Fyzika a klasická energetika

Článků v rubrice: 241

Elektřina jako křupavý rohlíček

Elektřina je neurčité cosi skrývající se v zásuvce, odkud napájí naše mobily, počítače, žárovky, vysavače a mikrovlnné trouby. Máme pocit, že v té elektrické zásuvce byla odjakživa a také tam bude vždy, kdykoliv ji zrovna budeme potřebovat. Jenže tak to úplně není.

Fotogalerie (1)
Přečerpávací vodní elektrárna Dalešice (zdroj: Vzdělávací portál ČEZ Svět energie.cz, https://www.svetenergie.cz)

Jak se elektřina do zásuvky vlastně dostala a bude tam opravdu už napořád? 

Představme si elektřinu jako křupavý rohlíček. Čerstvý, voňavý, právě vyšlý z pekárny. Takový je nejlepší. Večer už zdaleka tak křupavý není a druhý den už je buď seschlý anebo gumový. Jenže zatímco oschlé rohlíky se jíst dají, s elektřinou je to horší. Ta se nedá zabalit do igelitového pytlíku a schovat na zítra, ani rozemlít do strouhanky, když už je stará. Elektřina se musí konzumovat hezky čerstvá, stejně jako ty rohlíčky z pekárny. Zkusme si teď nahradit elektřinu křupavými rohlíčky. Vaše mobily a pračky a elektrické stahování žaluzií je prostě nezbytně potřebují! Stejně tak je potřebují semafory a inkubátory a pohony výtahů, a tisíce dalších věcí. Jak se k nim naše elektrické rohlíčky dostanou, dokud jsou ještě čerstvé a křupavé? 

U vás doma jistě máte místo, na které jdete, když si chcete vzít rohlík. Třeba košík na pečivo v kuchyni. V případě elektřiny je takovým košíkem elektrická zásuvka. Ale stejně jako se v ošatce na vaší kuchyňské lince neobjevují rohlíky samy od sebe, ani elektřina nevzniká sama od sebe v elektrické zásuvce. Rohlíky si donesete z obchodu, elektřina k vám přiteče po drátech. Obchod dostane rohlíčky z pekárny, elektřina pochází z elektrárny. 

Elektráren, čili v našem případě pekáren, máme mnoho druhů 

Někde pod pecí zatápějí uhlím, jinde slunečním svitem, některé pekárny spoléhají na sílu větru a jiné na štěpení uranu. Vám je ovšem jedno, která pekárna rohlíček upekla, vy ho chcete mít na stole právě v ten moment, kdy připravujete snídani. Takže v ten okamžik, kdy zapínáte rychlovarnou konvici, musí některá pekárna upéct křupavý rohlíček právě pro vás. Jak už jsme si řekli, staré rohlíky jsou v případě elektřiny úplně k nepotřebě. Protože různé pekárny zatápějí pod pecí různými způsoby, liší se i jejich schopnost upéct nám rohlíček právě v ten moment, kdy na něj máme chuť. Pekárny topící uhlím musí pec roztápět dlouho, klidně i šest hodin, ale pak už jedou a jedou a ve velkém chrlí kvanta vynikajících rohlíčků. Ráno i večer, v poledne i o půlnoci, za jasného počasí i za bouřky je na ně spolehnutí, že vám dodají spousty a spousty rohlíčků. Rovněž tak pekárna s atomovou pecí, neboli jaderná elektrárna, roztápí pomalu, je to přece jen složitá technologie, ale pak už vesele peče a peče. Tyhle uhelné a atomové velkopekárny se v energetice nazývají elektrárny pracující v základním zatížení. 

Jsou tu samozřejmě i menší, lokální pekárničky. Některé topí pod pecí slunečními paprsky. V energetice jim říkáme fotovoltaické. Taková pekárna peče jen občas, když svítí slunce. V noci si od ní žádný křupavý rohlíček nekoupíte. Můžete si ji pořídit i domů a za bezmračných dnů vám bude rohlíčky dodávat. Jenže ouha, její výkon závisí i na ročním období. V létě bude za jasného počasí chrlit tolik rohlíčků, že je nezvládnete sníst, zatímco v zimě za pošmourných dnů budete mít smůlu a budete muset nakupovat rohlíčky odjinud. A schovávat si v létě upečené rohlíčky na zimu, to nejde. Zatím to tedy neumíme tak, aby zůstaly voňavé a křupavé, a neumíme to ani s elektřinou. Jiné lokální pekárny sázejí na energii větru. I ty pečou jen tehdy, když jim počasí přeje, zato od nich ale můžete tu a tam čekat rohlíček i v noci nebo v zimě. 

