепугались военных, которые нашу молнию могли принять за вражескую армию! И мы, как сумасшедшие, бежали лесом напролом оттуда домой. Моего друга поймали люди с автоматами, забрали телефон, уложили в багажник и увезли в неизвестном направлении. Нам повезло, его не захватили в плен. Последний наш опыт с шаровой молнией проходил в посадке усеянной неразорвавшимися снарядами. Мы попросили сапёров, разминирующих дома, чтобы они разминировали посадку, но они категорично отказались туда идти, сказав, что в посадке работают снайпера. Их не убедили наши слова, что мы там были и снайперов не видели.

Большинство опытов проводилось ещё в начале лета, но разместить видео и написать эту статью удалось совсем недавно. Мы живём в Луганске на Востоке Украины и в результате обстрелов полумиллионный город почти три месяца полностью оставался без света, интернета и вообще без какой либо связи.

На этом у меня всё. В следующем сезоне ожидай гораздо более грандиозных экспериментов от меня. Будь осторожен в грозу. Не забудь поделиться своими идеями в комментариях, твой опыт и знания важны для нас!

Сколько стоит молния? (+7 фото) | Деньги и всё, что с ними связано

Хорошо смотреть на грозу (конечно, если она не застала вас в пути или в лесу). Задумался – а сколько может стоить молния, если перевести ее в рубли? Ответ в статье.

Молния над Ростовом-на-Дону. Из грозового очага вырывается целый сноп молний.

Молния над Ростовом-на-Дону. Из грозового очага вырывается целый сноп молний.

В сентябре над Ростовом разыгралась мощная гроза. Я открыл в своем телефоне классную функцию – съемку с выдержкой, которая позволяет поймать молнию. Грозовой фронт двигался на меня, и в какой то момент снимать уже было невозможно – ветер и дождь накрыли с головой.

Выдержка 19 секунд.

Выдержка 19 секунд.

Молния – электрический заряд огромной мощности. Мне стало интересно – что, если перевести мощность разряда молнии в киловаттах в рубли? Кажется, что молния способна принести целое состояние, если поймать ее энергию и использовать для бытовых нужд. Стоимость 1 кВт*ч возьмем примерную, ровно 4 рубля. Будем исходить из нее при расчете стоимости удара молнии 🙂

Грозовой разряд над городом

Грозовой разряд над городом

Просторы интернета подсказали следующее (здесь вспомним давно забытые знания физики. Сложно не будет):

  • потенциал грозового облака составляет примерно 40 млн. вольт;
  • сила тока – около 100 тысяч ампер.

Посчитаем мощность молнии в ваттах. Для этого нужно потенциал умножить на силу тока. С потенциалом есть нюанс – в грозовом облаке его значения достигают нескольких десятков миллионов вольт, а у земли, когда молния бьет в нее – нулю. Берем среднее значение, 20 млн. вольт. Получаем, что мощность молнии равна 20 млн. вольт умножить на 100 тысяч ампер. Получаем 2 миллиарда киловатт! Значение просто огромное. Но это еще не всё) Нам ведь нужны киловатты в час, верно?

Серия молний, выдержка 1 минута

Серия молний, выдержка 1 минута

Длительность разряда молнии – всего лишь доли секунды, в среднем – 0,2 секунды. Хотя есть и рекордсмены – молния связала небо и землю на 7,74 секунды в 2012 году во Франции. Для простоты расчетов примем за длительность молнии время, равное 1 секунде. Посчитаем, сколько энергии дает молния за целый час. Для этого разделим полученную мощность (2 млрд киловатт) на время, 3600 секунд. Получим 555 556 кВт*ч.

Трезубец из молний, выдержка 39 секунд

Трезубец из молний, выдержка 39 секунд

Умножим полученное значение на стоимость одного киловатта в час по версии региональных электросетей – 4 р. Получим 2 222 222 р! Здесь стоит отметить, что все данные приведены для примерного расчета – в каждом индивидуальном разряде молнии они могут меняться. И если один удар молнии стоит так много, почему до сих пор нет надежного средства для ловли молний и использования их для нужд общества? Ответ ниже.

Цвет молний обусловлен взвесями пыли в воздухе

Цвет молний обусловлен взвесями пыли в воздухе

Поймай молнию – обеспечь себя электричеством! Примерно так могли бы выглядеть лозунги по использованию экологически чистой энергии. Но на текущем этапе развития науки и техники это невозможно. И вот почему:

  • нельзя предугадать, куда попадет молния;
  • длительность разряда настолько мала, что для ее улавливания потребуется очень дорогое оборудование. Конденсаторы (накопители энергии) должны быть способны накопить в себе огромный заряд за сотые и тысячные доли секунды;
  • обслуживание оборудования такого уровня потенциально может поглотить больше энергии, чем разряды молний, вместе взятые.
Молнии бывают самых разных цветов – все дело в состоянии атмосферы и пыли в воздухе

Молнии бывают самых разных цветов – все дело в состоянии атмосферы и пыли в воздухе

Пока мы не приручили молнию – нам остается только любоваться этим грозным и мощным природным явлением!

Грозовая энергия. Альтернативные источники энергии

Каждый, кто когда-нибудь читал про огромные значения напряжений и токов в канале линейной молнии, задумывался: а нельзя ли как-то эти молнии ловить и переправлять в энергетические сети? Дабы питать холодильники, лампочки, тостеры и прочие стиральные машины. Разговоры о таких станциях ведутся уже много лет, но не исключено, что в следующем году мы наконец увидим действующий образец “сборщика молний”.

Проблем тут масса. Молнии, увы, слишком ненадёжный поставщик электричества. Предугадать заранее, где случится гроза, едва ли возможно. А ждать её на одном месте – долго.

Кроме того, молния – это напряжения порядка сотен миллионов вольт и пиковый ток до 200 килоампер. Чтобы “питаться” молниями, их энергию явно нужно где-то накапливать за те тысячные доли секунды, что длится главная фаза разряда (удар молнии, кажущийся мгновенным, на самом деле состоит из нескольких фаз), а потом медленно отдавать в сеть, попутно преобразуя в стандартные 220 вольт и 50 или 60 герц переменного тока.

Во время разряда вмолнии происходит довольно сложный процесс Сначала из облака к земле устремляется разряд-лидер, сформированный электронными лавинами, которые сливаются в разряды, называемые также стримерами. Лидер создаёт горячий ионизированный канал, по которому в противоположном направлении пробегает главный разряд молнии, вырванный с поверхности Земли сильным электрическим полем.

Далее все эти стадии могут повториться и 2, и 3, и 10 раз – за те самые доли секунды, что длится молния. Представьте, насколько сложная задача – поймать этот разряд и направить ток в нужное место. Как видим, проблем немало. А стоит ли тогда вообще связываться с молниями?

Если поставить такую станцию в местности, где молнии бьют намного чаще обычного, толк, наверное, будет. При одном сильном грозовом шторме, когда молнии бьют непрерывно друг за другом, может выделиться такое количество энергии, что хватит на обеспечение электричеством всех США в течение 20 минут. Конечно, какую бы станцию по ловле молний мы ни придумали, её КПД при преобразовании тока будет далеко не 100%, да и поймать, видимо, удастся отнюдь не все молнии, ударившие в окрестностях молниевой фермы.

Грозы случаются на Земле очень неравномерно. Специалисты, работающие с американским спутником “Миссия измерения тропических штормов” опубликовали отчёт об одном из последних достижений этого спутника. Составлена мировая карта частоты молний. Например, в центральной части африканского континента есть немаленькая зона, где на квадратный километр приходится более 70 молний в год!

Пока с такими проектами использования энергии молний выступают в основном изобретатели из США. Американская компания Alternative Energy Holdings сообщает, что собирается осчастливить мир экологически чистой электростанцией, вырабатывающей ток по смешной цене $0,005 за киловатт-час. 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. Но возможный успех связан с более простыми системами.

Alternative Energy Holdings заявляет, что построит первый рабочий прототип такой станции, способной накапливать энергию грозовых разрядов, уже в 2007 году. Компания намерена испытать свою установку в течение грозового сезона будущего года, в одном из мест, где молнии гуляют чаще обычного. При этом разработчики накопителя оптимистично считают, что электростанция “на молниях” окупится за 4-7 лет.

http://www.membrana.ru/

Знаете ли вы?

Глаз и фотоны

Чувствительность сетчатки глаза можно проверить самому, повторив простой опыт, поставленный в свое время известным советским ученым С. И. Вавиловым.

Между обыкновенной лампой накаливания и вашей точкой наблюдения установите стробоскоп – картонный диск диаметром 15-20 см, с вырезанным сектором градусов в 60, насаженный на ось. А теперь, вращая диск стробоскопа со скоростью примерно оборот в секунду, посмотрите на лампу одним глазом сквозь диск.

Вот что будет при этом происходить: вращаясь, диск станет отмерять для глаза пропорции света. Лампа светит неравномерно, то есть ее световой поток пульсирует, но, поскольку диск вращается относительно медленно, пропорции света будут отличаться друг от друга всего на несколько фотонов. И эту разницу, доступную лишь самым-самым точным приборам, без труда уловит ваш глаз – присмотревшись, вы увидите слабую пульсацию света! Легче провести этот эксперимент, если над «измерительной» лампой вы поставите еще одну – опорную. Ее свет поможет вам сосредоточиться.

Грозой называются разряды атмосферного электричества в форме молний, сопровождаемые громом.

