Чи можемо зберігати енергію блискавки?

Щосекунди дня матінка-природа влаштовує вражаюче шоу, у середньому близько 100 блискавок вражають поверхню Землі. Це неймовірні 8,6 мільйона ударів щодня, причому кожен удар розряджає до одного мільярда джоулів електростатично накопиченої енергії, енергії достатньо, щоб закип’ятити воду в 3000 кухонних чайниках.

Якщо інженерам вдалося використати силу сонця, чи зможуть вони захопити одне з інших величезних природних джерел енергії? Директор Інституту майбутнього цифрових мереж UNSW, професор Джон Флетчер зі Школи електротехніки та телекомунікацій UNSW каже, що теоретично це може здатися можливим, але використання енергії, виробленої блискавкою, не так просто, як здається.

«Проблема уловлювання енергії від блискавки полягає в тому, що хоча енергія може становити мільярд джоулів, вона в основному витрачається під час самого удару блискавки», — каже він. «Яскраве світло та гучний грім, які спостерігають люди, — це більша частина енергії, яка витрачається, тому в деяких аспектах це вже занадто пізно, коли вони вдаряються про землю. «Крім того, хоча блискавка може вдарити в одне й те саме місце двічі, ми не можемо передбачити, куди вона влучить. Це удар у темряві — буквально».

Щоб зрозуміти, чому це неможливо, професор Флетчер каже, що нам потрібно зрозуміти, як утворюється блискавка. Умови, які створюють блискавку, в першу чергу спричинені рухом теплого повітря та молекул води, оскільки вони дуже швидко підіймаються. Цей рух позбавляє електрони й призводить до появи заряджених грозових хмар.

«У грозовій хмарі повітряні потоки починаються на меншій висоті, приблизно в одному кілометрі над землею, і можуть підійматися приблизно до 10 кілометрів над землею — подібно до висоти пасажирського літака під час круїзу», — говорить він.

«Великий об’єм руху повітря створює зону з високим рівнем заряду, створюючи величезну різницю енергії між зарядженими частинками в хмарі та нами тут, на Землі. Напруга, близько сотень мегавольт, між ними стає настільки великою. що він розщеплює повітря, і цей процес утворює удари блискавки.

«Спалах, який ми бачимо, — це потік заряду між хмарою та Землею, і це відбувається за крихітну частку секунди — блимніть, і ви можете його пропустити. «Тож так, технічно ви можете захопити цю енергію звідкись на землі, але це може бути лише невелика частка фактичної енергії».

Отже, це не яскрава ідея?

Основна частина енергії вловлюється високо в самій хмарі. Однак спроби отримати цю енергію просто нерентабельні, якщо врахувати інші витрати, такі як зберігання та перетворення її в енергію, яку буде приймати мережа або інші типи навантажень, каже професор Флетчер.

«Теоретично вам потрібно було б спрямувати світловий удар на частину обладнання, яке могло б уловлювати енергію від удару блискавки», — каже він. «Це відносно простий процес, який може передбачати висунення хорошого провідника, такого як мідний стрижень, високо в повітрі. «Однак ми повинні пам’ятати, що використання обладнання буде дуже низьким, оскільки світлові удари тривають лише десятки мікросекунд, а це означає, що в інший час нічого не відбувається.

«Вам потрібен апарат, який може вловлювати мільярд джоулів, скажімо, за соту секунду, але потім доставляти цю енергію протягом більш тривалого періоду. Наприклад, якщо нам пощастило мати удар щохвилини, то миттєва потужність система захоплення становитиме 100 гігаватів.

«Середня вихідна потужність пристрою буде набагато нижчою, приблизно 16 мегаватів. Це величезний коефіцієнт перетворення потужності. «І навіть якщо у вас було правильне обладнання, немає ніякої гарантії, що блискавка все одно влучатиме в нього щосекунди».

Дотримуючись того, що ми знаємо

Порівняно з іншими природними джерелами енергії, блискавка точно не така життєздатна для збору. Професор Флетчер каже, що сонячна та вітрова енергія є головними, коли йдеться про забезпечення надійної та чистої енергії.

«Порівняйте 10 мікросекунд освітлення з сонячною панеллю, яка, якщо її правильно розташувати та за правильних погодних умов, може отримувати сонячну енергію протягом 10 годин на день», — каже він.

«Енергія вітру має потенціал для ще кращої роботи, оскільки вона також вітряна вночі, тому вона не так залежить від часу. Крім того, є атомна та гідроелектростанція, теплові помпи та сонячна теплова енергія, які є надійними джерелами електричної та теплової енергії». «Тому з економічної точки зору немає особливого сенсу намагатися вловити блискавку». Джерело