Neko skuplja energiju od groma. Uređaj za akumulaciju električne energije groma

blok za iznajmljivanje

Alternativna energija- skup perspektivnih načina dobijanja, prenosa i korišćenja energije, koji nisu toliko rasprostranjeni kao tradicionalni, ali su interesantni zbog isplativosti njihovog korišćenja uz, po pravilu, nizak rizik od štete po životnu sredinu.

solarna energija

Razne solarne instalacije koriste sunčevo zračenje kao alternativni izvor energije. Sunčevo zračenje se može koristiti i za potrebe opskrbe toplinom i za proizvodnju električne energije (pomoću fotonaponskih ćelija).

Prednosti solarne energije uključuju obnovljivost ovog izvora energije, bešumnost, odsustvo štetnih emisija u atmosferu prilikom prerade sunčevog zračenja u druge vrste energije.

Nedostaci solarne energije su zavisnost intenziteta sunčevog zračenja o dnevnom i sezonskom ritmu, kao i potreba za velikim površinama za izgradnju solarnih elektrana. Takođe, ozbiljan ekološki problem predstavlja upotreba otrovnih i toksičnih materija u proizvodnji fotonaponskih ćelija za solarne sisteme, što stvara problem njihovog odlaganja.

energija vjetra

Jedan od najperspektivnijih izvora energije je vjetar. Princip rada vjetrogeneratora je elementaran. Sila vjetra se koristi za pokretanje vjetrovnog točka. Ova rotacija se zauzvrat prenosi na rotor električnog generatora.

Prednost vjetrogeneratora je prije svega u tome što se na vjetrovitim mjestima vjetar može smatrati nepresušnim izvorom energije. Osim toga, vjetroturbine, koje proizvode energiju, ne zagađuju atmosferu štetnim emisijama.

Nedostaci uređaja za proizvodnju energije vjetra uključuju varijabilnost snage vjetra i malu snagu jednog vjetrogeneratora. Također, vjetroturbine su poznate po tome što proizvode veliku buku, zbog čega se pokušavaju graditi daleko od mjesta gdje ljudi žive.

geotermalna energija

Ogromna količina toplotne energije pohranjena je u dubinama Zemlje. To je zbog činjenice da je temperatura Zemljinog jezgra izuzetno visoka. Na nekim mjestima na kugli zemaljskoj dolazi do direktnog oslobađanja visokotemperaturne magme na površinu Zemlje: vulkanska područja, topli izvori vode ili pare. Pristalice geotermalne energije predlažu da se energija ovih geotermalnih izvora koristi kao alternativni izvor.

Geotermalni izvori se koriste na različite načine. Neki izvori se koriste za opskrbu toplinom, drugi za proizvodnju električne energije iz toplinske energije.

Prednosti geotermalnih izvora energije uključuju neiscrpnost i nezavisnost od doba dana i godišnjeg doba.

Negativne strane uključuju činjenicu da su termalne vode visoko mineralizirane, a često i zasićene toksičnim spojevima. To onemogućava ispuštanje otpadnih termalnih voda u površinske vode. Stoga se otpadna voda mora pumpati natrag u podzemni vodonosnik. Osim toga, neki seizmolozi se protive bilo kakvoj intervenciji u dubokim slojevima Zemlje, tvrdeći da to može izazvati potrese.

Energija grmljavine

Energija grmljavine je način korištenja energije hvatanjem i preusmjeravanjem energije. munje u električnu mrežu. Alternative Energy Holdings je 11. oktobra 2006. objavio da su kreirali prototip modela koji može koristiti energiju groma. Munja je čista energija, a njena primjena ne samo da će eliminirati brojne ekološke opasnosti, već će značajno smanjiti i troškove proizvodnje energije.

Problemi u snazi ​​groma

Munja je vrlo nepouzdan izvor energije, jer je nemoguće unaprijed predvidjeti gdje i kada će se pojaviti grmljavina.

Drugi problem energije groma je taj što pražnjenje munje traje djelić sekunde i, kao rezultat, njegova energija mora biti pohranjena vrlo brzo. Ovo će zahtijevati snažne i skupe kondenzatore. Mogu se koristiti i različiti oscilatorni sistemi sa krugovima druge i treće vrste, gde je moguće uskladiti opterećenje sa unutrašnjim otporom generatora.

Munja je složen električni proces i dijeli se na nekoliko varijanti: negativan - akumulirajući se u donjem dijelu oblaka i pozitivan - skupljajući se u gornjem dijelu oblaka. Ovo takođe treba uzeti u obzir prilikom kreiranja farme munja.

Energija oseke i oseke

Nesrazmjerno snažniji izvor vodenih tokova su oseke i oseke. Izračunato je da bi plime i oseke potencijalno mogle dati čovječanstvu oko 70 miliona milijardi kilovat-sati godišnje. Poređenja radi: ovo je otprilike isto koliko su istražene rezerve kamenog i mrkog uglja, zajedno, sposobne proizvesti;

Projekti plimnih hidroelektrana su detaljno razrađeni u inženjerskom smislu, eksperimentalno ispitani u nekoliko zemalja, uključujući i ovdje, na poluotoku Kola. Osmišljena je čak i strategija za optimalan rad TE: akumulirati vodu u akumulaciji iza brane za vrijeme plime i trošiti je na proizvodnju električne energije kada postoji „vršna potrošnja“ u objedinjenim energetskim sistemima, čime se smanjuje opterećenje drugih elektrana.

biogorivo

Tečnost: bioetanol.

Razvoj tehnologija za proizvodnju bioetanola druge generacije otvara nove izglede na tržištima goriva od jeftinih bioloških sirovina, a osim toga, omogućava rješavanje problema zbrinjavanja otpada. Etanol koji se koristi kao aditiv doprinosi potpunijem sagorijevanju benzina i smanjuje emisije ugljičnog monoksida i toksičnih tvari za 30%, a emisije isparljivih organskih spojeva za 25%. Time se njegovom upotrebom smanjuje tehnogeno opterećenje na životnu sredinu.Prednost biogasa u odnosu na prirodni gas je u tome što se može proizvoditi od lokalnih sirovina iu najudaljenijem naselju, tj. omogućava snabdevanje gorivom regiona koji su teško dostupni i skupi u smislu organizacije infrastrukture za transport gasa. Osim toga, proizvodnja biogasa omogućava rješavanje problema zbrinjavanja otpada koji je ozbiljan za poljoprivrednu i prehrambenu proizvodnju, pri čijoj se preradi, pored biogasa, dobijaju i toplota i organska đubriva. Osim toga, korištenje bioplina smanjuje emisije stakleničkih plinova.

Čvrsti: drveni otpad i biomasa (drvna sječka, peleti (gorivi peleti) od drveta, ljuske, slama itd., goriv briketi) koriste se za grijanje i transport na velike udaljenosti.

Plinoviti: HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%B7" \o "Biogas" biogas, sintetski plin .

Prednost bioplina u odnosu na prirodni plin je u tome što se može proizvoditi od lokalnih sirovina čak iu najudaljenijem naselju, tj. omogućava snabdevanje gorivom regiona koji su teško dostupni i skupi u smislu organizacije infrastrukture za transport gasa. Osim toga, proizvodnja biogasa omogućava rješavanje problema zbrinjavanja otpada koji je ozbiljan za poljoprivrednu i prehrambenu proizvodnju, pri čijoj se preradi, pored biogasa, dobijaju i toplota i organska đubriva. Osim toga, korištenje bioplina smanjuje emisije stakleničkih plinova.

Skinuti

Oluja sa grmljavinom je atmosferska pojava u kojoj se u kumulusnim oblacima koji se nalaze na nadmorskoj visini od 7-15 km javljaju višestruka iskrista električna pražnjenja - munje, praćene grmljavinom, pljuskovima, gradom i pojačanim vjetrom. Prema modernim konceptima, do elektrifikacije oblaka dolazi zbog trenja kristala leda o mješavinu vodene pare i sitnih kapljica vode. Razdvajanje električnih naboja i formiranje električnog polja događa se samo uz intenzivne vertikalne uzlazne i silazne struje.
Radi jasnijeg problema korišćenja energije munjevitog pražnjenja, ukratko se zadržimo na glavnim savremenim pogledima na pojave munje. Trenutno pitanje nije konačno riješeno, zbog čega kapljice vode i kristali leda u grmljavinskim oblacima dobijaju naboj. Jedna grupa naučnika veruje da kapljice leda i kristali hvataju naelektrisanje iz vazduha, druga grupa veruje da se naelektrišu usled razmene naelektrisanja pri međusobnom kontaktu. Kao rezultat eksperimentalnih istraživanja, ustanovljeno je da se vodeni dio oblaka proteže od donjeg ruba grmljavinskog oblaka do sloja s temperaturom od 00C. U oblasti sa temperaturama od 00C do 150C koegzistiraju voda i led, a ispod 150C oblak se obično sastoji samo od kristala leda. Kapljičasti dio oblaka uglavnom ima negativan naboj, dok njegov ledeni dio ima pozitivan naboj. U srednjim geografskim širinama centar negativnog naboja grmljavinskog oblaka nalazi se na visini od oko 3 km, a centar pozitivnog naboja je približno na visini od 6 km. Jačina električnog polja unutar grmljavinskog oblaka je 100-300 volti/cm, ali prije pražnjenja groma u nekim malim količinama može doseći i do 1.600 volti/cm. Proces grmljavine je nemoguć bez odvajanja naelektrisanja u oblaku konvekcijom. Konvekcijsko polje u oblacima se raspada na nekoliko ćelija (do 8 kod nekih grmljavina). Svaka konvektivna ćelija prolazi kroz fazu nastanka, zrelosti i propadanja. U fazi nukleacije, uzlazne struje prevladavaju u cijeloj konvektivnoj ćeliji. U nekim slučajevima, brzina uzlaznih tokova može doseći 30 m/s, ali općenito je 10-12 m/s. Zrelu konvektivnu ćeliju karakterizira razvoj uzlaznih i silaznih struja, električna aktivnost (munja) i padavine. Takva ćelija ima horizontalni prečnik od 2-8 km i proteže se u visinu do nivoa sa temperaturom od 40C. U fazi prigušenja, slabe silazne struje prevladavaju u cijeloj konvektivnoj ćeliji sa smanjenjem električne aktivnosti i količine padavina koje padaju u jedinici vremena. Puni životni ciklus konvektivne ćelije je oko sat vremena,
trajanje faze zrelosti je 15-30 minuta, faza propadanja je oko 30 minuta.
Grmljavina koja traje nekoliko sati rezultat je aktivnosti nekoliko konvektivnih ćelija.
Zapremina grmljavinskog oblaka, koji se sastoji od mješavine kapi i kristala leda, doseže od stotina do nekoliko hiljada kubnih kilometara. Masa čestica vodenog leda, sa ovom zapreminom, iznosi približno 106 - 107 tona.
Potencijalna energija grmljavinskog oblaka je od 1013 do 1014 J i dostiže energiju termonuklearne megatonske bombe. Munja, obično linearna, dugačka nekoliko kilometara i desetine centimetara u prečniku, odnosi se na pražnjenja bez elektroda, jer se stvaraju u grupi naelektrisanih čestica, pretvarajući električnu energiju u toplotnu. Prema uslovima razvoja, grmljavine se dele na intramasne i frontalne. Unutarmasne grmljavine nad kopnom nastaju kao rezultat lokalnog zagrijavanja zraka sa zemljine površine, što dovodi do razvoja uzlaznih strujanja lokalne konvekcije u njoj i stvaranja snažnih kumulonimbusnih oblaka. Stoga se intramasne grmljavine nad kopnom razvijaju uglavnom u poslijepodnevnim satima. Preko mora, najpovoljniji uslovi za razvoj konvekcije uočavaju se noću, a maksimum u dnevnom toku pada na 4-5 sati ujutro.
Frontalna grmljavina se javlja na frontalnim dijelovima, odnosno na granicama toplih i hladnih zračnih masa i nemaju redovni dnevni tok. Preko kontinenata umjerenog pojasa najčešće su i najintenzivnije ljeti, u sušnim krajevima - u proljeće i jesen. Zimske grmljavine se javljaju u izuzetnim slučajevima - tokom prolaska posebno oštrih hladnih frontova. Općenito, zimska grmljavina je vrlo rijetka pojava.
Oluja sa grmljavinom na Zemlji su raspoređena vrlo neravnomjerno: na Arktiku se javljaju jednom u nekoliko godina, u umjerenom pojasu na svakoj pojedinačnoj tački ima nekoliko desetina dana s grmljavinom. Tropi i ekvatorijalni regioni su najgromovitiji regioni Zemlje i nazivaju se "pojasom vječnih grmljavina". U oblasti Butensorg, na ostrvu Java, grmljavine bjesne 322 dana u godini. U pustinji Sahare skoro da i nema grmljavine. Električna struktura tipičnog grmljavinskog oblaka je bipolarna - pozitivni i negativni naboji nalaze se u gornjem i donjem dijelu oblaka, respektivno. U blizini osnove oblaka, pod negativnim nabojem, obično postoji dodatni
pozitivan naboj. Ovisno o uvjetima (posebno o geografskoj širini područja), moguće su različite vrijednosti gornjih pozitivnih i donjih negativnih naboja.
Električno polje u oblacima nastaje zbog distribucije prostornih naboja koje stvaraju svi nosioci naboja u datom oblaku. U grmljavinskim oblacima dolazi do vrlo brzog nakupljanja velikih svemirskih naboja. Prosječna gustina prostornog naboja može biti reda veličine (0,3-3)10-C/m. Područja sa maksimalnom gustinom naelektrisanja su veličine nekoliko stotina metara. U takvim lokalnim zapreminama oblaka stvaraju se uslovi koji su povoljni za nastanak munje. Prema savremenim konceptima, najčešće su zapremine sa maksimalnom gustinom naelektrisanja (zone nehomogenosti) veličine 200-400 m. Proces razvoja zemaljske munje se sastoji od nekoliko faza. U prvoj fazi, u zoni gde električno polje dostiže dovoljnu vrednost, počinje udarna jonizacija vazduha. Slobodni elektroni, koji su uvijek prisutni u maloj količini u zraku, pod utjecajem električnog polja postižu značajne brzine prema zemlji i, sudarajući se s atomima zraka, ioniziraju ih. Tako nastaju elektronske lavine koje se pretvaraju u niti električnih pražnjenja, koji su dobro vodljivi kanali, koji spajajući se stvaraju svijetli termički ionizirani kanal visoke vodljivosti - stepenasti vođa munje. Kretanje vođe prema zemljinoj površini odvija se u koracima od nekoliko desetina metara, brzinom od oko 510 m/sec, nakon čega se njegovo kretanje zaustavlja na nekoliko desetina mikrosekundi, a sjaj uvelike slabi. U sledećoj fazi, vođa ponovo napreduje nekoliko desetina metara. Istovremeno, blistav sjaj pokriva sve pređene stepenice; zatim opet slijedi zaustavljanje i slabljenje sjaja. Ovi procesi se ponavljaju kako se vođa kreće na površinu zemlje. Kako se vođa kreće prema tlu, napon na njegovom kraju raste i pod njegovim djelovanjem iz objekata koji strše na površini Zemlje izbacuje se odgovorna struja koja se povezuje sa vođom. U završnoj fazi, glavno pražnjenje groma prati kanal koji ionizira vođa. Glavno pražnjenje karakteriziraju struje od desetina do stotina tisuća ampera, svjetlina koja znatno premašuje svjetlinu lidera i velika brzina.
o
napredovanje, u početku dostižući otprilike 10 m/s, na kraju se smanjujući na vrijednosti ​​107 m/s. Temperatura kanala tokom glavnog pražnjenja može da pređe 25.000 0C. Dužina kanala je 1-10 km, prečnik je nekoliko centimetara. Nakon prolaska strujnog impulsa, ionizacija kanala i njegov sjaj slabe. Slika 2.20. prikazane su tri faze razvoja munje. Na ovoj slici: 1- grmljavinski oblak; 2 - kanal stepenastog vođe; 3 - kanalna kruna; 4 - impulsna korona na glavi kanala; 5 - glavna kategorija. U principu, mogući su sljedeći glavni načini dobivanja električne energije iz pražnjenja groma.
Davne 1928-1933, metalna rešetka je visila na planini Generoso u Švicarskoj na visini od 80 m iznad površine zemlje. Tokom grmljavine, ova mreža je prikupila naelektrisanje dovoljno da održi električni luk dužine 4,5 m u trajanju od 0,01 sekunde, što je odgovaralo jakosti struje od nekoliko desetina hiljada ampera i potencijalnoj razlici od 1 milion volti. U početku se pretpostavljalo da se na ovome dobije
podešavanje napona koji se koristi za ubrzavanje nabijenih čestica u akceleratorima. Međutim, ova ideja je morala biti napuštena zbog jakih

