Site Loader
Posted on 17.03.2023

К вопросу о грозовой энергетике

Богданова Алина Александровна
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
студентка 4 курса, Строительный факультет

Аннотация
Данная статья посвящена возможности применения альтернативного источника, как грозовая энергия. Результаты исследований показывают актуальность проблемы, решение которой приведет к улучшению уровня жизни и развития человека.

Ключевые слова: «Гроза», альтернативные источники энергии, грозовая энергетика, Молния, природные ресурсы, электрод, электростанция

Библиографическая ссылка на статью:
Богданова А.А. К вопросу о грозовой энергетике // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 4 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2019/04/89092 (дата обращения: 24.02.2023).

Многие годы человечество истощает природные ресурсы Земли, и со временем они иссякнут. Так не пора ли задуматься над альтернативными источниками энергии?

Люди научились использовать энергию атома, воды и ветра, строя атомные электростанции, гидроэлектростанции, ветряные станции. А также энергию солнца, получаемую за счет солнечных батарей. Возможно, человек сможет использовать энергию молнии.

Гроза является одним из видов осадков, при которых в облаках и под ними появляются электрические разряды – молнии, сопровождающиеся раскатами грома [1].

Данное природное явление довольно опасно. Ведь совместно с ним в большинстве случаев возникают шквальные ветра, ливневые дожди и град, которые могут повлечь за собой как мелкие, так и значительные разрушения [1].

Во всем мире в каждый момент времени активны около полутора тысяч гроз, каждую секунду молния касается поверхности Земли 40 – 50 раз [2].

Грозовая энергетика – это пока лишь теоретическое и достаточно перспективное направление, суть которого заключается в перенаправлении энергии молний в электросеть. Данный источник является нескончаемым ресурсом, то есть возобновляемым, и экологически безвредным [2].

Молния – сложный электрический процесс, проявляющийся вспышкой. Вначале из кучевого облака к земле обращается разряд – лидер, образованный электронными лавинами, которые соединяются, формируя разряды-стримеры. Разряд-лидер оставляет после себя горячий ионизированный канал, по которому возвращается главный разряд молнии, вырванный с поверхности планеты мощным электрическим полем [2]. Такие манипуляции за короткий промежуток времени совершаются неоднократно, хотя для человеческого глаза это выглядит как однократное действие.

Один разряд молнии может достигать достаточно больших величин силы тока и напряжения, что говорит о таких же больших значениях мощности – от 1 до 1000 ГВт. Количество электричества, расходуемого молнией при разряде – от 10 до 50 Кл. По некоторым данным, полученным в результате исследований, было установлено, что при одной мощной грозе можно обеспечить 20 минутное потребление энергии жителей США [3].

Впервые об небесном электричестве задумался еще Бенджамин Франклин во время запуска воздушного змея в облако. 11 октября 2006 года компания «Alternative Energy Holdings» объявила об удачном развитии прототипа модели, способного «улавливать» молнии и преобразовывать их в электроэнергию.

Использование такого рода установки поспособствует не только устранению некоторых экологических угроз, но также уменьшению стоимости на производство энергии. Ее окупаемость была оценена в 4 – 7 лет.

В том же году специалисты спутника NASA «Миссия измерения тропических штормов» обнародовали результаты исследований, из которых стало известно о существовании районов, где зафиксированное количество ударов молний в год на квадратный километр площади достигает 70 ударов. Следовательно, грозовая энергетика имеет свое будущее [4].

В настоящее время грозовая энергия активно исследуется, что дает надежду на появление в больших количествах грозовых электростанций на основе чистой энергии.  Грозовая электростанция являет собой классическую электростанцию, преобразующую энергию источника, а именно молниевую энергию, в электричество.

По сути, молния содержит то же электричество, но фактические параметры его заряда настолько велики, что если его подать в сеть, то все оборудование сгорит.

Во избежание данной ситуации в систему вводят мощные конденсаторы, трансформаторы и различного рода преобразователи, необходимые для достижения требуемых параметров оборудования и электросетей.

Строительство грозовых электростанций имеет как достоинства: станция не выбрасывает в окружающую среду никакого рода вредностей, оборудование не бросается в глаза, выработка энергии постоянна, так и недостатки: грозовое электричество трудно запасать, высокое напряжение в системах может быть опасным для обслуживающего персонала, такой вид энергии может служить только дополнением к другим источникам энергии.

