为什么不从天空引雷电利用？
咱们一点点来聊聊，为什么我们不直接从天空中“抓”雷电来用。
1. 雷电的性质——野性难驯
首先，雷电本身就不是一种温顺的能源。它的出现是大气中电荷失衡的剧烈释放过程，这中间有很多我们还不能完全掌控的因素。
不可预测性： 雷电在哪里打，什么时候打，强度有多大，这些都很难精确预测。虽然我们现在能预测雷暴天气，但要准确到“几秒钟后，某个特定地点会有一次多强的闪电”，这还远超目前的水平。你要想利用，总得知道它要去哪儿吧？不然你准备一个庞大的收集系统，结果雷电打在了几公里外，这不就白费力气了？
随机性和分布式： 雷电不是一个集中的能量源，它会随机地发生在广阔的天空中。你想收集它，就得在方圆几百甚至几千平方公里的范围内部署收集装置，这光是基础设施的投入就难以想象。而且，雷电的通道也不是固定的，每一次闪电都可能沿着不同的路径发生，你很难“预设”一个“导管”去捕捉。
能量的瞬时爆发性： 雷电虽然威力巨大，但它释放能量的时间非常非常短，通常只有几微秒到几毫秒。这就像是一个瞬间爆发的“炸弹”，而不是一个持续输出的“水龙头”。你就算能抓住这一瞬间，要如何有效地将这瞬间爆发的巨量电流和高电压储存起来、转化成我们能用的稳定电力，这是个巨大的技术挑战。这就像你试图抓住一道闪电扔过来的火球，然后让它平稳地燃烧一样困难。
2. 技术上的巨大鸿沟
即便抛开雷电本身的“野性”，我们现有的技术也难以应对。
收集技术： 要“捕捉”雷电，就需要建造能够吸引并导流雷电的装置。传统的避雷针原理是引导电流安全地入地，而不是收集和储存。如果你想收集，就需要一个巨大的、能够承受瞬间极高电压和电流的导体网络，并将它导向一个储存装置。这个导体网络得多大？材料得多好才能不被瞬间的高温和冲击波摧毁？而且，你怎么确定雷电一定会“听话”地进入你的网络，而不是绕开？万一它选择了一个你没预料到的地方“着陆”，你的整个收集系统岂不就白搭了，甚至可能被雷电本身摧毁。
储存技术： 即使我们能神奇地把雷电“接住”，如何储存也是一个世界级难题。雷电的能量是以极高的电压和电流形式瞬间释放的，当前的电池技术、超级电容器等能量储存设备，其容量和充放电速率都远不能满足需求。你得找到一个能在一瞬间吸收海量电荷并且能安全、稳定地释放出来的东西，这听起来就像科幻小说里的情节。能量密度和功率密度是两个完全不同的概念，雷电拥有极高的功率密度，但如何将其转化为我们可以长期储存和使用的能量密度形式，这是非常困难的。
转化和稳定技术： 雷电的电压可能高达几亿伏特，电流也可能达到几十万安培。我们日常使用的电力系统是基于相对稳定和低得多的电压（例如几百伏特到几千伏特）和电流。你需要一套极其复杂、能够将这种极端能量瞬间“降压”、“降流”，并将其转化为我们电网可以接受的稳定交流电的系统。这个转化过程中的能量损耗也是一个必须考虑的因素，而且，一旦系统出现任何故障，后果不堪设想。
3. 安全和经济上的考虑
即使技术上勉强能实现，安全和经济问题也是巨大的障碍。
安全风险： 想象一下在雷电活跃的区域，你建设了一个巨大的雷电收集和储存设施。一旦出现任何意外，比如设备故障、导电材料损毁，甚至是雷电的路径稍微偏离预期，都可能导致灾难性的后果。你是在玩火，而且是很危险的那种火。对工作人员、周边居民以及环境都会构成极大的安全威胁。
成本问题： 建造这样一个能够捕捉、储存和转化雷电的系统，需要投入巨额的资金用于研发、材料、工程建设以及后续的维护。考虑到雷电的不可靠性和效率问题，其单位发电成本可能会高到离谱，远远超过我们现在使用的各种发电方式（火电、水电、风电、太阳能等）。投入如此巨大的成本，去捕捉一种如此难以预测和控制的能源，从经济学角度来看是完全不划算的。
4. 现实替代方案的优势
