Gyorskeresés

Miért nem erős emberek termelik az áramot, hanem erőművek? 6530

forrás: https://www.youtube.com/watch?v=S4O5voOCqAQ

Még egy csupaizom élsportoló is csak igen rövid időre tud leadni $700\ \mathrm{W}$ teljesítményt, amennyit egy kis, háztartási kenyérpirító által felvett teljesítmény.

A videó tanulsága az, hogy mi, a fejlett(ebb) világbelinek számító emberek, igazából rettenetesen sok energiát fogyasztunk, csak nem érzékeljük, mert egy elektromos készülék bekapcsolása csak egy picike erőkifejtést igényel tőlünk, a kapcsoló elmozdítása formájában. Viszont ilyenkor a háttérben hatalmas villamosenergia-termelő erőművek dübörögnek, és pumpálnak azonnal a bekapcsolt készülékbe annyi energiát, amennyit az épp igényel. Vagyis egyszerűen nem érzékeljük, hogy az általunk használt, elfogyasztott energia milyen sok, mert "nem halljuk a dübörgését" a távoli erőműveknek, ahol azt a sok energiát megtermelik.

A fenti filmben a hatalmas lábizomzatú kerékpárversenyző csak kb. egy percig tudja a $700\ \mathrm{W}$ teljesítményt leadni, ami a kenyérpirító működéséhez kell. Egy élsportoló (például egy Tour de France versenyző) huzamosabb időn át (egy egész futamon, azaz több órán keresztül) kb. \(200\ \mathrm{W}\) teljesítményt tud átlagosan leadni (ez az ún. átlagos teljesítmény, angolul average power, szemben a normalized power fogalmával, ami amiatt nagyobb, mert a pedálnak nem minden szögállása során tud erőt kifejteni, energiát leadni a kerékpáros, ezért a normált teljesítményben csak azon az időszakokat számítják bele az eltelt időbe, amikor ténylegesen "tapos" a sportoló; egy teljesítményanalízis itt látható). Egy átlagos fizikumú ember kb. \(100\ \mathrm{W}\)-ot tud huzamosabb időn át leadni. Még ha ezt a mechanikai teljesítményt egy generátor $100\%$ hatásfokkal át is alakítaná villamosenergiává, még akkor is meglehetősen sok áramtermelő ember ("rabszolga") kellene, hogy a mindennapi életünkben használt elektromos készülékek teljesítményigényét fedezzük:

elektromos
fogyasztó
$P$
felvett
teljesítmény
watt-ban
Hány embernek
kellene
"tekernie" az
áramellátásához?
kenyérpirító 700 7
mikrosütő 1200 12
porszívó 1200 12
hajszárító 1000-2500 10-25
hősugárzó 2000 20
fúrógép 700 7
konyhai habverő 300-500 3-5

Vannak olyan elektromos készülékek, melyek a működésük során nem állandó teljesítményt vesznek fel. Például a mosógép az elindítás után először felmelegíti a vizet, amihez egy viszonylag nagy teljesítményű (tipikusan \(\approx 2000\ \mathrm{W}\)-os) fűtőszálat használ. De amint a vizet felmelegítette, a fűtőszál kikapcsol (illetve néha egy rövid időre bekapcsol, hogy a magától folyamatosan hűlő víz hőfokát szinten tartsa). A mosás során a mosógép villanymotorja viszonylag kis teljesítmény felvételével forgatja (lassan) a dobot, majd a centrifugáláskor nagy fordulatszámmal, és nagyobb teljesítményt felvéve. A hűtőszekrények szintén szakaszosan működnek: hol bekapcsol a kompresszoruk, ekkor tipikusan \(60\unicode{x2013}80\ \mathrm{W}\)-ot felvéve) lehűtik a hűtőteret, benne az ételekkel, majd a szoba hőmérsékletének és a nyitogatásoknak a függvényében hol nem fogyasztanak energiát, eészen addig, amíg annyira fel nem melegszik a belső terük, amikor aztán egy pár percre újra bekapcsolnak. Az ilyen készülékek energiafogyasztásával kapcsolatban nem a teljesítményfelvétel a releváns (lényeges) adat, hanem az átlagos napi felvett energia. Ez persze sok mindentől függ, ezért léteznek szabványok, hogy mondjuk a hűtőszekrény energiafogyasztását hány \(\mathrm{{}^\circ C}\) hőmérsékletű szobában elhelyezve, milyen gyakran és mennyi időre kinyitva kell mérni. Az ilyen készülékek energiaszükségletét "áramtermelő ember egységben kifejezve" úgy célszerű megadni, hogy egy áramtermelő ember napi energiatermelését (8 órás munkaidpvel számolva) hasonlítjuk össze a készülék napi energiafogyasztásával. Tehát ha egy "áramtermelő ember" napi 8 órán keresztül "dolgozna", miközben folyamatosan \(100\ \mathrm{W}\) teljesítményt ad le. Ezalatt

