為什麼不從天空引雷電利用？
這個問題太有意思了！
為什麼不從天空引雷電利用？我看到大家從預測難度、絕緣難度、安全性等角度說了很多，不過要考慮為什麼不引雷電利用，我認為比起技術難度來，也可以先考慮雷電到底有多少能量。萬一能量很大經濟性很強的話，我們肯定也可以去克服技術難題嘛。
關於雷電的能量，網上眾說紛紜，有的說一個雷的能量相當於幾千克石油的，也有說一個雷的能量夠北京市用兩年的。這數量級相差也太多了，到底哪種靠譜呢？
這年頭，網上的資料誰都別輕信，還是自己算最靠譜！
想要計算的話，最好用專業的參考資料，推薦選用大學電氣工程及其自動化專業的教科書《高電壓技術》，這本書中對雷電有系統的講解，還提供了較詳細的數值模型。
OK，開啟我們的計算之旅，趕快上車吧。
只考慮常規雷電的話，雷電對地放電的過程可分為三個階段，分別是：
（1）先導放電；（2）主放電；（3）餘輝放電。
首先是（1）先導放電，作用是鋪路，建立雷電通道。
如果要利用雷電，那麼用的就是空中的雷雲對地放電的能量。
通常雷雲的上部帶正電荷，下部帶負電荷（據統計，負電荷形成的負極性雷電佔總數的75~90%），這些聚集在下部的負電荷在附近地面感應出大量正電荷，當雷雲與大地局部電場強度達到大氣遊離所需的電場強度（約25~30kV/cm）時，就會使空氣遊離，形成先導放電通道。
先導放電建立導電通道的過程有點像「扭秧歌」，每一步都挺快，但走一步，歇一會，整體就非常慢了（100~800km每秒），只有光速的千分之一左右，這個過程持續0.05~0.01秒。
先導放電的瞄準對象，通常是地面上高聳突出物體，這些物體周圍電場強度比較大，所以會在先導接近地面時出現向上的迎面先導（所謂的熱烈歡迎？？）。
也因此我們雷雨天要避開大樹、避雷針等尖銳高大物體，記住哦。
關於能量方面，這個階段電流比較小，能量相對於估算整體放電過程來說可以忽略不計。
然後是（2）主放電：主要的雷擊放電過程。
在先導放電階段建立了平坦通暢的放電路徑之後，電荷就可以暢通無阻地飛馳了，同時遊離產生的先導放電通道中，負電的電子向下運動流向大地，正離子向上運動中和先導通道中的負電荷，這樣的大量電荷流動形成主放電過程。此時出現非常大的脈衝電流，產生強烈的光和熱，使空氣急速膨脹震動，這就是我們看到的閃電和聽到的雷聲。
主放電過程的發展速度非常高，約 ，比起前面的「扭秧歌」可是快了幾百甚至上千倍。
相應地，這個階段持續時間極短，一般不超過100μs（微秒）。但是電流非常大，峰值高達幾十甚至上百千安，之後衰減形成雷電流衝擊波形。
我們選擇最簡單的（b）波形計算吧，雖然這樣會導致能量偏大，但數量級並不會錯。
上圖為雷擊等效電路，主放電階段的電流計算公式為：
其中 是對0電阻通路的雷電流值，幾十到上百kA，我們將峰值取大些，算100kA吧，順便說一下這麼大的雷電流並不常見；參數
是沿著雷擊通道運動的電壓波與電流波的比值，有關規程建議取300~400Ω，這裡我們按350Ω估算；
是被擊物的波阻抗，設被雷擊物體末端電壓為零，承接全部能量（按純熱量估算），用能量計算公式
並將積分號內部對
求導可以計算出，被擊物體取
可以得到最大的電擊能量，所以也是取350Ω。
斜角部分放電時間取典型值2.6μs，可得能量為3039千焦，相當於0.8kWh。平頂部分時間按最大的100μs計算，計算可得能量為87500千焦，相當於24.3kWh。此階段過程能量合計0.8+24.3=25.1kWh。
