Използването на мълния в енергетиката. Използване на енергия от мълния

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Има няколко вида мълния

Плоската мълния изглежда като електрическа светкавица на повърхността на облаците.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Гръмотевичната буря все още е само теоретична посока. Същността на техниката е да се улови енергията на мълнията и да се пренасочи към електрическата мрежа. Този източник на енергия е възобновяем и се отнася към алтернативните, т.е. екологично безопасен.

Процесът на образуване на мълния е много сложен. Първоначално от електрифициран облак лидерен разряд се втурва към земята, който се образува от електронни лавини, които се сливат в разряди (стримери). Този разряд оставя след себе си горещ йонизиран канал, по който основният разряд на мълния се движи в обратна посока, откъснат от Земята от мощно електрическо поле. За части от секундата процесът се повтаря няколко пъти. Основният проблем е да хванете разряда и да го пренасочите към мрежата.

Бенджамин Франклин също е бил на лов за небесно електричество. По време на гръмотевична буря той пусна хвърчило в облак и осъзна, че събира електрически заряд.

Енергията на светкавицата е 5 милиарда джаула чиста енергия в един удар, което е сравнимо със 145 литра бензин. Смята се, че 1 удар от мълния съдържа такова количество енергия, което цялото население на Съединените щати изразходва за 20 минути.

Годишно по света се регистрират около 1,5 милиарда изхвърляния, т.е. Светкавицата удря повърхността на Земята приблизително 40-50 пъти в секунда.

Експерименти

На 11 ноември 2006 г. Alternative Energy Holdings обяви успеха си в създаването на прототипен дизайн, който може да демонстрира "улавянето" на мълнията и след това да я преобразува в "битово" електричество. Компанията заяви, че изплащането на настоящия индустриален аналог ще бъде 4-7 години при цена на дребно от $0,005 за 1 kWh. За съжаление, ръководството на проекта, след серия от практически експерименти, беше принудено да отчете неуспех. Тогава Мартин А. Умани сравнява енергията на светкавицата с енергията на атомна бомба.

През 2013 г. в лабораторни условия от служители на университета в Саутхемптън беше симулиран изкуствен заряд, подобен по всички параметри на мълния от естествен произход. Благодарение на сравнително простото оборудване учените успяха да го „уловят“ и само за няколко минути да заредят напълно батерията на смартфона.

перспектива

Светкавичните ферми все още са мечта. Те биха се превърнали в неизчерпаеми екологични източници на много евтина енергия. Развитието на тази област на енергетиката е възпрепятствано от редица фундаментални проблеми:

• Невъзможно е да се предвиди времето и мястото на гръмотевична буря. Това означава, че дори там, където е зададен максимумът за удари от мълния, трябва да се инсталират доста „капани“;
• мълнията е краткотраен енергиен изблик, чиято продължителност е равна на части от секундата и трябва да се овладее много бързо. За решаването на този проблем са необходими мощни кондензатори, които все още не съществуват и цената им вероятно ще бъде много висока. Можете също така да приложите различни осцилационни системи с вериги от 2-ри и 3-ти вид, което ви позволява да координирате товара с вътрешното съпротивление на генератора;
• мощността на разреждане също е много различна. Повечето светкавици са 5-20 kA, но има мигания от 200 kA ток и всеки от тях трябва да бъде приведен до стандарта от 220 V и 50-60 Hz AC;
• мълнията е отрицателна, образувана от енергията, натрупана в долната част на облака, и положителна, натрупана в горната му част. Този фактор също трябва да се вземе предвид при оборудването на светкавична ферма. Освен това, за да се улови положителен заряд, ще е необходима енергия, което се доказва от примера на полилея на Чижевски;
• плътността на заредените йони в 1 кубичен метър атмосфера е ниска, съпротивлението на въздуха е високо. Съответно, само йонизиран електрод, който е максимално издигнат над земната повърхност, може да "улови" мълния, но той може да улови енергия само под формата на микротокове. Ако повдигнете електрода твърде близо до наелектризираните облаци, това може да провокира мълния, т.е. ще се получи краткотраен, но силен скок на напрежението, което ще доведе до повреда на оборудването на фермата за мълнии.

Въпреки очевидните трудности, идеята за създаване на ферми за светкавици е жива: човечеството наистина иска да опитоми природата и да получи достъп до огромни запаси от възобновяема енергия.