相比之下，我们现在发展和利用的能源方式（如风能、太阳能、水能等）虽然也有其局限性，但它们更加稳定、可预测，并且技术成熟度更高，更容易实现大规模的商业化应用。
稳定性与可预测性： 虽然风会停、太阳会落，但这些能源的波动性相对可控，我们有成熟的技术（如储能技术、智能电网）来应对和平衡这些波动。雷电的随机性和瞬时性则完全是另一回事。
技术成熟度： 风力发电机、太阳能电池板、水电站等，都是经过长期研发和实践检验的技术，成本不断下降，效率也在逐步提升。而雷电利用技术，目前还停留在概念和非常初步的探索阶段。
可控性： 我们可以选择风力充沛的山区建设风电场，选择日照充足的地区建设太阳能电站，但我们无法“选择”雷电在何处生成和发生。
总结一下：
简单来说，不是我们不想利用雷电，而是雷电这东西太“野”了，而且我们现有的技术手段实在不足以驯服它，更别提安全高效地利用了。它就像是一笔巨额的财富，但藏在了一个极其危险、难以抵达的保险箱里，而且你还不知道钥匙在哪儿，保险箱的密码随时会变。
目前，我们更多的是研究如何“防御”雷电，例如通过更好的避雷系统来保护建筑和设备。至于真正“捕获”和利用雷电，这更多地还停留在科学幻想的层面。也许未来随着科学技术的飞速发展，我们会有新的突破，但就目前而言，这仍然是一个遥不可及的梦想。
网友意见
这个问题太有意思了！
为什么不从天空引雷电利用？我看到大家从预测难度、绝缘难度、安全性等角度说了很多，不过要考虑为什么不引雷电利用，我认为比起技术难度来，也可以先考虑雷电到底有多少能量。万一能量很大经济性很强的话，我们肯定也可以去克服技术难题嘛。
关于雷电的能量，网上众说纷纭，有的说一个雷的能量相当于几千克石油的，也有说一个雷的能量够北京市用两年的。这数量级相差也太多了，到底哪种靠谱呢？
这年头，网上的资料谁都别轻信，还是自己算最靠谱！
想要计算的话，最好用专业的参考资料，推荐选用大学电气工程及其自动化专业的教科书《高电压技术》，这本书中对雷电有系统的讲解，还提供了较详细的数值模型。
OK，开启我们的计算之旅，赶快上车吧。
只考虑常规雷电的话，雷电对地放电的过程可分为三个阶段，分别是：
（1）先导放电；（2）主放电；（3）余辉放电。
首先是（1）先导放电，作用是铺路，建立雷电通道。
如果要利用雷电，那么用的就是空中的雷云对地放电的能量。
通常雷云的上部带正电荷，下部带负电荷（据统计，负电荷形成的负极性雷电占总数的75~90%），这些聚集在下部的负电荷在附近地面感应出大量正电荷，当雷云与大地局部电场强度达到大气游离所需的电场强度（约25~30kV/cm）时，就会使空气游离，形成先导放电通道。
先导放电建立导电通道的过程有点像“扭秧歌”，每一步都挺快，但走一步，歇一会，整体就非常慢了（100~800km每秒），只有光速的千分之一左右，这个过程持续0.05~0.01秒。
先导放电的瞄准对象，通常是地面上高耸突出物体，这些物体周围电场强度比较大，所以会在先导接近地面时出现向上的迎面先导（所谓的热烈欢迎？？）。
也因此我们雷雨天要避开大树、避雷针等尖锐高大物体，记住哦。
关于能量方面，这个阶段电流比较小，能量相对于估算整体放电过程来说可以忽略不计。
然后是（2）主放电：主要的雷击放电过程。
在先导放电阶段建立了平坦通畅的放电路径之后，电荷就可以畅通无阻地飞驰了，同时游离产生的先导放电通道中，负电的电子向下运动流向大地，正离子向上运动中和先导通道中的负电荷，这样的大量电荷流动形成主放电过程。此时出现非常大的脉冲电流，产生强烈的光和热，使空气急速膨胀震动，这就是我们看到的闪电和听到的雷声。
主放电过程的发展速度非常高，约 ，比起前面的“扭秧歌”可是快了几百甚至上千倍。