因為選用的平頂波，能量已經高估了，實際上還得打折哦。
最後，是（3）餘輝放電階段：剩餘電荷發揮餘熱。
這個階段是雲的剩餘電荷沿著主放電通道繼續流向大地的過程，電流比之前小很多，只有10~1000A左右，持續時間大概在0.03~0.05秒。
實際上是指數衰減的，為了簡單我們按直線計算（這樣結果偏大），從1000A衰減到0，時間取0.05秒，那麼結果大約為5845千焦，相當於1.6kWh。
綜上所述，收集一個典型的雷擊所攜帶的能量大概有 25.1+1.6=26.7kWh 這麼多，假設我們技術超凡絕倫、無比先進，以100%利用率地捕捉到了這些能量，而且能轉換為市電的話，也就是26.7度電而已，按每度電0.5元計算的話，相當於電費13.4元，注意這個還是偏高的數值，實際上同樣還要打折才是。
嗯，打一個雷只有不到13.4元，雷神你放電的這一鎚子還不如裝修師傅貴呢。。。
為啥？因為 能量=功率*時間 （當然，實際上是功率對時間的積分）。雷電的功率確實非常高，但持續時間短得離譜，所以總體的能量並不高。很簡單的道理！
有人又會說了，蚊子腿也是肉啊，萬一雷神是個打架子鼓的呢，如果人家一口氣「咚咚咚咚」地打好多雷，不也很有經濟價值嗎？
那麼我們再算算雷的數量問題。
衡量雷電數量有個參數叫做「地面落雷密度」，用於計算在一個雷暴日（只要這天打雷就算雷暴日）中，每平方公里地面上的平均落雷次數。這個值與地區有關，以長江流域附近每年雷暴日40天左右為例，地面落雷密度大約是0.07。
那麼想要充分吸收這些雷的話，需要引雷的設備。我們假設用避雷針，那麼需要多少避雷針呢？
關於避雷針的有效範圍（保護半徑）問題，書中給出了計算公式，簡單來說是避雷針高度的1~1.5倍左右，保護對象越低，保護範圍越大。為了方便，我們將保護對象按地面（高度為0）計算吧，避雷針高度選用超高的120米，其保護半徑也是120米，那麼以正六邊形密鋪的方式計算（合每個避雷針保護3.74萬平米的面積），那麼平均每平方公里需要大約26.7個避雷針。
有這麼多避雷針，才能獲得在每個雷暴日每平方公里獲得0.07個雷的能量收穫，假如都100%地轉換為居民用電的話，相當於 每平方公里，全年，可節省電費，多達，37.5元…
說真的，就算刷一小時盤子可能比這個賺的都多（這句話已修正，感謝網友指出 ^_^ ）。
到這裡我們明確了：
（1）單次雷擊的能量並沒有多大；
（2）雷擊的密度也並不大。
因此，即使不考慮技術和安全性，我們利用雷電仍然是非常不經濟的事情。難怪我們並不准備從天空引雷電利用了！
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做個簡單的比喻吧。
回到家打開家裡的電風扇，一陣風徐徐吹來，頓時舒服了很多。
回到家打開家裡的電風扇，猛然吹了一股十級颱風，而且持續時間只有百分之一秒……
啥？
上面描述的基本就是家用電和閃電的區別了。
家用電一般以低壓220/380V為主，而工廠等高壓戶一般以高壓6kV、10kV等電壓供電，電流視負荷情況而定，一般在5A—500A左右。
閃電的話……電壓在幾億V水平，平均電流估計是10-20萬A，當然，放電時間非常短，一般千分之一秒到百分之一秒，放電時的溫度可以達到2萬攝氏度……
如果要應用閃電，必須解決下面幾個方面的問題：
1
預知閃電的發生，或者人工引雷。
我國在上世紀就開始了人工引雷的實驗，前幾天中國氣象科學研究院剛剛成功發射了引雷導彈，可以說在研究閃電、應用閃電的方向上又邁出了一小步。