Rice. 2.20. Tri faze razvoja munje

varijabilnost električnog stanja grmljavinskih oblaka i nemogućnost da se to još reguliše. Pokušaji da se električna struja koja teče tokom grmljavine u antenama podignutim visoko iznad površine zemlje za napajanje žarulja sa žarnom niti još uvijek nije dala ekonomski koristan efekat.
Poznati su eksperimenti kada su, kao rezultat dubokih eksplozija u moru, koje su pod grmljavinskim oblakom podigle fontane vode na visinu od oko 70 metara, došlo do izlivanja oblaka u more. Takođe, pražnjenja grmljavinskih oblaka praktično su vršena na površini zemlje (mora) uz pomoć žice, koja je do oblaka dostavljena raketom. Tipično, do pražnjenja je došlo kada se raketa podigla na visinu od oko 100 m. Ispostavilo se da je to bilo dovoljno da se grmljavinski oblak ispusti na tlo sa donjom visinom granice od oko kilometar. Bilo je i pokušaja da se pomoću snopa protona dobijenog na sinhrotronu, kao i uz pomoć lasera, stvori kanal za munje. Glavni nedostaci ovih metoda su brojne čisto tehničke poteškoće. Postojali su projekti za raspršivanje metalnih ili metaliziranih ploča i filamenata u oblacima, koji su igrali ulogu kratkospojnih provodnika i istovremeno mikro-pražnječa, na kojima zbog prisustva vlastitog električnog polja u oblaku dolazi do pada potencijala. dovoljno da se stvori koronsko pražnjenje. Eksperimenti zasijavanja oblaka kristalizirajućim reagensima u cilju promjene njihovog električnog stanja pokazali su da u odgovarajućim uvjetima

