khai thác năng lượng sét

Trường THCS và THPT Nguyễn Tất Thành
Năm học 2015-2016


KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG SÉT
Kể từ cuối năm 1980, đã có nhiều nỗ lực để nghiên cứu khả năng "thu năng lượng sét".
Một tia sét mang một số lượng tương đối lớn năng lượng, năng lượng này được tập trung ở
một địa điểm nhỏ và trong một khoảng thời gian rất ngắn. Năng lượng có trong sét được sử
dụng để tạo ra hydro từ nước, hoặc để khai thác năng lượng từ nhiệt nhanh chóng của nước vì
sét đánh, hoặc sử dụng một nhóm các thiết bị chống sét để khai thác hoặc trực tiếp hoặc ,bằng
cách chuyển đổi nó để làm nóng hoặc năng lượng cơ học, hoặc sử dụng cảm ứng khoảng cách
đủ xa để một phần an toàn của năng lượng có thể bị bắt giữ.Để có khả năng thu năng lượng
sét sẽ cần môôt công nghêô chịu được công nghêô có công suất cao.

Ý tưởng của việc khai thác một tia chớp và sử dụng nó để bổ sung vào lưới điện đã
được nghĩ ra nhiều lần trong quá khứ. Khó khăn là không biết khi nào và nơi sét đánh, bắt nó,
và sau đó đẩy các điện lên lưới điện một cách có kiểm soát. Nhưng ngay cả khi tất cả những
vấn đề này có thể được giải quyết, sẽ vẫn là đáng giá để thử và khai thác sức mạnh của một
cơn giông bão?


Câu hỏi đặt ra là có bao nhiêu điện năng? Một tia sét điển hình sản xuất khoảng
10.000A. Điều này hạn chế chúng ta khoảng 30 triệu cu-lông mỗi năm..Làm thế nào để các kỹ
thuật điện có thể biến đổi một tia sét thành một tia lửa trong một ổ cắm trên tường? Thách thức
lớn nhất ở đây là tất cả năng lượng của tia sét được chuyển giao trong các phần phân đoạn
nhỏ của một giây. Điều này có nghĩa là chúng ta phải có một pin cực kỳ lớn (hoặc tụ điện) có
thể tích trữ ngay lập tức khi bị sét đánh, sau đó từ từ và đều đặn cho ra sức mạnh kìm nén khi
được sử dụng. Thiết bị với các khả năng này đều khó khăn để sản xuất và rất không hiệu quả.
Trong thực tế, chúng ta mất đi phần lớn năng lượng chúng ta đang chuyển đổi trong gần như
mọi quá trình. Hợp tổng năng lượng hạn chế và khó khăn và mất mát trong việc tiếp cận nó,
chúng ta chỉ có thể tạo ra một phần nhỏ của một phần trăm của năng lượng mà chúng ta sử

dụng hàng ngày từ sét trong khí quyển.


Trong mùa hè năm 2007, một công ty năng lượng thay thế được gọi là Energy Holdings,
Inc. (AEHI) đã thử nghiệm một phương pháp để thu năng lượng trong tia chớp. Việc thiết kế
cho hệ thống đã được mua từ một nhà phát minh Illinois tên là Steve LeRoy, người đã báo cáo
là đã có thể cung cấp năng lượng một 60-watt ánh sáng bóng đèn trong 20 phút bằng cách sử
dụng năng lượng bắt giữ từ một đèn flash nhỏ của sét nhân tạo.


Theo Martin A. Uman, đồng giám đốc của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu sét tại Đại học
Florida và là cơ quan hàng đầu về sét, sét đánh đơn, trong một khoảng thời gian rất ngắn, chứa
rất ít năng lượng, và hàng chục tháp sét giống như những người sử dụng trong hệ thống thử
nghiệm bởi AEHI sẽ là cần thiết để hoạt động năm bóng đèn 100 watt cho quá trình một năm.
Khi được phỏng vấn báo The New York Times, ông tuyên bố rằng năng lượng trong một cơn
giông bão là tương đương với một quả bom nguyên tử, nhưng cố gắng để thu hoạch năng
lượng của sét từ mặt đất là "vô vọng". Một thách thức lớn khi cố gắng để thu hoạch năng lượng
từ sét là việc không thể dự đoán khi nào và ở đâu giông bão sẽ xảy ra. Ngay cả trong một cơn
bão, nó là rất khó để nói chính xác nơi sét đánh.