Гроза – одно из наиболее величественных явлений в атмосфере. Особенно сильное впечатление производит она, когда проходит, как говорят, «прямо над головой». Удар грома следует за ударом одновременно со вспышками молнии при ураганном ветре и сильном ливне.

Гром – это своеобразный взрыв воздуха, когда он под влиянием высокой температуры молнии (около 20 000°) мгновенно расширяется и затем сжимается от охлаждения.

Линейная молния – огромная электрическая искра длиной в несколько километров. Ее появление сопровождается оглушительным треском (громом).

Ученые уже давно внимательно наблюдали и пытались изучить молнию. Ее электрическая природа была раскрыта американским физиком В. Франклином и русским естествоиспытателем М. В. Ломоносовым.

Когда образуется мощное облако с крупными дождевыми каплями, сильные и неровные восходящие потоки воздуха начинают дробить дождевые капли в его нижней части. Отделившиеся наружные частички капель несут в себе отрицательный заряд, а оставшееся ядро оказывается заряженным положительно. Мелкие капли легко уносятся потоком воздуха вверх и заряжают верхние слои облака отрицательным электричеством; крупные капли собираются внизу облака и заряжаются положительно. Сила разряда молний зависит от силы потока воздуха. Такова схема электризации облака. В действи-тельности этот процесс гораздо сложнее.

Удары молнии нередко вызывают пожары, разрушают здания, портят линии электропередачи, нарушают движение электропоездов. Для борьбы с вредным действием молнии необходимо «поймать» ее и тщательно изучить в лаборатории. Сделать это нелегко: ведь молнии пробивают сильнейшую изоляцию и опыты с ней опасны. И тем не менее ученые блестяще справляются с этой задачей. Чтобы поймать молнию, в горных грозовых лабораториях устанавливают антенну длиной до 1 км между выступами гор или между горой и мачтами лаборатории. Молнии и ударяют в такие антенны.

Ударив в токоприемник, молния по тросу попадает в лабораторию, проходит через записывающие приборы-автоматы и немедленно уходит в землю. Автоматы заставляют молнию как бы «расписаться» на бумаге. Так удается измерить напряжение и силу тока молнии, продолжительность электрического разряда и многое другое.

Оказалось, что молния имеет напряжение в 100 и более миллионов вольт, а сила тока доходит до 200 тыс. ампер. Для сравнения укажем, что в линиях передач электрической энергии используются напряжения в десятки и сотни тысяч вольт, а сила тока выражается сотнями и тысячами ампер. Но в одной молнии количество электричества невелико, так как ее продолжительность обычно исчисляется малыми долями секунды. Одной молнии хватило бы на питание только одной 100-Ваттной лампочки в течение суток.

Однако применение «улавливателей» заставляет ученых ждать ударов молнии, а они ведь не так уж часты. Для исследований гораздо удобнее создавать искусственные молнии в лабораториях. При помощи специальной аппаратуры ученым удалось получить на короткое время напряжение электричества до 5 млн. вольт. Разряд электричества давал искры до 15 метров длиной и сопровождался оглушительным треском.

Изучать молнии помогает фотография. Для этого в темную ночь направляют объектив фотоаппарата на грозовое облако и оставляют на некоторое время камеру открытой. После вспышки молнии объектив фотоаппарата закрывают, и снимок готов. Но такая фотография не дает картинки развития отдельных частей молнии, поэтому применяют особые вращающиеся фотокамеры. Необходимо, чтобы механизм аппарата при съемке вращался достаточно быстро (1000-1500 оборотов в минуту), тогда на снимке проявятся отдельные части молнии. Они покажут, в каком направлении и с какой скоростью развивался разряд.

Различают несколько типов молнии

Плоская молния имеет вид электрической вспышки на поверхности облаков.

Линейная молния – гигантская электрическая искра, очень извилистая и с многочисленными отростками. Длина такой молнии 2-3 км, но бывает до 10 км и больше. Линейная молния обладает большой силой. Она расщепляет высокие деревья, иногда поражает людей, а при ударе в деревянные строения часто вызывает пожары.

Неточная молния – светящаяся пунктирная молния, пробегающая на фоне облаков. Это очень редкая форма молнии.

Ракетообразная молния развивается очень медленно, разряд ее продолжается 1 -1,5 секунды.

Наиболее редкая форма молнии – шаровая. Это круглая светящаяся масса. В закрытом помещении наблюдали шаровую молнию величиной с кулак и даже с голову, а в свободной атмосфере диаметром до 20 м. Обычно шаровая молния исчезает бесследно, но иногда она взрывается со страшным треском. При появлении шаровой молнии слышен свистящий или жужжащий звук, она как бы кипит, разбрасывая искры; после ее исчезновения в воздухе часто остается дымка. Продолжительность шаровой молнии от секунды до нескольких минут. Движение ее связано с воздушными течениями, но в некоторых случаях она перемещается самостоятельно. Шаровые молнии возникают в сильные грозы.

Шаровая молния возникает под воздействием разряда линейной молнии, когда в воздухе происходят ионизация и диссоциация объема обыкновенного воздуха. Оба эти процесса сопровождаются поглощением огромного количества энергии. Шаровая молния, в сущности не имеет права называться молнией: ведь это просто раскаленный и заряженный электрической энергией воздух. Сгусток заряженного воздуха постепенно отдает свою энергию свободным электронам окружающих слоев воздуха. Если шар свою энергию отдает на свечение, то он просто исчезает: превращается снова в обыкновенный воздух. Когда же на своем пути шар встречает какие-либо вещества, действующие как возбудители, он взрывается. Такими возбудителями могут быть окиси азота и углерода в виде испарений, пыли, сажи и т. д.

Температура шаровой молнии около 5000°. Подсчитано также, что энергия взрыва вещества шаровой молнии в 50-60 раз превышает энергию взрыва бездымного пороха.

При сильных грозах бывает очень много молний. Так, во время одной грозы наблюдатель за 15 минут насчитал 1 тыс. молний. Во время одной грозы в Африке за час отметили 7 тыс. молний.

Чтобы предохранить здания и другие сооружения от молнии, применяется громоотвод, или, как теперь правильно называют, молниеотвод. Это – металлический стержень, соединенный с надежно заземленным проводом.

Для защиты от молнии не становитесь под высокими деревьями, особенно одиноко стоящими, так как молния часто ударяет в них. Очень опасен в этом отношении дуб, потому что его корни глубоко уходят в грунт. Никогда, не надо укрываться в стогах сена и снопах. В открытом поле, особенно на возвышенных местах, при сильной грозе идущий человек подвергается большой опасности поражения молнией. В таких случаях рекомендуется сесть на землю и переждать грозу.

Перед началом грозы необходимо уничтожить сквозняки в помещении и закрыть все дымоходы. В сельских местностях не следует вести разговоры по телефону, особенно при сильных грозах. Обычно у нас сельские телефонные станции в это время прекращают соединение. Радиоантенны при грозе нужно всегда заземлять.

Если случится несчастье – кто-либо будет контужен молнией, необходимо немедленно оказать пострадавшему первую помощь (искусственное дыхание, специальные вливания и т. д.). Кое-где существует вредный предрассудок, будто пораженному молнией можно помочь, закопав его тело в землю. Этого ни в коем случае нельзя делать: человек, пострадавший от молнии, особенно нуждается в усиленном притоке воздуха к телу.

Просто о сложном – Источники энергии – Грозы (Молнии)

  • Галерея изображений, картинки, фотографии.
  • Грозы и молнии как источники энергии – основы, возможности, перспективы, развитие.
  • Интересные факты, полезная информация.
  • Зеленые новости – Грозы и молнии как источники энергии.
  • Ссылки на материалы и источники – Источники энергии – Грозы (Молнии).

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.

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:

  • предсказать время и место грозы невозможно. Это означает, что даже там, где установлен максимум по ударам молний, нужно смонтировать достаточно много «ловушек»;
  • молния – это кратковременный энергетический всплеск, длительность которого равна долям секунды, и его нужно очень быстро осваивать. Для решения этой задачи нужны мощнейшие конденсаторы, которых еще не существует, а цена их, вероятно, будет очень высока. Можно применить и разнообразные колебательные системы с контурами 2-го и 3-го рода, позволяющие согласовывать нагрузку с внутренним сопротивлением генератора;
  • мощность разрядов также сильно отличается. Большинство молний – это 5-20 кА, но бывают всполохи силой тока в 200 кА, а каждый из них нужно привести к стандарту в 220 В и 50-60 Гц переменного тока;
  • молния бывает отрицательной, образующейся из энергии, скопившейся в нижней части облака, и положительной, накапливающейся в верхней его части. Данный фактор также нужно принимать во внимание при оборудовании молниевой фермы. Более того, чтобы уловить положительный заряд, потребуются затраты энергии, что доказано на примере люстры Чижевского;
  • плотность заряженных ионов в 1 куб.м атмосферы низка, сопротивление воздуха велико. Соответственно «поймать» молнию сможет только ионизированный электрод, максимально приподнятый над поверхностью земли, но он сможет улавливать энергию только в виде микротоков. Если же поднять электрод слишком близко к наэлектризованным облакам, это может спровоцировать молнию, т. е. получится кратковременный, но мощный всплеск напряжения, который приведет к поломке оборудования молниевой фермы.

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

Сегодня весь мир обеспечен электроэнергией благодаря сжиганию угля и газа (ископаемое топливо), эксплуатации водного потока и управлению ядерной реакцией. Эти подходы достаточно эффективны, но в будущем нам придётся от них отказаться, обратившись к такому направлению, как альтернативная энергетика.

Во многом эта необходимость обусловлена тем, что ископаемое топливо ограничено. Кроме того традиционные способы добычи электроэнергии являются одним из факторов загрязнения окружающей среды. Поэтому мир нуждается в «здоровой» альтернативе .

Предлагаем свою версию ТОПа нетрадиционных способов получения энергии, которые в будущем могут стать заменой привычным электростанциям.

7 место. Распределённая энергетика

Перед тем как рассматривать альтернативные источники энергетики, разберём одну интересную концепцию, которая в перспективе способна изменить структуру энергетической системы.

Сегодня электроэнергия производится на больших станциях, передаётся на распределительные сети и поступает в наши дома. Распределённый подход подразумевает постепенный отказ от централизованного производства электричества . Добиться этого можно посредством строительства небольших источников энергии в непосредственной близости к потребителю или группе потребителей.

В качестве источников энергии могут использоваться:

  • микротурбинные электростанции;
  • газотурбинные электростанции;
  • паровые котлы;
  • солнечные батареи;
  • ветряки;
  • тепловые насосы и пр.

Такие миниэлектростанции для дома будут подключены к общей сети. Туда будут поступать излишки энергии, а при необходимости электросеть сможет компенсировать недостаток питания, например, когда солнечные панели работают хуже из-за облачной погоды.

Однако реализация этой концепции сегодня и в ближайшем будущем маловероятна, если говорить о глобальных масштабах. Связанно это в первую очередь с большой дороговизной перехода от централизованной энергетики к распределённой.

6 место. Грозовая энергетика

Зачем генерировать электричество, когда его можно просто «ловить» из воздуха? В среднем один разряд молнии – это 5 млрд Дж энергии, что эквивалентно сжиганию 145 л бензина. Теоретически грозовые электростанции позволят снизить стоимость электроэнергии в разы.

Выглядеть всё будет так: станции размещаются в регионах с повышенной грозовой активностью, «собирают» разряды и накапливают энергию. После этого энергия подаётся в сеть. Ловить молнии можно с помощью гигантских громоотводов, но остается главная проблема – за доли секунды накопить как можно больше энергии молнии. На современном этапе не обойтись без суперконденсаторов и преобразователей напряжения, но в будущем возможно появление более деликатного подхода.

Если говорить об электричестве «из воздуха», нельзя ни вспомнить о приверженцах образования свободной энергии. Например, Никола Тесла в своё время якобы продемонстрировал устройство для получения электрического тока из эфира для работы автомобиля.

5 место. Сжигание возобновляемого топлива

Вместо угля на электростанциях можно сжигать так называемое «биотопливо ». Таковым является переработанное растительное и животное сырьё, продукты жизнедеятельности организмов и некоторые промышленные отходы органического происхождения. В качестве примера можно привести обычные дрова, щепу и биодизель, который встречается на заправках.

В энергетической сфере чаще всего применяется древесная щепа. Она собирается при лесозаготовке или на деревообрабатывающем производстве. После измельчения она прессуется в топливные гранулы и в таком виде отправляется на ТЭС.

К 2019 году в Бельгии должно завершиться строительство крупнейшей электростанции, которая будет работать на биотопливе. Согласно прогнозам, она должна будет производить 215 МВт электроэнергии. Этого хватит на 450 000 домов.

Интересный факт! Многие страны практикуют выращивание так называемого «энергетического леса» – деревья и кустарники, наилучшим образом подходящие для энергетических нужд.

Будет ли альтернативная энергетика развиваться в направлении биотоплива пока маловероятно, ведь есть более перспективные решения.

4 место. Приливные и волновые электростанции

Традиционные гидроэлектростанции работают по следующему принципу:

  1. Напор воды поступает на турбины.
  2. Турбины начинают вращаться.
  3. Вращение передаётся на генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.

Строительство ГЭС обходится дороже ТЭС и возможно только в местах с большими запасами энергии воды. Но самая главная проблема – это нанесение вреда экосистемам из-за необходимости строительства плотин.

Приливные электростанции работают по схожему принципу, но используют для выработки энергии силу приливов и отливов .

«Водные» виды альтернативной энергетики включают такое интересное направление, как волновая энергетика. Её суть сводится к генерации электричества посредством использования энергии волн океана, которая гораздо выше приливной. Самой мощной волновой электростанцией на сегодня является Pelamis P-750 , которая вырабатывает 2,25 МВт электрической энергии.

Раскачиваясь на волнах, эти огромные конвекторы («змеи») изгибаются, вследствие чего внутри приходят в движение гидравлические поршни. Они прокачивают масло через гидравлические двигатели, которые в свою очередь вращают электрогенераторы. Полученное электричество доставляется на берег через кабель, который проложен по дну. В перспективе количество конвекторов будет многократно увеличено и станция сможет вырабатывать до 21 МВт.

3 место. Геотермальные станции

Альтернативная энергетика неплохо развита и в геотермальном направлении. Геотермальные станции вырабатывают электричество, фактически преобразуя энергию земли, а точнее – тепловую энергию подземных источников.

Существует несколько типов таких электростанций, но во всех случаях они основываются на одинаковом принципе работы : пар из подземного источника поднимается по скважине и вращает турбину, подключенную к электрогенератору. Сегодня распространена практика, когда в подземный резервуар на большую глубину закачивается вода, там она под воздействием высоких температур испаряется и в виде пара под давлением поступает на турбины.

Лучше всего для целей геотермальной энергетики подходят районы с большим количеством гейзеров и открытых термальных источников, которые разогреваются вследствие вулканической активности.

Так, в Калифорнии работает целый геотермальный комплекс под названием «Гейзеры ». Он объединяет 22 станции, вырабатывающие 955 МВт. Источник энергии в данном случае – очаг магмы диаметром 13 км на глубине 6,4 км.

2 место. Ветряные электростанции

Энергия ветра – один из самых популярных и перспективных источников для получения электричества.

Принцип работы ветрогенератора прост:

  • под воздействием силы ветра вращаются лопасти;
  • вращение передаётся на генератор;
  • генератор вырабатывает переменный ток;
  • полученная энергия обычно накапливается в аккумуляторах.

Мощность ветрогенератора зависит от размаха лопастей и его высоты. Поэтому их устанавливают на открытых территориях, полях, возвышенностях и в прибрежной зоне. Эффективнее всего работают установки с 3 лопастями и вертикальной осью вращения.

Интересный факт! На самом деле энергия ветра является разновидностью солнечной энергии. Объясняется это тем, что ветры возникают из-за неравномерного прогрева солнечными лучами земной атмосферы и поверхности.

Чтобы сделать ветряк, не нужны глубокие познания в инженерии. Так, многие умельцы смогли себе позволить отключиться от общей электросети и перейти на альтернативную энергетику.


Vestas V-164 – самый мощный ветрогенератор на сегодня. Он вырабатывает 8 МВт.

Для производства электричества в промышленных масштабах используются ветровые электростанции, состоящие из множества ветряков. Крупнейшей является электростанция «Альта », расположенная в Калифорнии. Её мощность – 1550 МВт.

1 место. Солнечные электростанции (СЭС)

Наибольшие перспективы имеет солнечная энергетика. Технология преобразования солнечного излучения с помощью фотоэлементов развивается из года в год, становясь всё эффективнее.

В России солнечная энергетика развита относительно слабо. Однако некоторые регионы показывают отличные результаты в этой отрасли. Взять хотя бы Крым, где функционирует несколько мощных солнечных электростанций.

В будущем возможно может развиваться космическая энергетика . В этом случае СЭС будут строиться не на поверхности земли, а на орбите нашей планеты. Самое главное преимущество такого подхода – фотоэлектрические панели смогут получать гораздо больше солнечного света, т.к. этому не будет препятствовать атмосфера, погода и времена года.

Заключение

Альтернативная энергетика имеет несколько перспективных направлений. Её постепенное развитие рано или поздно приведёт к замещению традиционных способов получения электричества. И совершенно необязательно, что во всём мире будет использоваться только одна из перечисленных технологий. Подробнее об этом смотрите в ролике ниже.


Обычно когда говорят о альтернативной энергетике, то традиционно подразумевают установки по производству электрической энергии из восстанавливаемых источников – солнечного света и ветра. При всем этом статистика исключает создание электроэнергии на гидроэлектростанциях, станциях, использующих мощь морских и океанических приливов, также геотермальные электростанции. Хотя, данные источники энергии кроме того считаются восстанавливаемыми. Но, они классические, используются в промышленных масштабах уже долгие и длительные годы.

Альтернативный источник энергии считается восстанавливаемым ресурсом, он подменяет собой классические источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий подъему парникового эффекта и глобальному потеплению.
Первопричина поиска альтернативных источников энергии — необходимость получать её из энергии восстанавливаемых либо фактически неистощимых естественных ресурсов и явлений. Во внимание сможет браться помимо прочего экологичность и экономичность.

Главными источниками энергии для такого вида систем считаются энергии Солнца, ветра и природное состояние грунта на поверхности Земли (для грунтовых термических насосов). Используя восстанавливаемые источники энергии, мы значительно влияем на экологию и энергетический кризис на Земле, также получаем автономию от обычных видов энергии, значительную экономию средств и уверенность в завтрашнем дне.

