Как да получите енергия от мълния. Алтернативни източници на енергия

Една от първите компании, които използват енергия от гръмотевични облаци, е американската компания Alternative Energy Holdings. Тя предложи начин за използване на безплатна енергия чрез събирането и използването й, произтичаща от електрически разряди на гръмотевични облаци. Експерименталната установка стартира през 2007 г. и беше наречена „колектор на мълнии“. Развитието и изследването на гръмотевичните бури съдържа огромно натрупване на енергия, която американска компания предложи да използва като източник на електричество.

светкавична електроцентрала

Светкавичната електроцентрала всъщност е класическа електроцентрала, която преобразува енергията на мълния в електричество. В момента силата на мълнията се проучва активно и е възможно в близко бъдеще електроцентралите с мълния да се появят в голям брой заедно с други електроцентрали за чиста енергия.

Мълнията като източник на светкавични вълни

Гръмотевичните бури са електрически разряди, които се натрупват в големи количества в облаците. Поради въздушните течения в гръмотевичните облаци положителните и отрицателните заряди се натрупват и разделят, въпреки че проблемите по тази тема все още се проучват.

Едно от широко разпространените предположения за образуването на електрически заряди в облаците се дължи на факта, че този физически процес протича в постоянно електрическо поле на земята, което е открито от М. В. Ломоносов по време на експерименти.

Ориз. 3.1.

Нашата планета винаги има отрицателен заряд, докато напрегнатостта на електрическото поле близо до земната повърхност е около 100 V/m. Тя се дължи на зарядите на земята и зависи малко от времето на годината и деня и е почти еднаква за всяка точка на земната повърхност. Въздухът около Земята има свободни заряди, които се движат по посока на електрическото поле на Земята. Всеки кубичен сантиметър въздух близо до земната повърхност съдържа около 600 двойки положително и отрицателно заредени частици. С отдалечаване от земната повърхност плътността на заредените частици във въздуха нараства. Близо до земята проводимостта на въздуха е ниска, но на разстояние 80 км от земната повърхност се увеличава 3 милиарда пъти и достига проводимостта на сладката вода.

По този начин, по отношение на електрическите свойства, Земята със заобикалящата я атмосфера може да бъде представена като сферичен кондензатор с колосални размери, чиито плочи са Земята и проводящ слой въздух, разположен на разстояние 80 км от земната повърхност. Изолационен слой между тези плочи е слой от въздух с ниска електрическа проводимост с дебелина 80 km. Между плочите на такъв кондензатор напрежението е около 200 kV, а токът, преминаващ под въздействието на това напрежение, е 1,4 kA. Мощността на кондензатора е около 300 MW. В електрическото поле на този кондензатор в диапазона от 1 до 8 km от земната повърхност се образуват гръмотевични облаци и се появяват гръмотевични бури.

Мълнията, като носител на електрически заряди, е най-близкият източник до електричество, в сравнение с други AES. Зарядът, който се натрупва в облаците, има потенциал от няколко милиона волта спрямо повърхността на Земята. Посоката на тока на мълнията може да бъде както от земята към облака, с отрицателен заряд на облака (в 90% от случаите), така и от облака към земята (в 10% от случаите). Продължителността на разряда на мълния е средно 0,2 s, рядко до 1 ... 1,5 s, продължителността на предния фронт на импулса е от 3 до 20 μs, токът е няколко хиляди ампера, до 100 kA, мощното магнитно поле и радиовълните. Мълния може да се образува и по време на прашни бури, снежни бури, вулканични изригвания.

алтернативна енергия мълния електроцентрала

Принципът на работа на светкавична електроцентрала

Въз основа на същия процес като другите електроцентрали: преобразуване на източника на енергия в електричество. Всъщност мълнията съдържа същото електричество, тоест нищо не трябва да се преобразува. Въпреки това, горните параметри на „стандартния“ разряд на мълния са толкова големи, че ако това електричество попадне в мрежата, тогава цялото оборудване просто ще изгори за няколко секунди. Поради това в системата се въвеждат мощни кондензатори, трансформатори и различни видове преобразуватели, които регулират тази енергия към необходимите условия на използване в електрически мрежи и оборудване.

Предимства и недостатъци на светкавична електроцентрала

Предимства на светкавичните електроцентрали:

Наземно-йоносферният суперкондензатор постоянно се презарежда с помощта на възобновяеми енергийни източници - слънцето и радиоактивните елементи на земната кора.

Светкавичната електроцентрала не отделя никакви замърсители в околната среда.

Оборудването на светкавичните станции не е поразително. Балоните са твърде високи, за да се видят с просто око. За да направите това, имате нужда от телескоп или бинокъл.

Светкавичната електроцентрала е в състояние да генерира енергия непрекъснато, ако топките се държат във въздуха.

Недостатъци на светкавичните електроцентрали:

Електричеството от мълнии, подобно на слънчевата или вятърната енергия, е трудно за съхраняване.

Високите напрежения в светкавичните системи могат да бъдат опасни за обслужващия персонал.

Общото количество електричество, което може да се получи от атмосферата, е ограничено.

В най-добрия случай силата на мълнията може да служи само като маргинална добавка към други източници на енергия.

По този начин енергията от мълнии в момента е доста ненадеждна и уязвима. Това обаче не намалява значението му в полза на преминаването към AIE. Някои области на планетата са наситени с благоприятни условия, които могат значително да продължат изучаването на гръмотевичните бури и производството на необходимото електричество от тях.

Днес целият свят е снабден с електричество чрез изгаряне на въглища и газ (изкопаеми горива), използване на водния поток и контрол на ядрена реакция. Тези подходи са доста ефективни, но в бъдеще ще трябва да ги изоставим, обръщайки се към такава посока като алтернативна енергия.

Голяма част от тази нужда се дължи на факта, че изкопаемите горива са ограничени. В допълнение, традиционните методи за производство на електроенергия са един от факторите за замърсяване на околната среда. Ето защо светът се нуждае от "здравословна" алтернатива.

Предлагаме нашата версия на ТОП на нетрадиционните начини за генериране на енергия, която в бъдеще може да се превърне в заместител на конвенционалните електроцентрали.