Дальнейшему развитию этого направления существенно препятствуют следующие ключевых аспекты [5 с.908]:

—     Данный источник получения энергии является ненадежным, так как наперед предсказать место и время грозы невозможно.

—     Непродолжительность разряда, при которой возникает необходимость в считанные секунду прореагировать и «уловить» его.

—     Непостоянство мощности зарядов из-за чего могут возникнуть проблемы с преобразованием и распределением тока. В среднем молнии имеют мощность от 5 до 20 кА, но бывают всплески, сила тока которых достигает 200 кА [6]. И каждый из зарядов нужно привести к показателю 200 В и 50 – 60 Гц переменного тока.

—     Проблемы с «поимкой» молнии. Из–за низкой плотности заряженных ионов создается большое сопротивление воздуха. «Поймать» молнию можно с использованием ионизированного электрода, который нужно максимально поднять над поверхностью земли (он может «ловить» энергию исключительно в виде микротоков). Если поднять электрод слишком близко к наэлектризованным тучам, то это спровоцирует создание молнии, то есть получится мощная кратковременная вспышка, которая приведет к поломке оборудования.

—     Дороговизна всей системы. Грозовая энергетика благодаря своей специфичности и переменчивости, предполагает использование разнообразного оборудования, которое требует больших затрат.

Таким образом, в настоящее время грозовая энергетика достаточно ненадежна и уязвима. Однако, несмотря на все сложности она не утрачивает своей значимости при переходе на альтернативные источники энергии. Возможно, со временем человечеству удастся значительно продвинуться в исследовании данного направления и в ближайшем будущем начать перерабатывать молниевую энергию.

Библиографический список

  1. Гроза – опасное природное явление [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://naturae.ru/atmosfera-zemli/atmosfernye-yavleniya/groza.html- Загл. с экрана.
  2. Грозовая энергетика как перспективный источник энергии [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://ekoenergia.ru/grozovaya-energiya/grozovaya-energetika.html-Загл. с экрана.
  3. Небесное электричество – интересные факты о молниях [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://top-voprosov.ru/articles/nebesnoe-elektrichestvo-interesnye-fakty-o-molniyah-Загл. с экрана.
  4. Грозовая энергетика [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ru.alternative-energy.com.ua/vocabulary/грозовая-энергетика/- Загл. с экрана.
  5. Кузнецов Д.А. Возможности развития современной грозовой энергетики // Международный студенческий научный вестник.
    2017. № 4. С.905-909.
  6. Сеть грозопеленгации в реальном времени [Электронный ресурс] – Режим доступа:  http://ru.blitzortung.org/live_lightning_maps.php-Загл. с экрана.

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Богданова Алина Александровна»

молниевая электростанция как способ утилизации энергии молний и устройство для его осуществления

МЭС: молниевая электростанция как способ утилизации энергии молний и устройство для его осуществления

  • Авторы
  • Руководители
  • Файлы работы
  • Наградные документы

Сорокина Д.А. 1Максименков М.И. 2Скаверко Ю.В. 2

1МОУ Лицей № 11 Ворошиловского района Волгограда, 10 класс

2МОУ Лицей № 11 Ворошиловского района Волгограда

Зубрилина С. А. 1

1МОУ Лицей № 11 Ворошиловского района Волгограда

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение.

 

Если молния освещает все небо, почему не может осветить весь дом? Исходя из того, что есть возможность истощения запасов ресурсов естественного топлива (нефтяные, газовые и др) с течением временем, проводятся работы, связанные с поиском альтернативных источников энергии. Один из них -это грозовая энергетика.
Грозовая энергетика является способом, позволяющим получать энергию на базе того, что фиксируется и перенаправляется энергия молний в электрические сети. Указанный тип энергетики базируется на возобновляемом источнике энергии. Молния является большим искровым электрическим разрядом, который появляется в атмосфере. Значение величины тока при разряде молний может достичь до нескольких десятков и даже сотен тысяч ампер, а значение величины напряжения – до миллионов вольт.
Изучив опыт американских ученых, мы пришли к выводу, чтобы накапливать электрическую энергию от молнии необходимо в электростанции установить оборудование не для накапливания электроэнергии(т.к. таких конденсаторов еще не существует), а использовать часть преобразованной энергии для работы маховика, а остальную накапливать в конденсаторе.
Если удастся создать грозовую энергетическую станцию, то в местах, где это будет возможно, люди получат экологически чистую энергию, и человечество сможет подчинить ещё один из неисследованных ресурсов.