Буранов Разиф Расимович
студент на UGATU,
Русия, Република. Башкортостан. Уфа

Научен ръководител:
Терегулов Т.Р. Държавна авиация на Уфа
Технически университет
клон в Туймази
Електронна поща: [имейл защитен]

Статията ще опише основните параметри на мълнията, перспективите за развитие на енергията на гръмотевична буря, Интересни фактипроблеми в тази област.

КЛЮЧОВИ ДУМИ: МЪЛНИЯ, ЕНЕРГИЯ НА МЪЛНИЯТА, ГРЪМ, ЕНЕРГИЯ, РАЗРЯД, ЕЛЕКТРИЧЕСТВО.

Енергията на гръмотевична буря е начин за генериране на енергия чрез улавяне и пренасочване на енергията от мълния в електрическата мрежа. Този виденергия използва възобновяем източник на енергия и се отнася до алтернативни източници на енергия. Светкавицата е гигантско електрическо искрово изхвърляне в атмосферата, което обикновено може да възникне по време на гръмотевична буря, което се проявява чрез ярка светкавична светкавица и придружаващ гръм. Силата на тока при разряд на мълния на Земята достига 10-500 хиляди ампера, напрежението е от десетки милиони до един милиард волта. Мощност на разреждане - от 1 до 1000 GW. Количеството електричество, консумирано от мълния по време на разряд, е от 10 до 50 кулона. На 11 октомври 2006 г. Alternative Energy Holdings обяви успешното разработване на прототип на модел, който може да демонстрира способността да "улавя" мълния, за да я превърне в електричество. Този вид енергия не вреди на околната среда. Намалете цената на тока. Такава инсталация ще изплати такава инсталация за 4–7 години. AT различно времеразлични изобретатели предложиха най-необичайни устройства за съхранение - от подземни резервоари с метал, който би се стопил от мълния, паднала в гръмоотвод и загрява вода, чиято пара ще върти турбина, до електролизери, които разлагат водата на кислород и водород чрез мълниеносни разряди.

През 2006 г. експерти, работещи с мисията за измерване на тропическите бури на НАСА, публикуваха данни за броя на гръмотевичните бури в различни региони на планетата. Според проучването стана известно, че има райони, в които през годината падат до 70 мълнии годишно на квадратен километър. От това следва, че енергията на гръмотевичната буря има свое бъдеще. Според някои доклади една мощна гръмотевична буря освобождава толкова енергия, колкото цялото население на Съединените щати изразходва за 20 минути.

Тук има много проблеми. Трябва да предвидите къде ще се случи бурята.

Ударът на мълнията продължава част от секундата. През това време трябва да имате време да съхраните енергията му. Това изисква мощни и скъпи кондензатори. Могат да се използват и различни осцилационни системи с вериги от втори и трети вид, където е възможно да се съгласува натоварването с вътрешното съпротивление на генератора. Светкавицата е сложен електрически процес и се разделя на няколко разновидности: отрицателна - натрупваща се в долната част на облака и положителна - събираща се в горната част на облака. Това също трябва да се вземе предвид при създаването на светкавична ферма.

Така че нека обобщим.

От плюсовете можем да кажем, че енергията от гръмотевична буря е по-евтина и по-екологична. чист виденергия.

Първо, има области, където мълнии удрят често и ще бъде по-лесно да ги хванете.

Второ, те ще се изплатят след 4-7 години.Разбира се, без значение какъв вид станция за улавяне на мълнии ще измислим, нейната ефективност при преобразуване на ток ще бъде далеч от 100% и, очевидно, няма да е възможно хванете цялата мълния, която е ударила в близката ферма за мълнии.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Хоствано на http://www.allbest.ru

публикуванона http://www.allbest.ru

Алтернативни източници на енергия. светкавична електроцентрала

ВЪВЕДЕНИЕ

1.2 Проблеми на енергийното развитие

2.1 РАЗВИТИЕ НА АЛТЕРНАТИВНИ ИЗТОЧНИЦИ НА ЕНЕРГИЯ

3. ЦИП ЕЛЕКТРОЦЕНТРАЛА

3.1 Светкавична електроцентрала

ВЪВЕДЕНИЕ

Дългосрочни проучвания показват, че запасите от много видове органични енергийни източници не са безкрайни. Те се изчерпват всяка година в големи количества в съответствие с тяхното потребление. Тези открития доведоха до много въпроси в търсенето на нови източници на енергия. Междувременно всички източници на енергия бяха разделени на две основни категории. Всички запаси от съществуващо гориво за производство на електроенергия се разделят на два основни вида:

Възобновяеми;

Не се подновява.