7 място. Разпределена енергия

Преди да разгледаме алтернативните източници на енергия, нека анализираме една интересна концепция, която може да промени структурата на енергийната система в бъдеще.

Днес електричеството се произвежда в големи станции, прехвърля се към разпределителните мрежи и се доставя до домовете ни. Разпределеният подход предполага постепенен отказ от централизирано производство на електроенергия. Това може да се постигне чрез изграждане на малки енергийни източници в непосредствена близост до потребителя или потребителската група.

Като източници на енергия могат да се използват:

• микротурбинни електроцентрали;
• газотурбинни електроцентрали;
• парни котли;
• слънчеви панели;
• вятърни мелници;
• термопомпи и др.

Такива мини електроцентрали за дома ще бъдат свързани към обща мрежа. Там ще тече излишък от енергия и ако е необходимо, електрическата мрежа ще може да компенсира липсата на енергия, например, когато слънчевите панели работят по-лошо поради облачно време.

Въпреки това, прилагането на тази концепция днес и в близко бъдеще е малко вероятно, ако говорим за глобален мащаб. Това се дължи основно на високата цена на прехода от централизирана към разпределена енергия.

6-то място. Енергия на гръмотевична буря

Защо да генерирате електричество, когато можете просто да го "хванете" от нищото? Средно един удар на мълния е 5 милиарда J енергия, което е еквивалентно на изгаряне на 145 литра бензин. Теоретично електроцентралите с мълнии ще намалят разходите за електроенергия в пъти.

Всичко ще изглежда така:станциите са разположени в райони с повишена гръмотевична активност, "събират" разряди и акумулират енергия. След това енергията се подава в мрежата. Можете да хванете мълния с помощта на гигантски гръмоотводи, но основният проблем остава - да натрупате възможно най-много енергия на мълнията за част от секундата. На настоящия етап суперкондензаторите и преобразувателите на напрежение са незаменими, но в бъдеще може да се появи по-деликатен подход.

Ако говорим за електричество "от въздуха", не можем да си спомним привържениците на формирането на безплатна енергия. Например Никола Тесла по едно време по общо мнение демонстрираха устройство за получаване на електрически ток от етера за работа на автомобил.

5-то място. Изгаряне на възобновяемо гориво

Вместо въглища, централите могат да изгарят т.нар. биогориво ". Това са преработени растителни и животински суровини, отпадъчни продукти от организми и някои промишлени отпадъци от органичен произход. Примерите включват конвенционални дърва за огрев, дървесен чипс и биодизел, който се намира на бензиностанциите.

В енергетиката най-често се използва дървесен чипс. Събира се при дърводобив или дървообработване. След смилане се пресова в горивни пелети и се изпраща в топлоелектрическите централи в тази форма.

До 2019 г. в Белгия трябва да приключи изграждането на най-голямата електроцентрала, която ще работи на биогорива. Според прогнозите той ще трябва да произвежда 215 MW електроенергия. Това е достатъчно за 450 000 домове.

Интересен факт!Много страни практикуват отглеждането на така наречената „енергийна гора“ – дървета и храсти, които са най-подходящи за енергийни нужди.

Дали алтернативната енергетика ще се развие в посока биогорива все още е малко вероятно, защото има по-обещаващи решения.

4 място. Приливни и вълнови електроцентрали

Традиционните водноелектрически централи работят на следния принцип:

1. Водното налягане се подава към турбините.
2. Турбините започват да се въртят.
3. Ротацията се предава на генератори, които генерират електричество.

Изграждането на водноелектрическа централа е по-скъпо от ТЕЦ и е възможно само на места с големи запаси от водна енергия. Но основният проблем е увреждането на екосистемите поради необходимостта от изграждане на язовири.

Приливните електроцентрали работят на подобен принцип, но използвайте силата на приливите и отливите, за да генерирате енергия.

"Водните" видове алтернативна енергия включват такава интересна посока като вълновата енергия. Същността му се свежда до генериране на електроенергия чрез използване на енергията на океанските вълни, която е много по-висока от тази на приливите. Най-мощната вълнова електроцентрала днес е Pelamis P-750 , който генерира 2,25 MW електрическа енергия.

Люлеейки се на вълните, тези огромни конвектори ("змии") се огъват, в резултат на което хидравличните бутала започват да се движат вътре. Те изпомпват масло чрез хидравлични двигатели, които от своя страна въртят електрически генератори. Полученото електричество се доставя до брега чрез кабел, който е положен по дъното. В бъдеще броят на конвекторите ще бъде многократно увеличен и станцията ще може да генерира до 21 MW.

3-то място. Геотермални станции

Алтернативната енергетика е добре развита в геотермално направление. Геотермалните станции генерират електричество, като всъщност преобразуват енергията на земята или по-скоро топлинната енергия на подземни източници.

Има няколко вида такива електроцентрали, но във всички случаи те се основават на едно и също принцип на работа: парата от подземен източник се издига през кладенеца и върти турбина, свързана с електрически генератор. Днес често срещана практика е водата да се изпомпва в подземен резервоар на голяма дълбочина, където се изпарява под въздействието на високи температури и навлиза в турбините под формата на пара под налягане.

Райони с голям брой гейзери и открити термални извори, които се нагряват поради вулканична дейност, са най-подходящи за целите на геотермалната енергия.

И така, в Калифорния има цял геотермален комплекс, наречен " Гейзери ". Обединява 22 станции с мощност 955 MW. Източникът на енергия в случая е магмена камера с диаметър 13 км на дълбочина 6,4 км.

2-ро място. вятърни паркове

Вятърната енергия е един от най-популярните и обещаващи източници за производство на електроенергия.

Принципът на работа на вятърния генератор е прост:

• лопатките се въртят под въздействието на силата на вятъра;
• въртенето се предава на генератора;
• генераторът произвежда променлив ток;
• Получената енергия обикновено се съхранява в батерии.

Мощността на вятърния генератор зависи от обхвата на лопатките и височината му. Поради това те се монтират на открити площи, полета, хълмове и в крайбрежната зона. Инсталациите с 3 лопатки и вертикална ос на въртене работят най-ефективно.