Отрасли альтернативной энергетики

Гелиоэнергетика

Солнечные электростанции одни из самых распространенных на планете, работают в более чем 80 странах мира и используют неисчерпаемый источник энергии – солнечный свет.
В ходе выработки электроэнергии, а по мере надобности еще и тепла для подогрева жилых помещений и подачи тёплой воды, они не наносят практически никакого ущерба окружающей среде.

Очень зависима гелиоэнергетика от погоды и времени суток: в пасмурный день и, особенно, ночью электроэнергию получить не удастся. Приходится обзаводиться аккумуляторными батареями, что умножает стоимость установки солнечных панелей, к примеру, на даче, а кто муже создает неблагоприятные моменты для окружающей среды в связи с необходимостю утилизации тех же отработавших аккумуляторов.
Помимо фотоэлементов и фотобатерей, широко применяются и солнечные коллекторы и солнечные водонагреватели, они используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии.
Фаворитами в популяризации гелиоэнергетики считаются Германия, Япония и Испания. Ясное дело, что превосходство здесь имеют южные державы, где солнце горячо освещает практически и зимой и летом.

Ветроэнергетика

Энергию ветра относят к восстанавливаемым видам энергии, потому что она считается следствием активности Солнца. Ветроэнергетика считается бурно развивающейся отраслью. К началу 2014 года общая мощность всех ветрогенераторов составила примерно 320 гигаватт!
Пятерку лидеров в мировой выработке электричества с помощью ветра составили Китай, США,Германия, Дания и Португалия.
Здесь опять-таки почти все находится в зависимости от погодных условий: в одних государствах ветер не стихает ни на один миг, в других напротив огромную часть времени стоит штиль.

Есть у ветроэнергетики как весомые достоинства, так и настолько же весомые недостатки. По сравнению с солнечными панелями «ветряки» стоят дешево и не зависят от времени суток, посему часто встречаются на загородных участках. Значимый минус у ветрогенераторов исключительно один – они изрядно шумят. Установку такового оборудования придется согласовывать не только лишь с родимыми, но и обитателями близлежащих домов.

Геотермальная энергетика

В районах с вулканической активностью, где подземные воды могут нагреваются выше температуры кипения, оптимально строить геотермальные теплоэлектростанции (ГеоТЭС).
Употребляется как для нагрева воды для отопления, но и для производства электричества. На геотермальных электрических станциях вырабатывают большую часть электричества в государствах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия помимо прочего являет собой образчик державы, где термальные воды обширно употребляются для подогрева, отопления.

Большим плюсом геотермальной энергии считается её фактическая неиссякаемость и абсолютная автономия от условий окружающей среды, времени суток и года.
Есть следующие принципиальные возможности применения тепла земных глубин. Воду либо смесь воды и пара зависимо от их температуры возможно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электричества или сразу для этих всех целей. Высокотемпературное тепло околовулканического региона и сухих горных пород желательно применять для выработки электричества и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.
Основная из проблем, которые возникают при применении подземных термальных вод, заключается в потребности повторяемого цикла поступления (закачки) воды (традиционно отработанной) в подземный водоносный горизонт. В термальных водах находится много солей разных токсичных металлов (к примеру, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и хим соединений (аммиака, оксибензолов), что исключает сброс этих вод в естественные водные системы, находящиеся на поверхности.

Альтернативная гидроэнергетика

Нестандартное применения аква ресурсов планетки для выработки энергии предполагает три вида электрических станций: волновые, приливные и водопадные. При этом наиболее многообещающими из них считаются первые: средняя мощность волнения мирового океана расценивают в 15 кВт на метр, а при вышине волн повыше двух метров пиковая мощность сможет достигать аж 80 кВт/м.
Главная особенность волновых электростанций – сложность преобразования движения волн “вверх-вниз” во вращение диска генератора, но современные разработки понемногу находят решения етой задачи.

Приливные электростанции имеют существенно меньшую мощность, нежели волновые, зато их куда проще и комфортнее возводить в прибрежной зоне морей. Гравитационные силы Луны и Солнца два раза в сутки заменяют уровень воды в море (разница сможет достигать 2-ух десятков метров), что дает возможность использовать энергию приливов и отливов для выработки электро энергии.

Биотопливо

Биотопливо — горючее из растительного либо животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов либо органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо (для движков внутреннего сгорания, к примеру, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулки, щепа, трава, лузга) и газообразное (синтезированый газ, биогаз, водород).
Жидкое, твердое и газообразное биотопливо может стать заменой не только лишь обычным источникам электро энергии, но и топливу. В отличие от нефти и природного газа, восстановить припасы которых не осуществимо, биотопливо возможно производить в синтетических условиях.

Перспектива за жидким и газообразным биотопливом: биодизелем, биоэтанолом, биогазом и синтез-газом. Они все производятся на базе богатых сахаром либо жирами растений: сладкого тростника, кукурузы причем даже морского фитопланктона. Последний вариант так и вовсе имеет бескрайние возможности: растить водные растения в синтетических условиях дело не хитрое.

Грозовая энергетика

Молнии считаются чрезвычайно ненадёжным источником энергии, потому что заблаговременно невозможно предвидеть, где и как скоро произойдет гроза.
Ещё одна проблема грозовой энергетики заключается в том, что разряд молнии продолжается доли секунд и, как последствие, его энергию необходимо припасать довольно быстро. Чтобы достичь желаемого результата требуются массивные и дорогие конденсаторы. Помимо прочего могут применяться разные колебательные системы с контурами второго и третьего семейства, где возможно согласовывать нагрузку с внутренним противодействием генератора.

Молния считается сложным электрическим процессом и разделяется на несколько видов: негативные — накапливающиеся в нижней части тучи и позитивные — собирающиеся в высшей части тучи. Это также нужно учесть при разработке молниевых приемников.
По данным ученых, при одной мощной грозе высвобождается примерно столько энергии, сколько все жители США в среднем потребляют за 20 минут.

Водородная энергетика

Вид альтернативной энергетики основанной на применении водорода в виде средства для аккумулирования, транспортировки и употребления энергии людьми, автотранспортной инфраструктурой и разными производственными направлениями. Водород избран не спроста, а потому как он наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода более высока, а продуктом сгорания в кислороде считается вода (которая снова вводится в оборот водородной энергетики).

На сегодня для производства водорода потребуется более энергии, нежели возможно обрести при его применении, потому считать его источником энергии невозможно. Он считается только средством сохранения и доставки энергии.
Но есть и большая опасность массового производства водорода, если водород будит просачиваться из баллона или других резервуаров хранения, будучи легче воздуха он безвозвратно покинет атмосферу Земли, что при массовом применении технологий, может привести к глобальной потере воды, если водород будет производится электролизом воды.

Космическая энергетика

Здесь предусматривается использование энергии Солнца для выработки электроэнергии, с расположених энергетических станций на земной орбите или на Луне, электроэнергия от которых будет передаваться на Землю в форме микроволнового излучения. Может способствовать глобальному потеплению. До сих пор не применяется.

На 2012 год альтернативная энергия (не считая гидроэнергии) составляла 5.1% всей потребляемой человечеством энергии.

 

Энергетикам вручили «золотые молнии» – Энергетика и промышленность России – № 24 (404) декабрь 2020 года – WWW.EPRUSSIA.RU

Газета “Энергетика и промышленность России” | № 24 (404) декабрь 2020 года

В этом году в Оргкомитет поступило рекордное количество конкурсных работ — 91 заявка из России, Австрии и Республики Беларусь. В шорт-лист премии вошли 72 проекта. География реализованных проектов в этом году охватывала как европейские города, так и десятки регионов России. Как отмечают в Оргкомитете премии, это свидетельствует о том, что малая распределенная энергетика — одна из немногих отраслей, которая в кризисный 2020 год показала заметное развитие и рост объема рынка.

От биогаза до ВИЭ-гибрида

По результатам независимого голосования членов Экспертного совета победителем в номинации «Лучший проект в области малой энергетики мощностью до 5 МВт» стала австрийская компания MWM Austria GmbH, которая представила биогазовую электростанция мощностью 3,7 МВт для крупнейшего производителя текстильной целлюлозы AustroCel Hallein GmbH в г. Халлайн (Австрия). С запуском станции завод смог использовать побочные продукты производства целлюлозы для получения экологически чистой электроэнергии, тем самым существенно снизив выбросы СО2. Излишки же энергии сегодня поставляются в жилые дома городов Халлайн и Зальцбург.

Во второй номинации — «Лучший проект в области малой энергетики мощностью от 5 МВт» — статуэтка «Золотая молния» досталась российской компании «Штарк Энерджи Серов», представившей на конкурс мини-ТЭЦ мощностью 24,9 МВт для крупнейшего предприятия Урала — Надеждинского металлургического завода. Как отметил в ходе презентации исполнительный директор компании Сергей Дзюбенко, мини-ТЭЦ утилизирует доменный газ как вторичный ресурс предприятия для выработки электроэнергии и использует современные экологически чистые технологии.

В номинации «Лучший проект в области альтернативной энергетики» на победу претендовали 19 проектов-финалистов. Однако с большим перевесом голосов первое место занял проект строительства солнечной генерации на Нижне-Бурейской ГЭС от ПАО «РусГидро». Главный инженер Нижне-Бурейской ГЭС Вячеслав Сладкевич подчеркнул, что это первый для российской энергетики проект по созданию гибридной ВИЭ-генерации. На территории гидроузла, с учетом максимальной солнечной инсоляции, размещены стационарные солнечные элементы общей мощностью 1224  киловатта, а также первая в России наплавная солнечная электростанция мощностью 54 киловатта.