Основная часть

Параметры молнии.

Десятки тысяч «бесплатных» и экологически чистых ампер, пусть и развиваемых в течении тысячных долей секунды, — слишком заманчивый источник энергии, чтобы отмахнуться от этой затеи. Каждый когда-нибудь задумывался: а нельзя ли как-то молнии ловить и переправлять в энергетические сети? Дабы питать холодильники. Лампочки прочие приборы. Разговоры о таких станциях ведутся уже много лет, но не исключено, что скоро мы увидим действующий образец «сборщика молний». Мо́лния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, который проявляется яркой вспышкой света с сопровождением грома. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 10-500 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт. Мощность разряда — от 1 до 1000 ГВт. Количество электричества, расходуемого молнией при разряде — от 2 до 10 кулон.

Технический результат проекта.

Сущность проекта заключается в том,что устройство отбора атмосферного электричества и защиты объектов от удара молнии, содержит молниеприемник, изолированный от земли и электрически соединенный с обмоткой тороидального трансформатора. Обмотка трансформатора последовательно соединена с колебательным контуром. Колебательный контур включает в себя рабочую индуктивность и конденсатор, настроенного на промышленную частоту. Энергию подают на маховик для механической работы или накапливают.

М олниеприемник.

Молниеприемником служит металлическая труба, электрически соединенная одним концом с обмоткой трансформатора, другой заземлен. Использование в качестве молниеприемника трубы позволит в наибольшей степени снизить вероятность прорыва молнии. В трубу снизу вставлен цилиндрический толстостенный стакан из материала с большой диэлектрической проницаемости. Импульсный ток молнии воспринимается тороидальным трансформатором, расположенным вокруг снижения заземленного молниеприемника, в котором возникает импульсная ЭДС, соединенным с выпрямителем и накопительным конденсатором. Стартовый тороидальный трансформатор, многоярусной конструкции, позволяет снизить напряжение молнии.

П уть в контуре.

Принцип работы системы представлен на фиг. 1, где L1 — стартовый тороид, L — рабочая индуктивность, Lтр — трансформатор тока, С, Ср — конденсаторы электрические, М — маховик или иная механическая нагрузка.

При ударе молнии через снижение при напряжении 106 В протекает импульсный ток величиной порядка (0.5-1) 106 A за время Δt≈10-3 с.

Этот ток создает импульсное магнитное поле, силовые линии которого есть окружности, плоскости которых ортогональны снижению, а центры совпадают со снижением. По силовым линиям располагается стартовый тороид L1 радиуса r, в котором возникает импульсная ЭДС Е0, производя ударное возбуждение контура (L1+L, C, R).
Возникающий в контуре ток i создает свое магнитное поле и в трансформаторе тока Lтр энергия поля трансформируется в ЭДС Е, которая питает асинхронный двигатель переменного тока, включенный по схеме последовательного резонанса через конденсатор Ср.  Двигатель либо совершает механическую работу по повышению потенциальной энергии жидкости или газа посредством насоса, или раскручивает маховик М, в котором происходит утилизация энергии в механической форме.
Двигатель должен работать длительное время, что предполагает высокую добротность контура и в свою очередь требует величины индуктивности порядка сотен Гн, а электрического сопротивления — доли или единицы Ом. Так как при импульсном воздействии при столь больших индуктивностях величина импульсной ЭДС может оказаться чрезвычайно большой и вызвать пробой обмоток и конденсатора, а также создать вторичные молнии, общая индуктивность разбивается на две части.
Стартовая индуктивность L1 выбирается значительно меньшей величины, чем рабочая L, величина которой составляет несколько сотен Гн, но располагается так, что магнитосцепление ее с основным магнитным полем снижения отсутствует.
Для повышения энергетической эффективности установки конструкцию установки утилизации энергии молнии выполняют многоярусной по высоте снижения молниеотвода, т. е. при одном ударе молнии энергия заканчивается через отдельные тороидальные трансформаторы в несколько резонасных контуров, следовательно, в несколько двигателей одновременно.

Предварительные параметры.