moguće je izazvati intenzivnu naelektrizaciju oblaka, a jedan od načina kontrole električnog stanja grmljavinskih oblaka je vezan za kontrolu procesa kristalizacije. Ali rezultati takvih
uticaji na mogućnost izazivanja pražnjenja velike snage još nisu dovoljno utvrđeni.
Ruski inženjeri energetike su predložili metodu korišćenja energije groma, koja se sastoji u hvatanju naelektrisanja groma kroz gromobrane koji su električno povezani na donji provodnik, uzemljeni kroz postrojenje za ekstrakciju energije groma i korišćenje električne energije.
energije munje na zajedničkom kapacitetu skladištenja, uz dodatno iniciranje pražnjenja munje pomoću, na primjer, laserskih emitera koji stvaraju zone električnog sloma zraka bez elektroda kako bi potaknuli stalno razvijajućeg vođu električnog iskričnog pražnjenja munje, a energija se uklanja kroz strujni kolektor napravljen od rezonantnih kola LC filtera sa diodnim mostovima.
Električni krug predloženog uređaja prikazan je na slici 3.20. Na ovoj slici: 1- gromobran; 2 - donji provodnik; 3- trodijelni rezonantni LC filteri; 4- ukupan kapacitet skladištenja; 5- automatski prekidač; 6 - otpor nuliranja; 7 - izlaz do potrošača. Svaki gromobran je napravljen u obliku metalne mreže okačene iznad tla, pričvršćene na izolatore. Strujni kolektor je napravljen od više od dva paralelno povezana, serijski povezana stepena D, koji obezbeđuju smanjenje struje pražnjenja groma. Svaki stepen je napravljen od trodelnih rezonantnih LC filtera, međusobno povezanih zajedničkom induktivnom spregom. Zajednička induktivna spojnica formirana je od tri serijski spojena namota induktora, a na izlazu svake faze je povezan odgovarajući mosni ispravljač. U ovom slučaju, izlazi mosnih ispravljača su međusobno povezani paralelno i povezani na zajednički skladišni kapacitet CH. "Pozitivni" izlazi su preko ispravljačkih dioda spojeni na ploču ukupnog skladišnog kapaciteta Sn. "Minus" izlazi su spojeni na drugu ploču akumulativnog kapaciteta CH, izlaz iz CH je spojen na sistem potrošača. Na izlazu zajedničkog akumulacionog rezervoara SN ugrađuje se automatski prekidač za povezivanje sa potrošačem odn
otpora, poništavajući akumulirani naboj iz ukupnog kapaciteta skladištenja.
Predložen je i uređaj u kojem se kao gromobran koristi vertikalna vodljiva cijev izolirana od tla, unutar koje je naopako umetnuto dielektrično staklo debelih stijenki tako da se gornji dio cijevi izdiže iznad rubova stakla. Uzemljeni provodni premaz nanosi se na unutrašnju površinu stijenki čaše. Gromobran je električno spojen na jedan kraj primarnog namota transformatora, čiji je drugi kraj uzemljen. Induktivnost primarnog namota i kapacitivnost koju formira provodna cijev, zidovi stakla i vodljivi premaz čine paralelni oscilatorni krug. Pražnjenje groma na gromobranu inicira se produženim optičkim slomom, koji se formira snopom impulsnog infracrvenog lasera. Konfiguraciju i smjer grejnog snopa formira kontrolirano dikroično ogledalo,
nalazi se unutar stakla. Ovo ogledalo istovremeno radi i kao dio sistema optičkog skeniranja atmosfere, koji je neophodan za identifikaciju zona sa kritičnim gradijentom napona u donjem dijelu grmljavinskih oblaka pomoću poznate metode optičkog lociranja. Energija koja se uzima iz sekundarnog namota transformatora koristi se za napajanje svih sistema uređaja, a dio se može prenijeti na potrošače. Uređaj za akumulaciju električne energije. Uređaj koji vam omogućava da akumulirate električnu energiju koja se oslobađa u gromobranu kada ga udari grom, kao i da izvučete njen višak iz atmosfere između pražnjenja groma, prikazan je na slici 4.20. Na ovoj slici: 1- metalni gromobran; 2 - toroidni namotaji
induktivnost; 3 - odgovarajući elementi; 4- uzemljenje. Kao što se može vidjeti iz gornje slike, ovaj patentirani uređaj sadrži vertikalno postavljen, uzemljen gromobran. Štaviše, gromobran je napravljen u obliku metalnog vodiča, u blizini kojeg se nalazi jedan ili više elemenata za prikupljanje električne energije.
Element za prikupljanje električne energije sadrži induktor,
poluvodički element i kapacitivnost spojeni u seriju da formiraju jedan električni krug. U ovom uređaju induktivni svitak postavljen je ortogonalno na bilo koju ravninu koja prolazi kroz os gromobrana i izrađen je u obliku toroida, čija se os simetrije poklapa s osom gromobrana.

