Uczniowie 9. klasy Michaił Artamonow, Dmitrij Denisow, Diana Ratsa

Człowiek nauczył się wykorzystywać energię wody budując elektrownie wodne, energię wiatru budując elektrownie wiatrowe, a nawet energię atomową budując elektrownie jądrowe. Obecnie energia słoneczna zgromadzona w panelach słonecznych jest aktywnie wykorzystywana.

W przyszłości ludzkość będzie szukać alternatywnych źródeł energii. Zasoby naturalne planety Ziemia prędzej czy później się wyczerpią i konieczne będzie opracowanie nowych źródeł energii. Być może ludzkość nauczy się wykorzystywać energię błyskawicy. Piorun niesie ze sobą duży prąd i duże napięcie.

W tym projekcie staraliśmy się teoretycznie opisać możliwą opcję konwersji energii pioruna. Badania i rozwój na ten temat trwają w Stanach Zjednoczonych. Ten temat pracy jest aktualny dzisiaj i w przyszłości.

Pobierać:

Zapowiedź:

Międzynarodowa młodzieżowa konferencja naukowa

„XXXIX Czytania Gagarina” MBOU „Szkoła Średnia nr 1 Zubowo-Polanskaja”

Korzystanie z energii błyskawicy.

Projekt

(kierunek naukowo-techniczny)

Wykonawcy: uczniowie klasy IX

Artamonow Michaił, Denisow Dmitry, Ratsa Diana

Kierownik: nauczyciel fizyki Nikołaj Grigoriewicz Velkin

n. Szok

2013

1. Wstęp

2. Część teoretyczna

2.1. Historia badań nad piorunami 4

2.2. Powstawanie piorunów i ich rodzaje. 5

3. Część praktyczna

3.1. Obliczenia _ 7

3.2. Zasada działania instalacji 8

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Opublikowano na http://www.allbest.ru

Wysłano na http://www.allbest.ru

Alternatywne źródła energii. Elektrownia piorunowa

WSTĘP

1.2 Problemy rozwoju energetyki

2.1 ROZWÓJ ALTERNATYWNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII

3. ELEKTROWNIA Z BŁYSKAWICZAMI

3.1 Elektrownia piorunowa

WSTĘP

Wieloletnie badania wykazały, że zasoby wielu rodzajów organicznych źródeł energii nie są nieograniczone. Wyczerpują się one co roku w dużych ilościach, zgodnie z ich spożyciem. Odkrycia te doprowadziły do ​​wielu pytań w poszukiwaniu nowych źródeł energii. Tymczasem wszystkie źródła energii podzielono na dwie główne kategorie. Wszystkie istniejące rezerwy paliwa do wytwarzania energii dzielą się na dwa główne typy:

Odnawialne;

Nieodnawialne.

Pod tym względem poszukiwanie nowych złóż i nowych rodzajów paliw odgrywa obecnie wiodącą rolę w zaopatrzeniu w energię całego świata i poszczególnych obiektów kluczowych. Jednak nowe złoża również ulegają wyczerpywaniu, a alternatywne źródła energii, takie jak energia wiatrowa i słoneczna, są eksploatowane tylko w sprzyjających warunkach i wymagają znacznych kosztów sprzętu i eksploatacji. Wynika to z ich większej niestabilności i zmian wskaźników wydajności podczas pracy.

Ogromną zaletą energii alternatywnych jest „czystość” energii otrzymywanej i wytwarzanej. W końcu wydobywa się go ze źródeł naturalnych: fal, pływów, grubości Ziemi. Wszystkie zjawiska i procesy naturalne są nasycone energią. Zadaniem ludzkości jest jego usunięcie i przekształcenie w energię elektryczną. Pytanie, co stanie się z Ziemią, gdy energia będzie pompowana w terawatach, nie zaprząta jeszcze umysłów. Można więc powiedzieć, że zadanie jest jasne. Pozostaje rozwijać te gałęzie przemysłu.

1. KLASYCZNE ŹRÓDŁA ENERGII

Wydobywanie zasobów Ziemi dobiega końca. W końcu prawie wszystkie źródła paliw organicznych odtwarzają się bardzo powoli lub wcale. Jednocześnie ludzkość jest przyzwyczajona do jedynie przyjmowania, ale nie uzupełniania wydanych zasobów. Dlatego problem wyczerpywania się energii Ziemi nie martwi szczególnie świata, z wyjątkiem społeczeństwa i różnych organizacji ekologicznych, które tylko kręcą palcami, jeśli rzucą kartkę papieru na ulicę lub nie zgaszą pożaru. Dlatego na razie koncerny energetyczne rozwiązują problem jedynie w poszukiwaniu nowych złóż. Jednak, jak wiemy, nowo zagospodarowane złoża niczego nie zmieniają, a wręcz jeszcze bardziej pogarszają sytuację ekologiczną.

Można powiedzieć, że poszukiwania nowych źródeł przebiegają w miarowym tempie: uprawiane są pierwiastki energetyczne, wydobywane są nowe surowce do produkcji energii. Przecież one też wytrzymają stosunkowo krótko.

Energia zajmuje pierwsze miejsce w wykorzystaniu i przetwarzaniu energii. Od niego w decydujący sposób zależy potencjał gospodarczy państw i dobrobyt ludzi. Ma także największy wpływ na środowisko, wyczerpywanie się zasobów planety i gospodarkę państw. Oczywistym jest, że tempo zużycia energii w przyszłości nie zatrzyma się, a nawet wzrośnie. W rezultacie pojawiają się następujące pytania:

Jaki wpływ mają główne rodzaje współczesnej energii (cieplna, wodna, nuklearna) na biosferę i jej poszczególne elementy oraz jak zmienią się proporcje tych rodzajów energii w bilansie energetycznym w bliższej i dalszej perspektywie;

Czy można ograniczyć negatywny wpływ na środowisko nowoczesnych (tradycyjnych) metod pozyskiwania i wykorzystania energii?

Jakie są możliwości wytwarzania energii z wykorzystaniem alternatywnych (nietradycyjnych) zasobów, takich jak energia słoneczna, energia wiatru, wody termalne i inne źródła, które są niewyczerpalne i przyjazne dla środowiska.

Ten zestaw pytań obejmuje wszystkie sfery działalności człowieka. Można powiedzieć, że obecnie postawiono zadanie kwestii ekonomiczno-środowiskowej. Czas na działanie.

1.1 Rodzaje klasycznych źródeł energii

Wszystkie istniejące w przyrodzie rodzaje paliw energetycznych dzielą się na stałe, ciekłe i gazowe. W urządzeniach grzewczych efekt cieplny prądu elektrycznego jest również wykorzystywany do podgrzewania płynu chłodzącego. Niektóre grupy paliw dzielą się z kolei na dwie podgrupy, z czego jedną podgrupą jest paliwo w trakcie jego wydobywania i paliwo to nazywa się paliwem naturalnym; druga podgrupa to paliwa otrzymywane w drodze przetwarzania lub wzbogacania paliw naturalnych; nazywa się to sztucznym paliwem.

Paliwa stałe obejmują:

a) naturalne paliwo stałe - drewno opałowe, węgiel, antracyt, torf;

b) sztuczne paliwo stałe – węgiel drzewny, koks i paliwo pyłowe, które otrzymuje się w wyniku mielenia węgla.