Интересен факт!Всъщност вятърната енергия е вид слънчева енергия. Това се обяснява с факта, че ветровете възникват поради неравномерно нагряване на земната атмосфера и повърхност от слънчевите лъчи.

За да направите вятърна мелница, не са необходими задълбочени инженерни познания. Така че много занаятчии биха могли да си позволят да се изключат от общата електрическа мрежа и да преминат към алтернативна енергия.

Vestas V-164 е най-мощната вятърна турбина днес. Той генерира 8 MW.

За производството на електроенергия в индустриален мащаб се използват вятърни паркове, състоящи се от много вятърни мелници. Най-голямата електроцентрала е Алта разположен в Калифорния. Капацитетът му е 1550 MW.

1 място. Слънчеви електроцентрали (SPP)

Слънчевата енергия има най-големи перспективи. Технологията за преобразуване на слънчевата радиация с помощта на фотоклетки се развива от година на година, ставайки все по-ефективна.

В Русия слънчевата енергия е сравнително слабо развита. Някои региони обаче показват отлични резултати в тази индустрия. Да вземем например Крим, където работят няколко мощни слънчеви електроцентрали.

Може да се развие в бъдеще космическа енергия. В този случай слънчевите електроцентрали ще бъдат построени не на повърхността на земята, а в орбитата на нашата планета. Най-важното предимство на този подход е, че фотоволтаичните панели ще могат да получават много повече слънчева светлина, т.к. това няма да бъде възпрепятствано от атмосферата, времето и сезоните.

Заключение

Алтернативната енергия има няколко обещаващи направления. Постепенното му развитие рано или късно ще доведе до изместване на традиционните методи за производство на електроенергия. И не е необходимо само една от изброените технологии да се използва в целия свят. Вижте видеоклипа по-долу за повече информация.

Обикновено, когато се говори за алтернативна енергия, те традиционно имат предвид инсталации за производство на електрическа енергия от възобновяеми източници – слънчева светлина и вятър. С всичко това статистиката изключва производството на електроенергия във водноелектрически централи, станции, които използват силата на морските и океанските приливи и отливи, както и геотермални електроцентрали. Въпреки това, тези енергийни източници също се считат за възобновяеми. Но те са класически, те се използват в индустриален мащаб от много години.

Алтернативният източник на енергия се счита за възобновяем ресурс, той замества класическите енергийни източници, работещи с нефт, добиван природен газ и въглища, които при изгаряне отделят въглероден диоксид в атмосферата, което допринася за увеличаване на парниковия ефект и глобалното затопляне .
Основната причина за търсенето на алтернативни източници на енергия е необходимостта да се получи от енергията на възобновяеми или практически неизчерпаеми природни ресурси и явления. Освен всичко друго, може да се вземе предвид екологичността и икономичността.

Като основни източници на енергия за този тип системи се считат енергията на слънцето, вятъра и естественото състояние на почвата на земната повърхност (за термалните помпи с наземни източници). Използвайки възобновяеми енергийни източници, ние значително влияем върху екологията и енергийната криза на Земята, също така получаваме автономност от конвенционалните видове енергия, значителни икономии на разходи и увереност в бъдещето.

Индустрии за алтернативна енергия

Слънчева енергия

Слънчевите централи са едни от най-разпространените на планетата, работят в повече от 80 страни по света и използват неизчерпаем източник на енергия – слънчевата светлина.
При производството на електроенергия, а при необходимост и на топлина за отопление на жилищни помещения и топла вода, те практически не увреждат околната среда.

Слънчевата енергия е много зависима от времето и времето на деня: в облачен ден и особено през нощта не може да се получи електричество. Налага се да придобиваме акумулаторни батерии, което умножава разходите за инсталиране на слънчеви панели, например в страната, и създава неблагоприятни моменти за околната среда поради необходимостта от изхвърляне на същите използвани батерии.
Освен фотоволтаичните клетки и фотобатериите широко приложение намират и слънчевите колектори и слънчевите бойлери, които се използват както за загряване на вода за отопление, така и за производство на електричество.
Германия, Япония и Испания се смятат за лидери в популяризирането на слънчевата енергия. Ясно е, че южните сили имат превъзходство тук, където слънцето горещо огрява практически както през зимата, така и през лятото.

Вятърната енергия

Вятърната енергия се класифицира като възобновяема енергия, тъй като се счита за следствие от активността на Слънцето. Вятърната енергия се смята за процъфтяваща индустрия. До началото на 2014 г. общият капацитет на всички вятърни турбини беше приблизително 320 гигавата!
Първите пет в производството на вятърна енергия в света са Китай, САЩ, Германия, Дания и Португалия.
Тук отново почти всичко зависи от метеорологичните условия: в някои държави вятърът не стихва нито за миг, в други, напротив, през повечето време е тихо.

Вятърната енергия има както значителни предимства, така и също толкова значителни недостатъци. В сравнение със слънчевите панели, "вятърните мелници" са евтини и не зависят от времето на деня, поради което често се срещат в крайградските райони. Има само един съществен минус за вятърните турбини - те са доста шумни. Инсталирането на такова оборудване ще трябва да бъде съгласувано не само с роднини, но и с жителите на близките къщи.

геотермална енергия

В райони с вулканична активност, където подпочвените води могат да се нагреят над точката на кипене, е оптимално да се изградят геотермални топлоелектрически централи (ГеоТЕЦ).
Използва се както за подгряване на вода за отопление, така и за производство на електроенергия. Геотермалните централи генерират по-голямата част от електроенергията в Централна Америка, Филипините, Исландия; Исландия, наред с други неща, е пример за сила, където термалните води се използват широко за отопление и отопление.