\[\Delta E=P\cdot \Delta t\]

\[\Delta E=\mathrm{100\ W\cdot 8\ h}\]

\[\Delta E=\mathrm{0,1\ kW\cdot 8\ h}\]

\[\Delta E=\mathrm{0,8\ kWh}\]

energiát termel. Hasonlítsuk össze ezt a szakaszos áramfelvételű készülékek napi (átlagos) energiafogyasztásával:

készülék napi
energia-
fogyasztás
\[\mathrm{\frac{kWh}{nap}}\]
Hány
főállású ember
tudná biztosítani
az áramellátását? 
hűtőszekrény 0,6 0,75
mosogatógép 0,7 0,875
villanybojler 7,6 9,5

Az ilyen készülékeknél megadhatjuk az egy ciklus energiafogyasztását is, és megnézhetjük, hogy hány óra "tekeréssel" tudna ennyi energiát megtermelni egy ember:

készülék energia-
fogyasztás
ciklusonként
\(\mathrm{\displaystyle \frac{kWh}{ciklus}}\)
Egyetlen ember
hány órányi
"tekeréssel"
biztosítaná ezt? 
mosogatógép
(1 mosogatás)
0,95 9,5
villanybojler ($120\ \mathrm{liter}$
hideg víz felfűtése
$65\ \mathrm{{}^\circ C}$-ra, egyszer)
7,56 75,6

 

Mennyi pénzt ér az ember fizikai munkája?

Egy átlagos ember \(100\ \mathrm{W}\) teljesítménnyel tud mechanikai munkát végezni. Ez óránként

\[\Delta E=P\cdot \Delta t\]

\[\Delta E=\mathrm{100\ W\cdot 1\ h}\]

\[\Delta E=\mathrm{0,1\ kW\cdot 1\ h}\]

\[\Delta E=\mathrm{0,1\ kWh}\]

vagyis óránként \(1\ \mathrm{kWh}\)-nyi energiát vagyunk képesek munkavégzéssel leadni. Mennyibe kerül ennyi energia, ha azt a villamosenergia-hálózatból vásároljuk? Magyarországon a lakossági fogyasztóknak a villamosenergia egységára nagyjából:

\[\mathrm{40\ \frac{Ft}{kWh}}\]

ez alapján az ember által óránként leadott \(0,1\ \mathrm{kWh}\) energiához a konnektorból 4 Ft-ért hozzájuthatunk. Nincs olyan ember, aki 4 Ft-ért hajlandó lenne 1 órán keresztül fizikai munkát végezni! Manapság minimum ennek 200-szorosát kell fizetni, még a legalacsonyabb órabérű munkásnak is. Vagyis az emberi izomerővel összehasonlítva a nagy erőművek igen olcsón állítják elő az energiát. Ezért működik úgy a világ, hogy sehol sem duzzadó izmú emberek (vagy lovak) termelik a villamosenergiát. Csak az ipari szempontból alacsonyabb fejlettségű országokban végeztetik a nehéz fizikai munkát emberekkel. Ugyanis gépekkel (az esetek elsöprő többségében) sokkal olcsóbb a fizikai munkát elvégeztetni. Kivételt az jelent, amikor a fizikai munka viszonylag bonyolult, és gépesíteni drágább lenne, mint a fizikai munkást kifizetni. Nem véletlen, hogy a nehéz fizikai munkát végzők aránya (a fejlettebb világban) folyamatosan csökken.

Típus: