лікарні 

Грозові електростанції. Використання енергії блискавки. Проект (науково - технічний напрям). Принцип дії грозовий електростанції

Кожен, хто коли-небудь читав про величезні значення напруг і струмів в каналі лінійної блискавки, замислювався: а чи не можна якось ці блискавки ловити і переправляти в енергетичні мережі? Щоб живити холодильники, лампочки, тостери та інші пральні машини. Розмови про таких станціях ведуться вже багато років, але не виключено, що в наступному році ми нарешті побачимо діючий зразок "збирача блискавок".


Проблем тут маса. Блискавки, на жаль, занадто ненадійний постачальник електрики. Передбачити заздалегідь, де трапиться гроза, навряд чи можливо. А чекати її на одному місці - довго.

Крім того, блискавка - це напруги порядку сотень мільйонів вольт і піковий струм до 200 кілоампер. Щоб "харчуватися" блискавками, їх енергію явно потрібно десь накопичувати за ті тисячні частки секунди, що триває головна фаза розряду (удар блискавки, здається миттєвим, насправді складається з декількох фаз), а потім повільно віддавати в мережу, попутно перетворюючи в стандартні 220 вольт і 50 або 60 герц змінного струму.

Під час розряду вмолніі відбувається досить складний процес Спочатку з хмари до землі спрямовується розряд-лідер, сформований електронними лавинами, які зливаються в розряди, звані також стримерами. Лідер створює гарячий іонізований канал, по якому в протилежному напрямку пробігає головний розряд блискавки, вирваний з поверхні Землі сильним електричним полем.

Далі всі ці стадії можуть повторитися і 2, і 3, і 10 разів - за ті самі частки секунди, що триває блискавка. Уявіть, наскільки складне завдання - зловити цей розряд і спрямувати струм у потрібне місце. Як бачимо, проблем чимало. А чи варто тоді взагалі зв'язуватися з блискавками?

Якщо поставити таку станцію в місцевості, де блискавки б'ють набагато частіше, ніж звичайно, толк, напевно, буде. При одному сильному грозовому штормі, коли блискавки б'ють безперервно один за одним, може виділитися таку кількість енергії, що вистачить на забезпечення електрикою всіх США протягом 20 хвилин. Звичайно, яку б станцію з ловлі блискавок ми не придумали, її ККД при перетворенні струму буде далеко не 100%, та й зловити, мабуть, вдасться аж ніяк не всі блискавки, вдарили в околицях блискавичної ферми.

Грози трапляються на Землі дуже нерівномірно. Фахівці, що працюють з американським супутником "Місія вимірювання тропічних штормів" опублікували звіт про одне з останніх досягнень цього супутника. Складена світова карта частоти блискавок. Наприклад, в центральній частині африканського континенту є немаленька зона, де на квадратний кілометр припадає понад 70 блискавок на рік!

Поки з такими проектами використання енергії блискавок виступають в основному винахідники з США. Американська компанія Alternative Energy Holdings повідомляє, що збирається ощасливити світ екологічно чистою електростанцією, що виробляє струм за смішною ціною $ 0,005 за кіловат-годину. В різний час різні винахідники пропонували самі незвичайні накопичувачі - від підземних резервуарів з металом, який плавився б від блискавок, що потрапляють в блискавковідвід, і нагрівав б воду, чий пар обертав б турбіну, до електролізерів, що розкладають розрядами блискавок воду на кисень і водень. Але можливий успіх пов'язаний з більш простими системами.

Alternative Energy Holdings заявляє, що побудує перший робочий прототип такої станції, здатної накопичувати енергію грозових розрядів, вже в 2007 році. Компанія має намір випробувати свою установку протягом грозового сезону майбутнього року, в одному з місць, де блискавки гуляють частіше звичайного. При цьому розробники накопичувача оптимістично вважають, що електростанція "на блискавках" окупиться за 4-7 років.

http://www.membrana.ru/




Чи знаєте ви?