Na celém světě je spousta a spousta lidí, podniků a továren, které chtějí své křupavé rohlíčky 

Někdo jich potřebuje hodně a někdo málo. Někdo je chce ráno a někdo večer. Víc se jich spotřebuje přes den a méně v noci, v osm hodin ráno je spotřeba rohlíčků lehce vyšší než ve dvě odpoledne. A někdo musí nějak zařídit, že se v každý okamžik napeče přesně tolik rohlíčků, kolik je zrovna potřeba.

Velkopekárny neumí moc měnit množství rohlíčků, které upečou. Každou hodinu jich vychrlí přibližně stejné množství. Občas mohou napéct o pár rohlíků víc, občas o pár méně, ale jejich pec není stavěná na to, aby jednu hodinu produkovala dvojnásobek běžného množství rohlíčků, pak čtvrthodiny neupekla nic, a pak půl hodiny pekla normálně.

Lokálním pekárnám poháněným sluncem a větrem se jen málokdy povede strefit do okamžiku, kdy je o jejich rohlíky zájem. Někdy slunce vysvitne ve správnou chvíli, kdy chce svět víc rohlíčků, ale jindy napečou v okamžiku, kdy už mají všichni rohlíků dost a ty ze sluneční pece nejsou potřeba. 

Jak skladovat elektřinu? 

Jak to ale zařídit, když máte k dispozici jen velkopekárnu a pár lokálních pekáren, které pečou jen občas a nepředvídatelně? Potřebujete třetí typ pekárny, takové, která má nachystané těsto, připravenou pec, a když je potřeba, během pár minut zatopí, upeče požadované množství rohlíčků, a pak se třeba zase vypne, aby za pár hodin vypomohla s produkcí rohlíčků znova. Taková pekárna musí zatápět pod pecí něčím, co ji rozehřeje opravdu ve mžiku. Třeba zemním plynem. Anebo má k dispozici vodní turbínu, na kterou když se pustí vodní proud, během chvilky se roztočí na plný výkon. Vodní a plynové elektrárny fungují jako vyrovnávací zdroje a jsou naprosto klíčové. Čím víc totiž na trh dodávají rohlíčky pekárny poháněné sluncem a větrem, tím víc potřebujeme vyrovnávacích vodních a plynových pekáren, které upečou rohlíčky tehdy, když si slunce a vítr dají oddech. 

Ve skutečnosti potřebujeme ještě více pekáren! 

Naše křupavé elektrické rohlíčky jsou totiž naprosto nezbytné pro chod celé společnosti a nemůžeme si dovolit, aby najednou nebyly. Inkubátory potřebují elektřinu neustále. A také semafory, ledničky, řízení letového provozu a další a další. I my sami bychom se cítili velmi nepohodlně, kdybychom se jen jeden jediný den měli obejít úplně bez elektřiny. A teď si představte, co se stane, když se něco porouchá ve velkopekárně. Takové věci se prostě nevyhnutelně stávají, pekárna se zastaví a je třeba ji opravit. Jenže co teď? Proud chřupavých rohlíčků nám vyschl! Nezbývá než poprosit nějakou jinou pekárnu, záložní, aby okamžitě začala péct. Taková pekárna musí už mít všechno nachystané a pec roztopenou. Rohlíčky z ní musí začít padat okamžitě. Protože například u probíhající operace srdce je nemyslitelné, že by se na šest hodin přerušila a čekalo se, až zase "půjde proud". Takhle rychle zahájit provoz umějí pekárny vodní a na zemní plyn. Jenže pokud jich není dostatek, musí být už dopředu nachystaná jiná. Třeba ta uhelná velkopekárna. Taková, která míchá těsto, kontroluje linku a topí, aby byla pec správně horká. Topí a topí. Řekli už jsme si, že taková uhelná elektrárna potřebuje spoustu uhlí? Desítky, ale spíš stovky vagonů denně. Vozit se musí i do té pekárny záložní, která je sice spálí, ale žádné rohlíčky nevyrobí. Jen čeká, jestli ji nebude potřeba. Čím víc máme pekáren, které mohou z ničeho nic přestat péct, tím víc záložních pekáren potřebujeme. 

Jak doručíme zboží ke spotřebiteli? 

Upéct rohlíčky ovšem není všechno. Co je vám platné, že kdesi v Horní Dolní lokální pekárnička upekla skvělé rohlíčky, když nejsou u vás na talíři! Rohlíky je třeba naložit do auta a odvézt do obchodu, odkud si je dovezete domů. Aby mohla auta jezdit od pekárny až k vám efektivně a rychle, potřebují silnice. Bez dobrých silnic se k vám rohlíčky včas, tedy voňavé a křupavé, nedostanou. V případě elektřiny jsou těmi silnicemi elektrické dráty. Když chcete elektřinu, musíte mít elektrické vedení. Čím víc chcete elektřiny vodit, tím víc těch drátů a stožárů vysokého napětí musíte v krajině postavit. Když vybudujete velkopekárnu v nějaké odlehlé lokalitě, musíte k ní postavit pořádnou silnici. Po hrbolaté okresce nebudou kamiony vrchovatě naložené rohlíčky jezdit dostatečně rychle a dodávka křupavých rohlíčků začne váznout. 

Ovšem i přemíra křupavých rohlíčků může způsobit jejich nedostatek 

Představte si, že u mořského pobřeží postavíte síť pekáren poháněných větrem. Jsou malé, ale je jich opravdu hodně, tisíce a tisíce. Když zaduje vítr, všechny tyto pekárny začnou naráz péct a kamiony s křupavými rohlíčky vyrazí do měst. Jenže kamionů je příliš mnoho a silnice jsou úzké, kamiony silnice ucpou a co hůř, zablokují je i pro auta vezoucí rohlíčky z jiných pekáren. Najednou nikdo nemá rohlíčky, a to jen proto, že rohlíčků bylo v jeden okamžik příliš mnoho! Taková situace se v energetice nazývá blackout a může napáchat obrovské škody, takže se všichni snaží, aby k němu nikdy nedošlo. 

No jistě, nejlepší by bylo umět rohlíčky skladovat 

Napéct si je do zásoby a pak si je brát podle potřeby. Jenže zatímco zásoby toaletního papíru nebo konzerv si doma vytvořit můžete, s elektřinou to nejde. Jenom trošku. Stejně jako se dají rohlíky cpát do igelitových pytlíků nebo zamrazovat do mrazáku, i elektřina se tak trochu skladovat dá. Třeba v bateriích nebo akumulátorech. Umíme i kouzlo, kdy se křupavý rohlíček přemění na tenisku, ta se uloží do skladu, a pak se zase přemění na rohlíček, který je opět čerstvý a křupavý, jen trochu menší než ten původní. Tohle dělají třeba přečerpávací elektrárny - přemění elektřinu na vodu vytaženou čerpadlem na kopec, aby ji pak později pustily na turbínu a vyrobily zpátky elektřinu. Umí to i vodíkové hospodářství, které z elektřiny dělá vodík a z vodíku zase elektřinu. Jen je pokaždé ten kouzlem přeměněný rohlíček menší. Energie se při skladování a měnění z jedné formy na druhou a zpět ztrácí jako neužitečné teplo.

Ideální by bylo umět skladovat obrovská kvanta rohlíčků. V létě by nám solární pekárny napekly hory rohlíčků do zásoby a my si je celou zimu brali. Taky bychom nepotřebovali mít tolik pekáren v záloze: když by jedna pekárna přestala péct, putovaly by na trh rohlíčky ze skladu. Jenže to by vyžadovalo všude postavit gigantické rohlíčkové sklady a hlavně vymyslet způsob, jak to dělat. Což jsme zatím nevymysleli. Elektřinu z léta do zimy uskladnit neumíme. 

Není to jednoduché 

Cesta čerstvého rohlíčku na váš stůl, stejně jako elektřiny do vaší zásuvky, není vůbec jednoduchá a ani trochu nemáte zaručeno, že elektřinu v zásuvce budete mít i zítra. Aby tam byla, potřebujete mít sehranou síť nejrůznějších typů elektráren a elektrického vedení. Vybudovat a provozovat něco takového není jednoduché, zvlášť když všichni chceme slále více a více křupavých rohlíčků. 

A až se budete zakusovat do čerstvého, voňavého a křupavého rohlíčku, pomyslete na to, že i ten vznikl díky elektřině.

Edita Bromová
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Zelená ideologie nefunguje, ale Německo v ní pokračuje

V časopise popularizujícím vědu a techniku nedáváme prostor politice ani jiným ideologiím. V tomto článku uděláme výjimku potvrzující pravidlo - ona totiž Energiewende, grandiózní ...

Rozkládající se plasty mohou ničit umělecká díla

Práce konzervátorů uměleckých děl může být jako detektivka. Pomocí pokročilých vědeckých technik analyzují fyzikální a chemické vlastnosti uměleckých děl, probírají ...

Fyziklání 2023

Každým rokem přijíždějí na začátku února do Prahy týmy středoškoláků. Studenti spojují své síly aby všem ukázali, jak jim to pálí. Staneš se jedním z nich i Ty?

Strava s vysokým obsahem tuku může snížit schopnost mozku regulovat příjem potravy

Pravidelná či dlouhodobá konzumace stravy s vysokým obsahem tuku, resp. kalorií, může snížit schopnost mozku regulovat příjem kalorií. Nový výzkum na potkanech publikovaný v Časopis ...

Co je nejcennější v online prostoru? Jednoznačně identita!

Digitální identita se stala jednou z nejcennějších komodit na světě. V důsledku toho je v plném proudu revoluce v interakci jednotlivců s veřejnými institucemi i soukromými organizacemi.

Nejnovější video

Jak funguje PCR test na coronavirus

Krásně a jednoduše vysvětleno se srozumitelnými animacemi. V angličtině.

close
detail