Kineski naučnici sa Instituta za atmosfersku fiziku razvili su nešto drugačiju tehnologiju za korišćenje energije groma. Za hvatanje munje koristit će se rakete opremljene posebnim gromobranima, koje će biti lansirane u centar grmljavinskog oblaka. Raketa "YL-1" mora startovati nekoliko minuta pre udara groma. "Provjere su pokazale da je tačnost lansiranja 70%", rekli su programeri uređaja. Energija munje, kao i elektromagnetno zračenje koje proizvodi, koristit će se za genetski modificiranje poljoprivrednih kultura i proizvodnju poluprovodnika. Osim toga, nova tehnologija će značajno smanjiti ekonomsku štetu od grmljavine.
Američka kompanija Alternative Energy Holdings (Alt-Holding) predložila je još jedan način korištenja besplatne energije. Stručnjaci kompanije tvrde da su uspjeli razviti način prikupljanja i iskorištavanja energije koja se javlja tokom električnih pražnjenja u grmljavinskim oblacima. Projekat je nazvan Lightning Harvester.
Od 2006. godine eVolo održava godišnji eVolo Skyscraper Competition, koji okuplja arhitekte koji projektuju kompleksne višespratnice i nebodere izgrađene po najnovijim tehnologijama i širokom upotrebom najsavremenijih materijala. Pored toga, organizatori konkursa ocjenjuju pristigle projekte u pogledu njihove ekološke prihvatljivosti, čemu se posvećuje posebna pažnja. Tako je ovogodišnje takmičenje Evolo Skyscraper Competition 2011 dobilo nagrade za projekte LO2P Recycling Skyscraper (reciklažni neboder u Indiji), Flat tower (alternativna energija) i hidrauličnu branu koja kombinuje elektranu, galeriju i akvarij. Na istom konkursu grupa arhitekata i inženjera iz Srbije predstavila je izvanredan projekat nebodera koji proizvodi vodonik koristeći "nebesku" električnu energiju. Ideja srpskog tima se pokazala toliko zanimljivom da je projekat Khidra dobio počasno priznanje, ali sada zauzima jednu od nagrada. Zapravo, neboder Hydra je projekat višespratnice koja će hvatati munje od gromova koji prolaze tim područjem. Dalje bi trebalo da koriste njihovu energiju za proces razdvajanja (elektrolize) obične vode na komponente - vodonik i kiseonik. Tako će ova zgrada, s jedne strane, služiti kao izvor čiste energije, a s druge strane postati još jedan snabdjevač kisikom Zemljine atmosfere.
S obzirom na nepredvidljivost i nestabilnost munje, autori projekta predložili su nekoliko rješenja koja će pomoći u poboljšanju performansi nebodera Khidr. Kako bi privukli što više munje, konstrukcija se mora postaviti u onim dijelovima planete gdje se uočava najveći broj munja. Ova područja uključuju neke oblasti koje se nalaze u Sjedinjenim Državama (Florida), Venecueli, Kolumbiji, Indiji (u sjevernom dijelu ovih zemalja), Indoneziji (Poluostrvo Malaka) i Kongu (Afrika). U ovim područjima, na svaki kvadratni kilometar teritorije, godišnje se dogodi 50-70 ili više udara groma. Osim odabira pravog mjesta za izgradnju, izgradnja projekta Khidra na otvorenim površinama povećat će vjerovatnoću uspješnog lova na munje. Stoga, ako se neboder nalazi u velikom gradu, trebao bi postati najviša zgrada u metropoli. Inače će dio munje jednostavno privući susjedni viši neboderi ili kule. Kao što je, na primjer, uočeno kod Empire State Buildinga (najviša zgrada u New Yorku), koji svake godine primi samo 20-ak udara groma.
Osim što je teško unapred predvideti koliko će munja srpski „neboder” moći da uhvati, projekat ima i dosta drugih nerešivih problema. To su visoke radne temperature (do 27.000°C) i ogromna struja (do 200.000 A) pražnjenja groma, što će postaviti najviše zahtjeve za materijale koji se koriste, kao i potrebu za stvaranjem kondenzatora ogromnog kapaciteta i sa neviđenim karakteristikama.
Međutim, prije nego što atmosferska električna energija uđe u industrijsku mrežu, mora se pretvoriti u industrijski standard: naizmjeničnu struju frekvencije od 50 - 60 herca s naponom od 220 - 550 volti (za električne mreže različitih zemalja, ovi parametri se razlikuju) . Odnosno, nije dovoljno samo poslati udar groma u pogon. Različita rješenja za ovaj problem su predlagana u različito vrijeme, uključujući i podzemne rezervoare vode. Pod uticajem energije električnog pražnjenja voda bi se trebala pretvoriti u paru, koja bi, prema autorima patenta (a takva je šema patentirana u SAD-u 60-ih godina prošlog stoljeća), trebala rotirati lopatice turbine, kao u klasičnim termo i nuklearnim elektranama. Ali efikasnost takvih generatora je izuzetno niska. Trenutno su razvijeni snažni električni kondenzatori - uređaji za skladištenje velikog kapaciteta koji mogu mjesecima pohranjivati ​​akumuliranu energiju i pretvarači naizmjenične struje na brzim tiristorima, čija je efikasnost blizu 85%. Drugi problem je relativna nepredvidivost grmljavina i njihova neravnomjerna distribucija. Naravno, najveća aktivnost grmljavine bilježi se bliže ekvatoru, ali pražnjenja koja se javljaju na ovim geografskim širinama najčešće se ne događaju između grmljavinskog oblaka i tla, već između oblaka ili dijelova oblaka. Naravno, u Centralnoj Africi postoji ogromna oblast u kojoj godišnje dođe do više od 70 udara groma po kvadratnom kilometru. U SAD-u postoje takve zone: u državama Kolorado i Florida. Ali ipak, ovo su prilično lokalna područja. U međuvremenu, atmosferski elektricitet je teoretski dostupan bilo gdje na planeti.
Stručnjaci koji rade sa američkim satelitom za mjerenje tropske kiše (TRMM) objavili su izvještaj o jednom od svojih nedavnih dostignuća. Nakon godina posmatranja, TRMM je sastavio svjetsku mapu frekvencije munja, prema broju zasljepljujućih pražnjenja koja se javljaju na svakom kvadratnom kilometru date oblasti u godini. U središnjem dijelu afričkog kontinenta nalazi se zona u kojoj se godišnje dogodi više od 70 udara groma po kvadratnom kilometru. Tamo je planirana izgradnja fabrike "munja". Istovremeno, programeri vjeruju da će se gromobranska elektrana isplatiti za 4-7 godina.
Treba napomenuti da se, uprkos prilično dobro proučenoj prirodi formiranja i formiranja pražnjenja groma, vremenom pojavljuju novi eksperimentalni podaci. Tako je 1989. otkrivena nova vrsta njih - električna pražnjenja na velikim visinama, ili sprite. Ova pražnjenja nastaju u jonosferi i udaraju odozgo prema dolje, prema grmljavinskim oblacima na udaljenosti od 40-50 km, ali nestaju prije nego što dođu do njih. Još čudnije munje su primetili naučnici sa Nacionalnog tajvanskog univerziteta Chen Kun tokom nekoliko oluja sa grmljavinom iznad Južnog kineskog mora 2002. godine. Pražnjenja atmosferskog elektriciteta nisu tukla, već su se širila - od grmljavinskih oblaka do gornjih slojeva atmosfere. Razgranate munje imale su gigantske dimenzije: svijetleći cik-cak dugi 80 km išli su 95 km. Pražnjenja su trajala manje od sekunde i bila su praćena niskofrekventnom radio emisijom.
test pitanja
Koja se prirodna pojava naziva "grmljavina"?
Zbog koje pojave dolazi do naelektrisanja oblaka?
Kakav je proces razvoja zemaljske munje?
Koje su fundamentalno moguće metode za dobijanje električne energije iz pražnjenja groma?
Koji uređaji su predloženi da se koriste kao gromobran?
U kojim delovima naše planete se primećuje najviše munja?
U kojim zemljama svijeta će početi korištenje energije groma?

