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