В тази връзка търсенето на нови находища и нови видове гориво в момента играе водеща роля в енергийното осигуряване на целия свят и отделни жизненоважни съоръжения. Новите залежи обаче също се изчерпват, а алтернативните източници на енергия като вятърна и слънчева енергия се използват само при благоприятни условия и изискват значителни разходи за оборудване и експлоатация. Това се дължи на тяхната по-висока нестабилност и промени в показателите за работа по време на работа.

Огромното предимство на алтернативната енергия се крие в „чистотата“ на получената и произведена енергия. В крайна сметка се извлича от естествени източници: вълни, приливи / потоци, дебелината на Земята. Всички природни явления и процеси са наситени с енергия. Задачата на човечеството е да го изтегли и да го превърне в електричество. Въпросът какво ще се случи със Земята, когато енергията ще се изпомпва от теравати, все още не вълнува умовете. Така че, можем да кажем, че задачата е ясна. Остава да развием тези отрасли.

1. КЛАСИЧЕСКИ ИЗТОЧНИЦИ НА ЕНЕРГИЯ

Добивът на земните ресурси е към своя край. В крайна сметка почти всички източници на органично гориво се възпроизвеждат много бавно или изобщо не се възпроизвеждат. В същото време човечеството е свикнало само да взема, но не и да попълва изразходваните ресурси. Следователно въпросът за енергийното изчерпване на Земята не вълнува особено света, освен обществеността и различни зелени организации, които само разклащат пръсти, ако хвърлят лист хартия на улицата или не изгасят огъня. Следователно към днешна дата енергийните корпорации решават проблема само в търсенето на нови находища. Въпреки това, както знаете, новите разработени находища не променят нищо или по-скоро влошават още повече екологичната ситуация.

Може да се каже, че търсенето на нови източници върви премерено: отглеждат се енергийни елементи, добиват се нови ресурси за производство на енергия. В крайна сметка те също продължават за сравнително кратко време.

Енергията е на първо място в използването и преобразуването на енергията. От него в решаваща степен зависи икономическият потенциал на държавите и благосъстоянието на хората. Има и най-силен ефект върху околен свят, изчерпване на ресурсите на планетата и икономиката на държавите. Очевидно е, че темпът на потребление на енергия в бъдеще няма да спре и дори ще се увеличи. В резултат на това възникват следните въпроси:

Какво влияние оказват основните видове съвременна енергия (топлинна, водна, ядрена) върху биосферата и нейните отделни елементи и как ще се промени съотношението на тези видове в енергийния баланс в близко и дългосрочно бъдеще;

Възможно ли е да се намали отрицателното въздействие върху околната среда на съвременните (традиционни) методи за получаване и използване на енергия;

Какви са възможностите за производство на енергия от алтернативни (нетрадиционни) ресурси, като слънчева енергия, вятърна енергия, термални води и други източници, които са неизчерпаеми и щадящи околната среда.

Този набор от въпроси обхваща всички сфери на човешката дейност. Може да се каже, че в момента е поставена задачата на икономическия и екологичния проблем. Време на действие.

1.1 Видове класически енергийни източници

Всички съществуващи видове енергийни горива в природата са разделени на твърди, течни и газообразни. В нагревателите термичният ефект на електрически ток се използва и за загряване на охлаждащата течност. Някои групи горива от своя страна се разделят на две подгрупи, от които едната подгрупа е горивото, както се добива, и това гориво се нарича природно; втората подгрупа - гориво, получено чрез преработка или обогатяване на естествено природно гориво; нарича се изкуствено гориво.

Твърдите горива включват:

а) естествено твърдо гориво - дърва за огрев, въглища, антрацит, торф;

б) изкуствено твърдо гориво - дървени въглища, кокс и прахообразно гориво, което се получава чрез смилане на въглища.

Течните горива включват:

а) природно течно гориво - нефт;

б) изкуствено течно гориво - бензин, керосин, дизелово гориво (мазут), мазут, смола.

Газообразните горива включват:

а) природно газообразно гориво - природен газ;

б) изкуствено газообразно гориво - генераторен газ, получен при газификация различни видоветвърдо гориво (торф, дърва за огрев, въглища и др.), коксуване, доменни пещи, леки, свързани и други газове.

Всички видове органични природни горива се състоят от едни и същи химични елементи. Разликата между горивата е, че тези химически елементисъдържащи се в горивото в различни количества.