Energija grmljavine je još uvijek samo teoretski smjer. Suština tehnike je uhvatiti energiju munje i preusmjeriti je u električnu mrežu. Ovaj izvor energije je obnovljiv i odnosi se na alternativni, tj. ekološki siguran.

Proces stvaranja groma je veoma komplikovan. U početku, iz naelektriziranog oblaka, vodeće pražnjenje juri na tlo, koje su formirale elektronske lavine koje su se spojile u pražnjenja (strimere). Ovo pražnjenje ostavlja za sobom vrući jonizirani kanal, duž kojeg se glavno pražnjenje munje kreće u suprotnom smjeru, otrgnuto od Zemlje snažnim električnim poljem. U djeliću sekunde, proces se ponavlja nekoliko puta. Glavni problem je uhvatiti pražnjenje i preusmjeriti ga na mrežu.

Benjamin Franklin je također lovio nebeski elektricitet. Tokom grmljavine, bacio je zmaja u oblak i shvatio da skuplja električni naboj.

Energija munje je 5 milijardi džula čiste energije u jednom udaru, što je uporedivo sa 145 litara benzina. Vjeruje se da 1 udar groma sadrži toliku količinu energije koju cijelo stanovništvo Sjedinjenih Država potroši u roku od 20 minuta.

Godišnje se širom svijeta registruje oko 1,5 milijardi ispuštanja, tj. Munja udara u površinu Zemlje otprilike 40-50 puta u sekundi.

Eksperimenti

11. novembra 2006. Alternative Energy Holdings je objavio svoj uspjeh u stvaranju prototipa dizajna koji bi mogao demonstrirati "hvatanje" munje i zatim je pretvoriti u "kućnu" električnu energiju. Kompanija je navela da će otplata trenutnog industrijskog analoga biti 4-7 godina po maloprodajnoj cijeni od 0,005 dolara za 1 kWh. Nažalost, menadžment projekta je nakon niza praktičnih eksperimenata bio primoran prijaviti neuspjeh. Zatim je Martin A. Umani uporedio energiju munje sa energijom atomske bombe.

Osoblje Univerziteta u Sautemptonu 2013. godine simuliralo je u laboratorijskim uslovima veštačko punjenje, po svim parametrima slično munjama prirodnog porekla. Zahvaljujući relativno jednostavnoj opremi, naučnici su uspjeli da je "uhvate" i za samo nekoliko minuta u potpunosti napune bateriju pametnog telefona.

perspektiva

Farme munja su još uvijek san. Oni bi postali neiscrpni ekološki prihvatljivi izvori vrlo jeftine energije. Razvoj ove oblasti energetike otežan je nizom fundamentalnih problema:

• Nemoguće je predvidjeti vrijeme i mjesto grmljavine. To znači da čak i tamo gdje je postavljen maksimum za udare groma, potrebno je postaviti dosta „zamki“;
• munja je kratkotrajni energetski prasak čije je trajanje jednako djelićima sekunde i mora se vrlo brzo savladati. Za rješavanje ovog problema potrebni su snažni kondenzatori koji još ne postoje, a njihova cijena će vjerovatno biti vrlo visoka. Također možete primijeniti razne oscilatorne sisteme s krugovima 2. i 3. vrste, što vam omogućava da uskladite opterećenje s unutarnjim otporom generatora;
• snaga pražnjenja je takođe veoma različita. Većina munja je 5-20 kA, ali ima bljeskova od 200 kA struje, a svaki od njih treba dovesti na standard od 220 V i 50-60 Hz AC;
• munja je negativna, nastala od energije akumulirane u donjem dijelu oblaka, i pozitivna, akumulirana u njegovom gornjem dijelu. Ovaj faktor također treba uzeti u obzir pri opremanju farme groma. Štoviše, da bi se uhvatio pozitivan naboj, bit će potrebna energija, što dokazuje primjer lustera Čiževskog;
• gustina naelektrisanih jona u 1 kubnom metru atmosfere je mala, otpor vazduha je visok. Shodno tome, samo jonizovana elektroda, koja je maksimalno izdignuta iznad površine zemlje, može da "uhvati" munju, ali može da hvata energiju samo u obliku mikrostruja. Ako elektrodu podignete preblizu naelektriziranim oblacima, to može izazvati munju, tj. rezultirat će kratkotrajnim, ali snažnim udarom napona, što će dovesti do kvara opreme za farmu munje.

Uprkos očiglednim poteškoćama, ideja o stvaranju farmi munja je živa: čovječanstvo zaista želi ukrotiti prirodu i dobiti pristup ogromnim rezervama obnovljive energije.

Svako ko je ikada čitao o ogromnim vrijednostima napona i struja u kanalu linearne munje pomislio je: da li je moguće nekako uhvatiti te munje i prenijeti ih u energetske mreže? Za napajanje frižidera, sijalica, tostera i drugih mašina za pranje veša. Priča se o ovakvim stanicama već dugi niz godina, ali je moguće da ćemo sljedeće godine konačno vidjeti radni primjer „gromobrana“.

Kopajući po fantastičnoj literaturi, vjerovatno možete naići na nešto slično. Da, i vjerujemo da je dosta prijava patenata na ovu temu. Samo sada pravo oličenje se ne vidi.

Ovdje ima puno problema. Grom je, nažalost, previše nepouzdan snabdjevač električnom energijom. Teško je unapred predvideti gde će se desiti grmljavina. A čekati je na jednom mjestu je dugo. Osim toga, munja je napon reda stotine miliona volti i vršna struja do 200 kiloampera (u nekim mjerenim munjama; obično 5-20 kiloampera).