2
解決大電流衝擊問題
目前的防雷工作是把雷擊通過避雷網引到地下，並不能說解決了大電流的衝擊問題。想應用閃電就得讓閃電通過電網，把電能儲存到電容中，這個電流的衝擊是非常大的，這一點還有待未來解決。
3
雷擊時間短
和上一條構成了應用閃電最難的兩個點，基本上所有充電設備，使用閃充技術（核心還是依靠大電流）都會縮短電池壽命。雷擊時間短，也很難通過雷擊對目前的儲能材料進行儲能，這也是目前解決不了的問題。
說句題外話，復聯4鋼鐵俠讓雷神劈他一下充能打出的一擊，就是典型的應用閃電儲能……只能說托尼這散熱也是黑科技呀。
4
有損耗、溫度太高
兩萬度這個溫度……大部分材料都會熔化甚至燃燒，而且應用閃電的話耐高溫還不夠，導電性必須好，目前已知導電性最好的單一金屬是銀，其次是銅，這兩種金屬的熔點都在一千攝氏度左右……實在不夠看。
此外還有損耗，大電流造成的線損是很驚人的，即使線路上的電阻非常小，通過P=I2R也可以知道，線路上消耗的功率還是會非常大。目前的超導體（0電阻）還都是低溫、超低溫環境下工作的，常溫超導體尚且實現不了，超高溫……我選擇死亡。
5
電能存儲技術不成熟
這個是硬傷，電容技術與其他相關技術相比幾乎一直處在瓶頸期，無法實現大容量儲存電能。
綜上，應用閃電的難度過大，目前階段還是無法實現的。
我本科畢業設計做的是換流站電磁兼容方向，其中因為涉及雷電干擾，所以有稍微了解一下雷電特性，也做了模擬（沒有實物實驗）。
渣渣本科生，水平有限，歡迎指正。
1，先說雷擊線路的三種形式，大致這樣。
2，然後看雷電流特性，我引用的是雙指數波方程。雖然有部分學者認為雙指數模型已經過時了……不過為了方便我還是直接引用了，而且圖形上差距不是很大。後面的MATLAB模擬就不放了，直接上電路pspice模擬吧。
3，模擬用的pspice軟體，模擬參數設置以及電路元件參數如圖所示。
先是純電阻負載
再是阻感負載
然後阻容負載
4，我是做抗擾度符合性研究的，後面為了對比時域頻域特性，在之前做了傅里葉展開。
頻譜圖如圖所示。
結論：
1，雷電是衝擊量特別大，我們並不能用到那麼大的瞬時值。
2，雷電持續時間短，不能穩定供電。
3，頻率不符合工頻。
4，雷電和風電一樣，是不穩定來源，你該發點還是得發，不可能要用電等著老天打雷吧。
綜上，還是安心用好國家電網的供電吧，畢竟我國電價，尤其居民用電真的很良心了。
另外，關於雷電的具體特性，諸如什麼先導放電、流注放電、各種擊穿特性，還有防雷措施什麼的，更多需要在《高電壓技術》中去找尋，此處不多贅述。
極高壓，瞬時，極大功率
然而總功，並沒有多少……
上面那一條適合儲存？
只能用來渡劫
說一個很比較不符合大家認知的知識，並不是是電能就能拿來利用的。
衡量電能質量的指標有三個：電壓 波形 頻率。
就像我們雖然吃米飯，但是並不能直接吃米一樣，電器「吃」的電也是要講究質量的。
天空雷電電壓不穩定，波形頻率都不達標，即使能夠穩定引入，這些電也是不合格的。
有些依靠旋轉設備生產的工廠，歸為一類負荷，對電要求極高，往往電壓降低，或者是頻率降低，都可能導致一大批次的殘次品產生，造成嚴重的經濟損失。
結論：首先天空引雷電沒有穩定的獲取途徑，而且電能質量不符合要求，就算對電能進行變壓濾波等措施，可能投入成本遠遠大於收益。
（歡迎指正）
電能
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