Елементите, които изграждат горивото, се разделят на две групи.

Група 1: това са елементите, които се самогорят или поддържат горенето. Тези горивни елементи включват въглерод, водород и кислород.

2 група: това са елементите, които не горят сами и не допринасят за горене, но са част от горивото; те включват азот и вода.

Особено място сред тези елементи заема сярата. Сярата е горимо вещество и по време на горенето отделя известно количество топлина, но присъствието й в горивото е нежелателно, тъй като при изгарянето на сярата се отделя серен диоксид, който преминава в нагрятия метал и влошава механичните му свойства.

Количеството топлинна енергия, което дадено гориво отделя при изгаряне, се измерва в калории. Всяко гориво отделя различно количество топлина при изгаряне. Количеството топлина (калории), което се отделя при пълното изгаряне на 1 kg твърдо или течно гориво или при изгарянето на 1 m3 газообразно гориво, се нарича калоричност на горивото или калоричност на горивото. Топлината на изгаряне на различни видове гориво има широки граници. Например за мазута калоричността е около 10000 kcal/kg, за въглищата 3000 - 7000 kcal/kg. Колкото по-висока е калоричността на горивото, толкова по-ценно е горивото, тъй като е необходимо по-малко за производството на същото количество топлина. За сравняване на топлинната стойност на горивото или за изчисляване на потреблението на определено количество гориво се използва обща мерна единица или стандарт за гориво. Като такава единица се приема горивото от московски въглища с калоричност 7000 kcal / kg. Тази единица се нарича условно гориво. За да направите изчисления и да сравните разхода на гориво с различни калорични стойности, е необходимо да знаете калоричността на горивото. Например, когато се проектира, когато е необходимо да се сравни консумацията на въглища с консумацията на мазут и възможността за изграждане на котел на въглища или мазут, е необходимо да се вземе предвид корекционният коефициент за калоричността на гориво.

Огромното разнообразие на ресурсите на планетата е очевидно, но картината на света не се променя много.

1.3 Предизвикателства пред енергийното развитие

Развитието на индустриалното общество се основава на постоянно нарастващо ниво на производство и потребление на различни видове енергия.

Както е известно, в основата на производството на топлинна и електрическа енергия, както беше споменато по-горе, е процесът на изгаряне на изкопаеми енергийни ресурси - въглища, нефт или газ, а в ядрената енергетика - деленето на ядрата на атомите на уран и плутоний по време на абсорбцията на неутрони.

Добивът, преработката и потреблението на енергийни ресурси, метали, вода и въздух нараства с големите нужди на човечеството, докато запасите им бързо намаляват. Проблемът с невъзобновимите органични ресурси на планетата е особено остър.

Не е трудно да се досетим, че органичните изкопаеми ресурси, дори при вероятно забавяне на растежа на потреблението на енергия, ще бъдат до голяма степен изразходвани в много близко бъдеще.

Трябва също да се отбележи, че изгарянето на изкопаеми въглища и нефт със съдържание на сяра около 2,5% годишно произвежда до 400 милиона тона серен диоксид и азотни оксиди, което е 70 kg вредни вещества на жител на Земята годишно.

По този начин дори намаляването на потреблението и икономията на минерали няма да помогне да се избегне енергийна катастрофа. Ако в близко бъдеще планетата не стане необитаема, тогава критичната нужда от енергийни ресурси е осигурена.

Изходът остава в търсенето и внедряването на безкрайни или възобновяеми енергийни източници. От голямо значение е борбата с отпадъците и емисиите в атмосферата на тонове вредни и смъртоносни вещества и тежки метали в големи количества.

Както вече е известно, изгарянето на изкопаеми горива е вредно за околната среда. В момента се разработват системи и устройства за почистване на емисиите на продукти от горенето в атмосферата. Устройствата включват следното:

Филтри с дюза Вентури;

Метални лабиринтни филтри;

Влакнести синтетични насипни филтри, изработени от нетъкан материал.

От съществуващите методи за почистване има следните:

метод на адсорбция.

Метод на термично доизгаряне.

термокаталитичен метод.

Естествено, тези средства са скъпи. Освен това поддръжката на системи изисква висококвалифициран персонал.