Paliwa płynne obejmują:

a) naturalne paliwo ciekłe – olej;

b) sztuczne paliwo ciekłe – benzyna, nafta, olej napędowy (diesel), olej opałowy, smoła.

Paliwa gazowe obejmują:

a) naturalne paliwo gazowe – gaz ziemny;

b) sztuczne paliwo gazowe – gaz generatorowy otrzymywany w wyniku zgazowania różnego rodzaju paliw stałych (torf, drewno opałowe, węgiel itp.), koksu, wielkopiecowego, oświetleniowego, gazów towarzyszących i innych.

Wszystkie rodzaje organicznych paliw naturalnych składają się z tych samych pierwiastków chemicznych. Różnica między rodzajami paliw polega na tym, że te pierwiastki chemiczne są zawarte w paliwie w różnych ilościach.

Pierwiastki tworzące paliwo dzielą się na dwie grupy.

Grupa 1: są to pierwiastki, które same się spalają lub wspomagają spalanie. Do takich pierwiastków paliwowych zalicza się węgiel, wodór i tlen.

Grupa 2: są to pierwiastki, które same się nie spalają i nie przyczyniają się do spalania, ale wchodzą w skład paliwa; obejmują one azot i wodę.

Wśród tych pierwiastków szczególne miejsce zajmuje siarka. Siarka jest substancją łatwopalną i po spaleniu wydziela pewną ilość ciepła, ale jej obecność w paliwie jest niepożądana, ponieważ podczas spalania siarki wydziela się dwutlenek siarki, który przechodzi do rozgrzanego metalu i pogarsza jego właściwości mechaniczne.

Ilość energii cieplnej wydzielanej przez paliwo podczas spalania mierzy się w kaloriach. Każde paliwo podczas spalania wytwarza inną ilość ciepła. Ilość ciepła (kalorii) wydzielającą się podczas całkowitego spalenia 1 kg paliwa stałego lub ciekłego albo podczas spalania 1 m3 paliwa gazowego nazywa się wartością opałową paliwa lub wartością opałową paliwa. Wartość opałowa różnych rodzajów paliw ma szerokie granice. Przykładowo dla oleju opałowego wartość opałowa wynosi około 10 000 kcal/kg, dla węgla 3 000 – 7 000 kcal/kg. Im wyższa wartość opałowa paliwa, tym jest ono cenniejsze, gdyż do wytworzenia tej samej ilości ciepła potrzeba jego mniejszej ilości. Aby porównać wartość cieplną paliwa lub obliczyć zużycie konkretnego paliwa, stosuje się wspólną jednostkę miary lub normę paliwową. Paliwem stosowanym w takiej jednostce jest węgiel moskiewski o wartości opałowej 7000 kcal/kg. Jednostka ta nazywana jest paliwem standardowym. Aby dokonać obliczeń i porównać zużycie paliwa o różnej kaloryczności, konieczna jest znajomość wartości opałowej paliwa. Przykładowo przy projektowaniu, gdy zachodzi konieczność porównania zużycia węgla ze zużyciem oleju opałowego i możliwości budowy kotłowni na węgiel lub olej opałowy, należy uwzględnić współczynnik korygujący na wartość opałową paliwa.

Ogromna różnorodność zasobów planety jest oczywista, ale obraz świata niewiele się zmienia.

1.3 Problemy rozwoju energetyki

Rozwój społeczeństwa przemysłowego opiera się na stale rosnącym poziomie produkcji i zużycia różnych rodzajów energii.

Jak wiadomo, podstawą produkcji energii cieplnej i elektrycznej jest, jak wspomniano powyżej, proces spalania surowców kopalnych – węgla, ropy czy gazu, a w energetyce jądrowej – rozszczepienie jąder atomów uranu i plutonu podczas absorpcja neutronów.

Wydobywanie, przetwarzanie i zużycie surowców energetycznych, metali, wody i powietrza rośnie wraz z wielkimi wymaganiami ludzkości, podczas gdy ich zasoby gwałtownie maleją. Szczególnie dotkliwy jest problem nieodnawialnych zasobów organicznych planety.

Nietrudno zgadnąć, że organiczne zasoby kopalne, nawet przy prawdopodobnym spowolnieniu wzrostu zużycia energii, w najbliższej przyszłości zostaną w dużej mierze zużyte.

Zauważmy też, że podczas spalania węgli kopalnych i ropy naftowej, które zawierają około 2,5% siarki, powstaje rocznie do 400 milionów ton dwutlenku siarki i tlenków azotu, co daje 70 kg szkodliwych substancji na każdego mieszkańca Ziemia rocznie.

Dlatego nawet ograniczenie zużycia i oszczędzanie zasobów mineralnych nie pomoże uniknąć katastrofy energetycznej. Jeśli w najbliższej przyszłości planeta nie stanie się niezdatna do zamieszkania, krytyczne zapotrzebowanie na zasoby energetyczne zostanie zaspokojone.

Rozwiązaniem pozostaje poszukiwanie i wdrażanie nieskończonych lub odnawialnych źródeł energii. Ogromne znaczenie ma walka z odpadami i emisją do atmosfery ton szkodliwych i śmiercionośnych substancji oraz metali ciężkich.

Jak już wiadomo, spalanie paliw kopalnych jest szkodliwe dla środowiska. Obecnie opracowywane są systemy i urządzenia oczyszczania emisji produktów spalania do atmosfery. Wśród urządzeń znajdują się:

Filtry na dyszach Venturiego;

Metalowe filtry labiryntowe;

Włóknine syntetyczne filtry objętościowe wykonane z materiałów nietkanych.

Istniejące metody czyszczenia obejmują:

Metoda adsorpcji.

Metoda dopalania termicznego.

Metoda termokatalityczna.

Oczywiście takie fundusze są drogie. Ponadto konserwacja systemu wymaga wysoko wykwalifikowanego personelu.

2. ALTERNATYWNE ŹRÓDŁA ENERGII

Alternatywne źródła energii (AES) są obecnie najważniejszym rozwiązaniem w zakresie wytwarzania energii elektrycznej z paliw kopalnych. Energia alternatywna opiera się na transformacji początkowo przyjaznych dla środowiska komponentów, co z kolei radykalnie zmniejsza szkodliwość produkcji energii. Należą do nich energia:

Przypływy i odpływy;

Fale morskie;

Wewnętrzne ciepło planety itp.

Główne powody wskazujące na znaczenie szybkiego przejścia na alternatywne źródła energii:

Globalno-ekologiczna: dziś powszechnie znany i udowodniony jest fakt szkodliwego wpływu tradycyjnych technologii wytwarzania energii (w tym nuklearnej i termojądrowej) na środowisko, a ich stosowanie nieuchronnie prowadzi do katastrofalnych zmian klimatycznych już w pierwszych dekadach XXI wieku.