Ngoài ra còn có một vài thách thức kỹ thuật đối với cố gắng để khai thác và sử dụng
điện năng sinh ra bởi một tia chớp. Do điện áp cao và hiện tại, sét còn gây ra nhiều vụ cúp điện
khi nó tấn công đường dây điện hoặc máy biến áp và đánh mất một lượng điện ở lưới điện
trong một thời gian không kiểm soát được. Vì vậy có thể nói thu năng lượng sét là khó khăn,
bởi hiện tại để kiểm soát điện áp, người ta sẽ cần phải đưa ra một hệ thống có thể tạm thời lưu
trữ số lượng lớn điện, có lẽ trong ngân hàng lớn của tụ điện hoặc pin có khả năng sử dụng thật
nhanh chóng, và sau đó từ từ chuyển vào bộ phận kiểm soát lưới điện để không gây ra sự gián
đoạn.

Hệ thống thu giữ năng lượng sét bao gồm cột thu lôi, dây điện, thiết bị khai thác năng
lượng sét, 1 cột tiếp đất. Cột thu lôi sẽ thu hút sấm sét và chuyển đổi thành năng lượng điện.
Thiết bị thu năng lượng sét kết hợp với ít nhất 1 tụ điện nam châm và 1 công tắc. Trụ tiếp đất
được nối với dây điện. Bộ điều khiển sẽ kiểm soát công tắc để đưa năng lượng sét xuống đất
thông qua cột tiếp đất hoặc chuyển năng lượng sét sang sạc cho tụ điện nam châm khi các tụ
này ở trạng thái sạc.Hiện nay, Mcap có công suất và năng lượng cao nhất trong các loại pin và
tụ điện (hơn 10 lần Pin Li-ion), được xác nhận là an toàn và có hiệu quả cao. Trong buổi trình
diễn công nghệ, Mcap đã được dùng để vận hành các thiết bị điện (đèn LED, xe hơi đồ chơi) và
hiện đang có những mẫu thử đầu tiên cho những thiết bị điện thương mại.Nếu được cải tiến và
tinh chỉnh về mạch điện, thì việc ứng dụng công nghệ này vào đời sống là hoàn toàn có thể
thành sự thật. Nó xả điện giống như tụ điện và dựa vào chip quản lý điện năng (DC-DC
Converter) để cung cấp năng lượng ổn định. Với kích thước và trọng lượng chỉ bằng 1 phần
của pin Li-ion,do vậy đây có thể là lối đi mới vấn đề năng lượng. Mặc dù điều đó có vẻ hơi khó
nhưng tiềm năng to lớn của nó vượt qua bất kỳ loại công nghệ pin hay tụ điện truyền thống nào
và sẽ tạo ra thiết bị lưu trữ điện cho hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo và có thể vận chuyển .


Vậy việc sử dụng và lưu trữ năng lượng sét có khả thi hay không ?
Thu được tia chớp có những khó khăn riêng.Không biêt khi nào và ở đâu một tia ánh
sáng sẽ tấn công là trong nhiều trường hợp ngẫu nhiên. Tại 50.000 feet không ai biết sét sẽ tấn
công vào đâu cả. Vì vậy, vị trí của tháp thu là loại giống như chơi phi tiêu bịt mắt. Người ta có
thể phân tán một bó của 500 tháp chân trên tất cả các vùng nông thôn, nhưng điều đó không
đảm bảo một tia sét sẽ đánh nó. Vì vậy, nếu bạn có một loạt các tháp thiết lập trong một khu
vực 1 km2 và các tháp đã có thể thu hút tất cả sét đánh trong cả năm, bạn sẽ sản xuất đủ điện
để cấp điện cho 2 nhà trong một tháng!
Do năng lượng luôn thay đổi làm cho việc thu hoạch năng lượng sét từ mặt đất không
thực tế - quá cao, nó sẽ làm hỏng việc lưu trữ, quá thấp và nó có thể không làm việc. Ngoài ra,
sét là lẻ tẻ do đó năng lượng sẽ được thu thập và lưu trữ; nó là khó khăn để chuyển đổi điện
cao áp điện đến điện áp thấp có thể được lưu trữ.
Liệu dùng máy giảm áp có được không?Sét chỉ sinh ra trong 1/1000 đến 1/1000000

giây, kể cả dùng máy giảm áp thì có máy nào có thể làm được không?Đó là chưa kể đến sự
cồng cềnh và số tiền của nó. Cứ cho rằng ta có thể thu được điện của sét thì trong quá trình
vận chuyển thì nó đã bị hao hụt đi rất nhiều, liệu lúc đến trạm thì còn lại bao nhiêu?Thiết bị nào
có thể chịu được cường độ của sét?Phải chẳng để thực hiện được cái ý tưởng đó thì con
người ta phải có hàng trăm phát sinh để có thể biến ý tưởng đó trở thành hiện thực.