Око і фотони

Чутливість сітківки ока можна перевірити самому, повторивши простий досвід, поставлений свого часу відомим радянським вченим С. І. Вавілов.

Між звичайної лампою розжарювання і вашою точкою спостереження встановіть стробоскоп - картонний диск діаметром 15-20 см, з вирізаним сектором градусів в 60, насаджений на вісь. А тепер, обертаючи диск стробоскопа зі швидкістю приблизно оборот в секунду, подивіться на лампу одним оком крізь диск.

Ось що буде при цьому відбуватися: обертаючись, диск стане відміряти для ока пропорції світла. Лампа світить нерівномірно, тобто її світловий потік пульсує, але, оскільки диск обертається відносно повільно, пропорції світла будуть відрізнятися один від одного за все на кілька фотонів. І цю різницю, доступну лише най-най точним приладів, без праці вловить ваш очей - придивившись, ви побачите слабку пульсацію світла! Легше провести цей експеримент, якщо над «вимірювальної» лампою ви поставите ще одну - опорну. Її світло допоможе вам зосередитися.

грозова енергетика - це різновид альтернативної енергетики, яка повинна "ловити" енергію блискавки і направляти її в електромережу. Таке джерело є нескінченним ресурсом, який постійно відновлюється. Блискавка - це складний електричний процес, який розділений на кілька видів: негативний і позитивний. Перший вид блискавок накопичується в нижній частині хмари, інший - навпаки, збирається в верхньому відділі. Для того, щоб «зловити» і утримати енергію блискавки, потрібно використовувати потужні і дорогі конденсатори, а також різноманітні коливальні системи, які мають контури другого і третього роду. Це необхідно для того, щоб узгоджувати і рівномірно розподіляти навантаження з зовнішнім опором робочого генератора.

Поки що грозова енергетика - це незакінчений і не зовсім сформований проект, хоча і досить перспективний. Привабливою є можливість постійно відновлювати ресурси. Дуже важливо те, наскільки велика потужність виходить від одного розряду, який сприяє виробництву достатньої кількості енергії (близько 5 млрж Дж чистої енергії, що дорівнює 145 літрам бензину).

Процес створення розряду блискавки

Процес створення розряду блискавки - дуже складний і технічний. Спочатку з хмари до землі вирушає розряд-лідер, який сформований електронними лавинами. Ці лавини з'єднуються в розряди, які мають назву «стримери». Розряд-лідер створює гарячий іонізований канал, через який в протилежному напрямку рухається головний розряд блискавки, що виривається з поверхні нашої планети поштовхом сильного електричного поля. Такі системні маніпуляції можуть повторюватися кілька разів поспіль, хоча нам може здаватися, що пройшло всього кілька секунд. Тому процес «лову» блискавки, перетворення її енергії на ток і подальшого зберігання такий складний.

проблематика

Існують наступні аспекти та недоліки грозовий енергетики:

  • Ненадійність джерела енергії. Через те, що неможливо наперед передбачити де і коли виникне блискавка, можливе виникнення проблем зі створенням і отриманням енергії. Мінливість такого явища істотно впливає на значимість всієї ідеї.
  • Низька тривалість розряду. Розряд блискавки виникає і діє лічені секунди, тому дуже важливо оперативно зреагувати і «зловити» його.
  • Нужда використовувати конденсатори і коливальні системи. Без застосування цих приладів і систем неможливо повноцінно отримувати і перетворювати енергію грози.
  • Побічні проблеми з «ловом» зарядів. Через низької щільності заряджених іонів створюється великий опір повітря. «Піймати» блискавку можна з використанням іонізованого електрода, який потрібно максимально підняти над поверхнею землі (він може «ловити» енергію виключно у вигляді мікрострумів). Якщо підняти електрод занадто близько до наелектрізірованним хмарам, то це спровокує створення блискавки. Такий короткочасний, але могутній заряд може привести до числівником поломок грозовий енергостанції.
  • Дорога вартість всієї системи і устаткування.Грозова енергетика через свою специфічну структуру і постійну мінливість має на увазі використання різноманітного обладнання, яке коштує дуже дорого.
  • Перетворення і розподіл струму. Через мінливості потужності зарядів можуть виникнути проблеми з їх розподілом. Середня потужність блискавок становить від 5 до 20 кА, однак, бувають спалахи силою струму і до 200 кА. Будь заряд потрібно розподілити на меншу потужність до показника в 220 В або в 50-60 Гц змінного струму.