В номинации «Инновационная разработка в сфере энергетики» на победу претендовало рекордное количество конкурсантов — 31. Победу одержал проект «БиоДом» компании «АльЭнергия» — автономный жилой модуль, умную теплицу (биовегетарий) и позволяет обеспечить альтернативной энергетикой нужное строение в любом месте расположения без присоединения к сетям.

Безоговорочную победу в номинации «Инвестор года в энергетике» одержала компания ООО «УК «КЭР-Холдинг» из Казани. Их проект — газотурбинная электростанция в городе Елабуге мощностью 20 МВт — реализован на территории местного предприятия тепловых сетей. Запуск объекта позволил сдержать рост тарифов на тепло для потребителя и повысить надежность системы электро- и теплоснабжения города Елабуги.

Импульс для отрасли

В номинации «За вклад в развитие отрасли» победу одержал директор по развитию бизнеса «ГринТех Энерджи» Александр Зуев.

В номинации «За вклад в развитие отрасли» вторая статуэтка «Золотая молния» была вручена научному руководителю Института теплофизики Сибирского отделения РАН, академику РАН, заслуженному деятелю науки Новосибирской области Сергею Алексеенко.

Кроме того, в этом году по решению оргкомитета было вручено два специальных диплома: компании INNIO и АНО «Агентство Дальнего Востока по привлечению инвестиций и поддержке экспорта».
Победителями народного голосования стали: ООО «Завод КриалЭнергоСтрой» (1-я номинация), АО «ВАПОР» (2-я номинация), Национальный парк «Таганай» (3-я номинация), изобретатель Александр Смыков (4-я номинация), ООО «УК «КЭР Холдинг» (5-я номинация), директор бизнеса «Энергоэффективность и устойчивое развитие» в России, СНГ и Польше компании Schneider Electric Сергей Семенов (6-я номинация).

«То, что мы наблюдаем сегодня в России, можно назвать ярким проявлением социальной ответственности бизнеса, — заявил на церемонии вручения премии организатор проекта, президент Ассоциации малой энергетики Максим Загорнов. — Не ожидая помощи со стороны, мобилизовав свои собственные ресурсы, именно бизнес предложил предприятиям действенные механизмы снижения затрат на электрическую и тепловую энергию: спрос на объекты собственной генерации сегодня вырос не только в отдаленных регионах, но и в центральной части России. Тиражируя лучшие отраслевые практики, аккумулируя самый передовой российский и зарубежный опыт, конкурс способствовал развитию отрасли распределенной энергетики».

Грозовая энергетика – это… Что такое Грозовая энергетика?

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.

Экспериментальные установки

Компания Alternative Energy Holdings 11 октября 2006 года объявила об успешном развитии прототипа модели, которая может продемонстрировать возможности «захвата» молнии для дальнейшего её превращения в электроэнергию.[1]Молния является чистой энергией, и её применение будет не только устранять многочисленные экологические опасности, но также будет значительно уменьшать дороговизну производства энергии. Также компания сообщила, что окупаться такая установка будет за 4—7 лет, молниевые фермы смогут производить и продавать электроэнергию по цене всего $ 0,005 за киловатт-час, что значительно дешевле производства энергии с помощью современных источников.[1][2]

Исследования грозовой активности

Глобальная карта частоты молний. Шкала сбоку показывает количество молний в год на каждый квадратный километр

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.[3]

Проблемы в грозовой энергетике

Молнии являются очень ненадёжным источником энергии, так как заранее нельзя предугадать, где и когда случится гроза.

Ещё одна проблема грозовой энергетики состоит в том, что разряд молнии длится доли секунд и, как следствие, его энергию нужно запасать очень быстро. Для этого потребуются мощные и дорогостоящие конденсаторы.

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.[1]

Интересные факты

По некоторым данным при одной мощной грозе высвобождается столько же энергии сколько все жители США потребляют за 20 минут.[4]

Примечания

См. также

Поражающие факторы молнии и их последствия

Разряды молнии несут смертельную угрозу для людей, разрушают здания и наносят непоправимый ущерб имуществу. Согласно официальным данным в США молния занимает 6 место среди причин, провоцирующих пожары. В Германии свыше 25% всех страховых выплат приходится именно на возмещение ущерба, полученного вследствие прямых разрядов или вызванных ими перенапряжений в сетях зданий. В России подобная статистика не ведется, но, в противном случае цифры были бы не менее впечатляющими.

Характеристики разряда

Невероятная сила разряда – до 200 кА – формируется за счет разности потенциалов между облачными элементами и поверхностью. Значение достигает 1000 кВ. При этом атмосферный канал разогревается до 30 000°С. Перед ударом молнии проявляются характерные раскаты грома.

Самый распространенный разряд – «Облако-земля» (этот тип удара молнии возникает чаще других). Его продолжительность – от 60 до 100 мкс, а средняя скорость молниеносной стрелы – 150 км/с. При этом давление волны нарастает до максимального значения – 100 кг/см2 – непосредственно перед головным окончанием молнии.

Опасность молнии для зданий и сооружений

На рисунке ниже показан прямой удар молнии, зона воздействия грозового разряда, а также перечислены составляющие инфраструктуры зданий и промышленных объектов, подверженные прямому и вторичному воздействию молнии.

Объекты, в которые чаще всего попадают молнии

С высотой объекта увеличивается вероятность попадания разряда молнии. Например, на Питтсбургский кафедральный собор – высота 180 м – приходится ежегодно 2 удара. Небоскреб Empire State Building в Нью-Йорке – 380 м – за 3 года получил 68 разрядов различной мощности. Помимо статических, молнии не менее опасны для движущихся объектов: в 1987 году при запуске ракеты «Атлас», непосредственно на старте, прямой разряд вывел из строя все электронные системы. Ущерб для США составил 160 миллионов долларов.

Излюбленные жертвы молний – высокие, одиноко стоящие деревья. Вероятность поражения в зависимости от породы примерно такая:

  • Дуб – 54%.
  • Тополь – 24%.
  • Ель – 10%.
  • Сосна – 6%.

Первопричины подобных фактов избирательности явления науке доселе неизвестны.

Поражающие факторы молнии

Угроза Негативное влияние Последствия
Прямое попадание Разность потенциалов электростатического поля – до 1000 кВ, сила удара – 200 кА, температура – 30 000°С Угроза получения смертельных травм, возгорания, локальные разрушения здания в местах попадания
Удар в инженерные коммуникации на расстоянии до 5 км (и более) Занесенный грозовой потенциал создает импульс перенапряжения в сотни киловатт, попадает в здание по электропроводке и по трубам из металла Поражение человека; сбои во внутренних системах; пожары; возгорание электрических кабелей; поломки оборудования; потеря информации на жестких дисках вследствие отказа оборудования
Разряд в радиусе до 500 м от здания Наведенный грозовой потенциал с импульсом перенапряжения в десятки киловатт Поражение человека; сбои во внутренних системах; пожары; возгорание электрических кабелей; потеря информации на жестких дисках вследствие отказа оборудования
Замыкания в электросетях с низким напряжением Импульс перенапряжения до 4 кВ Сбои в системах, поломки оборудования

Молнии являются реальной угрозой для жизни и здоровья человека, а также для имущества. Более того – с появлением в обиходе все большего количества высокотехнологичного электронного оборудования окружающая среда становится с каждым днем уязвимей к разрядам, а необходимость надежной молниезащиты зданий возрастает.

Интересные материалы по этой теме:
Последствия попадания молнии в человека. Факты и вымыслы

В статье Вы узнаете о том, чем удар молнии отличается от обычного поражения током, о симптомах поражения различных систем жизнедеятельности организма человека. Описаны самые известные случаи поражения людей и удивительные способности, открывшиеся в них после этого. Кроме того вашему вниманию самые известные заблуждения о молнии.

Молния как оружие

Что значила молния в древней мифологии, ее символизм в оружие древних народов? Опыты Теслы и изобретение Франклина, история экпериментов и современные разработки. Зачем пытаются управлять молнией и как ее учат защищать?

Можно ли пользоваться телефоном во время грозы

Освоение молнии и использование электричества

Идея использования молнии и статического электричества для дополнения нашей электросети не нова. Сложность всегда заключалась в том, чтобы знать, когда и где ударит молния, улавливать ее, а затем передавать электричество в электрическую сеть. Даже если все эти проблемы будут решены, стоит ли попытаться использовать силу удара молнии?

Несомненно, грозы вырабатывают огромное количество электроэнергии.Типичная молния производит около 10 000 ампер. Некоторые болты, такие как тот, который поразил космический корабль «Аполлон» в 60-х годах, имеют силу тока более 100 000 ампер. Когда вы конвертируете разряд молнии в ватты, получается довольно большое число. Но когда вы конвертируете ватты в киловатт-часы и сравниваете их с тем, сколько электроэнергии потребляет средний дом, цифра оказывается не такой впечатляющей, как многие хотели бы верить. По сравнению с большим городом, это даже меньше.

Несмотря на то, что средний разряд молнии содержит около 250 киловатт-часов электроэнергии, средний дом потребляет около 914 киловатт-часов в месяц.Таким образом, одна молния не сможет привести в действие даже средний дом на полмесяца.

