Energetyka z Marcinem Droniarzem

30/07/2024

Widoczne na filmiku migotanie żarówki jest spowodowane wykorzystaniem prądu przemiennego, który ciągle zmienia ilość dostarczanej energii do żarówki.

Film został nagrany w 960 Hz co pozwoliło na zobaczenie tego zjawiska. Ludzie oko wychwytuje obraz ze znacznie mniejszą częstotliwością (około 60 Hz). Dla przykładu częstotliwość prądu w Polsce i Europie to 50 Hz.

04/07/2024

Do czego używamy wysokiego napięcia?

Aby zrozumieć zastosowania napięcia, musimy najpierw poznać inne podstawowe wielkości fizyczne związane z prądem elektrycznym.

Pierwszą wielkością jest natężenie prądu (liczone w amperach), czyli ilość ładunków elektrycznych przepływających przez przewodnik w jednostce czasu. Drugą wielkością jest napięcie, które można porównać do "ciśnienia" przepychającego elektrony (prąd elektryczny) w obwodzie. Trzecią kluczową własnością jest rezystancja elektryczna (opór), która przeciwstawia się płynącemu prądowi.

Zastosowanie wysokiego napięcia w transporcie prądu elektrycznego na dalekie odległości wynika z faktu, że straty energii elektrycznej zależą od rezystancji oraz natężenia prądu podniesionego do kwadratu. Mówiąc prościej, aby zmniejszyć straty, musimy zmniejszyć natężenie prądu. Aby dostarczyć wymaganą ilość energii przy niskim natężeniu, musimy zwiększyć napięcie. Używanie wysokiego napięcia pozwala na zastosowanie cieńszych przewodników i na transport energii na duże odległości przy relatywnie niewielkich stratach.

02/07/2024

Jaka jest różnica między prądem przemiennym a prądem stałym?

Zacznijmy może od tego czym jest prąd?
Prąd to inaczej uporządkowany ruch elektronów np. w kablu. Inaczej rzecz ujmując, żeby mieć prąd, musimy mieć ruch jakichś małych cząsteczek.

Rozróżniamy różne rodzaje prądu, lecz skupię się w tym poście na dwóch najważniejszych: stałym i przemiennym.

Prąd stały (DC - Direct Current):

To ruch elektronów w jednym kierunku ze stałym natężeniem (ilością elektronów na sekundę).

Przykład: prąd w baterii.

Wyobraźmy sobie, że prąd to rzeka. Woda w rzece płynie w jednym kierunku - od źródła do ujścia. Podobnie prąd stały (DC) płynie w jednym, niezmiennym kierunku. W przypadku prądu stałego, elektrony przemieszczają się od ujemnego do dodatniego bieguna źródła zasilania (np. baterii) w sposób ciągły i jednokierunkowy, tak jak woda płynąca w rzece.

Prąd przemienny (AC - Alternating Current):

To ruch elektronów do przodu i do tyłu ze zmiennym natężeniem.

Przykład: prąd w gniazdku elektrycznym.

Przykład z rzeką, którego często uczy się w szkołach, jest mylący w przypadku prądu przemiennego. Więc jak wyobrazić sobie prąd przemienny? Prąd przemienny można porównać do sznurka, który jest ciągnięty tam i z powrotem przez dwie osoby. Każda osoba ciągnie sznurek w swoją stronę, ale sznurek sam w sobie nie przemieszcza się w jednym kierunku, tylko oscyluje w przód i w tył. W przypadku prądu przemiennego, elektrony nie przemieszczają się w jednym kierunku. Zamiast tego, zmieniają one kierunek ruchu wiele razy na sekundę. W gniazdkach elektrycznych prąd przemienny w Polsce zmienia kierunek 50 razy na sekundę (częstotliwość 50 Hz).

Zastosowania prądu stałego (DC):

-Elektronika: Prąd stały jest wykorzystywany w większości urządzeń elektronicznych, takich jak komputery, telefony komórkowe, tablety i inne urządzenia przenośne.

-Ładowanie baterii: Baterie i akumulatory dostarczają prądu stałego i wymagają go do ładowania.

-Systemy fotowoltaiczne: Panele słoneczne generują prąd stały, który jest następnie przekształcany na prąd przemienny do użytku domowego lub komercyjnego.