2. АЛТЕРНАТИВНИ ИЗТОЧНИЦИ НА ЕНЕРГИЯ

Алтернативните енергийни източници (AES) в момента са най-значимото решение във връзка с производството на електроенергия от изкопаеми горива. Алтернативната енергия се основава на трансформацията на първоначално екологични компоненти, което от своя страна драстично намалява вредата от производството на енергия. Те включват енергия:

Прилив и отлив;

морски вълни;

Вътрешната топлина на планетата и др.

Основните причини, които показват важността на ранния преход към алтернативни източници на енергия:

Глобално-екологичен: Днес фактът за вредното въздействие върху околната среда на традиционните технологии за производство на енергия (включително ядрени и термоядрени технологии) е добре известен и доказан, тяхното използване неизбежно ще доведе до катастрофални промени в климата още през първите десетилетия на 21-ви век.

Икономически: преходът към алтернативни технологии в енергийния сектор ще спести горивните ресурси на страната за преработка в химическата и други индустрии. В допълнение, цената на енергията, произведена от много алтернативни източници, вече е по-ниска от цената на енергията от традиционни източници, а периодът на изплащане на изграждането на алтернативни електроцентрали е много по-кратък. Цените на алтернативната енергия намаляват, тези на традиционната растат постоянно;

Социални: размерът и гъстотата на населението непрекъснато нарастват. В същото време е трудно да се намерят зони за изграждане на атомни електроцентрали, държавни централи, където производството на енергия би било рентабилно и безопасно за околната среда. Фактите за нарастване на онкологичните и други сериозни заболявания в районите на местоположението на атомни електроцентрали, големи държавни централи, предприятия от горивно-енергийния комплекс са добре известни, вредата, причинена от гигантски водноелектрически централи в низина, е добре известно - всичко това повишава социалното напрежение.

Въпреки това преходът към AIE протича гладко. Много източници на енергия са инсталирани в определен район и тяхната ефективност зависи от благоприятните условия, време и данни. Една новост винаги е много по-скъпа от утвърден продукт. Следователно инсталирането и експлоатацията струват много. Въпреки това, по целия свят вече е доста обичайно да се намират вятърни мелници или слънчеви панели на покрива на жилищна сграда, тоест AES са достигнали масова употреба, което означава, че строителството скоро ще намали значително тарифите. Не забравяйте за мега-корпорациите и малки фирмикоито съществуват поради добива на полезни изкопаеми: нефт, газ, въглища и е малко вероятно те да спрат производството си поради спасяването на екологията на планетата. Ето защо, за да се успокои обществеността, се закупуват различни видове почистващи и филтриращи системи за „мръсно“ производство. Но това са само в по-голямата си част няколко компании и статии във вестници и интернет.

2.1 Развитие на алтернативни енергийни източници

Основното предимство на AIE е производството на безвредна енергия. Това означава, че преходът към ВЕИ може да промени енергийната и екологичната ситуация в света. Енергията, получена с помощта на AES е безплатна.

Най-очевидните недостатъци на бавното въвеждане на тази категория производство на енергия са: недостатъчно финансиране и прекъсвания в работата. Това се дължи на факта, че досега тяхното внедряване и производство е много скъп процес. Новостта и липсата на осведоменост за много организации също са важни. Много производители предпочитат нездравословни и опасни за здравето и околната среда електроцентрали заради тяхната надеждност и готовност за пълноценна работа пред скъпите и „капризни“ системи за производство на възобновяема енергия.

Прекъсванията на тока са значителен недостатък. Например, производството на слънчева енергия е възможно само през деня. Ето защо най-често, заедно с алтернативни източници на енергия, се инсталират всички същите вредни индустрии, за да компенсират енергийните ресурси. В този случай излишната придобита енергия се съхранява в батерии.

АИО са в етап на значително развитие и внедряване. Много държави вече са преминали към тях и произвеждат енергия в огромни количества. Много държави, поради териториалното си местоположение, активно използват ВЕИ.

Общата инсталирана мощност на вятърните турбини в Китай през 2014 г. е 114 763 MW. Какво накара правителството толкова активно да развива вятърната енергия? Китай е лидер по емисии на CO2 в атмосферата, като се планира да се използва предимно геотермална, вятърна и слънчева енергия. Според държавния план до 2020 г. в 7 региона на страната ще бъдат изградени огромни вятърни паркове с обща мощност от 120 гигавата.