Експерименти з установкою грозових енергетичних станцій

11 жовтня 2006 було оголошено про вдалу конструкцію прототипу моделі грозовий енергостанції, яка здатна «ловити» блискавку і перетворювати в чисту енергію. Такими досягненнями змогла похвалитися компанія Alternative Energy Holdings. Інноваційний виробник зазначив, що така установка може вирішити кілька екологічних проблем, а також значно знизити вартість виробництва енергії. Компанія запевняє, що подібна система окупиться вже через 4-7 років, а «грозові ферми» матимуть можливість виробляти і продавати електроенергію, яка відрізняється від вартості традиційних джерел енергії (0,005 $ за кВт / год).

Співробітники Саунгтгемптского університету в 2013 році в лабораторних умовах змоделювали штучний заряд блискавки, який за своїми властивостями ідентичний блискавки природного походження. Використовуючи нескладне обладнання, вчені змогли «зловити» заряд і з його допомогою зарядити акумулятор мобільного телефону.

Дослідження грозової активності, карти частоти блискавок

Фахівці NASA, які працюють із супутником «Місія вимірювання тропічних штормів», у 2006 році провели дослідження грозової активності в різних куточках нашої планети. Пізніше було оповіщено дані про частоту походження блискавок і створення відповідної карти. Такі дослідження повідомили про те, що існують певні регіони, в яких протягом року виникає до 70 ударів блискавки (на квадратний км площі).

Гроза - це складний електростатичний атмосферне процес, який супроводжується блискавками і громом. Грозова енергетика - це перспективна альтернативна енергетика, яка може допомогти людству позбутися енергетичної кризи і забезпечити його постійно поновлюваний ресурс. Не дивлячись на всі переваги такого виду енергії, існує багато аспектів і чинників, які не дозволяють активно продукувати, використовувати і зберігати електроенергію даного походження.

Зараз вчені всього світу вивчають цей складний процес і розробляють плани і проекти щодо усунення супутніх проблем. Можливо, з часом людство зможе приборкати «непокірну» енергію блискавки і переробляти її в найближчому майбутньому.

25.04.2018

Цей напрямок поки ще можна назвати теоретичним. Його суть полягає в тому, щоб вловлювати енергію блискавок з подальшим перенаправленням її в електромережі. Таке джерело енергії є відновлюваним, фахівці відносять його до альтернативних, інакше кажучи, екологічно безпечним.

Як ми пам'ятаємо зі шкільного курсу, освіту блискавок є досить складний процес. З наелектризованих хмар у напрямку до землі спрямовується головний розряд, сформований електронними лавинами, об'єднаними в стримери (розряди). За цим розрядом-лідером утворюється гарячий іонізований канал. У свою чергу, по цьому каналу в напрямку від Землі рухається головний розряд блискавки, який виривається з поверхні під дією потужного електричного поля. Процес протікає блискавично, повторюючись по кілька разів за частку секунди. Головне завдання - вловити цей розряд і спрямувати його в електромережу.

Про переваги

Небесним електрикою люди зацікавилися дуже давно. Варто згадати Бенджаміна Франкліна, який в своїх дослідах запускав під час грози повітряних зміїв і в результаті зрозумів, що вони збирають електричні заряди.

Якщо говорити про енергію блискавок, то в одному розряді зібрано п'ять мільярдів джоулів найчистішої енергії, еквівалентної 145 літрам бензину. Вчені розрахували, що один розряд блискавки може забезпечити енергією населення Сполучених Штатів на 20 хвилин. А якщо врахувати, що кожен рік по всій Землі вдаряє півтора мільярда розрядів (від 40 до 50 розрядів за секунду), то перспективи відкриваються воістину приголомшливі.