Zalety prądu stałego (DC):

-Stałe napięcie: Prąd stały zapewnia stałe napięcie, co jest korzystne dla urządzeń elektronicznych wymagających stabilnego zasilania.

-Efektywność w niskonapięciowych aplikacjach: Prąd stały jest bardziej efektywny w niskonapięciowych aplikacjach, takich jak elektronika przenośna.

Zastosowania prądu przemiennego (AC):

-Zasilanie domowe i przemysłowe: Prąd przemienny jest standardem w sieciach energetycznych i zasila większość urządzeń domowych oraz przemysłowych.

-Transmisja energii: Prąd przemienny jest wykorzystywany do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości dzięki możliwości łatwej zmiany napięcia przy użyciu transformatorów.

-Silniki elektryczne: Większość silników elektrycznych w przemyśle oraz urządzeniach gospodarstwa domowego działa na prąd przemienny.

Zalety prądu przemiennego (AC):

-Łatwa zmiana napięcia: Transformator pozwala na łatwe podnoszenie lub obniżanie napięcia prądu przemiennego, co jest kluczowe dla efektywnej transmisji energii na duże odległości.

-Mniejsze straty energii: Przesył prądu przemiennego na duże odległości jest bardziej efektywny i wiąże się z mniejszymi stratami energii w porównaniu do prądu stałego.

Ciekawostki:

-Zasilacz jest używany w celu zmiany prądu zmiennego na stały.

-Żarówki starszego typu wykorzystujące prąd zmienny (Lampy LED korzystają z prądu stałego) pulsują w wyniku zmiany natężenia prądu filmik na YouTube.

https://www.youtube.com/watch?v=eUprJS9sXYU

-Edison vs Tesla: W końcu XIX wieku toczyła się tzw. "wojna prądów" między zwolennikami prądu stałego (Thomas Edison) i prądu przemiennego (Nikola Tesla). Ostatecznie prąd przemienny wygrał jako standard w dystrybucji energii elektrycznej.

-Koleje elektryczne: W wielu krajach kolej elektryczna używa prądu stałego, natomiast tramwaje często korzystają z prądu przemiennego.

-Ładowarki samochodów elektrycznych: Większość ładowarek samochodów elektrycznych dostarcza prąd stały bezpośrednio do akumulatorów pojazdu, choć istnieją także ładowarki wykorzystujące prąd przemienny.

-HVDC (High Voltage Direct Current): Technologia HVDC jest używana do przesyłania energii elektrycznej na bardzo duże odległości. Systemy HVDC są bardziej efektywne w porównaniu do tradycyjnych systemów AC, zwłaszcza w przypadku podmorskich kabli oraz połączeń międzykontynentalnych, ponieważ mają mniejsze straty energii. Przykładem jest połączenie NorNed, które przesyła prąd stały o wysokim napięciu między Norwegią a Holandią.

Light bulb shot at 300, 600 and 1200 fps (frames per second)

30/06/2024

Transformatory to urządzenia elektryczne mające na celu zwiększenie lub zmniejszenie napięcia prądu.

Wykorzystują one zjawisko Indukcji elektrycznej, polegające na zmianie strumienia pola magnetycznego.. W celu spotęgowania tego zjawiska z przewodów tworzy się zwoje, które działają jak magnes dzięki występowania pola magnetycznego przy płynącym prądzie.

Wykorzystanie prądu zmiennego umożliwia ciągłą zmianę strumienia magnetycznego. Prąd stały z racji braku zmiany kierunku biegu prądu, to nie wytwarza on zmiennego pola magnetycznego i nie zachodzi zjawisko Indukcji.

Napięcie prądu które chcemy uzyskać jest zależne od ilości zwojów na ramie. (Jeśli chcemy mieć napięcie większe to musimy użyć większej ilości zwojów w porównaniu do pierwotnego uzwojenia).

Po prawej stronie na zdjęciu jest widoczny transformator trójfazowy zmniejszający napięcie ze średniego (15 kV = 15 000 voltów) do niskiego które mamy w gniazdku (230 V).

