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malwine-stoehr
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Nutzung “vorhandener” Blitzableiter
Hier könnte sich ein Blitzenergiespeicher lohnen:
Blitzenergie-Inhalt
Gesamtenergie aufgeteilt auf eine lange Strecke
Gesamtenergie: z. B.:
Abgreifbare Teilenergie ist deutlich geringer als die Gesamtenergie von ca. 200 MJ und bewegt sich eher im kJ-Bereich
Wolke-Erde-Blitz
Quelle: Hasse/Wiesinger
MJMVAsUQE 2001020
Nutzbare Blitzenergie
di/dt: Induktionsspannung
kVU 1510150101,0 96
Ȋ (Scheitelwert des Blitzstromes): Potentialanhebung gegenüber der fernen Erde => Schrittspannung !!!
Eher eine Gefährdung
kVkARIU E 100010100ˆ
Nutzbare Blitzenergie
Ladung Anwendung: z. B. Aufschmelzen von Metallen
[ Q = 50 bis 200 As gemäß Norm]
IdtQ
Spezifische Energie
Anwendung: z. B. Temperaturerhöhung von Leitern [ bis zu 100 K akzeptabel]. Speicherung unklar.
Elektrodynamische Kräfte: siehe Anwendungsbeispiel
dtIR
W 2
Nutzung “vorhandener” Blitzableiter
z. B. Wolkenkratzer oder freistehende Hochhäuser: H_Da-Hochhaus : 14 Stockwerke à 4m + Dachantenne => 65 m
Für 1 Blitz/Jahr: Mindestens 180 m
Höhe erforderlich !
Blitzhäufigkeit / Jahr:
05,261024 hnn gd
05,26 6510241 dn
akmHessennd
2
11)(
JahrBlitzend /125,0
Alle 8 Jahre ein Blitz
Energieabschätzung eines Blitzes
Betrachtung des Erstblitzes mit folgenden Annahmen:
Ȋ = 50 kA T2 = 350 μs Abgeleitete
Stromzeitfläche:
Ī*t = 25 kA* 800 μs (siehe rechteckförmige Fläche)
10 MV Wolke-Erde-Spannung
Norm-Blitz-Stoßstrom mit einer Anstiegszeit von 10 μs und einer Rückenhalbwertszeit von 350 μs , siehe DIN VDE 0185-4
skAMVEErstblitz 8002510
MJWsEErstblitz 200102 08
Nutzung der Blitzstromkräfte
Konstruktive Lösung:
Zwei parallele Platten, jede führt 50 % des Blitzstromes
z. B. Verdichtung 50 kA:
z. B. Erzeugung pot. Energie
100 kA:
Quelle: Böhme,
Mittelspannungs-
technik
Länge 1mBreite 1mPlattenhöhe 0,01mPlattenabstand 0,05mμ0 1,26E-06Vs/AmBlitzstrom 2,50E+04A
kJkWsW 4,34,3
kWhWhW 001,01
kJkWsW 5,135,13
kWhWhW 004,08,3
2
I
2
I
Industrieapplikation mit ca. 14 kJ
Vergleich der “Blitzenergie-Lösung” mit einer Industrielösung:
Hydro-
Mechanischer
Federspeicher-
Antrieb
Quelle: ABB
Antrieb für
Leistungs-
Schalter
Industrie
Blitzlösung
Schaltspiele
10.000 100.000 ?
Kosten 5-10 k€ 5 k€ ?
Energie-speicherung
Pot. Energie
SpannenTellerfeder
Energie 15 kWs => 0,004 kWh
Vergleich Kohle-KW
876.000 MWh = 219*109
Speichereinheiten
Nutzung “vorhandener” Blitzableiter
z. B. Wolkenkratzer oder freistehende Hochhäuser: Annahme: 10.000 Gebäude > 200m => 0,1 bis 1 MJ (≈ 0,0003 MWh)
Im Vergleich dazu hat das Pumpspeicherwerk Goldisthal: 8240 MWh
0,0003 MWh
“Stille” Entladung der Gewitterwolke
A
Hochohmige Verbindung: Langsame und stromschwache Entladung
“Stille” Entladung der Gewitterwolke
Entladung über unbemannte Zeppeline: Problem: 2 -3 km Höhe => Flugraum Mobile Lösung notwendig Statistische Effekte
A
Gezielte Entladung
Entladung pro Wolke
E = 20 As*20 MV = 0,11 MWh
Vergleich Kolhel-KW
876.000 MWh =7.9 Mio Entladungen
“Stille” Entladung der Gewitterwolke
A
Nutzung Wolkenaufstieg vor Bergmassiven
Bei Kondensator-speicherung müßte je nach Höhe der Wolke eine Polaritätsum-schaltung erfolgen !
Zusammenfassung
Nutzung von Blitzenergie im Prinzip möglich Nutzbare Energien im kJ-Bereich Sinnvoll für Gebäude > 200m Liefert mit ca. MJ/Jahr keinen hohen Beitrag und ist nicht planbar Umschaltung auf 2. Speicher bei Folgeblitzen => Effizienzerhöhung
Alternative Energiegewinnung Gezielte Entladung von entstehenden Gewitterwolken Hoher Aufwand, aber verstetigter Energiegewinn Entladung in großer Höhe notwendig ! Flugraum-Probleme !! 7,9 Mio Entladungen/a entspricht Kohle-KW
Der Energiegewinn mit Blitzen ist gering, der Aufwand ist hoch. Gezielte Entadung könnte aber Blitze vermeiden und hat daher Potential !
Also doch eher ein Hochspannungsspektakel !!
Gewitter über Locarno. Quelle: Internet