Da bi se "hranili" munjom, njihova energija očito treba da se akumulira negdje za one hiljaditi dio sekunde koliko traje glavna faza pražnjenja (udar munje, koji se čini trenutnim, zapravo se sastoji od nekoliko faza), a zatim polako dajte ga mreži, istovremeno transformišući na standardnih 220 volti i 50 ili 60 herca AC.

Imajte na umu da se tokom pražnjenja groma javlja prilično komplikovan proces. Prvo, vodeće pražnjenje juri iz oblaka na tlo (ne uzimamo u obzir munje unutar oblaka), koje formiraju lavine elektrona, koje se spajaju u pražnjenja, koja se nazivaju i strimeri. Vođa stvara vreli jonizovani kanal, kroz koji glavno pražnjenje groma, otrgnuto sa površine Zemlje snažnim električnim poljem, teče u suprotnom smeru.

No, potrebno je dodati i da se one munje koje prolaze između oblaka i zemlje dijele na dva tipa „ogledala“: neke su uzrokovane negativnim pražnjenjima koja se akumuliraju u donjem dijelu grmljavinskog oblaka, a druge su uzrokovane pozitivnim pražnjenjima. koje se akumuliraju u njegovom gornjem dijelu. Istina, drugi tip se javlja od 4 (u srednjim geografskim širinama) do 17 (u tropima) puta manje od pražnjenja prvog tipa (negativna munja). Ali ovu razliku još uvijek treba uzeti u obzir pri dizajniranju kolektora nebeske električne energije.

Nažalost, pristalice farmi groma zaboravljaju spomenuti da stotine čeličnih tornjeva, koji mogu biti potrebni za efikasno prikupljanje značajnog dijela udara groma tokom grmljavine na pristojnoj teritoriji, neće ni na koji način ukrasiti ovu teritoriju (na slici - samo nekoliko čeličnih jarbola, fotografija Arek Daniel).

Kao što vidite, ima mnogo problema. Vrijedi li se onda uopće petljati sa munjom? Ako takvu stanicu postavite u područje gdje munje udara mnogo češće nego inače, vjerovatno će biti smisla. Prema nekim izvještajima, uz jednu jaku grmljavinu, kada munje udaraju neprekidno jedna za drugom, može se osloboditi tolika količina energije koja je dovoljna da cijeli Sjedinjene Američke Države opskrbe električnom energijom 20 minuta.

Naravno, bez obzira kakvu stanicu za hvatanje groma smislili, njena efikasnost pri pretvaranju struje bit će daleko od 100% i, po svemu sudeći, neće biti moguće uhvatiti sve munje koje su udarile u blizini groma. farma.

Ali svejedno, ako se grmljavine nad stanicom dešavaju barem jednom sedmično... Čekaj, na našoj planeti u svakom trenutku bjesni 2.000 grmljavina! Primamljivo?

Da. Samo su ove grmljavine raspoređene na tako velikoj površini da se izgledi za hvatanje munje "za rep" odmah zamagljuju.

S druge strane, grmljavine se na Zemlji javljaju vrlo neravnomjerno. Na primjer, američki inovatori koji razmišljaju o sakupljanju munja već dugo gledaju prema Floridi: postoji područje poznato kao mjesto koje su upravo nebeske strijele birale.

Afrika ima još više sreće. Upravo su neki dan stručnjaci koji rade sa američkim satelitom za mjerenje tropskih kiša (TRMM) objavili izvještaj o jednom od najnovijih dostignuća ovog satelita.

Nakon dugoročnih promatranja, TRMM je (naravno, rukama stručnjaka) "sastavio" svjetsku mapu učestalosti munja, bojeći jedan ili drugi dio Zemlje u skladu s brojem zasljepljujućih pražnjenja koja se javljaju nad svakim kvadratni kilometar date površine godišnje.

Kao što se može vidjeti sa slike, u središnjem dijelu afričkog kontinenta postoji prilično veliko područje, gdje godišnje ima više od 70 udara groma po kvadratnom kilometru!

Frekvencija munja u svijetu. Skala na desnoj strani je gradirana u komadima po kvadratnom kilometru godišnje, u prosjeku za 11 godina posmatranja sa satelita TRMM (ilustracija NASA/MSFC).

Istina, kada se gleda ova karta, treba uzeti u obzir da se u tropima i bliže ekvatoru veliki dio svih munja koji se javljaju između oblaka ili različitih dijelova jednog oblaka, ali u srednjim geografskim širinama, naprotiv , značajan dio ukupnog broja munja čine “uzemljena” pražnjenja. Pokazalo se da za Rusiju nije sve izgubljeno, a Centralna Afrika (zbog značajnog ukupnog broja udara groma) može računati na uspjeh u berbi tako egzotičnog usjeva.

Ali do sada, sve više pronalazača iz Sjedinjenih Država dolazi s takvim projektima.

Na primjer, američka kompanija Alternative Energy Holdings, dijeleći svoje razvojne planove, izvještava da će usrećiti svijet ekološki prihvatljivom elektranom koja proizvodi struju po smiješnoj cijeni od 0,005 dolara po kilovat satu.

Kako tačno kompanija namerava da prikuplja energiju pražnjenja nije naznačeno. Može se samo pretpostaviti da je riječ o gromobranima opremljenim ogromnim kompletima superkondenzatora i pretvarača napona.

Inače, u različito vrijeme različiti pronalazači predlagali su najneobičnije uređaje za skladištenje - od podzemnih rezervoara s metalom koji bi se rastopio od pada groma u gromobran i zagrijavao vodu, čija bi para rotirala turbinu, do elektrolizera koji razlažu vodu na kisik. i vodonik usled pražnjenja groma. Ali vjerujemo da barem dio mogućeg uspjeha leži u jednostavnijim sistemima.

Međutim, da vidimo. Alternative Energy Holdings, što je lijepo, nije ograničeno na opće rasprave o svijetloj (dalekoj) budućnosti energije groma, već izjavljuje da će prvi radni prototip takve stanice sposobne akumulirati energiju munjevitog pražnjenja izgraditi već 2007. godine. .