Một số ứng dụng của sét hiện tại:
Ngoài ra sét còn có nhiều lợi ích trong đời sống hàng ngày. Trong việc trồng lúa, những
cơn mưa rào mang theo nhiều dưỡng chất cho thiên nhiên, rất tốt cho cây cối, đặc biệt là lúa
nước, nhờ có đạm tự nhiên nên cây bám rễ tốt phát triển nhanh. Thật vậy, nếu Trái Đất không
có sấm sét trong vài giờ đồng hồ thì hành tinh này sẽ mất đi các lớp trên của khí quyển, toàn bộ
điện tích âm- lượng điện cần cho sự tồn tại của Nitơ ở dạng thực vật dễ hấp thụ. Bởi rễ chỉ hấp
thụ được nitơ ở dạng NO3 và NH4 cho quá trình phát triển. Mà ở trong không khí nitơ tồn tại ở
dạng kiên kết 3 bền vững, nên rễ cây không thể hấp thụ. Nhưng nhờ có sét, một lượng nitơ
trong không khí bị oxy hóa bởi nhiệt độ và áp suất cao tạo thành NO3, để cây có thể dễ hấp thụ,
do đó sau cơn mưa nhất là những cơn mưa có sét cây cối rất xanh tốt.

Sét còn được ứng dụng vào việc tìm kiếm tài nguyên thiên nhiên.Cho đến gần đây các
nhà địa vật lý, các nhà khoa học khám phá tài nguyên thiên nhiên phát hiện rằng họ có thể dựa
vào cơ sở dữ liệu của vị trí và thuộc tính của hàng tỷ sét đánh, mà cơ sở dữ liệu có sẵn để lựa
dữ liệu và tích hợp với các dữ liệu thăm dò khác ghi nhận những cơ sở dữ liệu sét là một kiểu
dữ liệu địa vật lý mới, có thể được tích hợp với trọng lực, từ trường, điện, địa chấn, và vệ tinh
dựa trên các công cụ địa vật lý để tăng cường thăm dò tài nguyên thiên nhiên mà là điện trở
(dầu mỏ, khí đốt, nước, muối, vv ) và dẫn điện (khoáng và khoáng chất, nước mặn và nước địa
nhiệt, ống kimberlite mà kim cương được tìm thấy, vv).


Khai thác dữ liệu cơ sở dữ liệu sét cung cấp một
kiểu dữ liệu địa vật lý mới, có kiểu dữ liệu có thể được tích

hợp với các lĩnh vực tiềm năng các loại dữ liệu địa vật lý
khác và với các dữ liệu địa chấn để thăm dò tài nguyên
thiên nhiên. Phân tích cho rằng hàng chục tia sét trong
vòng năm năm qua cho thấy vị trí sét đánh không phải là
ngẫu nhiên. Từ này lỗi việc đã được lập bản đồ, các mối
quan hệ đã được thực hiện với độ dày trầm tích, có thể
chúng ta đang dự đoán lỗ rò, bản đồ của bất đẳng hướng
(mật độ lỗi và định hướng) có khả năng phân biệt giữa dễ
uốn và dễ gãy đá phiến trong tài nguyên đá phiến mới đáng
kể như Bakken, Eagle Ford, Marcellus, Vicksburg, Bossier,
Fredricksburg, Mississippi Lime, vv đã được chứng minh vị
trí sét đình công và các thuộc tính không được chủ yếu gắn
với cơ sở hạ tầng (đối tượng cao lớn, giếng, đường ống),
cũng không phải là các vị trí chỉ kiểm soát bởi địa hình,
thảm thực vật hoặc độ sâu của nước.


Thành viên của nhóm:
1)
2)
3)

Võ Nguyễn Nguyên Khôi
Tạ Ngọc Đức
Nguyễn Tuấn Phong