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本文内容

• 闪电中的能量
• 我们可以收集闪电能量吗？
• 收集电力的展望
• 常见问题解答

闪电是由雷云中积聚的正电荷和负电荷之间的不平衡引起的放电。大多数闪电发生在云层之间或云层内部，但根据美国疾病控制和预防中心的数据，美国每年约有4000万次雷击击中地面，该中心跟踪雷击伤害和死亡情况。1

是否有可能利用这种能量为整个社区供电？在这里，我们探讨这个问题。

闪电中的能量

闪电产生的电力是高压电线上的电流的 10 倍。它还会产生比太阳表面更热的热能，以及可以传播 25 英里的声能（雷声）。2虽然只持续一毫秒，但一道闪电被认为可以产生高达 10 吉瓦 （GW） 的电力，这将是 2021 年美国所有屋顶太阳能电池板容量的六分之一。3然而，捕捉这种能量并不是一件容易的事。

您知道吗？

一道闪电可以包含高达十亿伏特的电压和大约 100,000 安培或更多的电力。24

我们可以收集闪电能量吗？

闪电携带或产生三种形式的能量：电、热和声音。近年来，科学家们一直在探索这些问题：如果我们能够储存这些电力来为即将主导我们道路的所有电动汽车充电，那会怎样？或者捕获它的强烈热量以产生足够的蒸汽来运行涡轮机？或者转换足够的声音来产生生产无碳氢燃料所需的电力？

捕获电力

已经进行了各种尝试，使用高压开关电路和磁电容器来捕获和存储闪电能量。几项正在申请和正在实施的专利都描述了可以将闪电转化为电能的系统。尽管如此，这些系统都没有被使用——至少被广泛使用。

正如一项研究所说，“这不是一项复杂的科学任务，就像聚变反应堆或核设施一样。事实上，本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）发明了避雷针，可以吸引和捕获闪电并将其引导到地下。另一半——驯服它——是困难的部分。

您知道吗？

地球充当电接地，因为它足够大，可以吸收无限量的电流，而影响最小。

挑战在于将闪电中携带的能量降低到安全水平。电网已经以这种方式工作：来自发电厂的高压输电线路以 345,000 伏的电压输送电力，但通过多个变电站，电力被降压到区域层面，然后降到社区层面，直到进入住宅的电力线仅承载 120 伏特。

然而，将闪电从数百万伏特（高达十亿伏特）降低到更安全的水平是一项更艰巨的任务，一项尚未实现的任务。

收集热量

根据美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）的数据，闪电的能量会短暂地将空气加热到华氏50,000度左右，比太阳表面还要热。2

最近在捕获热量并将其转化为电能方面的进展可能提出了一种收集闪电超热的方法。虽然磁铁（大多数发电的核心）在加热时会失去磁力，但最近的研究发现，称为对磁振子的微小粒子充当半导体，能够将热量转化为电能。6

从基础研究到可行的产品可能首先要有更接地气的热源，例如制造过程或车辆产生的废热。将其应用于闪电是一项不太紧迫的任务。

转换声音

任何拥有手机的人都知道可以将电转换为声波。反之亦然，世界各地都在进行收集声音发电的实验。7

闪电产生的极端热量导致周围的空气爆炸，产生我们称之为雷声的声波。在距离其源头几百英尺的范围内，雷声可以产生大约 120 分贝。然而，来自交通和城市噪音污染的现有声能来源是太可靠的滋扰，值得进行收集雷声的实验。

收集电力的展望

对于电力，供应必须始终满足需求，否则系统就会崩溃并发生停电。与其他可再生能源一样，收集闪电能量的挑战之一是其间歇性。

闪电的间歇性在时间和位置上都远不如风能或太阳能可预测。存储闪电的电力是最困难的部分，不仅因为储能行业仍处于起步阶段，还因为储能设备本身需要承受巨大的单波电，而不会损坏设备。

政治意愿（以及研究经费）集中在更成熟的可再生能源技术上：水、风能和太阳能。目前，收获闪电仍将是梦想成为下一个本杰明·富兰克林的个人发明家的追求。

常见问题解答

• 一道闪电可以为多少个家庭供电？
• 如果能够收集所有10吉瓦的能量，闪电可以为340万户家庭提供一年的电力。9
• 我们需要捕获多少闪电才能为整个美国电网供电？
• 仅仅从115次雷击中捕获能量就可以满足美国每年的所有电力需求。