Ekonomiczny: przejście na technologie alternatywne w sektorze energetycznym pozwoli zachować zasoby paliwowe kraju do przetwarzania w przemyśle chemicznym i innych. Ponadto koszt energii wyprodukowanej z wielu alternatywnych źródeł jest już niższy od kosztu energii ze źródeł tradycyjnych, a okres zwrotu kosztów budowy elektrowni alternatywnych jest znacznie krótszy. Ceny energii alternatywnej spadają, podczas gdy ceny energii tradycyjnej stale rosną;

Społeczne: wielkość i gęstość zaludnienia stale rosną. Jednocześnie trudno jest znaleźć tereny pod budowę elektrowni jądrowych i elektrowni państwowych, na których produkcja energii byłaby opłacalna i bezpieczna dla środowiska. Fakty dotyczące wzrostu zachorowań na nowotwory i inne poważne choroby na terenach, na których zlokalizowane są elektrownie jądrowe, duże państwowe elektrownie okręgowe i przedsiębiorstwa kompleksu paliwowo-energetycznego są dobrze znane; szkody wyrządzane przez gigantyczne nizinne elektrownie wodne są dobrze znane. wiadomo – wszystko to zwiększa napięcie społeczne.

Mimo to przejście na AES przebiega sprawnie. Na konkretnym obszarze zainstalowanych jest wiele źródeł energii, a ich efektywność zależy od sprzyjających warunków, czasu i danych. Nowy produkt zawsze kosztuje znacznie więcej niż produkt sprawdzony. Dlatego instalacja i obsługa są dość drogie. Jednak na całym świecie dość powszechne jest już znalezienie turbin wiatrowych lub paneli słonecznych na dachu budynku mieszkalnego, co oznacza, że ​​AES osiągnęły masowe zastosowanie, co oznacza, że ​​budownictwo wkrótce znacznie obniży cła. Nie zapomnij o megakorporacjach i małych firmach, które istnieją poprzez wydobywanie minerałów: ropy, gazu, węgla i prawdopodobnie nie przestaną ich wydobyć, aby ratować ekologię planety. Dlatego, aby uspokoić społeczeństwo, do „brudnej” produkcji kupowane są różnego rodzaju systemy czyszczące i filtrujące. Ale to w większości tylko kilka firm i artykuły w gazetach i Internecie.

2.1 Rozwój alternatywnych źródeł energii

Główną zaletą AES jest produkcja nieszkodliwej energii. Oznacza to, że przejście na odnawialne źródła energii może zmienić sytuację energetyczną i środowiskową na świecie. Energia pozyskiwana z odnawialnych źródeł energii jest bezpłatna.

Najbardziej oczywistymi wadami powolnego przyjmowania tej kategorii produkcji energii są: niewystarczające finansowanie i zakłócenia operacyjne. Wynika to z faktu, że ich wdrożenie i produkcja jest w dalszym ciągu procesem bardzo kosztownym. Nie bez znaczenia jest także nowość i brak świadomości wielu organizacji. Wielu producentów woli elektrownie szkodliwe i niebezpieczne dla zdrowia i środowiska ze względu na ich niezawodność i gotowość do pełnej pracy, niż drogie i „kapryśne” systemy wytwarzania energii w oparciu o źródła odnawialne.

Istotną wadą są przerwy w dostawie prądu. Na przykład produkcja energii słonecznej jest możliwa tylko w ciągu dnia. Dlatego najczęściej wraz z alternatywnymi źródłami energii instaluje się te same szkodliwe gałęzie przemysłu, aby zrekompensować zasoby energii. W tym przypadku nadwyżka pozyskanej energii magazynowana jest w akumulatorach.

AES są na etapie znacznego opracowania i wdrożenia. Wiele krajów już na nie przeszło i produkuje energię w ogromnych ilościach. Wiele państw, ze względu na swoje położenie terytorialne, aktywnie korzysta z AES.

Całkowita moc zainstalowana turbin wiatrowych w Chinach w 2014 roku wyniosła 114 763 MW. Co sprawiło, że rząd tak aktywnie rozwija energetykę wiatrową? Liderem emisji CO2 są Chiny, które planują wykorzystywać przede wszystkim energię geotermalną, wiatrową i słoneczną. Według państwowego planu do 2020 roku w 7 regionach kraju powstaną ogromne elektrownie wiatrowe o łącznej mocy 120 gigawatów.

W Stanach Zjednoczonych aktywnie rozwija się energia alternatywna. Dla przykładu łączna moc amerykańskich generatorów wiatrowych w Stanach Zjednoczonych w 2014 roku wyniosła 65 879 MW. Stany Zjednoczone są światowym liderem w rozwoju energii geotermalnej – kierunku wykorzystującego różnicę temperatur pomiędzy jądrem Ziemi a jej skorupą do produkcji energii. Jedną z metod wykorzystania gorących zasobów geotermalnych jest EGS (advanced geothermal systems), w który inwestuje Departament Energii USA. Wspierają je także centra badawcze i spółki venture capital (w szczególności Google), ale na razie PMG pozostają komercyjnie niekonkurencyjne.

Możesz także wyróżnić kraje oparte na ogromnym wpływie AES, takie jak Niemcy, Japonia, Indie i inne.

3. ELEKTROWNIA Z BŁYSKAWICZAMI

Jedną z pierwszych firm, która wykorzystała energię z chmur burzowych, była amerykańska firma Alternative Energy Holdings. Zaproponowała sposób wykorzystania darmowej energii poprzez jej gromadzenie i recykling, powstającą w wyniku wyładowań elektrycznych chmur burzowych. Eksperymentalna instalacja została uruchomiona w 2007 roku i nosiła nazwę „piorunochronu”. Rozwój i badania zjawisk burzowych zawierają ogromne akumulacje energii, którą amerykańska firma zaproponowała jako źródło energii elektrycznej.

3.1 Elektrownia piorunowa

Elektrownia piorunowa to w zasadzie klasyczna elektrownia, która przekształca energię pioruna w energię elektryczną. W tej chwili trwają intensywne badania nad mocą piorunów i być może w niedalekiej przyszłości elektrownie piorunowe pojawią się w dużych ilościach wraz z innymi elektrowniami opartymi na czystej energii.

3.1.1 Piorun jako źródło przepięć piorunowych

Burze to wyładowania elektryczne, które gromadzą się w dużych ilościach w chmurach. Z powodu prądów powietrza w chmurach burzowych ładunki dodatnie i ujemne gromadzą się i rozdzielają, chociaż pytania na ten temat wciąż są badane.

Jedno z powszechnych założeń dotyczących powstawania ładunków elektrycznych w chmurach wynika z faktu, że ten proces fizyczny zachodzi w stałym polu elektrycznym ziemi, co odkrył M.V. Łomonosow podczas eksperymentów.

Ryż. 3.1. Wizualny diagram rozwoju burzy

Nasza planeta zawsze ma ładunek ujemny, a natężenie pola elektrycznego w pobliżu powierzchni Ziemi wynosi około 100 V/m. Jest ona wyznaczana przez ładunki Ziemi i w niewielkim stopniu zależy od pory roku i dnia oraz jest prawie taka sama dla każdego punktu na powierzchni Ziemi. Powietrze otaczające Ziemię zawiera swobodne ładunki, które poruszają się w kierunku pola elektrycznego Ziemi. Każdy centymetr sześcienny powietrza w pobliżu powierzchni ziemi zawiera około 600 par cząstek naładowanych dodatnio i ujemnie. Wraz z odległością od powierzchni ziemi wzrasta gęstość naładowanych cząstek w powietrzu. Przewodność powietrza w pobliżu ziemi jest niska, ale w odległości 80 km od powierzchni ziemi wzrasta 3 miliardy razy i osiąga przewodność słodkiej wody.

Zatem Ziemię wraz z otaczającą atmosferą można przedstawić we właściwościach elektrycznych jako sferyczny kondensator o kolosalnych wymiarach, którego płytkami jest Ziemia i przewodząca warstwa powietrza znajdująca się w odległości 80 km od powierzchni Ziemi. Warstwa izolacyjna pomiędzy tymi płytami to słabo przewodząca prąd warstwa powietrza o grubości 80 km. Pomiędzy płytkami takiego kondensatora napięcie wynosi około 200 kV, a prąd przepływający pod wpływem tego napięcia wynosi 1,4 kA. Moc kondensatora wynosi około 300 MW. W polu elektrycznym tego kondensatora tworzą się chmury burzowe i zjawiska burzowe występują w zakresie od 1 do 8 km od powierzchni Ziemi.

Piorun, jako nośnik ładunków elektrycznych, jest najbliższym źródłem energii elektrycznej w porównaniu do innych AES. Ładunek gromadzący się w chmurach ma potencjał kilku milionów woltów w stosunku do powierzchni Ziemi. Kierunek prądu piorunowego może przebiegać od ziemi do chmury, z ujemnym ładunkiem chmury (w 90% przypadków) lub od chmury do ziemi (w 10% przypadków). Czas trwania wyładowania piorunowego wynosi średnio 0,2 s, rzadko do 1...1,5 s, czas trwania zbocza narastającego impulsu wynosi od 3 do 20 μs, prąd wynosi kilka tysięcy amperów, do 100 kA, temperatura w kanale sięga 20 000°C, pojawia się silne pole magnetyczne i fale radiowe. Błyskawice mogą również powstawać podczas burz piaskowych, zamiecienic i erupcji wulkanów.

alternatywna elektrownia piorunowa

3.1.2 Zasada działania elektrowni piorunowej

Opiera się na tym samym procesie, co inne elektrownie: przetwarzaniu energii źródłowej na energię elektryczną. Zasadniczo błyskawica zawiera tę samą energię elektryczną, to znaczy nic nie wymaga konwersji. Jednak powyższe parametry „standardowego” wyładowania piorunowego są tak duże, że jeśli ten prąd dostanie się do sieci, cały sprzęt po prostu przepali się w ciągu kilku sekund. Dlatego do układu wprowadzane są wydajne kondensatory, transformatory i różnego rodzaju przetwornice, dostosowujące tę energię do wymaganych warunków użytkowania w sieciach i urządzeniach elektrycznych.

3.1.3 Zalety i wady elektrowni piorunowej

Zalety elektrowni piorunowych:

Superkondensator ziemsko-jonosferyczny jest stale ładowany przy użyciu odnawialnych źródeł energii - słońca i radioaktywnych pierwiastków skorupy ziemskiej.

Elektrownia piorunochronna nie emituje żadnych substancji zanieczyszczających do środowiska.

Wyposażenie stacji odgromowych nie rzuca się w oczy. Balony są zbyt wysokie, aby można je było zobaczyć gołym okiem. Aby to zrobić, będziesz potrzebować teleskopu lub lornetki.

Elektrownia piorunowa jest w stanie wytwarzać energię w sposób ciągły, jeśli kule są utrzymywane w powietrzu.

Wady elektrowni piorunowych:

Energię elektryczną pochodzącą z piorunów, podobnie jak energię słoneczną czy wiatrową, trudno jest magazynować.

Wysokie napięcie w systemach elektrowni odgromowych może być niebezpieczne dla personelu obsługującego.

Całkowita ilość energii elektrycznej, jaką można uzyskać z atmosfery, jest ograniczona.

W najlepszym przypadku energia pioruna może służyć jedynie jako niewielkie uzupełnienie innych źródeł energii.

Zatem energia pioruna jest obecnie dość zawodna i podatna na zagrożenia. Nie umniejsza to jednak jego znaczenia na korzyść przejścia na AES. Niektóre obszary planety są nasycone sprzyjającymi warunkami, które mogą znacznie przyspieszyć badanie zjawisk burzowych i uzyskać z nich niezbędną energię elektryczną.

3.2 Obliczanie elektrowni piorunowej

Obliczenia elektrowni piorunowej mają na celu przede wszystkim określenie mocy wyjściowej. W końcu zadaniem każdej elektrowni jest maksymalizacja efektywności energetycznej, aby zrekompensować koszty eksploatacji i instalacji, a także produkcji energii elektrycznej. Im większa ilość wytworzonej energii, tym większy będzie ona przynosić dochód i tym większą liczbę obiektów będzie przez nią obsługiwana. Ponieważ podstawą energii przychodzącej do elektrowni piorunowej jest wyładowanie atmosferyczne, wówczas ze względu na podobieństwo jej składu do wyjściowej energii elektrycznej obliczenie mocy elektrowni jest prawie równoważne mocy błyskawicy opłatę, z wyjątkiem strat wewnętrznych.

Na moc wyjściową elektrowni wpływają takie parametry, jak miejsce instalacji, sprawność urządzeń

Kształt impulsów prądu piorunowego i(t) opisuje wyrażenie:

gdzie I jest maksymalnym prądem; k - współczynnik korygujący; t - czas; - stała czasowa frontu; - stała czasowa zaniku.

Parametry zawarte w tym wzorze podano w tabeli. 3.1. Odpowiadają one najpotężniejszym wyładowaniom piorunowym, które są rzadkie (mniej niż 5% przypadków). Prądy o natężeniu 200 kA występują w 0,7...1% przypadków, 20 kA - w 50% przypadków.

Tabela 3.1. Parametry wzoru (3.1).

W pierwszym przypadku wynik kształtu impulsu będzie następujący:

Zatem kształt błyskawicy jest następujący:

Ryż. 3.2. Aktualny wykres kształtu tętna

Dzięki temu maksymalna różnica potencjałów pioruna sięga 50 milionów woltów, przy prądzie do 100 tysięcy amperów. Aby obliczyć energię błyskawicy, przyjmijmy liczby bliższe średniej dla większości błyskawic, a mianowicie: napięcie 25 milionów woltów i prąd 10 tysięcy amperów.

Podczas wyładowania atmosferycznego potencjał elektryczny spada do zera. Dlatego, aby poprawnie określić średnią moc wyładowania atmosferycznego, w obliczeniach należy uwzględnić połowę napięcia początkowego.

Teraz mamy następującą moc wyładowania elektrycznego:

gdzie P to moc wyładowania piorunowego, U to napięcie; Ja - aktualna siła.

Oznacza to, że zgodnie z (3.2) otrzymujemy:

Oznacza to, że moc wyładowania atmosferycznego wynosi 125 milionów kilowatów. Biorąc pod uwagę czas kilku tysięcznych sekundy, określ całkowitą ilość energii pioruna:

Wh=34,722 kWh,

gdzie t1 to liczba sekund w godzinie; t2 to czas trwania wyładowania atmosferycznego.

Przyjmijmy średnią cenę energii elektrycznej jako 4 ruble za 1 kWh. Wtedy koszt całej energii błyskawicy wyniesie 138,88 rubli.

W rzeczywistości tylko niewielką część energii można pozyskać i wykorzystać według tych obliczeń, np. do podgrzania wody. Główna część energii pioruna jest wydawana podczas wyładowania iskrowego na ogrzewanie atmosfery, a nawet teoretycznie konsumenci mogą wykorzystać mniejszą część energii pioruna.