про експерименти

Представники компанії Alternative Energy Holdings в 2006 році зробили заяву, що ними успішно створений прототип конструкції, за допомогою якої можна наочно показати, як відбувається захоплення блискавки і її перетворення в енергію для побутових потреб. Як сказали в Alternative Energy Holdings, діючий промисловий аналог здатний окупити себе за 4-7 років, якщо роздрібна вартість енергії становитиме 0,005 $ за кіловат / годину. Але проведена серія дослідів, мабуть, не продемонструвала вражаючих результатів, і керівники проекту закрили його. Після чого енергія блискавок і енергія атомної бомби були поставлені в один ряд (за словами Мартіна А. Умані).

Через кілька років (у 2013 році) співробітники саунгемптонского університету змоделювали в лабораторії штучний заряд, що співпадає з параметрами природних блискавок. Використовуючи порівняно просте обладнання, вчені зуміли вловити заряд і з його допомогою цілком зарядити акумулятор смартфона за лічені хвилини.

Про перспективи

Ферми по «вилову» блискавок поки ще просто мрія. На них можна було б нескінченно отримувати дешеву енергію, не завдаючи шкоди екології. Головна проблема, що перешкоджає розвитку цього напрямку, полягає в неможливості передбачення місця і часу черговий грози. Тобто навіть в місцях з встановленим максимальним числом ударів блискавок необхідно монтувати велику кількість «пасток».

Є ще інші проблеми, які полягають в наступному:

  • блискавки є короткочасні енергетичні сплески тривалістю в частки секунди, які необхідно освоювати дуже швидко. Вирішити це завдання можна за наявності потужних конденсаторів. Однак такі пристрої ще не створені, а якщо і будуть розроблені в майбутньому, то виявляться дуже дорогими. Не виключено застосування і різних коливальних систем з наявністю контурів 2 і 3 роду, які дозволяють проводити узгодження навантаження з внутрішнім опором генераторів;
  • блискавки можуть утворюватися з енергії, що скупчилася в верхній і нижній частинах хмар. У першому випадку вони будуть позитивними, у другому - негативними. Це теж необхідно враховувати, обладнавши блискавичну ферму. Крім того, для «лову» заряду зі знаком плюс потрібна додаткова енергія, наочним доказом чого служить люстра Чижевського;
  • за своєю потужністю заряди теж сильно розрізняються. У більшості блискавок даний параметр становить від 5 до 20 кА, однак у деяких сполохів може досягати 200 кА. Для побутового використання кожен з розрядів необхідно стандартізіровть (50-60 Гц, 220 В);
  • заряджені іони в кубометрі атмосфери мають низьку щільність, а опір повітря, навпаки, високе. Це говорить про те, що для уловлювання блискавок необхідні іонізовані електроди, підняті над землею на максимальну величину, проте і вони вловлюють енергію лише у вигляді мікрострумів. Але якщо електрод буде розташований занадто високо (тобто близько до хмар), то можливо мимовільна освіту блискавки, простіше кажучи, виникне потужний і короткочасний сплеск напруги, що створює ризик поломки обладнання.

І все ж такі проблеми не зупиняють людей, які мріють створити молніевие ферми. Адже мрія про приборкання природи і отриманні доступу до поновлюваних енергетичних ресурсів існує сотні років і стає все більш реальною.

Використовуючи властивості блискавки направлятися до високих предметів, особливо в тому випадку, якщо вони добре проводять електричний струм, можна «ловити» блискавку. Для цього в нашому Союзі були використані повітряні кулі, що піднімали в грозові хмари металеві троси, приєднані до землі. У цих випадках «спіймані» блискавки були використані лише для наукових цілей.