Каждому дому потребуется от 2 до 4 ударов молнии в месяц, чтобы удовлетворить свой спрос. Представьте, сколько ударов молнии потребуется для большого города, такого как Лос-Анджелес или Нью-Йорк!

Есть также несколько технических проблем, связанных с попыткой обуздать и использовать электричество, генерируемое разрядом молнии. Само электричество является одним из них. Молния вызывает тысячи отключений электроэнергии каждый год, когда поражает линии электропередач или трансформаторы, посылая огромное количество неконтролируемого электричества на полюса питания и трансформаторы.Как именно сохранить массивный и внезапный всплеск электричества – непростая задача. Также потребуется очень сложная батарея конденсаторов и / или батарей, способная получать чрезвычайно быструю зарядку, а затем медленно выпускать заряд в электросеть, чтобы не вызвать большого скачка напряжения.

Хотя технологические достижения современных конденсаторов позволяют им накапливать огромное количество электроэнергии, большинство из них не заряжается за 0,2 мс. Это время, необходимое разряду молнии, чтобы доставить 1000000 киловольт электроэнергии.И наоборот, эти большие конденсаторы обычно заряжаются медленно, а затем быстро разряжаются в специализированных приложениях. Примерами являются ускорители частиц, лазеры и рельсовые пушки.

И, наконец, знание того, когда и где молниеносный разряд собирается поразить, почти во всех случаях является случайным. Молния не знает, какой объект ударит по земле с расстояния 50 000 футов. Поэтому знание места размещения громоотводов или сборных башен похоже на игру в дартс с завязанными глазами.Можно разбросать кучу 500-футовых башен по всей сельской местности, но это не гарантирует удара молнии. Но если бы кто-то и собирался попробовать, Флорида была бы наиболее вероятным местом для такой молниеносной фермы.

Во Флориде в среднем наибольшее количество ударов молнии приходится примерно на 10 ударов на километр в год. Предположим, что электрическая компания установила вышки для сбора молний на территории в 1 км. Предположим также, что эти башни смогли привлечь все 10 ударов молний за год за весь год.Их компания производила электричество, достаточное для того, чтобы обеспечить электричеством два дома в течение месяца.

Строить инфраструктуру, необходимую для улавливания молнии в качестве источника возобновляемой энергии, просто неэкономично.

Школа инженерии Массачусетского технологического института | »Есть ли способ использовать электричество от молнии?

Есть ли способ использовать электричество от молнии?

Конечно, это возможно. Но, может быть, оно того не стоит…

Сара Дженсен

«Бенджамину Франклину очень повезло, что в его воздушный змей не попала молния», – говорит Джеймс Кертли, профессор электротехники Массачусетского технологического института и специалист по электрическому оборудованию и энергетическим системам.Средний удар молнии содержит около 1 миллиона джоулей, энергии достаточно, чтобы поджарить отца-основателя в своих ботинках. «Типичный дом в США имеет мощность 100 ампер или около 28 лошадиных сил», – говорит Кертли. К сожалению, использование молний для питания наших фенов, телевизоров и холодильников было бы далеко не рентабельным. Проблема в том, что энергия молнии содержится за очень короткий промежуток времени, всего несколько микросекунд. Кроме того, чтобы получить этот 1 миллион джоулей, нужно работать с напряжением в несколько миллионов вольт.

Поглощение молнии и преобразование ее в полезную энергию было бы чрезвычайно сложной задачей, объясняет Киртли. Для этого потребуются сложные сооружения для улавливания и хранения, а также системы распределения, которые в конечном итоге вряд ли дадут достаточно энергии, чтобы оправдать свои расходы. Начнем с того, что для привлечения молнии потребовалось бы гораздо более сложное оборудование, чем железный ключ на конце шелковой веревки. Высокие металлические стержни, простирающиеся высоко над землей, сделают свое дело, поглощая любые электрические заряды в атмосфере и направляя их на объект.Но также необходимо создать прочные и надежные механизмы безопасности, чтобы немедленно сдержать огромный всплеск энергии и предотвратить разрушение всего объекта.

И поскольку вы никогда не знаете, будет ли предстоящий удар молнии иметь положительный или отрицательный заряд, конденсаторы и выпрямители также потребуются для выравнивания токов входящих ударов. «Вам понадобится какой-то механизм, чтобы убедиться, что положительный заряд одного болта не нейтрализует отрицательный заряд другого», – объясняет Киртли.Кроме того, определение наиболее практичных мест для размещения объектов захвата представило бы огромное количество проблем. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований, молния ударяет где-то на Земле примерно 44 раза в секунду, но большинство из этих ударов происходит в тропиках и отдаленных горных регионах. Строительство современного объекта по преобразованию и хранению энергии в таких условиях было бы чрезвычайно трудным. Распределение этой энергии в более густонаселенных районах добавит еще больше логистических и экономических проблем.

Киртли по-прежнему надеется, что проблемы захвата молний – если не его экономическая осуществимость – однажды будут решены. «То, что мы сейчас не используем молнии, не означает, что какой-нибудь умный инженер когда-нибудь не поймет, как это сделать», – говорит он. Но даже при 1 миллионе джоулей типичный удар молнии содержит лишь около киловатт-часа энергии, что недостаточно, чтобы существенно повлиять на наш счет за электроэнергию. «В настоящее время мы покупаем электроэнергию по цене около 20 центов за кВтч», – говорит он.«Количество энергии от удара молнии будет стоить всего около цента».

Спасибо Дилану из Кейптауна, Южная Африка, за этот вопрос.

Опубликовано: 23 марта 2015 г.

Можем ли мы добыть молнии для электросети?

Автор New Scientist, партнер Energy Realities

Ни у кого нет ответов на все вопросы мировой энергетики, поэтому New Scientist объединилась со Statoil для поиска решений среди аудитории New Scientist.

Был задан вопрос: сколько энергии в молнии? Достаточно ли и есть ли места, где достаточно часто ударяют молнии, подумать о запусках воздушных змеев для передачи этой энергии в сеть?

Согласитесь, это была бы довольно крутая работа – работать на «молниеносной ферме», расположенной, скажем, в устье реки Кантатумбо в Венесуэле или Лайтнинг-Ридж в Новом Южном Уэльсе, Австралия. Испытайте драму невероятных электрических штормов и создайте что-то полезное на их основе.И без выбросов углекислого газа.

Произойдет ли это когда-нибудь? Ответ, с которым согласились большинство из 300 респондентов, – решительное «нет». Причины изложены ниже, но давайте не будем красть их гром.

Есть несколько записей с выбросами. Франсуа Юсташ предлагает заменить воздушных змеев лазерными лучами. Идея состоит в том, чтобы направить лазерный луч на грозовые облака, отрывая электроны от молекул в воздухе и создавая путь с низким электрическим сопротивлением, по которому может пройти молния.

В 2012 году французская группа показала, что это может работать, по крайней мере, с искусственной молнией. Если в будущем появится возможность направлять молнию на статические коллекторы, это может решить одну из самых больших проблем сбора молний – знать, куда она ударит.

У Райсона Лорри из Рочестера, штат Миннесота, есть другой план. Он отказался от Земли в пользу Юпитера. «В 1997 году орбитальный аппарат« Галилео »сфотографировал молнию на ночной стороне Юпитера, и это открытие многократно подтверждалось», – говорит он.«Протягивание электропроводящего кабеля от воздушного шара через огромную и мощно заряженную облачную систему Юпитера должно обеспечить большой ток». Он предполагает, что это может быть не так увлекательно, как работа с молнией. Интересно, почему полет на воздушном шаре над Юпитером не является захватывающим?

Технологии будущего и другие миры в стороне, вот лучшие ответы, которые мы получили на вопрос этого месяца:

«Если бы вся ее энергия могла быть захвачена, средний разряд молнии обеспечил бы около 5 миллиардов джоулей, что эквивалентно 0.85 баррелей нефти. Но есть проблемы с улавливанием всего этого, не в последнюю очередь из-за того, что электрическая энергия поступает спорадически во времени и в определенном месте. Он также обеспечивает чрезвычайно высокую мощность, что делает захват энергии проблематичным, поскольку любые проводники должны обеспечивать высокую мощность без повреждений – например, плавления при высоких температурах.

Вторая проблема заключается в том, что когда молния ударяет по земле, большая часть энергии поступает не в виде электричества, а в виде тепла. Его нельзя собирать напрямую, так как электричество может, а также может повредить оборудование.

После захвата энергия должна быть сохранена и высвобождена по мере необходимости, как это делается с возобновляемыми источниками энергии, такими как энергия ветра и солнца. Это добавляет дополнительные затраты на планирование и затраты на упражнение, но это возможно. В меньших масштабах такое хранение достигается с помощью конденсаторов. В более крупных масштабах – например, на электростанциях – это делается с помощью больших перезаряжаемых батарей, сжижения воздуха или перекачивания воды в резервуары на вершине холма над гидроэлектростанциями.

Улавливание энергии в разряде молнии было достигнуто в небольших масштабах в лабораториях, хотя эта технология не получила успешного масштабирования. Основным исследованным подходом является проведение электричества через стержни и опоры. Хотя воздушный змей может работать аналогичным образом, он может быть не в состоянии выдержать вес проводника. Другой подход – использовать энергию для нагрева воды и использовать ее, в свою очередь, для выработки электроэнергии, но это будет менее эффективно.

