Chúng ta có thể khai thác sét cho lưới điện không?
Bởi New Scientist, Đối tác của Energy Realities
Không ai có tất cả câu trả lời cho các câu hỏi về năng lượng của thế giới, vì vậy New Scientist đã hợp tác với Statoil để tìm kiếm các giải pháp từ đối tượng của New Scientist.
Câu hỏi được đặt ra là: Có bao nhiêu năng lượng trong một tia sét? Có đủ không và có những nơi sét đánh thường xuyên đủ để nghĩ đến việc thả diều để truyền năng lượng đó vào lưới điện không?
Bạn phải thừa nhận rằng đó sẽ là một công việc khá thú vị - làm việc tại một "trang trại sét" nằm ở, chẳng hạn, cửa sông Cantatumbo, Venezuela hoặc Lightning Ridge, New South Wales, Úc. Trải nghiệm sự kịch tính của những cơn bão điện tuyệt vời và tạo ra thứ gì đó hữu ích từ chúng. Và không phát thải carbon dioxide.
Liệu điều đó có bao giờ xảy ra không? Câu trả lời, được hầu hết trong số 300 người trả lời đồng ý, là không. Các lý do được nêu dưới đây, nhưng chúng ta đừng, ừm, đánh cắp tiếng sét của họ.
Có một số mục nhập ngoại lệ. François Eustache đề xuất thay thế diều bằng tia laser. Ý tưởng là chiếu tia laser vào các đám mây giông, tách các electron khỏi các phân tử trong không khí và tạo ra một đường đi có điện trở thấp mà sét có thể đi qua.
Năm 2012, một nhóm người Pháp đã chứng minh rằng điều này có thể hiệu quả, ít nhất là với sét nhân tạo. Nếu trong tương lai, có thể hướng sét vào các bộ thu tĩnh, điều đó có thể khắc phục một trong những vấn đề lớn nhất của việc thu sét - biết sét sẽ đánh vào đâu.
Rayson Lorrey từ Rochester, Minnesota, có một kế hoạch khác. Anh ấy đã từ bỏ Trái đất để chuyển sang Sao Mộc. "Năm 1997, tàu thăm dò Galileo đã chụp được hình ảnh sét ở phía ban đêm của Sao Mộc và phát hiện đó đã được xác nhận nhiều lần", anh ấy nói. "Việc kéo một sợi cáp dẫn điện từ một quả bóng bay qua hệ thống đám mây khổng lồ và tích điện mạnh của Sao Mộc sẽ cung cấp đủ dòng điện". Anh ấy cho rằng điều này có thể không thú vị bằng việc làm việc với sét. Chúng ta tự hỏi, theo cách nào mà việc bay khinh khí cầu trên Sao Mộc lại không thú vị?
Ngoài công nghệ tương lai và các thế giới khác, đây là những câu trả lời hay nhất mà chúng tôi nhận được cho câu hỏi của tháng này:
“Nếu có thể thu được toàn bộ năng lượng của nó, một tia sét trung bình sẽ cung cấp khoảng 5 tỷ joule, tương đương với 0,85 thùng dầu. Nhưng có những vấn đề khi thu được tất cả những thứ này, không chỉ là năng lượng điện đến một cách rời rạc theo thời gian và địa điểm. Nó cũng cung cấp công suất cực cao, khiến việc thu năng lượng trở nên khó khăn vì bất kỳ dây dẫn nào cũng phải có khả năng truyền tải công suất cao mà không bị hư hỏng - chẳng hạn như tan chảy ở nhiệt độ cao.
Vấn đề thứ hai là khi sét đánh xuống Trái đất, phần lớn năng lượng không đến dưới dạng điện mà dưới dạng nhiệt. Không thể thu được trực tiếp như điện và cũng có thể làm hỏng thiết bị.
Sau khi thu được, năng lượng sẽ phải được lưu trữ và giải phóng khi cần, giống như năng lượng tái tạo như năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Điều này làm tăng thêm kế hoạch và chi phí cho bài tập, nhưng vẫn có thể thực hiện được. Ở quy mô nhỏ hơn, việc lưu trữ như vậy đã đạt được bằng tụ điện. Ở quy mô lớn hơn – ví dụ như trong các nhà máy điện – người ta sử dụng pin sạc lớn, hóa lỏng không khí hoặc bơm nước vào các hồ chứa trên đỉnh đồi phía trên các nhà máy thủy điện.