相应地，这个阶段持续时间极短，一般不超过100μs（微秒）。但是电流非常大，峰值高达几十甚至上百千安，之后衰减形成雷电流冲击波形。
我们选择最简单的（b）波形计算吧，虽然这样会导致能量偏大，但数量级并不会错。
上图为雷击等效电路，主放电阶段的电流计算公式为：
其中 是对0电阻通路的雷电流值，几十到上百kA，我们将峰值取大些，算100kA吧，顺便说一下这么大的雷电流并不常见；参数 是沿着雷击通道运动的电压波与电流波的比值，有关规程建议取300~400Ω，这里我们按350Ω估算； 是被击物的波阻抗，设被雷击物体末端电压为零，承接全部能量（按纯热量估算），用能量计算公式 并将积分号内部对 求导可以计算出，被击物体取 可以得到最大的电击能量，所以也是取350Ω。
斜角部分放电时间取典型值2.6μs，可得能量为3039千焦，相当于0.8kWh。平顶部分时间按最大的100μs计算，计算可得能量为87500千焦，相当于24.3kWh。此阶段过程能量合计0.8+24.3=25.1kWh。
因为选用的平顶波，能量已经高估了，实际上还得打折哦。
最后，是（3）余辉放电阶段：剩余电荷发挥余热。
这个阶段是云的剩余电荷沿着主放电通道继续流向大地的过程，电流比之前小很多，只有10~1000A左右，持续时间大概在0.03~0.05秒。
实际上是指数衰减的，为了简单我们按直线计算（这样结果偏大），从1000A衰减到0，时间取0.05秒，那么结果大约为5845千焦，相当于1.6kWh。
综上所述，收集一个典型的雷击所携带的能量大概有 25.1+1.6=26.7kWh 这么多，假设我们技术超凡绝伦、无比先进，以100%利用率地捕捉到了这些能量，而且能转换为市电的话，也就是26.7度电而已，按每度电0.5元计算的话，相当于电费13.4元，注意这个还是偏高的数值，实际上同样还要打折才是。
嗯，打一个雷只有不到13.4元，雷神你放电的这一锤子还不如装修师傅贵呢。。。
为啥？因为 能量=功率*时间 （当然，实际上是功率对时间的积分）。雷电的功率确实非常高，但持续时间短得离谱，所以总体的能量并不高。很简单的道理！
有人又会说了，蚊子腿也是肉啊，万一雷神是个打架子鼓的呢，如果人家一口气“咚咚咚咚”地打好多雷，不也很有经济价值吗？
那么我们再算算雷的数量问题。
衡量雷电数量有个参数叫做“地面落雷密度”，用于计算在一个雷暴日（只要这天打雷就算雷暴日）中，每平方公里地面上的平均落雷次数。这个值与地区有关，以长江流域附近每年雷暴日40天左右为例，地面落雷密度大约是0.07。
那么想要充分吸收这些雷的话，需要引雷的设备。我们假设用避雷针，那么需要多少避雷针呢？
关于避雷针的有效范围（保护半径）问题，书中给出了计算公式，简单来说是避雷针高度的1~1.5倍左右，保护对象越低，保护范围越大。为了方便，我们将保护对象按地面（高度为0）计算吧，避雷针高度选用超高的120米，其保护半径也是120米，那么以正六边形密铺的方式计算（合每个避雷针保护3.74万平米的面积），那么平均每平方公里需要大约26.7个避雷针。
有这么多避雷针，才能获得在每个雷暴日每平方公里获得0.07个雷的能量收获，假如都100%地转换为居民用电的话，相当于 每平方公里，全年，可节省电费，多达，37.5元…
说真的，就算刷一小时盘子可能比这个赚的都多（这句话已修正，感谢网友指出 ^_^ ）。
到这里我们明确了：
（1）单次雷击的能量并没有多大；
（2）雷击的密度也并不大。
因此，即使不考虑技术和安全性，我们利用雷电仍然是非常不经济的事情。难怪我们并不准备从天空引雷电利用了！
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