Что касается того, ударяет ли молния куда-либо достаточно постоянно, чтобы сделать ее жизнеспособным источником энергии, то лучшее место находится на востоке Демократической Республики Конго, недалеко от Кифуки.Здесь ежегодно происходит около 158 забастовок на квадратный километр. Если бы вся энергия от этих ударов была собрана со 100-процентной эффективностью на площади в 5 квадратных километров, это могло бы обеспечить питанием только 236 средних домов в Великобритании ».

«Удары по Эмпайр-стейт-билдинг в Нью-Йорке проходят 23 раза в год. Если бы всю эту энергию можно было собрать, это было бы эквивалентно примерно 20 баррелям нефти. Хотя это очень небольшое количество энергии, если бы такое же количество могло быть собрано всеми высокими зданиями, оно могло бы внести полезный вклад в их собственные потребности в энергии, во многом так же, как солнечные батареи и ветряные турбины.”

Льюис О’Шонесси, Солсбери, Уилтшир, Великобритания

«Удар молнии выглядит впечатляюще, а мощность огромна – около 100 000 мегаватт во время сильных штормов. Однако продолжительность разряда молнии очень мала, порядка 100 миллионных долей секунды. Таким образом, задействованная энергия относительно невелика, порядка 108 джоулей, что эквивалентно примерно 30 киловатт-часам (кВтч). Типичное домохозяйство потребляет от 5 до 10 кВтч в день, поэтому один разряд молнии будет обеспечивать дом всего на три-шесть дней.Добавьте к этому очень неустойчивый и случайный характер молнии и огромную, если не невозможную, техническую задачу сбора и преобразования энергии в полезную форму, и ее использование просто не будет практичным или стоящим предприятием ».

Рон Барнс, Кингс Линн, Норфолк, Великобритания

«Мы не должны даже думать о том, чтобы случился разряд молнии: подумайте, сколько энергии тратится впустую на нагрев и ионизацию воздуха. Гораздо разумнее было бы собрать заряд задолго до того, как произойдет атмосферный пробой.Возможно, большая антенная решетка из тонких проводников, размещенная на подходящей вершине холма или склоне, могла бы направить заряд на батарею или батарею конденсаторов. Это кажется лучше, чем пытаться запустить маленького воздушного змея в шторм, который ограничивает вашу зону захвата и требует тяжелого кондуктора там, где вы не можете переносить вес ».

Эд Прайс, Чула-Виста, Калифорния, США

«Молния прекрасна и удивительна. Когда грянет гроза, мы должны поощрять людей выключать свет и телевизор и смотреть на молнию.Это сэкономит гораздо больше энергии, чем вы можете поймать с помощью воздушных змеев! »

Эрик Этвелл, Университет Лидса, Великобритания

Этот контент редактируется независимо New Scientist по заказу Statoil. Ранее он появлялся в блоге Energy Realities.

Узнайте больше об энергетических реалиях.

Можем ли мы использовать молнию в качестве источника энергии?

Апрельские ливни сменились … майскими ливнями и грозами.В воздухе витает столько электричества, что естественно спросить: «Могу ли я использовать эту штуку для приведения в действие моего фена?» Известный гений сумасшедшего Никола Тесла наверняка задумался над этой идеей.

Ежегодно в нашей атмосфере происходит около полутора миллиардов вспышек молний. Примерно каждый четвертый из этих болтов взрывает землю. Кто-то приземляется в Канзасе, кто-то поражает Буэнос-Айрес, и на Конго идет больше дождя, чем где-либо в мире.

Частота молний на всей планете (Земная обсерватория НАСА)

Средняя молния, падающая от облака к земле, содержит примерно один миллиард (1 000 000 000) джоулей энергии.17 джоулей энергии. Таким образом, все молнии во всем мире могли питать только 8% домохозяйств в США. В лучшем случае. Можно ли реально использовать эти несколько процентов? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно взглянуть на практические аспекты улавливания и использования энергии. Во-первых, мы можем представить, что Соединенным Штатам, вероятно, придется ограничиться внутренними источниками молний. Это ограничивает нас примерно 30 миллионами болтов в год. Сейчас мы можем обеспечить электроэнергией только 0,6% наших домохозяйств.

Как насчет электротехники, необходимой для превращения вспышки молнии в искру в розетке? Самая большая проблема здесь в том, что вся энергия молнии передается за крошечные доли секунды.Это означает, что у нас должна быть невероятно большая батарея (или конденсатор), которая может мгновенно заряжаться при ударе молнии, а затем медленно и стабильно выдавать накопленную мощность, когда ее об этом просят. Устройства с такими возможностями сложны в производстве и очень неэффективны. Физика говорит нам, что мы не можем хранить и извлекать эту энергию со 100% эффективностью. Фактически, мы теряем большую часть энергии, которую преобразуем почти в каждом процессе. Сочетая ограниченную общую энергию с трудностями и потерями в доступе к ней, мы едва ли можем создать крошечную долю процента энергии, которую мы используем каждый день, от атмосферных молний.

К сожалению, использовать молнию для получения электричества совершенно невозможно. Но поднимите настроение, на это еще приятно смотреть.

Почему бы нам просто не использовать молнию как источник энергии? »Science ABC

Если вы когда-нибудь смотрели фильм« Назад в будущее »(1985) , то, вероятно, помните, как Док Браун обнаруживает новую технику отправки Марти из 1955–1985 годов. Чтобы привести машину времени в действие, ему требовалось огромное количество энергии. В отсутствие доступного плутония он предположил, что только молний несут достаточно энергии для адекватного питания машины времени.Поскольку он точно знал, когда и где произойдет удар молнии, он использовал силу молнии, чтобы отправить Марти назад в будущее! Довольно аккуратно, да?

Думая в том же духе, задумывались ли вы когда-нибудь о том, можем ли мы использовать энергию громкого удара молнии?

Молния

Каждый раз, когда вы слышите грохот в небе, секунды спустя вы неизменно смотрите вверх и видите несколько ярких зигзагообразных узоров молний, ​​пересекающих небо.По сути, молния – это электрический ток, который в основном образуется внутри облаков, но иногда образуется между облаками и землей, в результате чего возникает то, что мы называем разрядом молнии .

Сила удара молнии

Молния не только яркая, но и горячая. Температура молнии составляет около 27000 градусов по Цельсию, что примерно в шесть раз горячее, чем поверхность Солнца! Когда происходит удар молнии, он может обжечь окружающий воздух из-за его экстремальной температуры.Молния переносит несколько миллиардов джоулей энергии. Для сравнения: одна молния может нести столько же энергии, сколько несколько сотен литров бензина.

Энергия и мощность имеют простую связь: электрическую мощность можно рассчитать, разделив значение энергии на время. Поскольку большое количество энергии проходит через воздух за бесконечно малое время (несколько микросекунд), электрическая мощность, связанная с молнией, также очень высока.

Несмотря на то, что они являются носителем огромного количества энергии, извлечение энергии из молнии для питания наших домов технически невозможно.

Проблемы, связанные с получением энергии от удара молнии

Необходимость установки очень сложных мощных электрических систем

Прежде всего, поглощение падающих ударов молнии, а затем плавное преобразование их в электрическую энергию для легкого питания наших домов и предприятий могло бы быть сложной инженерной задачей. Для этого нам нужно будет перепроектировать наши электрические системы и установить сложные системы питания для улавливания молний. Чтобы привлечь и уловить молнию, потребуется сложное оборудование, такое как высокие металлические железные стержни, простирающиеся высоко над землей.Это было бы рискованно и повлекло бы за собой многочисленные угрозы безопасности.

Однако самой большой проблемой было бы поглотить огромный выброс энергии на единицу площади, который несет с собой молния. Современные электронные компоненты, такие как конденсаторы, транзисторы, ИС, маховики и т. Д., На самом деле не предназначены для того, чтобы выдерживать внезапные выбросы электричества. В среднем удар молнии содержит 5 миллиардов джоулей энергии. Вдобавок ко всему, он длится всего несколько микросекунд (очень короткий промежуток времени, когда мы говорим о миллиардах джоулей), что очень затрудняет быстрый захват такого количества энергии.

Большой разброс по интенсивности

При ударах молнии не наблюдается постоянной мощности. Хотя мы упомянули около 5 миллиардов джоулей, это приблизительная оценка. На самом деле эта сумма сильно разнится. В некоторых ударах молнии мощность может быть намного выше средней, в то время как в других она может быть смехотворно низкой. Следовательно, это делает идею создания системы защиты от молний совершенно непредсказуемой и непрактичной.

Спорадический характер и неравномерное распространение

Кроме того, существует тот факт, что удары молнии носят спорадический характер.Некоторые области получают гораздо больше ударов молний, ​​в то время как другие почти не подвержены таким погодным условиям.

Никогда не угадаешь, куда они собираются ударить (Кредиты: Efire / Shutterstock)

Хотя на Земле ежегодно бывает несколько миллионов ударов молний, ​​распределение этих ударов сильно искажено. Большинство ударов молний происходит в тропических и отдаленных горных регионах. Проектирование и установка современных аккумуляторов и преобразователей энергии в таких географических точках является еще более сложной задачей с экономической точки зрения.Кроме того, задача распределения этой энергии в густонаселенном регионе повлечет за собой собственный набор операционных проблем.