W trakcie pracy nad projektem kursu wyciągnięto wnioski dotyczące wyczerpywania się zasobów planety oraz zanieczyszczenia atmosfery i powierzchni ziemi w procesie ich przetwarzania i wydobycia. Ponadto rozważono główne rodzaje zastępowania szkodliwej produkcji delikatniejszymi, poprzez wytwarzanie energii z czystych źródeł naturalnych, takich jak woda, pływy, słońce itp.

Projekt kursu bada możliwość wykorzystania energii wyładowań atmosferycznych do zamiany jej na energię elektryczną. Dokonano obliczeń ilości i kosztu wyładowań atmosferycznych. Jednak te obliczenia są względne. W końcu energia pioruna jest wydawana na procesy atmosferyczne i tylko niewielka jej część dociera do elektrowni.

Opublikowano na Allbest.ru

Podobne dokumenty

Istniejące źródła energii. Światowe zasoby energii. Problemy znalezienia i wdrożenia nieskończonych lub odnawialnych źródeł energii. Alternatywna energia. Energia wiatrowa, wady i zalety. Zasada działania i rodzaje generatorów wiatrowych.

praca na kursie, dodano 03.07.2016


Charakterystyka nieodnawialnych źródeł energii i problemy ich wykorzystania. Przejście z tradycyjnych źródeł energii na alternatywne. Ropa i gaz oraz ich rola w gospodarce każdego państwa. Chemiczna rafinacja oleju. Produkcja ropy naftowej na Ukrainie.

streszczenie, dodano 27.11.2011


Problemy rozwoju i istnienia energii. Rodzaje alternatywnych źródeł energii i ich rozwój. Źródła i metody wykorzystania energii geotermalnej. Zasada działania elektrowni geotermalnej. Ogólny schemat ideowy GeoPP i jego komponentów.

praca na kursie, dodano 05.06.2016


Istniejące źródła energii. Rodzaje elektrowni. Problemy rozwoju i istnienia energii. Przegląd alternatywnych źródeł energii. Budowa i zasada działania elektrowni pływowych. Obliczanie energii. Określenie efektywności.

praca na kursie, dodano 23.04.2016


Energia wiatru, energia słoneczna i energia słoneczna jako alternatywne źródła energii. Ropa naftowa, węgiel i gaz jako główne źródła energii. Cykl życia biopaliwa, jego wpływ na stan środowiska naturalnego. Alternatywna historia wyspy Samsoe.

prezentacja, dodano 15.09.2013


Przegląd rozwoju współczesnej energetyki i jej problemów. Ogólna charakterystyka alternatywnych źródeł energii, możliwości ich wykorzystania, zalety i wady. Zabudowa wykorzystywana obecnie do nietradycyjnej produkcji energii.

streszczenie, dodano 29.03.2011


Geografia zasobów naturalnych świata. Zużycie energii jest kwestią zrównoważonego rozwoju. Statystyki światowego zużycia energii. Rodzaje nietradycyjnych (alternatywnych) źródeł energii i ich charakterystyka. Składowanie wypalonego paliwa jądrowego.

prezentacja, dodano 28.11.2012


Klasyfikacja alternatywnych źródeł energii. Możliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii w Rosji. Energia wiatrowa (energia wiatru). Mała elektrownia wodna, energia słoneczna. Wykorzystanie energii biomasy na cele energetyczne.

praca na kursie, dodano 30.07.2012


Rodzaje nietradycyjnych odnawialnych źródeł energii, technologie ich rozwoju. Odnawialne źródła energii w Rosji do 2010 roku. Rola nietradycyjnych i odnawialnych źródeł energii w reformowaniu kompleksu elektroenergetycznego obwodu swierdłowskiego.

streszczenie, dodano 27.02.2010


Wytwarzanie energii elektrycznej z energii wiatru, historia jej wykorzystania. Elektrownie wiatrowe i ich główne typy. Przemysłowe i prywatne wykorzystanie elektrowni wiatrowych, ich zalety i wady. Wykorzystanie generatorów wiatrowych na Ukrainie.

Energia pioruna to wciąż tylko teoretyczny kierunek. Istotą tej techniki jest wychwytywanie energii pioruna i przekierowanie jej do sieci energetycznej. To źródło energii jest odnawialne i zaliczane do alternatywnych, tj. przyjazny dla środowiska.

Proces powstawania piorunów jest bardzo złożony. Początkowo z naelektryzowanej chmury na ziemię spływa wiodący wyładowanie, które powstało w wyniku lawin elektronowych, które połączyły się w wyładowania (streamery). Wyładowanie to pozostawia po sobie gorący, zjonizowany kanał, wzdłuż którego główny wyładowanie piorunowe, oderwane od Ziemi przez silne pole elektryczne, przemieszcza się w przeciwnym kierunku. W ułamku sekundy proces powtarza się kilka razy. Głównym problemem jest wyłapanie wyładowania i przekierowanie go do sieci.

Benjamin Franklin także poszukiwał niebiańskiej elektryczności. Podczas burzy wypuścił latawiec w chmurę i zdał sobie sprawę, że zbiera ładunek elektryczny.

Energia pioruna to 5 miliardów dżuli czystej energii w jednym uderzeniu, co jest porównywalne ze 145 litrami benzyny. Uważa się, że 1 piorun zawiera ilość energii, jaką cała populacja USA zużywa w ciągu 20 minut.

Co roku na świecie rejestruje się około 1,5 miliarda wyładowań, tj. Piorun uderza w powierzchnię Ziemi około 40-50 razy na sekundę.

Eksperymenty

11 listopada 2006 r. Firma Alternative Energy Holdings ogłosiła sukces w stworzeniu prototypowego projektu, który mógłby zademonstrować „wychwytywanie” pioruna, a następnie przekształcanie go w energię elektryczną „dla gospodarstw domowych”. Firma stwierdziła, że ​​zwrot z obecnego analogu przemysłowego wyniesie 4–7 lat przy cenie detalicznej wynoszącej 0,005 dolara za 1 kWh. Niestety, po serii praktycznych eksperymentów, kierownictwo projektu było zmuszone zgłosić niepowodzenie. Następnie Martin A. Umani porównał energię błyskawicy z energią bomby atomowej.

W 2013 roku pracownicy Uniwersytetu w Southampton przeprowadzili symulację sztucznego ładunku w warunkach laboratoryjnych, podobnych pod każdym względem do naturalnego pioruna. Dzięki stosunkowo prostemu sprzętowi naukowcom udało się go „złapać” i w ciągu zaledwie kilku minut naładować do pełna baterię smartfona.