Расчет грозовой электростанции рассчитан, в первую очередь, на определение выходной мощности. Ведь задача любой электростанции заключается в максимальной энергетической эффективности, чтобы окупить средства на эксплуатацию и установку, а также производство электроэнергии. Чем выше количество выходной энергии, тем больший доход она принесет, и большее количество объектов будет ею обслужено. Так как основой входящей энергии грозовой электростанции является грозовой разряд, то, благодаря схожести его состава с выходной электроэнергией, расчет мощности электростанции практически эквивалентен мощности заряда молнии за исключением внутренних потерь.

U(напряжение на обмотке трансформатора) = 75 кВ

Р(мощность на обмотке трансформатора)= 225 ГВт

S(сечение медного провода для тт) = 50 кв. мм

n(число витков) =1000

l(длина провода)=2500м

R(сопротивление провода)= 1 Ом

Рвых=29 кВт (максимальная мощность которую может отдать установка)

Преимущества и недостатки.
Преимущества грозовых электростанций:

Грозовая электростанция не выбрасывает в окружающую среду никаких загрязнителей.
Оборудование грозовых станций не бросается в глаза. Тороидальный трансформатор находится высоко , и не занимает большой площади на Земле.

Недостатки грозовых электростанций:
Грозовое электричество, как и энергию солнца или ветра, трудно запасать.
Высокое напряжение в системах грозовых электростанций может быть опасным для обслуживающего персонала.
Общее количество электроэнергии, которую можно получать из атмосферы, ограниченно.
В лучшем случае грозовая энергетика может служить лишь незначительным дополнением к другим источникам энергии.
Таким образом, грозовая энергетика в настоящее время достаточно ненадежна и уязвима. Однако это не уменьшает ее значимости в пользу перехода на АИЭ. Некоторые районы планеты насыщены благоприятными условиями, что может значительно продолжить изучение грозовых явлений и получение из них необходимого электричества.

Использование в жизни.

Медведицкая гряда, расположенная не далеко от города Жирновск в Волгоградской области, является аномальной зоной из-за большого кол-ва ударов молнии в год. МЭС построенная на территории Медведицкой гряды может являться не только предприятием по преобразованию электроэнергии от молнии, но и туристическим объектом. С 2008 года в районе Медведицкой гряды усилилась молниевая и грозовая интенсивность. По данным ученых на участке радиуса 3 км были обнаружены десятки молниевых дорожек и кратеров. Данный проект (МЭС) позволил бы вырабатывать электроэнергию в чистом виде в данном районе, например для снабжения энергией турбазы.

Расчет грозовой электростанции рассчитан, в первую очередь, на определение выходной мощности. Ведь задача любой электростанции заключается в максимальной энергетической эффективности, чтобы окупить средства на эксплуатацию и установку, а также производство электроэнергии. Чем выше количество выходной энергии, тем больший доход она принесет, и большее количество объектов будет ею обслужено. Так как основой входящей энергии грозовой электростанции является грозовой разряд, то, благодаря схожести его состава с выходной электроэнергией, расчет мощности электростанции практически эквивалентен мощности заряда молнии за исключением внутренних потерь.

Турбаза с количеством туристов 50 человек.

6430,623 кВт час – в год на человека

1607 кВт час – на 1 человека в летний сезон( 3 месяца)

80382,8 кВт час – вся турбаза за весь летний сезон

За один удар молнии МЭС покроет потребление электроэнергией одного месяца работы турбазы.

Заключение.

В процессе работы над проектом сделаны выводы об истощении ресурсов планеты и загрязнении атмосферы и поверхности земли в процессе их переработки и добычи. Кроме того, рассмотрены основные виды замены вредного производства на более щадящее путем выработки энергии из чистых природных источников таких, как вода, приливы, Солнце и др.
В проекте рассматривается возможность использования энергии грозовых разрядов для преобразования их в электроэнергию. Выполнены расчеты по количеству и стоимости грозового разряда. Однако данные расчеты относительны. Ведь энергия молнии расходуется на атмосферные процессы, и лишь ее небольшая часть добирается до электростанции.

Используемая литература:
1. Википедия.