Съединените щати активно развиват алтернативна енергия. Например общият капацитет на американските вятърни турбини в САЩ през 2014 г. е 65 879 MW. САЩ са световен лидер в развитието на геотермалната енергия – посока, която използва температурната разлика между ядрото на Земята и нейната кора за генериране на енергия. Един метод за използване на горещи геотермални ресурси са EGs (Advanced Geothermal Systems), в които инвестира Министерството на енергетиката на САЩ. Те също се подкрепят от изследователски центрове и компании за рисков капитал (по-специално Google), но досега UGS остава търговски неконкурентоспособен.

Също така е възможно да се отделят такива страни като Германия, Япония, Индия и други с огромното влияние на AES.

3. ЦИП ЕЛЕКТРОЦЕНТРАЛА

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

3.1 Светкавична електроцентрала

Светкавичната електроцентрала всъщност е класическа електроцентрала, която преобразува енергията на мълния в електричество. На този моментСилата на гръмотевична буря се проучва активно и в близко бъдеще могат да се появят големи количества електроцентрали за гръмотевична буря, заедно с други електроцентрали за чиста енергия.

3.1.1 Мълнията като източник на мълниеносни удари

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

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

Ориз. 3.1. Визуална диаграма на развитието на гръмотевична буря

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

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

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

алтернативна енергия мълния електроцентрала

3.1.2 Принципът на работа на мълниеприемник

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

3.1.3 Предимства и недостатъци на светкавична електроцентрала

Предимства на светкавичните електроцентрали:

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

Светкавичната електроцентрала не отделя никакви замърсители в околната среда.

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

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

Недостатъци на светкавичните електроцентрали:

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

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

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

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

По този начин енергията от мълнии в момента е доста ненадеждна и уязвима. Това обаче не намалява значението му в полза на преминаването към AIE. Някои области на планетата са наситени благоприятни условия, което може значително да продължи изследването на гръмотевичните бури и получаването на необходимата електроенергия от тях.

3.2 Изчисляване на светкавична електроцентрала

Изчисляването на светкавична електроцентрала е предназначено преди всичко да се определи изходната мощност. В крайна сметка задачата на всяка електроцентрала е да увеличи максимално енергийната ефективност, за да възстанови средствата за експлоатация и монтаж, както и производството на електроенергия. Колкото по-голямо е количеството изходна енергия, толкова повече доходи ще донесе и голямо количествообекти ще се обслужват от него. Тъй като основата на входящата енергия на електроцентрала от мълния е разряд от мълния, поради сходството на неговия състав с изходната електроенергия, изчисляването на мощността на електроцентралата е почти еквивалентно на мощността на заряда на мълния, с с изключение на вътрешните загуби.

Изходната мощност на една електроцентрала се влияе от параметри като местоположение на инсталацията, ефективност на оборудването

Формата на импулсите на ток на мълния i(t) се описва с израза:

където I е максималният ток; k - коефициент на корекция; t - време; - предна времеконстанта; е времевата константа на разпадане.

Параметрите, включени в тази формула, са дадени в табл. 3.1. Те отговарят на най-силните мълнии, които са редки (по-малко от 5% от случаите). Токове от 200 kA се срещат в 0,7 ... 1% от случаите, 20 kA - в 50% от случаите.

Таблица 3.1. Параметри на формула (3.1).

За първия случай резултатът от формата на импулса ще бъде както следва:

По този начин формата на мълнията е следната:

Ориз. 3.2. Графика на формата на текущия импулс

С всичко това максималната потенциална разлика на мълнията достига 50 милиона волта, с ток до 100 хиляди ампера. За да изчислим енергията на мълнията, нека вземем числа, по-близки до средните за повечето мълнии, а именно: напрежение от 25 милиона волта и ток от 10 хиляди ампера.

По време на разряд на мълния електрическият потенциал намалява до нула. Следователно, за да се определи правилно средната мощност на мълния, при изчисленията е необходимо да се вземе половината от първоначалното напрежение.

Сега имаме следната мощност на електрически разряд:

където P - мощност на мълния, U - напрежение; I - сила на тока.

Тоест, чрез (3.2) получаваме:

Това означава, че мощността на мълния е 125 милиона киловата. Дадено е време от няколко хилядни от секундата, определете общото количество енергия на светкавицата:

Wh=34,722 kWh,

където t1 е броят секунди в час; t2 - времетраене на мълния.

Да вземем средната цена на електрическата енергия 4 рубли за 1 kWh. Тогава цената на цялата мълниеносна енергия ще бъде 138,88 рубли.