Więcej o fazach i różnicach między różnymi rodzajami prądu będzie w następnych postach : )

26/06/2024

Dokładnie 70 lat temu została uruchomiona w Obińsku w ZSRR pierwsza elektrownia jądrowa na świecie. Zapewniała ona 5MW mocy elektrycznej i działała do 2002 roku. Jej reaktor był prekursorem do typu RBMK (taki sam zastosowano w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej) był chłodzony zwykłą wodą oraz moderowany grafitem.

Moderacja w reaktorze jądrowym oznacza zmniejszanie prędkości neutronów, tak by mogły one zderzać się z innymi atomami i wytwarzać ciepło. W reaktorach RBMK wykorzystywano w tym celu grafit, a do chłodzenia wodę. Te dwa rozwiązania umożliwiały wykorzystanie uranu naturalnego bez jego wzbogacania do produkcji plutonu zbrojeniowego, co było za razem tanie i wydajne.

Takie rozwiązanie niosło za sobą niebezpieczeństwo w postaci dodatniej reaktywności reaktora. Reaktywność reaktora to inaczej wzrost mocy reaktora wraz z jego temperaturą. W przypadku reaktorów typu RBMK oznaczało wzrost mocy reaktora w bardzo szybkim tempie w przypadku braku chłodziwa. Dodatkowym czynnikiem potęgującym problem była sama konstrukcja reaktora. Woda chłodząca pręty paliwowe znajdowała się w cienkich rurkach, co ułatwiało wygotowywania się wody i zwiększenie temperatury prętów paliwowych.

W większości dzisiejszych reaktorów współczynnik reaktywności jest ujemny lub wynosi zero. Oznacza to, że podczas braku chłodziwa reaktory będą same zmniejszać swoją moc wraz ze wzrostem temperatury (ujemny współczynnik) lub ich moc będzie stała i nie będzie zależeć od temperatury (współczynnik 0).

22/06/2024

Energia pierwotna to inaczej każdy rodzaj energii jaki człowiek wykorzystuje (paliwo w samochodzie, prąd elektryczny, ogrzewanie) do funkcjonowania cywilizacji. Źródłem energii pierwotnej jest energia promieniowania ze słońca, wiatr, węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny, prądy morskie, naturalne ciepło ziemi, energia cieplna pochodząca z rozpadu pierwiastków takich jak uran itp.

Około 2/3 energii pierwotnej nie zostaje wykorzystana w wyniku praw fizyki, które nas ograniczają (sprawność silników spalinowych, straty energii związane z tarciem, rezystancją w instalacjach elektrycznych itd.).

Większość energii pierwotnej jest wykorzystywana w sektorze ciepłowniczym oraz paliwowym (wytwarzanie energii elektrycznej stanowi tylko ok. 1/8 energii pierwotnej). W tym miejscu leży największy problem transformacji energetycznej na rzecz odejścia od paliw kopalnych. Cała nasza cywilizacja jest oparta na rafinacji ropy naftowej oraz produkcji stali przy pomocy węgla.

Nie jest możliwa elektryfikacja każdego sektora na raz, ponieważ będzie to się wiązało z gigantycznym wzrostem zużycia energii całkowitej. Odnawialne źródła energii nie są w stanie zaspokoić naszych potrzeb na ciepło, ponieważ nie produkują ciepła jak elektrownie konwencjonalne. Energetyka jądrowa również nie będzie w stanie tego zaspokoić ponieważ ogranicza ją aspekt społeczny (opinia społeczeństw uniemożliwia szeroki rozwój energetyki jądrowej) oraz ich lokalizacja (daleko od miast).

Nawet jeśli byśmy zdołali zelektryfikować transport i ogrzewanie to dalej pozostaje kwestia produkcji asfaltu, stali, tworzyw sztucznych, nawozów i innych produktów, których do produkcji nie ma obecnie szeroko dostępnych zamienników za paliwa kopalne.

17/06/2024

Na początku lat 70 odkryto złoża ropy naftowej w gminie Krokowa, do 2010 roku wydobyto prawie 50 tys. ton ropy (Rocznie w Polsce produkuje się około 1.3 miliona ton) oraz 38 mln. metrów sześciennych gazu ziemnego (w 2022 roku wyprodukowano ok. 3.5 mld. metrów sześciennych gazu ziemnego). Polska produkcja gazu i ropy odpowiednio 20% oraz 3%

Pomnik widoczny na zdjęciu znajduje się w Żarnowcu i został ufundowany przez PGNiG.