Hogyan zajlik az elektromos energia szállítása? Hogyan jut el otthonainkba?

Az elektromos energia szállítása évtizedek óta az egyik alapvető feladata minden fejlett és fejlődő gazdaságnak. Áram nélkül lényegében minden elektromos eszköz puszta dísszé válik – vagy éppen irányíthatatlan és mozdíthatatlan tereptárggyá.

Az elektromos energia szállítása ráadásul folyamatos fejlesztésre készteti a gazdaságokat, mert az áram iránti igény meredeken nő, és nem úgy tűnik, hogy a közeljövőben akár csak lassulni kezdene a növekedés üteme.

Az áram létszükséglet, amiért a nagy többség hajlandó is fizetni. Ám az áramszámlán több olyan tétel is akad, amit kevesen értenek. Az elektromos áramnak ugyanis nem csak előállítási költsége van, hanem szállítási is.
Hogy miért? Mert elképesztő összegekbe kerül az elektromos energia szállítása!

Hogyan zajlik az elektromos energia előállítása?

Induljunk el a kályhától – vagyis a generátoroktól. Elektromos áram sokféle módon termelhető, ám a legtöbb módszer alapvetően arról szól, hogy kisebb-nagyobb generátorokat hoznak mozgásba. A meghajtáshoz szükséges energia viszont származhat megújuló és nem megújuló erőforrásokból.

A legtöbb vitát általában az okozza, hogy a megújuló erőforrások közül jellemzően csak a víz áll folyamatosan rendelkezésre (illetve a vízerőművek egy speciális fajtája a tengeri hullámokat hasznosítja), viszont a fosszilis energiahordozók a stabilitásért „cserébe” súlyosan károsítják a környezetet.

Maga az áram erőállítása egyszerű fizikai folyamat

Úgy is mondhatjuk, hogy a generátor lényegében egy visszafelé működő elektromos motor, és mint ilyen, valójában nem termel energiát. Ehelyett mechanikus vagy kémiai energiát alakítanak át elektromos energiává.

A hozzátáplált mechanikai energiát arra használja, hogy a tekercsek huzalában lévő elektromos töltések mozgását egy külső elektromos áramkörön keresztül kényszerítse.

Az elektromos generátorok az elektromágneses indukció elve alapján működnek. Michael Faraday tudós 1831-ben fedezte fel ezt a jelenséget, amikor egy mágnest egy dróthurokon keresztül mozgatva észrevette, hogy a drótban elektromos áram indul meg.

Mi a különbség generátor és napelem között?

Említettük, hogy a két legelterjedtebb energiatermelési módszer a generátorok vagy a napelem, pontosabban fotovoltaikus (magyarul fényelektromos, angol rövidítéssel PV) panelek alkalmazása.

Míg a generátorok gyakorlatilag fordított elektromotorok és mozgási energiát alakítanak villamos energiává, a napelemek teljesen másként működnek.

A fotovoltaikusság, vagy fényelektromosság a napfény atomi szinten történő közvetlen átalakítását jelenti elektromossággá: a fotovoltaikus cella villamos energiát termel a beérkező fotonok hatására. A fotovoltaikus hatást 1839-ben fedezett fel Edmond Becquerel francia fizikus.

Hogyan épül fel egy napelem?

A fotovoltaikus cellák félvezető anyagokból készülnek, amelyek elnyelik a nap által kibocsátott fotonokat, és elektronáramlást generálnak.

Az egymással elektromosan összekapcsolt és egy tartószerkezetbe vagy keretbe szerelt napelemeket fotovoltaikus modulnak nevezzük. A modulokat úgy tervezték, hogy egy bizonyos feszültségen, például egy közös 12 voltos rendszerben villamos energiát szolgáltassanak.

Közvetlenül hasznosítható a napelemek termelte áram?

Mivel a fotovoltaikus cellák egyenáramot (DC) termelnek, így szükséges egy fordító, azaz inverter, amelyik váltóárammá (AC) alakítja át. Az így kapott elektromos energia már visszatáplálható a hálózatba, vagy felhasználható helyben, elektronikai eszközök működtetésére.

Hogyan zajlik az elektromos energia szállítása és elosztása?

Ha egyszer megindult az áram, akkor érdemes munkára fogni – viszont elég problémás volna minden alkalommal egy vízerőműbe, vagy napelem parkba csatlakoztatni a mobilunkat, ha lemerült.

Főként azért, mert az előállított áram még bőven nem alkalmas lakossági célokra. Ahhoz előbb át kell alakítani, azaz transzformálni.

Így működik az áramátalakító, azaz a transzformátor

A transzformátor képes „feljebb” vagy „lejjebb” fokozni a feszültséget a mágneses indukció elve alapján.

A transzformátor két vagy több, vasból készült mag köré tekert szigetelt huzalból álló tekercsből áll. Amikor az egyik tekercsre (primer vagy bemeneti tekercs) feszültséget kapcsolnak, az mágnesezi a vasmagot, ami feszültséget indukál a másik tekercsben (szekunder vagy kimeneti tekercs).

A két tekercskészlet fordulatainak aránya határozza meg a feszültségátalakítás mértékét. Erre pedig szükség van, ha nagy távolságba akarunk áramot juttatni a lehető legkisebb veszteséggel.

A transzformátorokat Teslának köszönhetjük? Dehogyis. Magyaroknak!