В действителност, според тези изчисления, само малка част от енергията може да бъде получена и използвана, например, за отопление на вода. Основната част от енергията на мълнията се изразходва по време на искров разряд за нагряване на атмосферата и дори теоретично потребителите могат да използват по-малка част от енергията на мълнията.

В процеса на работа по курсовия проект бяха направени изводи за изчерпването на ресурсите на планетата и замърсяването на атмосферата и повърхността на земята в процеса на тяхната обработка и добив. Освен това се разглеждат основните видове замяна на вредното производство с по-щадящо чрез генериране на енергия от чисти природни източници като вода, приливи и отливи, слънце и др.

Курсовият проект разглежда възможността за използване на енергията от мълниеносни разряди за превръщането им в електричество. Направени са изчисления за количеството и цената на един мълния разряд. Тези оценки обаче са относителни. В крайна сметка енергията на мълнията се изразходва за атмосферни процеси и само малка част от нея стига до електроцентралата.

Хоствано на Allbest.ru

Подобни документи

Съществуващи източници на енергия. Световни запаси от енергийни ресурси. Проблеми на търсенето и внедряването на безкрайни или възобновяеми енергийни източници. Алтернативна енергия. Вятърна енергия, недостатъци и предимства. Принципът на действие и видовете вятърни турбини.

курсова работа, добавена на 07.03.2016 г


Характеристика на невъзобновяемите енергийни източници и проблеми при тяхното използване. Преход от традиционни енергийни източници към алтернативни. Нефт и газ и тяхната роля в икономиката на всяка държава. Химическа обработка на масло. Добив на петрол в Украйна.

резюме, добавено на 27.11.2011 г


Проблеми на развитието и съществуването на енергетиката. Видове алтернативни енергийни източници и тяхното развитие. Източници и начини за използване на геотермална енергия. Принципът на работа на геотермалната електроцентрала. Обща принципна схема на GeoPP и неговите компоненти.

курсова работа, добавена на 05/06/2016


Съществуващи източници на енергия. Видове електроцентрали. Проблеми на развитието и съществуването на енергетиката. Преглед на алтернативни източници на енергия. Устройството и принципът на работа на приливни електроцентрали. Енергийно изчисление. Определяне на коефициента на полезно действие.

курсова работа, добавена на 23.04.2016 г


Вятърната енергия, слънчевата енергия и слънчевата енергия като алтернативни източници на енергия. Нефт, въглища и газ като основни източници на енергия. Жизненият цикъл на биогоривата, влиянието му върху състоянието на околната среда. Алтернативна история на остров Самсо.

презентация, добавена на 15.09.2013 г


Преглед на развитието на съвременната енергетика и нейните проблеми. основни характеристикиалтернативни източници на енергия, възможността за тяхното приложение, предимства и недостатъци. Разработки, използвани в момента за нетрадиционно производство на енергия.

резюме, добавено на 29.03.2011 г


География на световните природни ресурси. Консумацията на енергия е проблем на устойчивото развитие. Статистика на световното потребление на енергия. Видове нетрадиционни (алтернативни) енергийни източници и тяхната характеристика. Съхранение на отработено ядрено гориво.

презентация, добавена на 28.11.2012 г


Класификация на алтернативните енергийни източници. Възможности за използване на алтернативни източници на енергия в Русия. Вятърна енергия (вятърна енергия). малка ВЕЦ, слънчева енергия. Използване на енергия от биомаса за енергийни цели.

курсова работа, добавена на 30.07.2012 г


Видове нетрадиционни възобновяеми енергийни източници, технологии за тяхното развитие. Възобновяеми енергийни източници в Русия до 2010 г. Ролята на нетрадиционните и възобновяеми енергийни източници в реформирането на електроенергийния комплекс на Свердловска област.

резюме, добавено на 27.02.2010 г


Производство на електроенергия от вятърна енергия, история на нейното използване. Вятърни електроцентрали и техните основни видове. Индустриална и частна употреба на вятърни електроцентрали, техните предимства и недостатъци. Използване на вятърни генератори в Украйна.

Всеки, който някога е чел за огромните стойности на напрежения и токове в канала на линейна мълния, си помисли: възможно ли е по някакъв начин да се уловят тези мълнии и да се транспортират до енергийните мрежи? За захранване на хладилници, крушки, тостери и др перални машини. Говоренето за такива станции се води от много години, но е възможно в следващата годинанай-накрая ще видим работещ прототип на „мълниеприемника“.

