Bardzo elektryzujący temat

Jak to się dzieje, że w naszych domach możemy korzystać z prądu? Naładować telefon, oglądać telewizję, słuchać Radia Kielce? Tak naprawdę, mało kto zaprząta sobie tym głowę. Prąd powstaje poprzez zamianę energii mechanicznej w elektryczną. Wykorzystywane jest do tego zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Tak, tak, uczyliśmy się tego na lekcjach fizyki w szkole.

Indukcję wykorzystują elektrownie węglowe, wodne, jądrowe, wiatrowe, na biomasę, a nawet niektóre słoneczne. W Polsce najpopularniejsze są elektrownie węglowe. Dają one około 80 proc. krajowej energii elektrycznej. W tym około 54 proc. energii pochodzi z elektrowni węgla kamiennego, 26 – węgla brunatnego. Najbliższe Kielc duże elektrownie węglowe znajdują się w Kozienicach i Połańcu. Województwo świętokrzyskie właśnie z nich czerpie prąd elektryczny.

Zielona energia

Obecnie coraz bardziej popularne jest pozyskiwanie prądu z odnawialnych źródeł energii, do których należą powszechnie wykorzystywane zarówno w indywidualnych gospodarstwach domowych, jak i dużych przedsiębiorstwach – systemy fotowoltaiczne. Energię odnawialną pozyskuje się także z wiatru, wody, zasobów geotermalnych, biopaliw ciekłych i stałych, biogazu oraz z promieniowania słonecznego.

Do pozyskiwania energii z promieniowania słonecznego wykorzystywane są panele, w których zachodzi tzw. zjawisko fotowoltaiczne. Jednak, mimo że ich instalacja jest coraz bardziej powszechna, ilość energii uzyskiwanej w ten sposób można oszacować zaledwie na kilkanaście procent zapotrzebowania na prąd. Uważa się, że jest to źródło energii niestabilne, ponieważ przy słonecznej pogodzie ilość wytwarzanego prądu oszacuje się w tzw. miksie energetycznym na około 20 proc., natomiast w czasie pochmurnej aury, wieczorem i nocą prąd nie jest wytwarzany.

Są jeszcze wiatraki. Wytwarzają one prąd wówczas, gdy wieje wiatr, bez względu na porę dnia. Z tego względu mają lekką przewagę nad farmami fotowoltaicznymi, ponieważ mogą produkować energię elektryczną również nocą i przy pochmurnej pogodzie. Jednak ilość energii dostarczanej przez wiatraki w mikście energetycznym szacuje się zaledwie na 3-4 proc.

Prąd elektryczny pozyskiwać można również w elektrowniach wodnych, gdzie spadająca z wysokości woda napędza turbiny, produkujące energię elektryczną. Jednak w Polsce brakuje dużych rzek, które mogłyby wytworzyć większą energię.

Najlepszym rozwiązaniem dla elektroenergetyki są elektrownie atomowe, ponieważ są najbardziej wydajne, najszybciej reagują na zapotrzebowanie na prąd. Są też najbardziej stabilnym źródłem energii, nie zależą od warunków pogodowych. Plany budowy elektrowni jądrowej to obecnie bardzo ważny temat w Polsce. Reaktory mają stanąć na Pomorzu, a finalizacja inwestycji planowana jest na 2033 rok.

Do tego czasu najwięcej energii elektrycznej będą w Polsce wytwarzać elektrownie opalane dostępnym w kraju węglem kamiennym lub brunatnym.

Z elektrowni do gniazdka

Na proces produkcji prądu w elektrowni węglowej składa się kilka etapów. Jak wygląda to krok po kroku?

Najpierw spalany węgiel ogrzewa wodę w olbrzymich kotłach. W wyniku podgrzewania wody powstaje para wodna, która dalej jest podgrzewana – aż do kilkuset stopni Celsjusza. Następnie para trafia na turbinę, czyli kilkutonową maszynę, która obracając się z prędkością 50 razy na sekundę, powoduje, że energia z pary wodnej zamienia się w energię mechaniczną obrotu tej turbiny. Turbina jest połączona bezpośrednio z generatorem i energia mechaniczna zamieniana jest w elektryczną.