Perspektywiczny

Farmy piorunochronne to wciąż marzenie. Stałyby się niewyczerpanymi, przyjaznymi dla środowiska źródłami bardzo taniej energii. Rozwój tej dziedziny energetyki utrudnia szereg zasadniczych problemów:

• Nie da się przewidzieć czasu i miejsca burzy. Oznacza to, że nawet tam, gdzie ustawione jest maksimum uderzeń pioruna, trzeba zainstalować sporo „pułapek”;
• Błyskawica to krótkotrwały wybuch energii, trwający ułamek sekundy i należy go bardzo szybko opanować. Aby rozwiązać ten problem, potrzebujemy bardzo wydajnych kondensatorów, których jeszcze nie ma, a ich cena prawdopodobnie będzie bardzo wysoka. Można także zastosować różnorodne układy oscylacyjne z obwodami II i III rodzaju, które umożliwiają dopasowanie obciążenia do rezystancji wewnętrznej generatora;
• Moc wyładowań również jest bardzo zróżnicowana. Większość wyładowań atmosferycznych ma natężenie 5-20 kA, ale zdarzają się błyski o natężeniu prądu 200 kA i każdy z nich należy doprowadzić do standardu prądu przemiennego 220 V i 50-60 Hz;
• błyskawica może być ujemna, powstająca z energii zgromadzonej w dolnej części chmury i dodatnia, zgromadzona w jej górnej części. Czynnik ten należy również wziąć pod uwagę przy wyposażaniu farmy piorunowej. Ponadto, aby uchwycić ładunek dodatni, wymagana będzie energia, o czym świadczy przykład żyrandola Chizhevsky'ego;
• gęstość naładowanych jonów w 1 metrze sześciennym atmosfery jest niska, opór powietrza jest wysoki. W związku z tym tylko zjonizowana elektroda, uniesiona jak najwyżej nad powierzchnię ziemi, może „złapać” piorun, ale może wychwycić energię jedynie w postaci mikroprądów. Jeśli podniesiesz elektrodę zbyt blisko naelektryzowanych chmur, może to spowodować wyładowanie atmosferyczne, tj. nastąpi krótkotrwały, ale silny wzrost napięcia, który doprowadzi do awarii sprzętu piorunochronnego.

Pomimo oczywistych trudności idea tworzenia farm piorunowych jest żywa: ludzkość naprawdę chce ujarzmić naturę i zyskać dostęp do ogromnych zasobów energii odnawialnej.

Energia błyskawicy to rodzaj energii alternatywnej, która ma „wyłapywać” energię pioruna i kierować ją do sieci energetycznej. Takie źródło jest niewyczerpanym zasobem, który jest stale odnawiany. Piorun to złożony proces elektryczny, który dzieli się na kilka typów: ujemny i dodatni. Pierwszy rodzaj piorunów gromadzi się w dolnej części chmury, drugi natomiast gromadzi się w górnej części. Aby „złapać” i zatrzymać energię błyskawicy, należy zastosować mocne i drogie kondensatory, a także różnorodne układy oscylacyjne z obwodami drugiego i trzeciego rodzaju. Jest to konieczne, aby skoordynować i równomiernie rozłożyć obciążenie z oporem zewnętrznym pracującego generatora.

Na razie energia piorunowa jest projektem niedokończonym i nie w pełni ukształtowanym, choć jest dość obiecujący. Atrakcyjną funkcją jest możliwość ciągłego przywracania zasobów. Bardzo ważne jest to, ile mocy pochodzi z jednego wyładowania, co pozwala na wytworzenie wystarczającej ilości energii (około 5 miliardów J czystej energii, co równa się 145 litrom benzyny).

Proces powstawania wyładowań atmosferycznych

Proces powstawania wyładowań atmosferycznych jest bardzo złożony i techniczny. Najpierw z chmury na ziemię wysyłany jest wyładowanie wiodące, utworzone przez lawiny elektronów. Lawiny te łączą się w wyładowania zwane „streamerami”. Wyładowanie liderowe tworzy gorący, zjonizowany kanał, przez który główny wyładowanie piorunowe przemieszcza się w przeciwnym kierunku, który wybija się z powierzchni naszej planety pod wpływem silnego pola elektrycznego. Takie manipulacje systemem można powtarzać kilka razy z rzędu, choć może nam się wydawać, że minęło zaledwie kilka sekund. Dlatego proces „łapania” pioruna, zamiany jego energii na prąd i późniejsze magazynowanie jest tak złożony.

Kwestie

Istnieją następujące aspekty i wady energii piorunowej:

• Zawodność źródła energii. W związku z tym, że nie da się z góry przewidzieć, gdzie i kiedy nastąpi wyładowanie atmosferyczne, mogą pojawić się problemy z wytworzeniem i odbiorem energii. Zmienność takiego zjawiska znacząco wpływa na wagę całej idei.
• Niski czas rozładowania. Wyładowanie atmosferyczne następuje i działa w ciągu kilku sekund, dlatego bardzo ważne jest, aby szybko zareagować i „złapać” go.
• Konieczność stosowania kondensatorów i układów oscylacyjnych. Bez wykorzystania tych urządzeń i systemów niemożliwy jest pełny odbiór i konwersja energii burzy.
• Problemy poboczne przy „łapaniu” ładunków. Ze względu na małą gęstość naładowanych jonów powstaje duży opór powietrza. Błyskawicę można „złapać” za pomocą elektrody zjonizowanej, którą należy unieść jak najwyżej nad powierzchnię ziemi (może ona „złapać” energię wyłącznie w postaci mikroprądów). Jeśli podniesiesz elektrodę zbyt blisko naelektryzowanych chmur, spowoduje to powstanie pioruna. Tak krótkotrwały, ale potężny ładunek może doprowadzić do licznych awarii elektrowni piorunowej.
• Drogie koszty całego systemu i sprzętu. Energia burzowa, ze względu na swoją specyficzną strukturę i ciągłą zmienność, wiąże się z koniecznością stosowania różnorodnych urządzeń, co jest bardzo kosztowne.
• Bieżąca konwersja i dystrybucja. Ze względu na zmienność mocy ładunków mogą pojawić się problemy z ich rozkładem. Średnia moc pioruna waha się od 5 do 20 kA, zdarzają się jednak błyski o natężeniu prądu do 200 kA. Wszelkie ładunki muszą być rozdzielone przy niższej mocy na napięcie 220 V lub 50–60 Hz prądu przemiennego.

Eksperymenty z instalacją elektrowni odgromowych

11 października 2006 roku ogłoszono pomyślny projekt prototypowego modelu elektrowni piorunowej, która jest w stanie „wyłapać” piorun i przekształcić go w czystą energię. Takimi osiągnięciami mogą pochwalić się Alternative Energy Holdings. Innowacyjny producent zauważył, że taka instalacja mogłaby rozwiązać kilka problemów środowiskowych, a także znacząco obniżyć koszty produkcji energii. Firma zapewnia, że ​​taki system zwróci się w ciągu 4-7 lat, a „farmy błyskawiczne” będą mogły produkować i sprzedawać energię elektryczną, która różni się od kosztu tradycyjnych źródeł energii (0,005 dolara za kW/rok).

W 2013 roku pracownicy Uniwersytetu Saungthampt przeprowadzili symulację sztucznego ładunku pioruna w warunkach laboratoryjnych, który swoimi właściwościami jest identyczny z piorunem naturalnym. Za pomocą prostego sprzętu naukowcom udało się „złapać” ładunek i wykorzystać go do naładowania baterii telefonu komórkowego.

Badania aktywności wyładowań atmosferycznych, mapy częstotliwości wyładowań atmosferycznych

Specjaliści NASA współpracujący z satelitą Tropical Storm Measuring Mission przeprowadzili w 2006 roku badania aktywności burz w różnych częściach naszej planety. Później podano dane dotyczące częstotliwości powstawania piorunów i stworzenia odpowiedniej mapy. Badania takie wykazały, że w niektórych regionach w ciągu roku dochodzi do 70 uderzeń pioruna (na km kwadratowy powierzchni).