Тук има много проблеми. Светкавицата, уви, е твърде ненадежден доставчик на електроенергия. Едва ли е възможно да се предвиди предварително къде ще се случи гръмотевична буря. А чакането й на едно място е дълго време.

Освен това мълнията означава напрежение от порядъка на стотици милиони волта и пиков ток до 200 килоампера. За да се "хранят" с мълния, тяхната енергия очевидно трябва да се акумулира някъде за тези хилядни от секундата, докато трае основната фаза на разряда (мълния, която изглежда мигновена, всъщност се състои от няколко фази) и след това бавно дайте го в мрежата, като едновременно трансформирате при стандартни 220 волта и 50 или 60 херца AC.

По време на разряд на мълния възниква доста сложен процес.Първо, лидерен разряд се втурва от облака към земята, образуван от електронни лавини, които се сливат в разряди, наричани още стримери. Лидерът създава горещ йонизиран канал, през който главният разряд на мълния, откъснат от повърхността на Земята от силно електрическо поле, протича в обратна посока.

Освен това всички тези етапи могат да се повторят 2, 3 и 10 пъти - за онези части от секундата, които трае мълнията. Представете си колко трудна е задачата да се улови този разряд и да се насочи тока на правилното място. Както виждате, проблемите са много. Струва ли си тогава изобщо да се забъркваш с мълния?

Ако поставите такава станция в район, където мълнии удрят много по-често от обикновено, вероятно ще има някакъв смисъл. При една силна гръмотевична буря, когато мълнии удрят непрекъснато една след друга, може да се освободи такова количество енергия, което е достатъчно да осигури електричество на целите Съединени щати за 20 минути. Разбира се, без значение какъв вид станция за улавяне на мълнии ще измислим, нейната ефективност при преобразуване на тока ще бъде далеч от 100% и, очевидно, няма да е възможно да се уловят всички мълнии, които са ударили в близост до ферма за светкавици.

Гръмотевичните бури се случват на Земята много неравномерно. Експерти, работещи с американския сателит „Мисия за измерване на тропически бури“, публикуваха доклад за едно от последните постижения на този спътник. Съставена е световна карта на честотата на светкавиците. Например, в централната част на африканския континент има доста голяма територия, където падат повече от 70 мълнии на квадратен километър годишно!

Засега подобни проекти за използване на енергия от мълния се изпълняват основно от изобретатели от САЩ. Американската компания Alternative Energy Holdings обявява, че ще зарадва света с екологична електроцентрала, която генерира ток на смешната цена от $0,005 за киловатчас. В различно време различни изобретатели предлагаха най-необичайни акумулатори - от подземни резервоари с метал, който се стопи от мълния, попаднала в гръмоотвод и загрява вода, чиято пара върти турбина, до електролизари, които разлагат водата на кислород и водород чрез мълниеотводи . Но възможният успех е свързан с по-прости системи.

Alternative Energy Holdings казва, че ще изгради първия работещ прототип на такава електроцентрала, способна да съхранява мълниеносни разряди, още през 2007 г. Компанията възнамерява да тества инсталацията си по време на сезона на гръмотевичните бури през следващата година, на едно от местата, където светкавиците се разхождат по-често от обикновено. В същото време разработчиците на задвижването оптимистично вярват, че електроцентралата "мълния" ще се изплати след 4-7 години.

http://www.membrana.ru/

Знаеше ли?

Око и фотони

Чувствителността на ретината на окото можете да проверите сами, като повторите прост експеримент, поставен навремето от известния съветски учен С. И. Вавилов.

Между обикновена лампа с нажежаема жичка и вашата точка на наблюдение инсталирайте стробоскоп - картонен диск с диаметър 15-20 см, с отрязан сектор от 60 градуса, монтиран на ос. Сега, въртейки светлинния диск със скорост около оборот в секунда, погледнете лампата с едно око през диска.

Ето какво ще се случи в този случай: въртейки се, дискът ще започне да измерва пропорциите на светлината за окото. Лампата не свети равномерно, тоест нейният светлинен поток пулсира, но тъй като дискът се върти относително бавно, пропорциите на светлината ще се различават една от друга само с няколко фотона. И тази разлика, достъпна само за най-прецизните уреди, лесно ще бъде уловена от вашето око - ако се вгледате внимателно, ще видите слаба пулсация на светлина! По-лесно ще проведете този опит, ако над "измервателната" лампа поставите още една - еталонна. Нейната светлина ще ви помогне да се съсредоточите.