Việc thu năng lượng từ tia sét đã đạt được ở quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm, mặc dù công nghệ này chưa được mở rộng thành công. Phương pháp tiếp cận chính được nghiên cứu là dẫn điện qua các thanh và tháp. Mặc dù diều có thể hoạt động theo cách tương tự, nhưng nó có thể không chịu được trọng lượng của dây dẫn. Một phương pháp tiếp cận khác là sử dụng năng lượng để đun nóng nước và sử dụng năng lượng này để tạo ra điện, nhưng cách này kém hiệu quả hơn.
Về việc sét có đánh ở bất kỳ đâu đủ liên tục để trở thành nguồn điện khả thi hay không, vị trí tốt nhất là ở phía đông Cộng hòa Dân chủ Congo, gần Kifuka. Tại đây, mỗi năm có khoảng 158 lần sét đánh trên mỗi km vuông. Nếu toàn bộ năng lượng từ các lần sét đánh này được thu với hiệu suất 100% trên diện tích 5 km vuông, thì nó chỉ cung cấp điện cho trung bình 236 ngôi nhà ở Anh.”
“Tòa nhà Empire State ở Thành phố New York bị sét đánh khoảng 23 lần một năm. Nếu có thể thu thập toàn bộ năng lượng này, nó sẽ tương đương với khoảng 20 thùng dầu. Mặc dù đây là một lượng năng lượng rất nhỏ, nhưng nếu tất cả các tòa nhà cao tầng đều có thể thu được lượng năng lượng tương tự, thì nó có thể đóng góp hữu ích vào nhu cầu điện của chính họ, tương tự như các tấm pin mặt trời và tua-bin gió.”
Lewis O’Shaughnessy, Salisbury, Wiltshire, Vương quốc Anh
“Một cú sét đánh có thể nhìn thấy rõ ràng và sức mạnh thì vô cùng lớn – khoảng 100.000 megawatt trong những cơn bão dữ dội. Tuy nhiên, thời gian của một lần phóng điện sét rất ngắn, chỉ khoảng 100 phần triệu giây. Vì vậy, năng lượng liên quan tương đối khiêm tốn, chỉ khoảng 108 joule, tương đương với khoảng 30 kilowatt giờ (kWh). Một hộ gia đình thông thường tiêu thụ từ 5 đến 10 kWh
mỗi ngày, vì vậy một lần phóng điện sét chỉ cung cấp điện cho một ngôi nhà trong ba đến sáu ngày. Thêm vào đó là bản chất rất thất thường và ngẫu nhiên của sét và thách thức kỹ thuật to lớn, nếu không muốn nói là không thể, trong việc thu thập và chuyển đổi năng lượng thành dạng hữu ích, thì việc sử dụng nó đơn giản là không thực tế hoặc không đáng để thực hiện.”
Ron Barnes, King’s Lynn, Norfolk, Vương quốc Anh
“Chúng ta thậm chí không nên cân nhắc đến việc cho phép xảy ra hiện tượng phóng điện sét: hãy cân nhắc đến lượng năng lượng bị lãng phí do làm nóng và ion hóa không khí. Sẽ thông minh hơn nhiều nếu thu thập điện tích trước khi xảy ra bất kỳ sự cố khí quyển nào. Có lẽ một mảng ăng-ten lớn gồm các dây dẫn tốt, được đặt trên đỉnh đồi hoặc sườn dốc thích hợp, có thể định tuyến điện tích đến một ngân hàng pin hoặc tụ điện. Điều này có vẻ tốt hơn là cố gắng thả một con diều nhỏ vào một cơn bão, điều này sẽ hạn chế khu vực bắt giữ của bạn và cần một dây dẫn nặng ở nơi bạn không thể chịu được sức nặng.”
Ed Price, Chula Vista, California, Hoa Kỳ
“Sét đẹp và kỳ diệu. Khi giông bão ập đến, chúng ta nên khuyến khích mọi người tắt đèn nhà và TV, và xem sét. Điều này sẽ tiết kiệm được nhiều điện hơn so với việc bạn có thể thu được bằng diều!”
Eric Atwell, Đại học Leeds, Vương quốc Anh
Nội dung này được biên tập độc lập bởi New Scientist, được Statoil ủy quyền. Nội dung này trước đây đã xuất hiện trên blog Energy Realities.
