ВІДБІР ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ АТМОСФЕРНИХ ПОЛІВ: ОБМЕЖЕННЯ МЕТОДІВ ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ГІБРИДНОГО ПІДХОДУ

Анотація

Атмосфера Землі утворює глобальне електричне коло — природну електродинамічну систему, що підтримує квазістаціонарну різницю потенціалів близько 250 кВ між іоносферою та земною поверхнею. Попри значний сумарний потенціал, практичне використання цієї енергії стримується надзвичайно малою густиною струму провідності у приземному шарі за умов «хорошої погоди» (близько 2 пА/м²), зумовленою високим питомим опором повітря. Метою роботи є аналіз літературних джерел за темою відбору електричної енергії атмосферних полів та формування теоретичного підходу до використання енергії електричного поля Землі, який дозволить забезпечити безперебійність живлення малопотужних автономних споживачів в умовах нестабільного або відсутнього електропостачання. У роботі систематизовано та класифіковано відомі методи відбору на пасивні (геометричні) й активні (радіаційні, термічні, лазерні), виконано їх порівняльний аналіз і простежено історичну зміну парадигми – від орієнтації на промислові потужності до живлення малопотужних автономних споживачів. Показано, що обмеження пасивних методів має пороговий характер: за характерної для «хорошої погоди» напруженості поля коронний розряд на колекторі не ініціюється і стійке струмознімання відсутнє. Для активних методів формалізовано проблему енергетичного балансу: витрати енергії на примусову іонізацію повітря часто перевищують відібрану потужність, що робить такі системи енергетично збитковими. Обґрунтовано гібридний кінетико-електростатичний метод, у якому ініціація коронного розряду здійснюється електростатичним генератором типу «Дірод» із вітровим приводом, завдяки чому локальна провідність повітряного проміжку підвищується без витрат енергії, відібраної з атмосферного електричного поля, та без додаткового підведення палива; отримано необхідну умову енергетичної доцільності такої системи. Аргументовано, що запропонований підхід доцільний не як альтернатива класичній генерації, а як засіб забезпечення безперебійності автономної роботи окремих класів малопотужних споживачів завдяки постійній наявності атмосферного електричного поля «хорошої погоди».