Elektřina je Energie

Energie jako měřítko pokroku civilizace

Pokrok naší civilizace by se dal shrnout do jednoho čísla, a to je množství energie kterým disponujeme. Můžeme se bavit o energii celé civilizace, porovnávat spotřebovanou energie států nebo přepočítávat spotřebu energie na jednotlivce. Milovníci science fiction budou znát Kardašovovu škálu, což je stupnice, která řadí civilizace do tříd právě podle toho jakým množstvím energie disponují. Civilizace třídy 1. v průměru disponuje nepřetržitým výkonem 4·10¹⁶ W, což je výkon slunečního záření, který každou sekundu dopadá na povrch Země. V současnosti odhadovaný výkon, kterým jsme schopni jako globální společnost v průměru vyprodukovat se odhaduje na 4×10¹² W, z toho nám vychází, že jsme na úrovni 0,73 Kardašovovy škály.

Je kilowatthodina hodně?

Energie je můžeme použít k měření vyspělosti státu. Průměrná domácnost v České republice spotřebuje 3500kWh ročně, což je 9,5kWh denně. Ale to je hodně nebo málo? Můžeme si zkusit vypočítat kolik lidské práce by nám dalo vyrobit 1kWh. A s tím nám pomůže vzorec pro výpočet polohové energie.

$$ E_p = m \cdot g \cdot h $$

Úloha tedy zní: do jaké výšky musím vyšplhat, když při svých 85kg chci vykonat práci 1kWh? kWh nejsou základní jednotkou, tou jsou Ws, stačí vynásobit 1kWh počtem sekund v hodině, pak dostáváme energii v základních jednotkách 3600kWs. Ze vzorce si vyjádříme výšku a dosadíme.

$$ h = \frac{E_{p}}{m \cdot g} = \frac{3600000}{85 \cdot 9,81} = 4317m $$

Abych tedy vykonal práci 1 kWh, musím vyšplhat do výšky 4317 m! To by už byl pořádně náročný výlet. Jako sportovní výkon bych si takový výlet cenil mimořádně, ale na kolik vyjde domácnost 1 kWh? Přibližně 5 korun. Tolik by stál náš horolezecký výkon z pohledu elektrické energie. A co se dá v domácnosti dělat s 1 kWh? Je to dostatek energie na uvaření oběda nebo několik hodin sledování televize či počítače. Z výše zmíněných informací vyplývá, že výhodou elektrické energie je poměrně nízká cena za mnoho práce. Druhou výhodou je snadná přeměna na jiné druhy energie, jako je světlo, teplo nebo i pohyb, například motoru v pračce.

Energetická síť

Každý ví, že elektřina se vyrábí v elektrárnách, ale ty nemáme hned za domem. Naopak, často jsou desítky až stovky kilometrů daleko. To vede k závěru, že elektřinu je snadné ve velkém množství přenášet, a to s nízkými ztrátami.

Elektráren je mnoho druhů, ale českou elektrickou síť dominantně zásobují elektrárny tepelné. Jejich principem je vytvořit dostatečné teplo pro produkci páry, která následně roztáčí turbínu generátoru. Mezi tepelné patří jaderné elektrárny a uhelné. Uhelné elektrárny často slouží jako tzv. teplárny, což znamená, že nevyrábějí pouze elektrickou energii, ale také tepelnou pro ohřev vody, ať už pro domácnosti, nebo průmysl. Díky tomu, že se zbytkové teplo využije pro ohřev a není jen zbytečně vypouštěno v chladicích okruzích, zvyšuje se účinnost celé elektrárny z přibližně 40 % na 90 %. Zároveň nám poznámka o teplárnách sděluje, že když hovoříme o výrobě elektřiny, nejedná se pouze o energii elektrickou, ale také tepelnou. V České republice vyrobíme přibližně 80 TWh elektrické energie za rok a navíc 40 TWh energie tepelné. (1)

Co je to energie?

Pokud se budeme bavit obecně o tom, co to vlastně energie je, můžeme říct, že je to veličina, která nám udává, kolik práce můžeme vykonat, ať už ohřát oběd, vyšplhat na horu nebo roztavit taveninu ve vysoké peci. Energie je tedy množství vykonané práce, neboli činnosti po nějakou dobu. Z toho plyne i jednotka energie, Ws (wattsekunda), na fakturách najdete zmiňovanou kWh. Tento údaj však nic nevypovídá o tom, za jak dlouho byla práce vykonána. To je ale zásadní, protože aby například pec zmíněná výše byla vůbec schopna rozehřát ocel, musí být zařízení schopné rychle vykonat velké množství práce. Na vykonávání velkého množství práce za krátký čas je celé zařízení dimenzované. Proto je další klíčovou veličinou, která přímo z energie vychází, výkon. Ten popisuje rychlost vykonávání práce.

Závěr

Energie je motor rozvoje civilizace. Její množství je měřítkem vyspělosti a schopností, ať už se díváme na globální scénu nebo na každou domácnost. Výpočet námahy potřebné k vytvoření jediné kilowatthodiny energie nám odhaluje, jak cenným darem energie je. Našim úkolem je naučit se pracovat s energií jak hospodárně, tak šetrně, abychom zajistili její udržitelný přínos pro budoucí generace a podporovali pokračující rozvoj naší společnosti, což nás jednou dovede k dosažení úrovně civilizace prvního řádu.

zdroj: (1) https://eru.gov.cz/sites/default/files/import_files/Rocni_zprava_provoz_TS_2019.pdf