Слишком большая мощность; все сразу

Еще одна большая проблема с улавливанием молний – это динамика электричества. Молния приносит с собой очень высокое напряжение порядка киловольт. Большинство электрических и электронных устройств или приборов, которые мы используем, работают при сравнительно более низких напряжениях. Почти мгновенно появляются и исчезают тысячи вольт.Эта непостоянная природа молнии может повредить оборудование, так как огромное количество энергии выделяется сразу. Наши современные электронные компоненты на самом деле не предназначены для того, чтобы выдерживать такие внезапные импульсные скачки напряжения. Батареи – основной электронный компонент – также будут восприимчивы к такому резкому выбросу энергии. Условно говоря, батареи предназначены для медленной и стабильной зарядки.

Кроме того, большая часть энергии молнии рассеивается в виде тепла и света.Фактическая электрическая энергия, доступная для преобразования, намного меньше.

Понимание неосуществимости на примере

Давайте попробуем понять, почему не так уж хороша идея использовать энергию удара молнии с грубым расчетом. Типичный болт обеспечивает около 300 киловатт-часов энергии. Средний американский дом в среднем потребляет около 1000 киловатт-часов электроэнергии в месяц. Итак, исходя из этого расчета и допуская, что мы могли бы каким-то образом установить дома систему сбора энергии молнии, каждый месяц потребовалось бы три молнии.Подумайте, насколько велика вероятность того, что в том же месте, где установлена ​​система сбора энергии, произойдет три гарантированных удара молнии? Довольно редко, правда? Даже если предположить, что мы каким-то образом сможем спроектировать систему использования энергии, маловероятно, что она будет получать удары молнии на регулярной / предсказуемой основе. Неустойчивость ударов молнии сама по себе является проблемой, не говоря уже о технических ограничениях улавливания и хранения электричества от удара молнии.

Последнее слово

Статьи по теме

Статьи по теме

Молния теоретически является огромным источником энергии. Однако лучше всего использовать это только тогда, когда вы находитесь в очень, очень безвыходной ситуации, например, когда вы застряли не в то время и вам посчастливилось иметь рядом с собой такого гения, как Док Браун!

кВтч и спрос на кВт

Мы выставляем счета большинству потребителей общего обслуживания и промышленных предприятий за мощность (спрос) и энергию (потребление) как два отдельных компонента.Плата за потребление предназначена для возмещения стоимости оборудования (например, силовых трансформаторов, проводов и электростанций), доступных для обеспечения максимального количества электроэнергии, которое может потребоваться потребителю в любое время.

Вот быстрое сравнение:

Помещение 1 Помещение 2

Рассмотрим два помещения:

Помещение №1 имеет общую нагрузку 100 киловатт за 1 час и потребляет 100 киловатт-часов.Помещение №2 имеет общую нагрузку 10 киловатт за 10 часов и потребляет 100 киловатт-часов. Оба помещения использовали одинаковое количество киловатт-часов, однако NB Power должна обеспечить мощность 100 кВт для помещения №1, в то время как для помещения №2 требовалось только 10 кВт мощности.

ЧТО ТАКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ?

Напряжение – это разность электрических потенциалов между двумя точками. Выражается в вольтах (В). (Примечание: термин потенциал также означает напряжение)

ЧТО ТАКОЕ ТЕКУЩЕЕ?

Ток – это количество электронов, проходящих по проводу за одну секунду.Он выражается в амперах (А) и является функцией напряжения в вольтах (В) и сопротивления в омах.

ЧТО ТАКОЕ СИЛА?

Мощность – это скорость потребления электроэнергии. Выражается в ваттах (Вт) или киловаттах (1 кВт = 1000 Вт).

Максимальная мощность, зарегистрированная в течение определенного периода времени, называется потреблением. Он измеряется в «кВт» (активная мощность) и / или «кВА» (полная мощность). NB Power использует 15-минутные интервалы для выставления счетов.

ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГИЯ?

Энергия – это произведение поставленной мощности на продолжительность ее использования. Он измеряется в киловатт-часах (KWh).

Обычно используется для выражения силы во всех формах, но зарезервирован для выражения реальной силы. 1000 Вт (Вт) = 1 киловатт (кВт).

Постоянный ток, протекающий по проводнику, прямо пропорционален разности потенциалов между его концами. Обычно его формулируют как V = IR, где V – разность потенциалов или напряжение, I – ток, а R – сопротивление проводника.

Сопротивление – это термин, который описывает силы, которые противостоят потоку электронов в проводнике.

Плата за электроэнергию, включенную в ваш счет за пиковую нагрузку. Плата за потребление обычно рассчитывается исходя из пиковой мощности в кВт или кВА.

Что такое измерители спроса | Ньюфаундленд Пауэр

  • Дом
  • Деловые услуги – счетчики спроса

Ваш коммерческий счетчик электроэнергии

Коммерческий счетчик отличается от бытового счетчика тем, что он измеряет потребление энергии и «спрос», тогда как бытовой счетчик измеряет только потребление энергии.

Энергия – это количество использованной электроэнергии, которое измеряется в киловатт-часах (кВтч). Спрос – это скорость, с которой энергия передается на электрическую нагрузку, и измеряется либо в киловаттах (кВт), либо в киловольт-амперах (кВА). Ваша потребность в выставлении счетов относится к максимальному количеству энергии, потребляемой счетчиком за один раз в течение вашего последнего цикла выставления счетов.

Коммерческие клиенты заметят в своих счетах как плату за потребление, так и плату за электроэнергию. Плата за потребление зависит от вашего тарифного класса и времени года, когда вам требуется электричество.

Что такое спрос на электроэнергию?

Потребность в электроэнергии – это количество электроэнергии, которое вам необходимо в данный момент времени. Плата по счету за коммерческую услугу – это пиковый спрос, необходимый для удовлетворения ваших потребностей в электроэнергии во время цикла выставления счетов. Чтобы понять, как измеряется спрос, давайте рассмотрим следующий пример:

Если 10 кВт электрического тепла, водонагреватель 4,5 кВт, 3 кВт освещения и 15 кВт нагрузки для готовки работают одновременно, потребность будет 32.5 кВт (10 кВт + 4,5 кВт + 3 кВт + 15 кВт = 32,5 кВт). Отношение этой потребности к потреблению энергии (кВтч): если бы 32,5 кВт потребности находились в постоянной работе в течение десяти часов, количество использованной энергии было бы: 32,5 кВт x 10 часов = 325 кВтч.

Потребление в киловаттах – это мера средней скорости использования киловатт-часов в течение определенного интервала времени. Временной интервал, который используют наши счетчики, составляет 15 минут. Счетчик потребления показывает максимальное потребление киловатт в течение 15 минут в течение соответствующего расчетного периода.

В конце расчетного периода Newfoundland Power записывает показания счетчика как о потребляемой мощности в киловатт-часах, так и о максимальной потребляемой мощности в кВт (или кВА). Затем регистр потребления сбрасывается, чтобы можно было начать измерение максимальной потребности в следующем месяце.

Почему мы измеряем спрос

Мгновенно, в любое время дня и ночи, электричество будет питать все, от микроволновой печи вашей семьи до высокоскоростных печатных машин, печатающих вашу ежедневную газету. К сожалению, нельзя хранить большое количество электроэнергии.Он должен поставляться клиентам по запросу, когда это требуется для их оборудования, и в любом количестве.

Нам необходимо спланировать максимальный спрос на электроэнергию, который можно ожидать в течение года. По сути, мы должны зарезервировать мощность для клиентов в нашей системе и убедиться, что размеры нашего оборудования соответствуют потребностям наших клиентов в электроэнергии. Стоимость, связанная с этой резервной мощностью, варьируется между не зимним и зимним (с декабря по март) периодами, когда потребности в энергии в системе выше.Вот почему спрос взимается по двум разным ставкам в зависимости от времени года.

Измеряя спрос, мы можем лучше убедиться, что наше оборудование имеет надлежащие размеры, а с клиентов взимается справедливая плата за свои потребности в мощности.

Советы по управлению потреблением электроэнергии

Если у вас есть приборы с термостатическим управлением, такие как обогреватели, духовки и грили, включайте один прибор каждые 15–20 минут, а не все сразу. Приборы с термостатическим управлением потребляют больше электроэнергии при нагреве, чем при постоянной работе.Невероятное время запуска снизит спрос и сэкономит ваши деньги!

Если у вас есть гибкий график работы, запускайте оборудование с высокими требованиями в нерабочее время, когда общее потребление электроэнергии ниже.

Внутреннее освещение может потреблять значительное количество энергии. Если у вас лампы накаливания, подумайте о замене их высокоэффективными люминесцентными лампами или светодиодами, чтобы снизить потребление энергии и снизить спрос.

Чтобы получить дополнительные советы по коммерческой экономии энергии или узнать о нашей программе повышения эффективности бизнеса, посетите takeCHARGE.

Считывание коммерческих счетчиков

Большинство счетчиков, используемых Newfoundland Power, имеют цифровые дисплеи, облегчающие считывание показаний. Коммерческий счетчик будет мигать двумя разными показаниями. Первое показание – это полная энергия, протекающая через счетчик (измеряется в кВтч). Мы вычисляем количество энергии, использованной в вашем текущем платежном цикле, вычитая показания, полученные в прошлом месяце, из показаний, полученных в этом месяце.

Второй дисплей – по запросу.Это позволяет измерить максимальную электрическую нагрузку, необходимую вам в любой момент времени в течение месяца выставления счета.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *