Fyzika a klasická energetika

Článků v rubrice: 254

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

Co s vysloužilými fotovoltaickými panely, turbínami a bateriemi?

Růst výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie (OZE) a růst počtu elektrických vozidel (EV) je klíčem ke globálnímu snížení závislosti na fosilních palivech, snížení ...

Co nám vodní houby mohou říci o vývoji mozku

Když čtete tyto řádky, pracuje vysoce sofistikovaný biologický stroj – váš mozek. Lidský mozek se skládá z přibližně 86 miliard neuronů a řídí nejen tělesné funkce od vidění ...

Co uvádí vodní houby do pohybu

Vodní houby nemají neurony ani svaly, přesto se pohybují.  Jak to dělají a co nám to říká o vývoji krevních cév u vyšších živočichů, odhalili vědci z Evropské ...

Erupce sopky Santorini před 520 000 lety

Hluboko pod středomořským dnem, které obklopuje řecký ostrov Santorini, objevili vědci pozůstatky jedné z největších sopečných erupcí, které kdy Evropa viděla.

12 největších sopečných erupcí

V historii jsme byli svědky několika monstrózních sopečných erupcí. Zde je stručný popis 12 z nich. Síla takových erupcí se měří pomocí indexu vulkanické explozivity (VEI), což ...

Nejnovější video

Jak funguje PCR test na coronavirus

Krásně a jednoduše vysvětleno se srozumitelnými animacemi. V angličtině.

close
detail