Kompanija namerava da testira svoju instalaciju tokom sezone grmljavine (odnosno leta) sledeće godine, na jednom od mesta gde munje seče češće nego inače. Istovremeno, programeri pogona optimistično vjeruju da će se gromobranska elektrana isplatiti za 4-7 godina.

Energija grmljavine- ovo je vrsta alternativne energije, koja treba da "uhvati" energiju groma i pošalje je u električnu mrežu. Takav izvor je beskrajan resurs koji se stalno obnavlja. Munja je složen električni proces koji se dijeli na nekoliko tipova: negativan i pozitivan. Prva vrsta munje akumulira se u donjem dijelu oblaka, druga se, naprotiv, skuplja u gornjem dijelu. Da biste "uhvatili" i zadržali energiju munje, morate koristiti moćne i skupe kondenzatore, kao i razne oscilatorne sisteme koji imaju krugove druge i treće vrste. To je neophodno kako bi se uskladilo i ravnomjerno rasporedilo opterećenje s vanjskim otporom radnog generatora.

Energija grmljavine je za sada nedovršen i nedovršen projekat, iako je prilično obećavajući. Atraktivna je sposobnost stalne regeneracije resursa. Veoma je važno koliko snage dolazi iz jednog pražnjenja, što doprinosi proizvodnji dovoljne količine energije (oko 5 miliona džula neto energije, što je jednako 145 litara benzina).

Proces stvaranja munje

Proces stvaranja pražnjenja groma je vrlo složen i tehnički. Prvo, vodeće pražnjenje se šalje iz oblaka na tlo, koje formiraju elektronske lavine. Ove lavine se kombinuju u pražnjenja koja se nazivaju "strimeri". Vodeće pražnjenje stvara vrući jonizirani kanal, kroz koji se glavno pražnjenje munje kreće u suprotnom smjeru, koje izbija s površine naše planete impulsom jakog električnog polja. Takve sistemske manipulacije mogu se ponoviti nekoliko puta zaredom, iako nam se može učiniti da je prošlo samo nekoliko sekundi. Stoga je proces "hvatanja" munje, pretvaranja njene energije u struju i naknadnog skladištenja toliko komplikovan.

Problemi

Postoje sljedeći aspekti i nedostaci energije groma:

• Nepouzdanost izvora energije. Zbog činjenice da je nemoguće predvidjeti gdje i kada će se pojaviti munja, može doći do problema sa stvaranjem i primanjem energije. Promjenljivost takvog fenomena značajno utiče na značaj cijele ideje.
• Nisko trajanje pražnjenja. Dolazi do pražnjenja groma i traje nekoliko sekundi, pa je veoma važno brzo reagovati i "uhvatiti" ga.
• Potreba za korištenjem kondenzatora i oscilatornih sistema. Bez upotrebe ovih uređaja i sistema nemoguće je u potpunosti primiti i transformisati energiju grmljavine.
• Sporedni problemi sa "hvatanjem" naboja. Zbog male gustine nabijenih jona stvara se veliki otpor zraka. Munje možete „uhvatiti“ pomoću jonizovane elektrode, koja mora biti podignuta što je više moguće iznad tla (može „hvatati“ energiju isključivo u obliku mikrostruja). Ako elektrodu podignete preblizu naelektriziranim oblacima, to će izazvati stvaranje munje. Tako kratkotrajno, ali snažno punjenje može dovesti do brojčanih kvarova gromobranske elektrane.
• Skupa cijena cjelokupnog sistema i opreme. Energija grmljavine kroz svoju specifičnu strukturu i stalnu promjenjivost podrazumijeva korištenje raznovrsne opreme, koja je veoma skupa.
• Pretvorba i distribucija struje. Zbog varijabilnosti snage naboja mogu nastati problemi s njihovom distribucijom. Prosječna snaga munje je od 5 do 20 kA, međutim, postoje bljeskovi sa strujom do 200 kA. Svako punjenje mora biti raspoređeno na nižu snagu od 220 V ili 50-60 Hz AC.

Eksperimenti sa instalacijom gromobranskih elektrana

11. oktobra 2006. godine objavljen je uspješan dizajn prototipa modela gromobranske elektrane, koja je sposobna da "hvata" munju i pretvori je u čistu energiju. Alternative Energy Holdings bi se mogao pohvaliti ovakvim dostignućima. Inovativni proizvođač je napomenuo da bi takvo postrojenje moglo riješiti nekoliko ekoloških problema, kao i značajno smanjiti troškove proizvodnje energije. Kompanija tvrdi da će se ovakav sistem isplatiti za 4-7 godina, a "farme munje" će moći da proizvode i prodaju električnu energiju, koja se razlikuje od troškova tradicionalnih izvora energije (0,005 $ po kW/god).

Zaposleni sa Univerziteta Saungthampt 2013. godine u laboratoriji su simulirali naelektrisanje umjetne munje, koje je po svojim svojstvima identično munjama prirodnog porijekla. Koristeći jednostavnu opremu, naučnici su uspjeli da "uhvate" punjenje i da ga koriste za punjenje baterije mobilnog telefona.

Studije aktivnosti munje, karte frekvencije munje

NASA-ini stručnjaci koji rade sa satelitom Misije za mjerenje tropskih oluja proveli su 2006. studije aktivnosti grmljavine u različitim dijelovima naše planete. Kasnije su objavljeni podaci o učestalosti pojave munja i izrada odgovarajuće karte. Takve studije su objavile da postoje određene regije u kojima se tokom godine dogodi i do 70 udara groma (po kvadratnom kilometru površine).

Grmljavina je složen elektrostatički atmosferski proces koji je praćen munjom i grmljavinom. Energija grmljavine obećavajuća je alternativna energija koja može pomoći čovječanstvu da se riješi energetske krize i obezbijedi stalno obnovljive izvore. Uprkos svim prednostima ove vrste energije, postoji mnogo aspekata i faktora koji ne dozvoljavaju aktivnu proizvodnju, korištenje i skladištenje električne energije ovog porijekla.

Sada naučnici širom svijeta proučavaju ovaj složeni proces i razvijaju planove i projekte za uklanjanje povezanih problema. Možda će s vremenom čovječanstvo moći ukrotiti "tvrdoglavu" energiju munje i preraditi je u bliskoj budućnosti.