Голям плюс на геотермалната енергия е нейната действителна неизчерпаемост и абсолютна автономност от условията на околната среда, времето на деня и годината.
Има следните основни възможности за използване на топлината на земните дълбини. Вода или смес от вода и пара, в зависимост от температурата им, може да бъде насочена за топла вода и топлоснабдяване, за производство на електричество или за всички тези цели наведнъж. Високотемпературната топлина на близкия вулканичен регион и сухите скали е желателно да се използва за производство на електроенергия и топлоснабдяване. Дизайнът на станцията зависи от това кой източник на геотермална енергия се използва.
Основният проблем, който възниква при използването на подземни термални води, е необходимостта от повтарящ се цикъл на приток (инжектиране) на вода (традиционно изтощена) в подземния водоносен хоризонт. Термалните води съдържат много соли на различни токсични метали (например бор, олово, цинк, кадмий, арсен) и химични съединения (амоняк, хидроксибензоли), което изключва изхвърлянето на тези води в естествени водни системи, разположени на повърхността.

Алтернативна хидроенергия

Нестандартното използване на водните ресурси на планетата за генериране на енергия включва три вида електроцентрали: вълнови, приливни и водопадни. В същото време първите се считат за най-обещаващи: средната мощност на вълната на световния океан се оценява на 15 kW на метър, а при височина на вълната над два метра пиковата мощност може да достигне до 80 kW / м.
Основната характеристика на вълновите електроцентрали е трудността да се преобразува движението на вълните "нагоре и надолу" във въртенето на диска на генератора, но съвременните разработки постепенно намират решения на този проблем.

Приливните електроцентрали имат значително по-малка мощност от вълновите, но са много по-лесни и удобни за изграждане в крайбрежната зона на моретата. Гравитационните сили на Луната и Слънцето заместват нивото на водата в морето два пъти на ден (разликата може да достигне 2 десетки метра), което прави възможно използването на енергията на приливите и отливите за генериране на електричество.

биогориво

Биогориво - гориво от растителни или животински суровини, от отпадъчни продукти на организми или органични промишлени отпадъци. Има течни биогорива (за двигатели с вътрешно горене, например етанол, метанол, биодизел), твърди биогорива (дърва за огрев, брикети, горивни пелети, дървесен чипс, трева, люспи) и газообразни (синтезиран газ, биогаз, водород).
Течните, твърдите и газообразните биогорива могат да заменят не само конвенционалните източници на електроенергия, но и горивото. За разлика от нефта и природния газ, които не могат да бъдат възстановени, биогоривата могат да се произвеждат при синтетични условия.

Перспективата е за течни и газообразни биогорива: биодизел, биоетанол, биогаз и синтез газ. Всички те са произведени на базата на растения, богати на захар или мазнини: сладка тръстика, царевица и дори морски фитопланктон. Последният вариант има безкрайни възможности: отглеждането на водни растения в синтетични условия не е трудна работа.

Енергия на гръмотевична буря

Светкавицата се счита за изключително ненадежден източник на енергия, тъй като е невъзможно да се предвиди предварително къде и колко скоро ще се появи гръмотевична буря.
Друг проблем на мълниеносната енергия е, че мълниеносният разряд продължава части от секунди и в резултат на това енергията му трябва да се съхранява доста бързо. За постигане на желания резултат са необходими масивни и скъпи кондензатори. Освен всичко друго, могат да се използват различни осцилационни системи с вериги от второ и трето семейство, където е възможно да се координира натоварването с вътрешното съпротивление на генератора.

Светкавицата се счита за сложен електрически процес и се разделя на няколко вида: отрицателна - натрупваща се в долната част на облака и положителна - събираща се в горната част на облака. Това също трябва да се вземе предвид при разработването на мълниеприемници.
Според учените една мощна гръмотевична буря освобождава приблизително толкова енергия, колкото средностатистическият човек в Съединените щати консумира за 20 минути.

Водородна енергия

Вид алтернативна енергия, основана на използването на водород като средство за натрупване, транспортиране и потребление на енергия от хората, транспортната инфраструктура и различни производствени области. Водородът е избран с причина, но тъй като е най-разпространеният елемент на повърхността на земята и в космоса, топлината на изгаряне на водорода е по-висока и продуктът на изгаряне в кислорода е вода (която отново се въвежда в циркулацията на водородна енергия).

Днес производството на водород ще изисква повече енергия, отколкото може да се получи чрез използването му, така че е невъзможно да се счита за източник на енергия. Счита се само за средство за съхранение и доставяне на енергия.
Но има и голяма опасност от масово производство на водород, ако водородът изтече от цилиндър или други резервоари за съхранение, тъй като е по-лек от въздуха, той безвъзвратно ще напусне земната атмосфера, което с масовото прилагане на технологии може да доведе до глобална загуба на вода, ако водородът се произвежда чрез електролиза на вода.

космическа енергия

Той предвижда използването на слънчева енергия за генериране на електричество от местоположението на електроцентрали в околоземна орбита или на Луната, електричеството от което ще се предава на земята под формата на микровълново лъчение. Може да допринесе за глобалното затопляне. Все още не е приложено.

През 2012 г. алтернативната енергия (с изключение на хидроенергията) представлява 5,1% от цялата енергия, консумирана от човечеството.

1

Енергията на гръмотевична буря е метод, въз основа на който се получава енергия чрез улавяне и пренасочване на енергията на мълнията към електрическите мрежи. Този вид енергия използва възобновяеми енергийни източници. Светкавицата е голяма електрическа искра, която се появява в атмосферата. Въз основа на оценките на изследователите е установено, че всяка секунда падат средно 100 мълнии. Около една четвърт от всички мълнии удрят земята. Проучванията показват, че като правило стойността на средната дължина на светкавицата ще бъде около 2,5 km, има разряди, които могат да се разпространяват на разстояния до 20 km. Ако инсталирате мълниезащитна станция, където мълнията се счита за лично явление, тогава има възможности за получаване на голямо количество енергия, което ще се използва от потребителите.

енергия на гръмотевична буря

алтернативни източници на енергия

електричество

1. Лвович И.Я. Алтернативни източници на енергия& / I.Ya. Лвович, С.Н. Мохненко, А.П. Преображенски // Бюлетин на Воронежския държавен технически университет. 2011. Т. 7. № 2. С. 50-52.

2. Лвович И.Я. Алтернативни източници на енергия& / I.Ya. Лвович, С.Н. Мохненко, А.П. Преображенски // Главен механик. 2011. № 12. С. 45-48.

3. Мохненко С.Н. Алтернативни източници на енергия / S.N. Мохненко, А.П. Преображенски // В света на научните открития. 2010. № 6-1. стр. 153-156.

4. Олейник Д.Ю. Въпроси на съвременната алтернативна енергия / Д. Ю. Олейник, К. В. Кайдакова, А.П. Преображенски // Бюлетин на Воронежския институт за високи технологии. 2012. № 9. С. 46-48.

5. Болучевская О.А. Въпроси на съвременната екологична безопасност / O.A. Болучевская, В.Н. Филипова & // Съвременни изследвания на социалните проблеми. 2011. Т. 5. № 1. С. 147-148.

6. Преображенски А.П. Използване на многокритериален подход при анализа на системата от алтернативни енергийни източници / A.P. Преображенски // Моделиране, оптимизация и информационни технологии. 2017. № 2 (17). С. 11.

7. Шишкина Ю.М. Въпроси на публичната администрация / Ю.М. Шишкина, О.А. Болучевская // Съвременни изследвания на социалните проблеми. 2011. Т. 6. № 2. С. 241-242.

8. Нечаева А.И. За изграждането на подсистема за оценка на степента на замърсяване на околната среда / A.I. Нечаева& // Международен студентски научен бюлетин. 2016. № 3-2. С. 231.

9. Щербатих С.С. За изграждането на подсистема за оценка на околната среда / S.S. Щербатих // Международен студентски научен бюлетин. 2016. № 3-2. стр. 240-241.

10. Якименко А.И. Приложение на съвременни енергийни източници / A.I. Yakimenko& // Международен студентски научен бюлетин. 2016. № 3-2. С. 242.

Човечеството непрекъснато се нуждае от потребление на енергия - това се наблюдава от древни времена. Енергията е необходима не само за нормалното функциониране на едно сложно съществуващо общество, но и за осигуряване на физическо съществуване сред всеки човешки организъм.

Ако анализираме особеностите на развитието на човешкото общество, можем да видим, че те до голяма степен се дължат на производството и използването на енергия. Може да се наблюдава доста голямо влияние на енергийния потенциал върху начина, по който се въвеждат различни технически иновации, трудно ни е да си представим реализирането на възможности за развитие в промишлената сфера, науката, културата без използването на земните енергийни ресурси. Въз основа на използването на енергия човечеството има възможност да създава все по-комфортни условия за живот, докато рязко се увеличава пропастта между тях и природата.

Вижда се, че процесите, свързани с разработването на различни методи, свързани с извличането на енергия, са възникнали още в древни времена, още тогава хората са успели да се научат да правят огън и при съществуващите условия има движение на гориво в сложни градски системи.

Въз основа на факта, че съществува възможност за изчерпване на природните горивни ресурси (нефт, газ и др.) с течение на времето, се извършва работа, свързана с търсенето на алтернативни източници на енергия. Според тях могат да се отбележат възможностите на гръмотевичната енергия.

Енергията на гръмотевична буря е метод, който ви позволява да получавате енергия въз основа на факта, че енергията на мълнията е фиксирана и пренасочена към електрическите мрежи. Този вид енергия се основава на възобновяем енергиен източник. Светкавицата е голяма електрическа искра, която се появява в атмосферата. В по-голямата си част може да се наблюдава по време на гръмотевична буря. Светкавицата може да се види като ярка светкавица и е придружена от гръмотевици. Интересно е, че светкавица може да се наблюдава и на други планети: Юпитер, Венера, Сатурн и др. Стойността на тока по време на разряд на мълния може да достигне до няколко десетки и дори стотици хиляди ампера, а стойността на напрежението - до милиони волта.

Изследванията, които се отнасят до електрическата природа на мълнията, са извършени в трудовете на американския физик Б. Франклин, въз основа на неговите разработки са проведени експерименти относно извличането на електричество от гръмотевични облаци. Франклин публикува статия през 1750 г., съдържаща описание на експерименти с използване на хвърчила, пуснати по време на гръмотевична буря.

Михаил Ломоносов се счита за автор на първата хипотеза, в рамките на която имаше обяснение на феномена на електрификация в гръмотевични облаци. На височини от няколко десетки километра се разполагат проводими слоеве на атмосферата, открити през 20 век. Въз основа на включването на различни методи на изследване, това се отнася и за космоса, има възможности за изучаване на различни характеристики на атмосферата.

Атмосферното електричество може да се разглежда като набор от електрически явления, които се извършват в атмосферата. Когато се провеждат изследвания на атмосферното електричество, тогава се изучава електрическото поле в атмосферата, разглеждат се характеристиките на неговата йонизация, характеристиките на електрическия ток и други свойства. Има различни прояви на атмосферното електричество поради факта, че влияят местните метеорологични фактори. В областта на атмосферното електричество се наблюдават множество процеси както в тропосферната област, така и в стратосферата.

Теориите, свързани с атмосферното електричество, са разработени от изследователите Ч. Уилсън и Я.И. Френкел. Въз основа на теорията на Уилсън е възможно да се изолира кондензатор, неговите плочи са Земята и йоносферата, а зарядът им идва от гръмотевични облаци. Електрическото поле на атмосферата се появява поради факта, че има потенциална разлика, която възниква между плочите на кондензатора. Въз основа на теорията на Френкел съществуват възможности за обяснение на електрическото поле на атмосферата на базата на електрически явления, които се случват в тропосферния регион.

Проучванията показват, че в много случаи средната дължина на мълнията достига около 2,5 км, можете да срещнете разряди, които се разпространяват на разстояния до 20 км.

Може да се отбележи определена класификация на мълнията.

Нека обсъдим характеристиките, свързани със земната мълния. Когато се образува земна мълния, тя може да бъде представена като комбинация от няколко етапа. За първия етап, в тези области, за които електрическото поле достига критична стойност, може да се види явлението ударна йонизация, първо се образува поради свободни заряди, те винаги могат да се наблюдават в околния въздух, поради електрическия поле постигат големи скорости по посока на земята и поради факта, че има сблъсъци с молекулите, които образуват въздуха, те се йонизират.

Ако разгледаме съвременните идеи, тогава осъществяването на йонизационни процеси в атмосферата, когато преминава разряд, се извършва, тъй като влиянието на високоенергийно космическо лъчение - частици, докато може да се наблюдава, че напрежението на пробив във въздуха намалява в сравнение с нормални условия. Тогава се образуват електронни лавини, те ще се превърнат в съответните нишки в електрически разряди, те говорят за стримери, те са добре проводими канали, поради сливането се образува канал с висока проводимост.

Има движение на такъв лидер към земята въз основа на стъпаловиден модел, той достига скорост, която ще бъде няколко десетки хиляди km / s, след това движението му се забавя, може да се наблюдава, че блясъкът намалява, след това започва следващата стъпка. Стойността на средната скорост на лидера до земната повърхност ще бъде около 200 000 m/s. Има увеличаване на напрежението близо до земната повърхност и се появява ответен стример, след което се свързва с лидера. Подобна характеристика на мълнията се използва при създаването на гръмоотвод.

За крайния етап възниква основният разряд на мълния, той достига стойности на токове до стотици хиляди ампера, яркостта се наблюдава, тя е значително по-голяма от яркостта на лидера, освен това стойността на неговата скорост ще бъде няколко десетки km/m. Температурната стойност в канала, който принадлежи към основната категория, достига до няколко хиляди градуса. Стойността на дължината на мълниеносния канал ще бъде предимно няколко километра.

За вътрешнооблачните мълнии има предимно само водещи компоненти; те ще бъдат с дължина от 1 до 150 km. Когато се появи мълния, те наблюдават промени в електрическите и магнитните полета и радиоизлъчването, те говорят за атмосфери.

Преди повече от 20 години беше открит определен вид светкавици, наречени елфи, те принадлежат към горните слоеве на атмосферата. Те представляват големи факли-конуси, които се характеризират с диаметри от порядъка на 400 km. След известно време са открити и други видове - струи, които са представени като тръбни конуси, имат син цвят, имат височина, достигаща 40-70 км.

В резултат на оценките на изследователите беше показано, че средно около 100 мълнии падат всяка секунда. Около една четвърт от всички мълнии удрят земната повърхност.

Мълниеносният разряд може да се разглежда като електрическа експлозия и в някои случаи е подобен на процеса на детонация. В резултат на това се появява ударна вълна, възникването й е опасно в случай на непосредствена близост, може да повреди сгради, дървета. На големи разстояния се случва процес на дегенерация на ударни вълни в звукови вълни - чуват се гръмотевици.

Можете да отбележите средния годишен брой дни, когато има гръмотевична буря за някои руски градове: в Архангелск - 16, Мурманск - 5, Санкт Петербург - 18, Москва - 27, Воронеж - 32, Ростов на Дон - 27, Астрахан - 15, Самара - 26, Казан - 23, Екатеринбург - 26, Сиктивкар - 21, Оренбург - 22, Уфа - 29, Омск - 26, Ханти-Мансийск - 17, Томск - 23, Иркутск - 15, Якутск - 14, Петропавловск -Камчатски - 0, Хабаровск - 20, Владивосток - 9.

Съществува известна класификация по гръмотевични облаци, която се извършва въз основа на характеристиките на гръмотевичната буря и има зависимост на тези характеристики до голяма степен от метеорологичната среда, в която протичат процесите на развитие на гръмотевична буря. В случай на едноклетъчни купесто-дъждовни облаци процесите на развитие ще настъпят, когато вятърът е слаб и налягането се променя слабо. Има локални гръмотевични бури.

За размера на облаците е характерно, че те ще бъдат средно около 10 километра, продължителността на живота им не надвишава 1 час. Гръмотевична буря се появява след образуване на купест облак, когато има хубаво време. Поради благоприятните условия купестите облаци нарастват в различни посоки.

В горните части на облаците се образуват ледени кристали, когато настъпи охлаждане, облаците се превръщат в мощни купести облаци. Създават се условия за падане на валежи. Това ще бъде купесто-дъждовен облак. Поради изпаряващите се валежни частици се наблюдават процеси на охлаждане в околния въздух. На етапа на зрялост в облаците има едновременно възходящи и низходящи въздушни течения.

На етапа на разпадане в облаците има преобладаване на низходящи течения, а след това те постепенно покриват целия облак. Много често срещан тип гръмотевични бури са многоклетъчните клъстерни гръмотевични бури. Размерите им могат да достигнат от 10 до 1000 километра. За многоклетъчен клъстер се отбелязва набор от клетки за гръмотевична буря, те се движат като едно цяло, но всяка клетка в клъстера е разположена на различни стъпки на промени в гръмотевичния облак. В гръмотевични клетки, които съществуват на етапа на зрялост, централната област на клъстера е най-характерна, а в разпадащите се клетки е характерна подветрената част в клъстера. Повечето от тях са около 20-40 км. При многоклетъчни клъстерни гръмотевични бури може да има градушка и дъждове.

В структурата на многоклетъчните линейни гръмотевични бури може да се отбележи линията на гръмотевичните бури, тя има дълъг, доста развит фронт според поривите на вятъра в предните фронтови линии. Тъй като има шквални линии, може да има едра градушка и проливни дъждове.

Появата на суперклетъчни облаци може да бъде относително рядка, но появата им може да доведе до големи заплахи за човешкия живот. Има подобие на суперклетъчен облак и едноклетъчен облак, те се характеризират с една зона на възходящо течение. Въпреки това, има разлика, която е, че стойността на размера на клетката е доста голяма: диаметърът може да достигне няколко десетки километра, височините ще бъдат около 10-15 километра (в някои случаи горната граница прониква в стратосфера). В началото на гръмотевична буря характерната температура на въздуха близо до земята е около +27: +30 и повече. Като правило има малко дъжд във водещия ръб на суперклетъчния облак.

Изследователите са демонстрирали въз основа на изследвания на самолети и радар, че в много случаи височината на една клетка от гръмотевична буря може да бъде от порядъка на 8-10 km и стойността на живота й е около 30 минути. В случай на възходящо и низходящо течение, изолираните гръмотевични бури се характеризират с диаметър, който варира от 0,5 до 2,5 km и височина от 3 до 8 km.

Съществува зависимост на параметрите на скоростта и движението на гръмотевичните облаци от това как са разположени спрямо земната повърхност, от това как протичат процесите на взаимодействие по възходящите и низходящите потоци на облаците с тези области на атмосферата, където се развива на гръмотевични бури се наблюдава. Скоростта на изолирана гръмотевична буря обикновено е от порядъка на 20 км/ч, но при някои гръмотевични бури могат да се получат по-високи стойности. Ако има екстремни ситуации, тогава стойностите на скоростите в гръмотевичен облак могат да достигнат до 65 - 80 км/ч.

Енергията, която захранва гръмотевична буря, е защото има латентна топлина, която се отделя, когато водните пари се кондензират и се образуват облачни капки. При тези процеси за всеки грам вода, кондензираща в атмосферата, се отделят около 600 калории топлина. Когато водните капки в горните части на облаците замръзнат, още 80 калории на грам са в процес на освобождаване. Топлинната енергия, произтичаща от процесите на освобождаване, се преобразува частично в енергия, която принадлежи на възходящите потоци. Когато правите оценки на общата енергия при гръмотевични бури, можете да получите стойност от порядъка на 108 киловатчаса, можем да съпоставим това с ядрен заряд от 20 килотона. В случай, че има големи многоклетъчни гръмотевични бури, енергийната стойност може да бъде повече от 10 пъти.

Структурните характеристики на това как електрическите заряди са разположени както във вътрешните, така и във външните области на гръмотевичните облаци се подчиняват на сложни модели. Но в същото време можем да си представим каква е обобщената картина на разпределението на електрическите заряди, които характеризират етапа на зрялост на облака. Много голям принос принадлежи на положителната диполна структура. В него в горната част на облака има положителен заряд, във вътрешната част на облака има отрицателен заряд. Когато атмосферните йони се движат по краищата на облака, възникват процеси на образуване на екраниращи слоеве, които водят до маскиране на електрическата структура на облаците спрямо наблюдатели, които се намират извън тях. Анализът води до факта, че отрицателните заряди ще се отнасят за височини, характеризиращи се с температура на околния въздух, която е в диапазона от -5 до -17 °C. С увеличаване на скоростта на възходящите потоци в облаците се увеличава височината на центровете на отрицателните заряди.

Характеристиките на електрическата структура в гръмотевичните облаци могат да бъдат обяснени с помощта на различни подходи. Според основните хипотези може да се посочи една, която се основава на факта, че големите облачни частици се характеризират главно с отрицателен заряд, леките частици се характеризират с положителен заряд. В допълнение, големите частици имат висока скорост на падане, което беше потвърдено на базата на лабораторни експерименти. Може да има проява и на други механизми на наелектризиране. Когато обемният електрически заряд, който съществува в облака, се увеличи до определени стойности, възниква мълния.

Анализът показва, че мълнията може да се счита за доста ненадежден източник на енергия, тъй като е доста трудно да се направят прогнози къде и по кое време ще се появи гръмотевична буря. Мълнията носи напрежение от порядъка на стотици милиони волта и стойностите на пиковите токове могат да достигнат до 200 килоампера при някои мълнии (в общия случай - 5-20 килоампера).

Все още има проблеми с мълниеносната енергия, които са свързани с много кратка продължителност на мълниеносните разряди - част от секундата, в тази връзка е необходимо използването на мощни и много скъпи кондензатори.

Тоест могат да се отбележат голям брой проблеми. Но ако направите инсталирането на светкавична станция, където мълнията се счита за често явление, тогава можете да осигурите голямо количество енергия, което ще бъде изпратено до потребителите.

Библиографска връзка

Кузнецов Д.А. ВЪЗМОЖНОСТИ ЗА РАЗВИТИЕ НА СЪВРЕМЕННАТА ЕНЕРГЕТИКА НА МЪЛНИЯТА // Международен студентски научен бюлетин. - 2017. - № 4-6 .;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=17585 (дата на достъп: 15.06.2019 г.). Предлагаме на Вашето внимание списанията, издавани от издателство "Естествонаучна академия"

Гръмотевичните бури са разряди на атмосферно електричество под формата на светкавица, придружени от гръмотевици.

Гръмотевичната буря е едно от най-величествените явления в атмосферата. Особено силно впечатление прави, когато минава, както се казва, „над главата ти“. Мълния следва гръмотевица едновременно със светкавици при бурни ветрове и силен дъжд.

Гръмът е вид експлозия на въздух, когато под въздействието на високата температура на светкавицата (около 20 000 °) той моментално се разширява и след това се свива от охлаждане.

Линейната мълния е огромна електрическа искра с дължина няколко километра. Появата й е придружена от оглушителен трясък (гръм).

Учените дълго време внимателно наблюдават и се опитват да изследват мълнията. Електрическата му природа е открита от американския физик У. Франклин и руския естествоизпитател М. В. Ломоносов.

Когато се образува мощен облак с големи дъждовни капки, силни и неравномерни възходящи въздушни течения започват да смачкват дъждовните капки в долната му част. Отделените външни капкови частици носят отрицателен заряд, а останалото ядро ​​е положително заредено. Малките капчици лесно се пренасят нагоре от въздушния поток и зареждат горните слоеве на облака с отрицателно електричество; големи капчици се събират в дъното на облака и се зареждат положително. Силата на мълниеносния разряд зависи от силата на въздушния поток. Това е схемата за електрификация на облака. В действителност този процес е много по-сложен.

Мълнии често причиняват пожари, разрушават сгради, повреждат електропроводи, нарушават движението на електрически влакове. За да се борим с вредните ефекти на мълнията, е необходимо да я „хванем“ и внимателно да я изследваме в лабораторията. Това не е лесно да се направи: в края на краищата мълнията пробива най-здравата изолация и експериментите с нея са опасни. Въпреки това учените се справят блестящо с тази задача. За улавяне на мълния в лабораториите за планински светкавици се монтира антена с дължина до 1 км между планински первази или между планина и лабораторни мачти. Мълния удря такива антени.

След като удари токоприемника, мълнията навлиза в лабораторията по кабела, преминава през автоматични записващи устройства и веднага отива в земята. Автоматите карат мълнията да изглежда като "подпис" върху хартия. Така че е възможно да се измери напрежението и тока на мълнията, продължителността на електрическия разряд и много други.

Оказа се, че мълнията има напрежение от 100 или повече милиона волта, а силата на тока достига 200 хиляди ампера. За сравнение посочваме, че в електропроводите се използват напрежения от десетки и стотици хиляди волта, а силата на тока се изразява в стотици и хиляди ампери. Но в една мълния количеството електричество е малко, тъй като продължителността му обикновено се изчислява в малки части от секундата. Една мълния би била достатъчна, за да захрани само една крушка от 100 вата за един ден.

Използването на "уловители" обаче кара учените да чакат светкавици, а те не са толкова чести. За изследвания е много по-удобно да се създават изкуствени светкавици в лаборатории. С помощта на специално оборудване учените успяха да постигнат електрическо напрежение до 5 милиона волта за кратко време. Изхвърлянето на електричество даде искри с дължина до 15 метра и беше придружено от оглушителен пукот.

Фотографията помага да се изучават светкавиците. За да направите това, в тъмна нощ насочете обектива на камерата към гръмотевичен облак и оставете камерата отворена за известно време. След светкавица обективът на камерата се затваря и снимката е готова. Но такава снимка не дава представа за развитието на отделни части на мълнията, затова се използват специални въртящи се камери. Необходимо е механизмът на устройството по време на снимане да се върти достатъчно бързо (1000-1500 оборота в минута), след което на снимката ще се появят отделни части от светкавицата. Те ще покажат в каква посока и с каква скорост се е развил разрядът.

Има няколко вида мълния

Плоската мълния изглежда като електрическа светкавица на повърхността на облаците.

Линейната мълния е гигантска електрическа искра, много извита и с множество израстъци. Дължината на такава мълния е 2-3 км, но може да достигне до 10 км или повече. Линейната мълния има голяма сила. Цепи високи дървета, понякога заразява хора и често предизвиква пожари, когато удари дървени конструкции.

Неточна мълния - светеща светкавица на точки, която бяга на фона на облаци. Това е много рядка форма на мълния.

Ракетната мълния се развива много бавно, изхвърлянето й продължава 1-1,5 секунди.

Най-рядката форма на мълния е кълбовидната мълния. Това е кръгла светеща маса. На закрито са наблюдавани кълбовидни мълнии с размерите на юмрук и дори глава, а в свободна атмосфера с диаметър до 20 м. Обикновено кълбовидната мълния изчезва безследно, но понякога избухва със страшен трясък. Когато се появи кълбовидна мълния, се чува свистене или бръмчене, изглежда, че кипи, разпръсквайки искри; след изчезването му във въздуха често остава мъгла. Продължителността на кълбовидната мълния е от секунда до няколко минути. Движението му е свързано с въздушни течения, но в някои случаи се движи самостоятелно. Кълбовидната мълния се появява по време на силни гръмотевични бури.

Кълбовидната мълния възниква под въздействието на линеен разряд на мълния, когато във въздуха настъпва йонизация и дисоциация на обема на обикновения въздух. И двата процеса са придружени от усвояването на огромно количество енергия. Кълбовидната мълния по същество няма право да се нарича мълния: в края на краищата това е просто въздух, който е горещ и зареден с електрическа енергия. Купчина зареден въздух постепенно отдава енергията си на свободните електрони на околните слоеве въздух. Ако топката предаде енергията си на сиянието, тя просто изчезва: превръща се отново в обикновен въздух. Когато по пътя си топката срещне вещества, които действат като стимуланти, тя експлодира. Такива патогени могат да бъдат азотни и въглеродни оксиди под формата на дим, прах, сажди и др.

Температурата на кълбовидната мълния е около 5000°. Изчислено е също, че енергията на експлозията на веществото на кълбовидната мълния е 50-60 пъти по-висока от енергията на експлозията на бездимен барут.

По време на силни гръмотевични бури има много светкавици. Така по време на една гръмотевична буря наблюдател преброи 1000 светкавици за 15 минути. По време на една гръмотевична буря в Африка бяха отбелязани 7 хиляди мълнии на час.

За защита на сгради и други конструкции от мълнии се използва гръмоотвод или, както сега се нарича правилно, гръмоотвод. Това е метален прът, свързан към надеждно заземен проводник.

За да се предпазите от мълния, не стойте под високи дървета, особено самотно стоящи, тъй като светкавиците често ги удрят. Дъбът е много опасен в това отношение, защото корените му отиват дълбоко в земята. Никога, не се крийте в купи сено и снопи. На открито, особено на високи места, по време на силна гръмотевична буря има голяма опасност ходещ човек да бъде ударен от мълния. В такива случаи се препоръчва да седнете на земята и да изчакате бурята.

Преди да започне гръмотевична буря, е необходимо да се премахнат теченията в стаята и да се затворят всички комини. В селските райони не трябва да говорите по телефона, особено при силни гръмотевични бури. Обикновено по това време нашите селски телефонни централи спират връзката. Радиоантените трябва винаги да са заземени по време на гръмотевични бури.

Ако се случи инцидент - някой ще бъде ударен от гръм, е необходимо незабавно да се предостави първа помощ на жертвата (изкуствено дишане, специални инфузии и др.). На места съществува пагубният предразсъдък, че човек може да помогне на ударен от мълния, като зарови тялото му в земята. В никакъв случай не трябва да се прави това: човек, засегнат от мълния, особено се нуждае от увеличен приток на въздух към тялото.

Само за комплекса - Енергийни източници - Гръмотевични бури (Светкавици)

• Галерия от изображения, картинки, снимки.
• Гръмотевичните бури и светкавиците като източници на енергия – основи, възможности, перспективи, развитие.
• Интересни факти, полезна информация.
• Зелени новини - Гръмотевични бури и светкавици като източници на енергия.
• Връзки към материали и източници - Енергийни източници - Гръмотевични бури (Светкавици).