Habár mostanság divatos Teslát egyfajta proto-Einsteinnek látni, bár tényleg zseniális feltaláló volt, azért nem mindent ő fedezett fel, ami az elektromossághoz kötődik.

A transzformátor története akár a legtöbb modern találmány iskolapéldája lehetne: magyarok találták fel, angolok és franciák tökéletesítették, majd egy amerikai alkotott belőle eladható terméket.

Bláthy Ottó, Déri Miksa és Zipernowsky Károly az 1870-es években dolgozták ki az alapokat, a francia Lucien Gaulard és az angol Sebastian Ferranti kísérleteztek vele, végül pedig William Stanley tökéletesítette a konstrukciót a magyarországi Ganz cég 1878-as ZBD transzformátora alapján.

Az elektromos energia szállítása az erőműtől a lakásig, ábrával szemléltetve

Az erőmű generátoraiból (1) tehát a transzformátorba folyik az áram, ahol magasfeszültségűvé alakítják (2), majd távvezetékeken át juttatják el az egész országba (3): a nagyfeszültségű vezetékek egy-egy alállomásig futnak (4), ahol a feszültséget szintén transzformátorok csökkentik le.

Az alacsonyabb feszültségű áramot kisebb kapacitású távvezetékeken (5) továbbítják a házakig, ahol egy újabb transzformátor alakítja át a feszültségét 220 V-ra (vagy például az Egyesült Királyságban 110 V-ra).

Az áram ezután egy-egy mérőórán halad át (6), amely azt méri, hogy mennyi áramot használ az adott lakóingatlan. Ha ez egy társasház, akkor az egyes lakásoknak még külön saját mérőórája is van (7).

Aligha mellékesen a lakásokon belüli fogyasztást (8) az átlagos háztartásban jelentős mértékben lehet csökkenteni pusztán azzal, hogy áramtalanítunk minden készüléket, amit nem használunk, kihúzzuk a töltőket a fali aljzatból, stb.

Miért fontos, hogy minden részfolyamat összehangolt, zökkenőmentes legyen?

Három kiemelt okot is tudunk mondani arra, hogy miért fontos a teljes folyamat optimalizálása:

1. mert minél jobb hatásfokkal zajlik a szállítás és a transzformáció, annál több elektromos eszközt bír kiszolgálni ugyanaz a hálózat,
2. mert minél kevesebbet pocsékolunk, annál jobban védjük a környezetet,
3. mert a nem jól működő rendszer többletkiadással jár, amit végül mindenképpen a lakossági fogyasztók, azaz mi fizetünk meg.

A(z áram)számlát végül mindig mi álljuk

A transzformáció és az áram eljuttatása az erőművektől a fogyasztókig mindig veszteséges. Az elektromos szolgáltatók nem jótékonysági intézmények, ezért érthető módon áthárítják másokra a keletkező költségeket: az intézményekre, a cégekre és a lakossági fogyasztókra.

Hármat tippelhet mindenki, hogy az egyes intézmények és cégek benyelik-e a többletköltségeket. Végső soron tehát mi, a lakosság vagyunk azok, akik az áramszámlát álljuk.

Három szóba jöhető módja is van az áramszámla csökkentésének

Az viszont, hogy ránk hárítják át a költségeket, nem jelenti azt, hogy ne volna csökkenthető az áramszámla anélkül, hogy bármilyen modern vívmányról le kéne mondani.

Természetesen az, ha eleve nem használunk felesleges elektromos eszközöket, már önmagában javít a pénzügyi helyzeten, ám ennél bőven többet tehetünk:

1. Csak az legyen és addig áram alatt, amit és ameddig használunk

Aligha szükséges jobban kifejteni, hogy miért takarékoskodhatunk ezzel a módszerrel. Minden, ami áram alatt van, az áramot fogyaszt. Lehet, hogy minimálisat egyszerre, ám sok kicsi sokra megy. Minek adjunk ki éves szinten több ezer forintot pluszban?

2. Modernizáljuk az eszközeinket

Ez már zsebbe nyúlósabb megoldás, viszont középtávon már megéri a régi, nagy fogyasztású eszközök lecserélése energiatakarékos változatra. Persze, kerüljük a felesleges túlköltekezést, számoljuk ki, megéri-e a régi B, D vagy akár F besorolású hűtő vagy mosógép cseréje egy A vagy A+ besorolásúra.

3. Ruházzunk be megújuló energiatermelésbe

Akinek van rá módja, fontolja meg, hogy beruház napelembe vagy geotermikus fűtőrendszerbe. Mindkettőre igaz, hogy évekig tart a megtérülésük, ám jellemzően egy fotovoltaikus rendszer bő tíz év után már hasznot kezd termelni.

+1. Az áramtermelés és távvezeték hálózat korszerűsítése

Ugyan nem lakossági léptékű optimalizálás, mégis ide kívánkozott. Azzal, ha a sok évtizedes, elavult rendszereket modern, sokkal hatékonyabb infrastruktúrára cserélik a szolgáltatók, jelentős mértékben lefaraghatnak a veszteségből.

Márpedig muszáj fejleszteni és fejlődni, mert egy bolygónk van. Ahogy az infrastruktúra is egyre zöldebbé válik, úgy az áramszolgáltatások terén is bőven akad tennivaló.

Kiemelt kép: europarl.europa.eu

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, szövegíró. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.