Ловцы молний

По утверждению Alt-Holding (штаб-квартира в г. Роанок, Вирджиния), стоимость киловатт-часа электроэнергии, произведенной «Сборщиком» не превысит половины цента.

Компания считает, что такой способ производства электричества будет актуален для местностей, характеризующихся повышенной грозовой активностью, каковых немало как в США, так и в экваториальных районах планеты. В пресс-релизе компании сказано, что первые промышленные электростанции, использующие энергию грозовых разрядов появятся через 4-7 лет.

В океанах бесплатной энергии

Выделяемая молнией мощность достаточна для того, чтобы зажечь 150.000.000 электрических лампочек

Вообще, идея использования атмосферного электричества для промышленных нужд далеко не нова. Пожалуй, одним из первых ее высказал в 70-х годах XIX века американский исследователь-самоучка Махлон Лумис.

Известно, что над практическим использованием энергии грозовых разрядов работал в начале прошлого века и великий ученый-электротехник, автор концепции трехфазных электросетей Никола Тесла (о его работах в этой области подробно рассказано в биографическом исследовании Джона О’Нейла «Электрический Прометей»).

И действительно – энергия молнии колоссальна. Разность потенциалов между ее концами может достигать 1-2,5 миллионов вольт, а ток в канале разряда доходит до 200 тысяч ампер (у некоторых, особенно сильных, в среднем – от 5 до 20 кА). Выделяемая при этом мощность достаточна для того, чтобы зажечь 150.000.000 электрических лампочек по 100 ватт.

По некоторым данным, энергии, выделяемой при одной единственной сильной грозе хватило бы на то, что бы в течение 20 минут поддерживать электроснабжение США. Учитывая, что на земле ежесекундно происходит около 2 тыс. гроз, получается, что человечество буквально купается в океанах «халявной» энергии, что впрочем, справедливо и для энергии Солнца, ветра, приливов, геотермальных источников и прочих неиссякаемых ресурсов.

Два маленьких «но»

Частота молний в мире. Шкала справа проградуирована в штуках на квадратный километр в год, усреднённых по 11 годам наблюдения со спутника TRMM (иллюстрация NASA/MSFC)

Однако проблем на пути практической реализации привлекательной идеи стоит немало. Прежде всего, прежде, чем атмосферное электричество попадет в промышленную сеть, оно должно быть преобразовано в промышленный стандарт: переменный ток частотой 50 – 60 герц с напряжением 220 – 550 киловольт (для энергосетей разных стран эти параметры отличаются). То есть, не достаточно просто разместить громоотводы вдоль ЛЭП.

В разное время предлагались разные решения этой проблемы, в том числе и подземные водяные резервуары. Под действием энергии электрического разряда, вода должна превращаться в пар, который, по мысли авторов патента (а такая схема запатентована в США в 60 годы прошлого века) должен вращать лопатки турбин, как на классических тепловых и атомных станциях.

Очевидно, что КПД таких генераторов крайне не велик. Но теперь появились электрические конденсаторы – накопители большой емкости, способные месяцами хранить накопленною энергию и преобразователи переменного тока на быстродействующих тиристорах, КПД которых приближается к 85%.

Вторая «загвоздка» в относительной непредсказуемости гроз и неравномерном их распределении. Конечно, наибольшая грозовая активность отмечается ближе к экватору, но возникающие в этих широтах разряды чаще всего происходят не между грозовым облаком и землей, а между облаками или частями облака.

Конечно, в Центральной Африке есть обширная зона, где на квадратный километр приходится более 70 молний в год. Есть такие зоны и в США: в штатах Колорадо и Флорида. Но все-таки это достаточно локальные районы. Между тем, атмосферное электричество теоретически, доступно в любой точке планеты.

Русский след

Напряжённость электрического поля планеты составляет у её поверхности примерно 130в/м.

И действительно: известно, что напряжённость электрического поля планеты составляет у её поверхности примерно 130в/м. С высотою напряженность этого поля квадратично падает, зато растёт электропроводность воздуха. Оптимальные условия для такого способа использования природного электричества природа создаёт на высотах порядка 10-20 км.

Проблема заключается в том, чтобы или плавно «слить» атмосферный статический заряд в наземный накопитель, или сделать тоже самое, спровоцировав молнию искусственно. Такие наработки на уровне патентов имеются, в том числе и в нашей стране.

В начале 60–х годов XX века инженеры В.С. и Б.В. Богословские выдвинули проект использования «электрических течений», обнаруженных в верхних слоях атмосферы. На вершине горы устанавливаются мощные горелки. В топливо добавляются ионизирующие вещества, например соединения калия.

При этом, возникает высокий столб ионизированного газа – отличного проводника электричества. Над горелками натягивается медная сеть с крупными ячейками на изоляторах, и установка заземляется. Авторы проекта полагали, что «ионотрон» даст в сотни раз более дешевую энергию, чем от сжигания угля.

Но то, что было хорошо в 60-е, неприемлемо в начале XXI века, прежде всего, по соображениям экологии. А между тем, ионный канал можно создать и иным способом. Например, с помощью направленного источника радиоактивного излучения – такие идеи предлагались, и долее того – громоотводы такой конструкции использовались в СССР для грозовой защиты объектов особой важности.

Однако, изотопные громоотводы, хотя и способны инициировать разряд молнии, проблемы стабильности и предсказуемости разрядов не решают. Между тем, решение проблемы, как кажется, существует. Способ заключается в предварительном сканировании грозовой тучи лазерным лучом небольшой мощности с целью выявления области наибольшей напряженности электростатического поля.

На эту тему
• Трехмерное Солнце
• Невидимость стала видимой
• Новый химический элемент
• Правда о кофе
• Предпочтения женщины
• Бесполезные открытия

После сканирования лазер ориентируется в эту область. Мощный лазерный луч, проходящий через отверстие в токоприемнике, создает плазменный канал между тучей и землей, по которому устремляется электрический ток. Заряд облаков стекает по плазменному каналу на токоприемник и передается по тоководу в накопитель энергии.

Помимо прочего, такая установка позволит также хорошо выполнять молниезащитную функцию для различных объектов без использования опасных высокоактивных материалов.