Šiandien, kai elektros energija tampa vis paklausesne preke, netyla diskusijos apie alternatyvius elektros energijos gavybos būdus. Pasigirsta net ir visai egzotinių pasiūlymų – vietoj įprastinių elektrinių „įdarbinti“ natūralią gamtos stichiją – žaibus. Juk iš pirmo žvilgsnio žaibai yra milžiniškos galios stichija, kurią suvaldžius gautume didžiulius elektros kiekius. Bet ar tikrai taip?
Šiandien, kai elektros energija tampa vis paklausesne preke, netyla diskusijos apie alternatyvius elektros energijos gavybos būdus. Pasigirsta net ir visai egzotinių pasiūlymų – vietoj įprastinių elektrinių „įdarbinti“ natūralią gamtos stichiją – žaibus. Juk iš pirmo žvilgsnio žaibai yra milžiniškos galios stichija, kurią suvaldžius gautume didžiulius elektros kiekius. Bet ar tikrai taip? Kiek gi dabartinėmis kainomis kainuotų žaibų sukuriama elektra, jeigu ją pavyktų „pagauti“?
Kiekvienas elektros inžinierius bei elektronikas žino, jog sudauginus elektros įrenginio įtampą voltais ir naudojamą srovės stiprį amperais, iš esmės lengvai galima apskaičiuoti įrenginio pareikalaujamą galią. Padauginus galią iš jos vartojimo laiko, gaunamos elektros energijos sąnaudos. Elektros energijos standartinis vienetas yra kilovatvalandė (kWh), už kurią elektros tinklams Lietuvoje mokame po 0,45 Lt.
Visa tai gali būti taikytina ir žaibui. Tačiau kokius žaibo parametrus imti kaip skaičiuojamuosius? Reikalą apsunkina dar ir tai, kad žaibo išlydžio srovė ir įtampa kinta laike pagal eksponentę. J. Perelmano knygoje „Įdomioji fizika. II dalis“ (1924 m. laidos rusų kalba ir vėlesniuose leidimuose rusų ir pradedant nuo 1949 m. lietuvių kalba) skaičiuojant žaibo galią, ji dalinama iš dviejų, laikant kad toks veiksmas leidžia įvertinti žaibo išlydžio vidutinį potencialą. Panašius skaičiavimus atliko ir J. Nainys (žiūr. J. Nainys „Pasakojimai apie elektrą. Vilnius, 1974 m.“) – šiuo ir kitais aprašomais atvejais naudota tokia formulė:
čia:
ŽK – žaibo kaina litais;
U – žaibo potencialas voltais;
I – žaibo srovė amperais;
TŽ – žaibo trukmė sekundėmis;
EK – elektros energijos kaina už kilovatvalandę;
Sh – sekundžių kiekis per valandą (3600), reikalingas norint suskaičiuoti kiek bus vatų per 1 valandą;
DK – tūkstantosios dalies daugiklis, reikalingas vatvalandėms paversti į kilovatvalandes.
Buvo gauta, kad, esant žaibo išlydžio srovei 200 kA, audros debesies potencialui 10 MV ir žaibo trukmei 0,00003 s (arba 30 mikrosekundžių), žaibo energija bus apytiksliai lygi 4 kWh. Prisiminus, jog šiuolaikinės kilovatvalandės kaina 0,45 Lt, gauname 1,8 Lt. Įvairių autorių gauti rezultatai skiriasi iki 10 ir daugiau kartų. Tačiau tai lengvai galima paaiškinti – viskas priklauso nuo pradinių žaibo išlydžio parametrų, naudojamų skaičiavimuose.
Dažniausiai (iki 40 %) pasitaiko 20–30 kA stiprio žaibo srovės, trukmė 20–100 µs (J. Baublys ir kiti. „Žaibas. Apsauga nuo žaibo.“ Vilnius, 2006). Kitą parametrą – audros debesies potencialą – mokslininkai skaičiuoja, jo išmatuoti negalima. Nustatyta, kad netgi ir galingam žaibui esant, šis potencialas neviršys 100 MV. Jeigu vidutinis žaibo srovės stipris 25 kA, o trukmė 60 µs (0,00006 s) ir debesies potencialą 50 MV, gauname tokią žaibo kainą:
Ar galima apskaičiuoti žaibo kainą, neįvertinant kintančių žaibo parametrų? Taip, pasirodo ir tai galima. Žymus žaibų tyrėjas mokslininkas B. Šonlandas ( B. Schonland ) savo knygoje „Žaibo skrydis“ teigia, kad atskirų žaibo smūgių metu neutralizuojamas 2–10 C krūvis. Iš fizikos žinoma, jog 1C (kulonas) =1 A∙ s. Taigi, jei krūvis yra 5 C ir debesies potencialas 50 MV, gauname 250 milijonų W∙s arba 69,44 kWh. Tokiu atveju žaibo kaina bus 31,3 Lt. – jau beveik 3 kartus daugiau nei gavome skaičiuodami iš vidutinių žaibo parametrų, tačiau vistiek pakankamai kukliai.
Deja, vienareikšmio atsakymo kiek kainuoja žaibas negauname. Viskas priklauso nuo žaibo parametrų, tad ir pateikti skaičiavimai realios mokslinės vertės neturi. Jie tiesiog demonstruoja, kad toks reiškinys, kaip atmosferos elektra, praktinį pritaikymą kaip elektros energijos šaltinis ateityje vargu ar turės. Realiai tik maža žaibo energijos dalis būtų prieinama naudingai panaudoti, didesnioji dalis negrįžtamai prarandama atmosferoje dėl nuostolių žaibo kanale.
Įvertinant visus mūsų planetoje vykstančias žaibavimus, kiekvienam kvadratiniam paviršiaus kilometrui tenka 4–5 žaibo kirčiai, kurių vidutinė metinė galia siekia iki 1 kW/km2 (E. Bazelianas, J. Raizeris. „Žaibo ir apsaugos nuo žaibo fizika“, Maskva, 2001). Lietuvoje, kurios plotas 65,3 tūkst. km2, turėsime ne daugiau kaip 65,3 MW – skaičius labai mažas, palyginti su elektrinių bendrąja galia. Pavyzdžiui, vien Lietuvos elektrinės bendroji galia siekia 1800 MW.
Be to, įsivaizduokite tą didžiulį tinklą virš mūsų valstybės, skirtą žaibams sugauti. Tad tai tikrai nėra ekonomiška ir be to, labai pavojinga.
Parengė Anatolijus Drabatiukas, Energetikos ir elektronikos katedra, Kauno technikos kolegija.