Burza to złożony proces elektrostatyczny w atmosferze, któremu towarzyszą błyskawice i grzmoty. Energia burzowa to obiecująca alternatywna energia, która może pomóc ludzkości pozbyć się kryzysu energetycznego i zapewnić jej stale odnawialne zasoby. Pomimo wszystkich zalet tego rodzaju energii, istnieje wiele aspektów i czynników, które nie pozwalają na aktywną produkcję, wykorzystanie i oszczędzanie energii elektrycznej tego pochodzenia.

Obecnie naukowcy na całym świecie badają ten złożony proces oraz opracowują plany i projekty mające na celu wyeliminowanie powiązanych problemów. Być może z biegiem czasu ludzkość będzie w stanie okiełznać „uporczywą” energię błyskawicy i w najbliższej przyszłości poddać ją recyklingowi.

WYNALAZEK
Patent Federacji Rosyjskiej RU2332816

URZĄDZENIE DO MAGAZYNOWANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PIORUNÓW

Nazwa wynalazcy: Bleskin Borys Iwanowicz, Truszkin Nikołaj Siergiejewicz, Chlestkow Jurij Aleksiejewicz, Leonow Borys Iwanowicz, Maszkow Oleg Aleksiejewicz, Rybkin Jewgienij Aleksandrowicz, Iszutin Wasilij Aleksandrowicz, Nowikow Jewgienij Gennadiewicz, Bleskin Aleksander Borysowicz, Maszkow Siergiej Olegowicz
Imię i nazwisko właściciela patentu: Bleskin Borys Iwanowicz, Truszkin Nikołaj Siergiejewicz, Chlestkow Jurij Aleksiejewicz, Leonow Borys Iwanowicz, Maszkow Oleg Aleksiejewicz
Korespondencję: 115612, Moskwa, ul. Stawy Borysowskie, 22, bud. 1, m. 120, B.I. Bleskin
Data rozpoczęcia patentu: 17.11.2006

Wynalazek dotyczy dziedziny wytwarzania przyrządów i może być stosowany do magazynowania energii elektrycznej. Rezultatem technicznym jest rozszerzenie funkcjonalności. Aby osiągnąć ten cel, piorunochron wykonuje się w postaci przewodnika o jak najmniejszym oporze dla przepływu prądu atmosferycznego. W pobliżu piorunochronu znajdują się elementy gromadzące energię. W tym przypadku element gromadzący energię zawiera cewkę indukcyjną, element półprzewodnikowy i pojemność, połączone szeregowo w celu utworzenia pojedynczego obwodu elektrycznego. Cewka indukcyjna i element półprzewodnikowy mają rezystancję prądową nie większą niż 1 om, a element gromadzący energię znajduje się w odległości od 0,1 do 10 m od piorunochronu.

OPIS WYNALAZKU

Wynalazek dotyczy fizyki, a mianowicie urządzeń elektrycznych do wykorzystania energii elektrycznej pioruna i atmosfery jako całości. Można go stosować na terenach, gdzie często występują burze, jako źródło energii do celów przemysłowych i domowych.

Znane jest urządzenie do wykorzystania atmosferycznej energii elektrycznej, składające się z pionowo zamontowanego piorunochronu połączonego z uziemieniem i elementu gromadzącego energię (Certyfikat praw autorskich ZSRR nr 781, klasa N05F 7/00, 1925). Urządzenie to może służyć do magazynowania energii elektrycznej.

Znane urządzenie nie pozwala jednak na wykorzystanie energii elektrycznej pochodzącej z pioruna, gdyż nie jest przystosowane do uderzenia pioruna, a energia wyzwolona podczas uderzenia pioruna prowadzi do jego zniszczenia. Jednocześnie, ze względu na akumulację energii elektrycznej w atmosferze, jej parametry rezystancji prądowej są bardzo wysokie.

	Celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie taniego źródła energii na obszarach, gdzie często występują burze. Rezultatem technicznym wynalazku jest stworzenie urządzenia umożliwiającego akumulację energii elektrycznej wydzielonej w piorunochronie w momencie uderzenia pioruna, a także odsysanie jej nadmiaru z atmosfery pomiędzy uderzeniami pioruna. Rozwiązanie tego problemu polega na tym, że w znanym urządzeniu do magazynowania energii, zawierającym pionowo zamontowany piorunochron połączony z uziemieniem oraz element gromadzący energię, piorunochron wykonany jest w postaci przewodnika o najniższy opór wobec prądu atmosferycznego, w pobliżu którego znajduje się jeden lub więcej elementów do usuwania energii. Ponadto element gromadzący energię może zawierać na przykład cewkę indukcyjną, element półprzewodnikowy i pojemność połączoną szeregowo w celu utworzenia pojedynczego obwodu elektrycznego, przy czym cewka indukcyjna i element półprzewodnikowy mają najniższą rezystancję prądową nie większą niż 1 Ohm, a element gromadzący energię znajduje się w odległości od 0,1 do 10 m od piorunochronu. W innym przypadku element zbierający energię składa się z cewki indukcyjnej, elementu półprzewodnikowego i pojemności połączonych szeregowo w celu utworzenia pojedynczego obwodu elektrycznego, przy czym cewka indukcyjna jest umieszczona prostopadle do dowolnej płaszczyzny przechodzącej przez oś piorunochronu i jest wykonany w postaci toroidu, którego oś symetrii pokrywa się z osią piorunochronu, w tym przypadku cewka indukcyjna i element półprzewodnikowy mają najniższą rezystancję prądową nie większą niż 1 om. Środek uziemiający w proponowanym urządzeniu magazynującym energię może być wykonany w postaci otwartego lub zamkniętego pojemnika wypełnionego elektrolitem, a piorunochron może być wykonany na przykład w postaci pręta przewodzącego. Na rysunku 1 przedstawiono schemat elektryczny urządzenia do magazynowania energii piorunowej z cewką indukcyjną umieszczoną w pobliżu piorunochronu wykonanego w postaci pręta przewodzącego. Na rysunku 2 przedstawiono schemat elektryczny urządzenia do magazynowania energii piorunowej z cewką indukcyjną wykonaną w postaci toroidu, którego oś symetrii pokrywa się z osią piorunochronu. Rysunek 3 przedstawia urządzenie do magazynowania energii piorunowej z uziemieniem wykonanym w postaci otwartego pojemnika wypełnionego elektrolitem, na przykład wodą. Urządzenie magazynujące energię składa się z piorunochronu 1, na przykład pionowo zamontowanego pręta przewodzącego prąd, połączonego ze środkiem uziemiającym 2, oraz elementu 3 do usuwania energii. Piorunochron 1 wykonany jest w postaci przewodnika, wzdłuż którego umieszczony jest jeden lub więcej elementów 3 do gromadzenia energii, z których każdy ma na przykład cewkę indukcyjną 4, element półprzewodnikowy 5 i kondensator 6, połączone szeregowo z tworzą pojedynczy obwód elektryczny. Napięcie zgromadzone na kondensatorze 6 można usunąć do dalszego wykorzystania. Cewka indukcyjna 4 w proponowanym urządzeniu może być umieszczona prostopadle do dowolnej płaszczyzny przechodzącej przez oś piorunochronu i wykonana jest w postaci toroidu, którego oś symetrii pokrywa się z osią piorunochronu, natomiast cewka indukcyjna i element półprzewodnikowy mają najniższą rezystancję prądową nie większą niż 1 om (patrz ryc. 2). Urządzenie magazynujące energię z uziemieniem w postaci pojemnika 7 (patrz rys. 3) wypełnionego elektrolitem, np. wodą, ma dno wykonane w postaci przewodzącej blachy 8 połączonej z piorunochronem 1. Proponowane urządzenie może zawierać kilka poziomów elektromagnesów 9, umieszczonych współosiowo z piorunochronem 1 wewnątrz obudowy 10, wyposażonych w pokrywę 11. W tym przypadku obudowa 10 jest instalowana na fundamencie 11 w gruncie 12.