W elektrowni produkuje się energię elektryczną o niskim napięciu – 15 tys. woltów. Prąd o tak niskim napięciu nie mógłby pokonać dużych odległości. Dlatego przed dostarczeniem energii do operatora systemu przesyłowego, czyli wysłaniem do naszych domów, trzeba zwiększyć napięcie pozyskanego prądu. Jest to zadanie znajdujących się na terenie elektrowni transformatorów, które podwyższają napięcie do 220 czy 400 tys. woltów. Energia o tak dużym napięciu płynie głównymi metalowym słupami kratowymi do dużych rozdzielczych stacji elektroenergetycznych. Na terenie Polski jest ich kilkadziesiąt, z czego w naszym województwie znajdują się cztery.

Właścicielem linii elektroenergetycznych 400 kV i 220 kV są Polskie Sieci Elektroenergetyczne – spółka PSE S.A., która przesyła energię z elektrowni do sieci elektroenergetycznej o napięciu 110 kV. Wszystkie spółki dystrybucyjne są właścicielami sieci o napięciu 110 kV, 15 kV i niskiego napięcia, które wpływa do domów.

Prąd za pomocą sieci elektroenergetycznej płynie do rozdzielni GPZ – Głównego Punktu Zasilającego, czyli stacji transformatorowej, gdzie zamieniany jest na napięcie 15 kV. Potem sieciami kablowymi lub napowietrznymi przesyłany jest do kolejnych stacji transformatorowych w miastach i wsiach. Znajdujący się wewnątrz nich transformator zamienia napięcie 15 kV na napięcie 230 V, czyli takie, jakie potrzebne jest w naszych domach. Ze stacji transformatorowych wychodzą sieci niskiego napięcia poprzez kable lub sieci napowietrzne i tą drogą energia bezpośrednio dociera do budynku mieszkalnego lub przedsiębiorstwa.

Energii elektrycznej nie da się wyprodukować na zapas i nie można jej gromadzić. Jest wytwarzana wówczas, gdy jest jej odbiorca. Elektrownia wytwarza prąd dopiero wtedy, gdy odbiorca włącza urządzenie elektryczne, na przykład żelazko czy pralkę. Wcześniej nie produkuje prądu. Jeżeli urządzenia nie są włączone, elektrownia pracuje wyłącznie na biegu jałowym, to znaczy zużywa węgiel, aby w przewodach było napięcie i aby linia była w gotowości do przesyłu, jednak to napięcie jest bardzo niskie. Sieć jest na bieżąco monitorowana pod względem zapotrzebowania na energię. Amperomierze pokazują, jakie jest aktualne zużycie prądu.

Szczyt poboru

Zużycie prądu, a więc i jego produkcja, w ciągu doby ulega sporym wahaniom. Wzrasta od godzin porannych, by szczyt dzienny osiągnąć około południa. Dzienne szczytowe zapotrzebowanie na energię zależy głownie od tego, jak dużo prądu pobierają zakłady pracy. Około godz. 15.00 zużycie prądu trochę spada, ponieważ zmniejsza się zapotrzebowanie firm, by od godz. 16.00 znów rosnąć – tym razem na skutek pobierania prądu przez odbiorców w domach. Szczyt poboru energii spowodowany przez firmy i przez odbiorców indywidualnych, jest mniej więcej porównywalny.

W regionie świętokrzyskim największym odbiorcą energii elektrycznej jest Huta Ostrowiec w Ostrowcu Świętokrzyskim. Potężnymi odbiorcami, potrzebującymi do pracy dziesiątek megawatów energii są także cementownie. Zapotrzebowanie każdego z takich gigantów jest porównywalne do zapotrzebowania wszystkich odbiorców w Kielcach.

Odbiorcy energii

W województwie świętokrzyskim energia elektryczna dociera do wszystkich miejsc. Na mapie elektroenergetycznej naszego regionu nie ma białych plam. Od 1996 roku obowiązuje prawo energetyczne, w myśl którego obowiązkiem spółek dystrybucyjnych jest dostarczenie energii do wszystkich tych odbiorców, którzy o to wystąpią. Są jednak miejsca, do których prąd nie dotrze ze względu na zbyt duże koszty instalacji przyłącza. W takich sytuacjach dystrybutor energii może odmówić odbiorcy włączenia do sieci, jednak zgodę na taką odmowę musi wcześniej wyrazić Urząd Regulacji Energetyki. Do takich przypadków dochodzi niezwykle rzadko.

Według taryfy opłat, za wykonanie przyłącza do sieci klient płaci tyle, ile kosztuje kilowat przyłączanej mocy. Obecnie na naszym terenie stawka ta wynosi około 70 zł. Oznacza to, że jeżeli odbiorca występuje do dystrybutora o 10 kV, musi zapłacić 700 zł – bez względu na to, czy dystrybutor w ramach inwestycji wykona kilka czy nawet kilkaset metrów linii energetycznej. Prawo energetyczne jest bowiem tak skonstruowane, że opłata taryfowa za przyłączenie musi średnio pokrywać 25 proc. kosztów, które ponosi zakład energetyczny. Taka stawka służy nowym odbiorcom, dla których dostęp do prądu jest tani, wpływa jednak na wysokość kosztu kilowatogodziny.

W rejonie energetycznym Kielce, obejmującym posterunki energetyczne w: Daleszycach, Piekoszowie, Zagnańsku, Sędziszowie, Włoszczowie, Jędrzejowie, jest około 200 tys. odbiorców energii – w tej liczbie są zarówno gospodarstwa domowe, jak i firmy. Indywidualni odbiorcy stanowią około 90 proc. odbiorców i są objęci taryfą G. Pozostałe około 10 proc. odbiorców objętych jest taryfami dla firm i przemysłu CAB. Opłaty w taryfie G są dwa-trzy razy niższe niż w taryfach mocowych dla firm.

Oszczędzanie ma sens

Oszczędzanie energii elektrycznej jest potrzebne, a nawet konieczne. Im mniej energii wykorzystamy w domach i będziemy korzystać z urządzeń elektrycznych w sposób bardziej ekonomiczny, tym mniej węgla spali elektrownia. A gdy tego paliwa dla elektrowni zabraknie, odbiorcy energii muszą liczyć się z ograniczeniami w przepływie prądu.

Jak nie dopuścić do takich sytuacji i jak oszczędzać energię w domu? Od wielu lat trwają kampanie informacyjne skierowane do odbiorców, informujące o zużywaniu energii przez urządzenia domowe. Warto przypomnieć, co w domach pożera najwięcej prądu.

Lodówka – urządzenie, które pracuje non-stop, ponieważ musi przez cały czas chłodzić i mrozić żywność. Według wielu analiz to właśnie ona jest największym pożeraczem prądu w domu i może generować nawet do 30 proc. ogólnego poboru energii. Przy zakupie lodówki warto wybierać modele z wyższą klasą energetyczną, na przykład A+ czy A++, które pozwalają na niższy pobór energii.

Oświetlenie – drogo kosztuje korzystanie z pobierających dużo energii żarówek oraz pozostawianie włączonego oświetlenia tam, gdzie nie jest potrzebne. Aktualnie najbardziej energooszczędne żarówki to żarówki LED, które pobierają nawet do 85 proc. mniej prądu od tych tradycyjnych.

Drobne AGD – regularne korzystanie z czajnika, zwłaszcza napełnianego do pełna to mnóstwo zużytego prądu. Chcąc zmniejszyć koszty, należy napełniać czajnik elektryczny taką ilością wody, która jest potrzebna. Regularne usuwanie kamienia z grzałki również zmniejsza pobór prądu. Dużo prądu pobierają też blendery, tostery czy grille eklektyczne.

Kuchenka elektryczna – kuchenki indukcyjne czy ceramiczne są bardzo wygodne, ale drogie w użytkowaniu. Mogą pobierać nawet do 20 proc. energii elektrycznej w domu. Jeśli chcemy oszczędzać, pamiętajmy, żeby stosować do niej garnki z płaskim dnem i nie włączać zbyt wysokiej mocy. Przy korzystaniu z piekarnika warto używać funkcji termoobiegu, nie otwierać piekarnika zbyt często w trakcie pracy.

Pralka – również pobiera dość dużo prądu. Jeśli chcemy obniżyć koszty korzystania z pralki, powinniśmy przede wszystkim włączać ją tylko wtedy, gdy będzie pełna i wybierać te programy, które zużywają mniej prądu, na przykład programy z niższą temperaturą i trwające krócej. W ten sposób oszczędzimy nawet do 30 proc. energii na jednym cyklu prania.

Czy wiesz, że:

• Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Przepływ ładunku elektrycznego, czyli prąd elektryczny, zaobserwował po raz pierwszy ok. 1663 roku niemiecki uczony Otto von Guericke. Tak rozpoczęły się trwające kilka wieków badania, które doprowadziły między innymi do wynalezienia przez włoskiego fizyka Alessandro Volta w 1800 roku ogniwa galwanicznego, a w 1831 roku do odkrycia przez Faradaya zjawiska indukcji elektromagnetycznej i zbudowania pierwszej prądnicy wytwarzającej prąd stały. Pierwszą prądnicę wirującą prądu zmiennego, skonstruował już w 1832 roku Francuz Hippolyte Pixii, w 1866 roku inżynier niemiecki Werner Siemens wynalazł prądnicę samowzbudną tzw. dynamomaszynę, a w 1870 roku pracujący w Paryżu Belg Zenobe Gramme zbudował pierwszą prądnicę prądu stałego, czyli dynamo.

• Chociaż prąd elektryczny pod koniec XIX wieku był już szeroko wykorzystywany, nie myślano jeszcze o powszechnej dystrybucji energii elektrycznej. Zapotrzebowanie na prąd stworzyło dopiero wynalezienie przez Thomasa A. Edisona żarówki elektrycznej. Uczony był też założycielem pierwszej publicznej elektrowni zbudowanej w Nowym Jorku. Uruchomiona w 1882 roku elektrownia miała sześć prądnic prądu stałego. Ta pierwsza elektrownia miejska zasilała prądem o napięciu 110 V sieć elektryczną, do której podłączono 7,2 tys. żarówek.

• Pierwsza duża elektrownia prądu zmiennego powstała w 1885 roku w Depford, w Anglii. W 1891 roku zbudowano pierwszą elektrownię w Portland, w USA. Pierwsza elektrownia atomowa została uruchomiona w 1954 roku w Obninsku, w ZSRR.

• Wykorzystanie energii elektrycznej na polskich ziemiach rozpoczęło się w latach 80. XIX wieku. Pierwsze generatory prądu o bardzo małej mocy, opierające się na silnikach diesla i maszynach parowych pojawiły się w dużych zakładach przemysłowych, gdzie ułatwiały pracę po zapadnięciu zmroku.

• Historia elektrowni miejskich na ziemiach polskich rozpoczęła się w pierwszej dekadzie XX wieku. Jedną z pierwszych była warszawska Elektrownia Powiśle w roku 1903 o mocy dwóch megawatów, z której prąd płynął do mieszkań i ulicznych latarni. Podobne obiekty jeszcze przed I wojną światową pojawiły się w: Łodzi, Gdańsku, Poznaniu, Krakowie i na Śląsku.

• Po odzyskaniu niepodległości w Polsce działało prawie 300 elektrowni o łącznej mocy 210 MW. Po II wojnie światowej sieci elektroenergetyczne wymagały odbudowy. W 1945 roku mieszkańcy największych miast w Polsce mogli już w dużym stopniu korzystać z energii elektrycznej, jednak tylko 10 proc. wsi posiadało podłączenie do prądu. W roku 1950 tylko 20 proc. polskich gospodarstw domowych posiadało prąd, natomiast w 1967 roku odsetek ten wynosił już ponad 81 proc. W roku 1990 liczba odbiorców energii elektrycznej w Polsce nie przekraczała 10 mln. Obecnie jest ich kilkanaście milionów.