Оцінити, наскільки вигідно використовувати енергію блискавки для технічних цілей, можна, визначивши роботу, яку може зробити грозовий розряд. Так як блискавка триває дуже короткий час, то ця енергія виявляється дуже невеликий. Підрахували, що одна блискавка може «напрацювати» в середньому лише на кілька рублів. При такій невеликій працездатності блискавки важко говорити про доцільність технічного її використання. Застосування блискавки в якості джерела енергії утруднено ще й тому, що за один грозовий сезон навіть в дуже високий блискавкоприймач (400 - 800 метрів над землею) блискавка вдаряє не більше 20-25 разів.

Так як кульова блискавка вивчена порівняно мало, то до сих пір ще немає надійно перевірених способів захисту від неї. Хоча і бували випадки, коли кульова блискавка проникала навіть через закрите ...

Щоб не бути ураженим ударом блискавки, потрібно уникати під час грози підходити до громовідводи або високим поодиноким предметів (стовпів, деревам) на відстань меншу 8-10 метрів. Якщо людина захоплений грозою далеко ...

Основні вимоги, які пред'являють до спорудження блискавковідводу, що захищає від грози колгоспні і сільські будівлі, - це дешевизна і простота самого пристрою. Найкращим захистом є стрижневою блискавковідвід, який встановлюють на самій ...

орендний блок

Альтернативна енергетика - сукупність перспективних способів отримання, передачі та використання енергії, які поширені не так широко, як традиційні, проте представляють інтерес через вигідності їх використання при, як правило, низький ризик заподіяння шкоди навколишньому середовищу.

Сонячна енергія

Всілякі геліоустановки використовують сонячне випромінювання як альтернативне джерело енергії. Випромінювання Сонця можна використовувати як для потреб теплопостачання, так і для отримання електрики (використовуючи фотоелектричні елементи).

До переваг сонячної енергії можна віднести возобновляемость даного джерела енергії, безшумність, відсутність шкідливих викидів в атмосферу при переробці сонячного випромінювання в інші види енергії.

Недоліками сонячної енергії є залежність інтенсивності сонячного випромінювання від добового і сезонного ритму, а також, необхідність великих площ для будівництва сонячних електростанцій. Також серйозною екологічною проблемою є використання при виготовленні фотоелектричних елементів для геліосистем отруйних і токсичних речовин, що створює проблему їх утилізації.

вітряна енергія

Одним їх найперспективніших джерел енергії є вітер. Принцип роботи вітрогенератора елементарний. Сила вітру, використовується для того, щоб привести в рух вітряне колесо. Це обертання в свою чергу передається ротору електричного генератора.

Перевагою вітряного генератора є, перш за все, те, що в вітряних місцях, вітер можна вважати невичерпним джерелом енергії. Крім того, вітрогенератори, виробляючи енергію, не забруднюють атмосферу шкідливими викидами.

До недоліків пристроїв з виробництва вітряної енергії можна віднести мінливість сили вітру і малу потужність одиничного вітрогенератора. Також вітрогенератори відомі тим, що виробляють багато шуму, внаслідок чого їх намагаються будувати далеко від місць проживання людей.

Геотермальна енергія

Величезна кількість теплової енергії зберігається в глибинах Землі. Це обумовлено тим, що температура ядра Землі надзвичайно висока. У деяких місцях земної кулі відбувається прямий вихід високотемпературної магми на поверхню Землі: вулканічні області, гарячі джерела води або пари. Енергію цих геотермальних джерел і пропонують використовувати в якості альтернативного джерела прихильники геотермальної енергетики.

Використовують геотермальні джерела по-різному. Одні джерела служать для теплопостачання, інші - для отримання електрики з теплової енергії.

До переваг геотермальних джерел енергії можна віднести невичерпність і незалежність від часу доби і пори року.

До негативних сторін можна віднести той факт, що термальні води сильно мінералізовані, а часто ще й насичені токсичними сполуками. Це унеможливлює скидання відпрацьованих термальних вод в поверхневі водойми. Тому для відпрацьовану воду необхідно закачувати назад в підземний водоносний горизонт. Крім того, деякі вчені-сейсмологи виступають проти будь-якого втручання в глибокі шари Землі, стверджуючи, що це може спровокувати землетруси.