Urządzenie do magazynowania energii elektrycznej pochodzącej z pioruna działa w następujący sposób

Kiedy piorun uderza w piorunochron urządzenia magazynującego energię, przez pręt przepływa prąd o wartości I=(2-5)·10 5 A. Prąd ten wytwarza wokół siebie koliste pole magnetyczne H, w które wchodzi cewka indukcyjna. Jest położone. W tym przypadku pole elektromagnetyczne (E) powstające w cewce jest gromadzone na kondensatorze 6.

W zależności od odległości elementów odprowadzających energię od pręta 1 możliwe jest uzyskanie pola elektromagnetycznego (E) o różnych wartościach. To pole elektromagnetyczne ładuje kondensator 6 (patrz ryc. 1).
Na przykład jako piorunochron stosuje się drut o średnicy (6-10) mm lub przewodzącą linę.

Z elektrycznego punktu widzenia urządzenie jest przekładnikiem prądowym, z tą tylko różnicą, że uzwojenie wtórne jest podłączone do konwencjonalnego urządzenia magazynującego energię elektryczną - diody pojemnościowej. Zgromadzoną energię elektrostatyczną ze zbiornika 6 można skierować do różnych odbiorców, od urządzeń oświetleniowych po silniki elektryczne wirujące koła zamachowe, gromadząc energię mechaniczną, która jest bardziej korzystna niż energia elektrostatyczna.

Przykład 1.
Urządzenie magazynujące energię z cewką indukcyjną 3, które znajduje się w odległości od jednego do dziesięciu metrów od pręta 1 i jest zorientowane prostopadle do dowolnej płaszczyzny przechodzącej przez pręt (patrz ryc. 1).

Przykład 2.
Urządzenie do magazynowania energii z cewką indukcyjną 3 wykonaną w postaci toroidu, którego oś symetrii pokrywa się z prętem 1 (patrz ryc. 2).

Wyznaczamy wielkość pola elektromagnetycznego E występującego na elektromagnesie o średnicy d=100 mm i liczbie zwojów n=10 3 oraz odległości od redukcji R=10 m.

gdzie 0 to przenikalność magnetyczna pustki, równa 4π · 10 7 " S to pole przekroju poprzecznego solenoidu, n to liczba zwojów.

Cewka jest zorientowana wzdłuż linii H, a zmiana natężenia pola magnetycznego następuje pulsacyjnie w czasie τ w miarę przepływu ładunku przez pręt.

W tym przypadku ΔН/Δt zgodnie z prawem Biota-Savarta-Laplace'a wyznacza się z zależności

ΔН/Δt=I/(2π·R·τ), gdzie I jest natężeniem prądu przepływającego przez pręt podczas uderzenia pioruna.

Zatem zakładając τ=5·10 -3

Układając wiele elektromagnesów na kilku poziomach w okręgu, można uzyskać dużą liczbę źródeł prądu stałego, które można wykorzystać do ładowania małych akumulatorów lub jednego dużego.

Przykład 3.
Przy zastosowaniu proponowanego urządzenia (rys. 3) do oczyszczania wody para powstająca w wyniku nagrzania arkusza przewodzącego 8 jest skraplana dowolną znaną metodą.

Ponadto wytworzona para może być wykorzystana do napędzania mechanizmów parowych wykorzystujących energię pary.

Zatem za pomocą proponowanego urządzenia do magazynowania energii, znaczna część energii pioruna może zostać wykorzystana w środkach uziemiających, tworząc ją w postaci zamkniętej osłony o odpowiedniej wytrzymałości, wyposażonej w zawory redukcyjne ciśnienia, do wytworzenia silniki na czystą wodę lub pulsacyjne silniki parowe. Tłok takiego silnika ze sprężyną powrotną może oscylować wielokrotnie, a po podłączeniu do magnesu trwałego umieszczonego wewnątrz elektromagnesu może służyć jako wirnik liniowego generatora prądu. W tym przypadku w urządzeniu magazynującym energię element gromadzący energię można umieścić w odległości od jednego do dziesięciu metrów od pręta 1.

Techniczna skuteczność wynalazku polega na tym, że dzięki zastosowaniu proponowanego urządzenia w miejscach, w których często występują burze, możliwe jest wykorzystanie części energii pioruna. Energię prądu atmosferycznego, zmagazynowaną za pomocą proponowanego urządzenia podczas wyładowań atmosferycznych, można przekształcić w dowolny inny rodzaj energii, na przykład:

do produkcji czystej wody poprzez odparowanie i skraplanie pary w zbiorniku magazynującym;

do obracania kół zamachowych o dużej masie;

do akumulacji energii mechanicznej.

Proponowane urządzenie jest proste zarówno w wykonaniu, jak i obsłudze. Można go szczególnie skutecznie zastosować na terenach, gdzie burze są bardzo powszechnym zjawiskiem atmosferycznym.

PRAWO

1. Urządzenie do magazynowania energii elektrycznej pochodzącej od pioruna, składające się z pionowo zamontowanego piorunochronu połączonego z uziemieniem oraz elementu gromadzącego energię elektryczną, znamienne tym, że piorunochron wykonany jest w postaci przewodnika o najmniejszej rezystancji prąd elektryczności atmosferycznej, w pobliżu którego znajduje się jeden lub więcej elementów gromadzenia energii elektrycznej, przy czym element gromadzenia energii elektrycznej zawiera cewkę indukcyjną, element półprzewodnikowy i pojemność połączone szeregowo w celu utworzenia pojedynczego obwodu elektrycznego oraz cewkę indukcyjną a element półprzewodnikowy ma rezystancję prądową nie większą niż 1 om, a element gromadzący energię znajduje się w odległości od 0,1 do 10 m od piorunochronu.

2. Urządzenie do magazynowania energii elektrycznej z pioruna według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że cewka indukcyjna jest umieszczona prostopadle do dowolnej płaszczyzny przechodzącej przez oś piorunochronu i jest wykonana w postaci toroidu, którego oś symetrii który pokrywa się z osią piorunochronu, w którym cewka indukcyjna i element półprzewodnikowy mają rezystancję prądową nie większą niż 1 om.

3. Urządzenie do magazynowania energii elektrycznej piorunowej według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że środek uziemiający wykonany jest w postaci otwartego lub zamkniętego pojemnika wypełnionego elektrolitem.

4. Urządzenie do magazynowania energii elektrycznej z pioruna według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że piorunochron wykonany jest w postaci pręta.