2. Баланчевадзе В.И., Барановский А.И. и др. Энергетика сегодня

3. Шефтер Я.И. Использование энергии.
4. Шейдлин А.Е. Новая энергетика

5. Юдасин Л. С. Энергетика: проблемы и надежды

 

Просмотров работы: 250

Молниеносные энергетические услуги

Компания Lightning Energy Services, основанная в Бриджпорте, Западная Виргиния, в 2011 году, занимается исключительно предоставлением безопасных и надежных услуг по бурению, цементированию и перекачиванию в бассейнах Марселлус и Ютика. Основанная на философии предоставления непревзойденного обслуживания клиентов, Lightning Energy быстро стала признанным поставщиком отраслевых услуг для нефтяной и газовой промышленности в Западной Вирджинии, Пенсильвании и Огайо

.

Прокрутите вниз для получения дополнительной информации

В Lightning мы гордимся тем, что предоставляем исключительный сервис для каждой работы. Длинный список постоянных клиентов свидетельствует о высоком качестве наших услуг.

Сверление

В Lightning Energy Services мы предлагаем ряд услуг и оборудования для эффективной установки проводников и установки мышиных нор/якорей/подвалов. Наш надежный и знающий персонал на местах и ​​управленческая команда могут помочь найти правильное решение с бесчисленным многолетним опытом. Мы предлагаем полностью интегрированные буровые установки, которые помогут вам сэкономить деньги на более крупных вертикальных и горизонтальных буровых установках. Наши услуги по бурению включают в себя:
Компания Lightning Energy Services предлагает широкий спектр услуг и оборудования, в том числе шнековые установки SR 30 для эффективной установки проводников и установки в норах/анкерах/подвалах. Наш надежный и знающий персонал на местах и ​​управленческая команда могут помочь найти правильное решение с бесчисленным многолетним опытом. Мы предлагаем полностью интегрированные буровые установки, которые помогут вам сэкономить деньги на более крупных вертикальных и горизонтальных буровых установках.

Цемент

Lightning Energy располагает подходящей командой, опытом и оборудованием, чтобы стать вашим ведущим поставщиком услуг по цементированию, перекачиванию и смешиванию. Мы понимаем важность надлежащих услуг по цементированию на вашей строительной площадке и стремимся выполнять работу точно и своевременно, чтобы обеспечить успех вашего проекта. Мы гордимся тем, что поддерживаем и обслуживаем наше оборудование, чтобы гарантировать, что мы остаемся в рабочем состоянии во время вашего проекта, и гарантировать, что мы минимизируем любые возможные простои. Наши услуги по цементированию сосредоточены на двух основных аспектах нефтяного месторождения: в частности, на цементировании обсадных колонн, цементных пробок и ликвидации скважин.

Насосное оборудование

Компания Lightning Energy Services является лидером в предоставлении разнообразных насосных услуг для нефтегазовой отрасли. Мы тесно сотрудничаем с нашими клиентами для разработки решений и подходов на местах для обеспечения надлежащей добычи скважин, а также для обеспечения безопасности сотрудников и наших клиентов. Предоставляя ряд услуг по нагнетанию давления, наша команда имеет опыт в предоставлении услуг по откачиванию, бурению, подготовке пальцев, кислотной ремедиации и помощи в установке ГНКТ. Знания нашей команды об этих услугах гарантируют, что Lightning Energy Services станет вашим лидером в отрасли.

В Lightning Energy Services безопасность является нашим главным приоритетом. Мы обеспечиваем ряд требований безопасности и обучение, которые не только соответствуют всем отраслевым стандартам, но и превосходят их. Мы очень серьезно относимся к безопасности нашей команды, рабочих площадок и клиентов и принимаем все меры для обеспечения соблюдения наших требований безопасности на каждой рабочей площадке.

Стремясь к безопасности, мы являемся членами нескольких отраслевых организаций, включая ISNetworld, PEC Safety, включая SafeLandUSA, и Avetta (ранее PICS Auditing).

Мы также проводим строгую политику нулевой терпимости к наркотикам и алкоголю, включая тестирование перед приемом на работу и выборочное тестирование на наркотики.

Lightning Energy Services также имеет штат сертифицированного инструктора по технике безопасности PEC, который может провести необходимое обучение для получения базовой ориентации PEC и допуска PEC h3S.

Имя

Должность

Энтони Дин

Президент по операциям

Том Бак

Финансы

Майк Воркман

Безопасность/DOT

Тина Кэмпбелл

Отдел кадров

Лидия Уильямс

Корпоративные продажи

Crystal Miller

Корпоративные продажи

Боб Конрад Технический отдел

23