грозова енергетика

Грозова енергетика - це спосіб використання енергії шляхом затримання і перенаправлення енергії блискавок в електромережу. Компанія Alternative Energy Holdings 11 жовтня 2006 року оголосила про створення прототипу моделі, яка може використовувати енергію молніі.Преімущество: блискавка є чистою енергією, і її застосування буде не толькоустранять численні екологічні небезпеки, але також буде значно зменшувати дороговізнупроізводства енергії.

Проблеми в грозовий енергетиці

Блискавки є дуже ненадійним джерелом енергії, так як заздалегідь не можна передбачити, де і коли трапиться гроза.

Ще одна проблема грозовий енергетики полягає в тому, що розряд блискавки триває частки секунд і, як наслідок, його енергію потрібно запасати дуже швидко. Для цього будуть потрібні потужні і дорогостоящіеконденсатори. Також можуть застосовуватися різні коливальні системи з контурами другого і третього роду, де можна узгоджувати навантаження з внутрішнім опором генератора.

Блискавка є складним електричним процесом і ділиться на кілька різновидів: негативні - накопичуються в нижній частині хмари і позитивні - збираються в верхній частині хмари. Це теж треба враховувати при створенні блискавичної ферми

Енергія припливів і відливів

Незрівнянно більш потужним джерелом водних потоків є припливи і відливи. Підраховано, що потенційно припливи і відливи можуть дати людству приблизно 70 млн. Мільярдів кіловат-годин на рік. Для порівняння: це приблизно стільки ж, скільки здатні дати розвідані запаси кам'яного та бурого вугілля, разом узяті;

Проекти приливних гідроелектростанцій детально розроблені в інженерному відношенні, експериментально випробувані в кількох країнах, в тому числі і у нас, на Кольському півострові. Продумана навіть стратегія оптимальної експлуатації ПЕС: накопичувати воду у водосховищі за греблею під час припливів і витрачати її на виробництво електроенергії, коли настає "пік споживання" в єдиних енергосистемах, послаблюючи тим самим навантаження на інші електростанції.

біопаливо

Рідке: біоетанол.

Розробка технологій виробництва біоетанолу другого покоління відкриває нові перспективи на ринках палива, виробленого з дешевого біологічної сировини, і крім того, дозволяє вирішувати проблеми утилізації відходів. Використовуваний в якості добавки етанол сприяє більш повному згорянню бензину і на 30% скорочує викиди чадного газу і токсичних речовин, на 25% - викиди летючих органічних сполук. Таким чином, його використання знижує техногенне навантаження на навколишнє среду.Преімущество біогазу в порівнянні з природним полягає в тому, що він може бути проведений з місцевої сировини навіть в найвіддаленішому населеному пункті, тобто дозволяє забезпечити паливом регіони важкодоступні і високовитратні з точки зору організації газотранспортної інфраструктури. Крім того, випуск біогазу дає можливість вирішити серйозну для аграрного і харчового виробництва проблему утилізації відходів, при переробці яких крім біогазу отримують тепло і органічні добрива. Крім того, використання біогазу знижує викид парникових газів

Тверде: деревні відходи і біомаса (тріска, гранули (паливні пелети) з деревини, лушпиння, соломи і т. П., Паливні брикети) Одне з найважливіших переваг гранул - висока і постійна насипна щільність, правильна форма і однорідна консистенція, що дозволяє відносно легко використовувати їх для опалення та транспортувати на великі відстані.

Газоподібне: HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%B7" \\ o "Біогаз" біогаз, синтез- газ.

Перевага біогазу в порівнянні з природним полягає в тому, що він може бути проведений з місцевої сировини навіть в найвіддаленішому населеному пункті, тобто дозволяє забезпечити паливом регіони важкодоступні і високовитратні з точки зору організації газотранспортної інфраструктури. Крім того, випуск біогазу дає можливість вирішити серйозну для аграрного і харчового виробництва проблему утилізації відходів, при переробці яких крім біогазу отримують тепло і органічні добрива. Крім того, використання біогазу знижує викид парникових газів.