Co je elektřina?
Co je elektřina?
Naše civilizace se na elektřinu spoléhá každý den. Většinou si ji představujeme jako proud energie tekoucí elektrickým vedením do elektrických zásuvek, který nám umožňuje vařit jídlo či osvětlovat naše domovy. Ale co přesně elektřina vlastně je a odkud se bere? V tomto článku si vysvětlíme koncepty potřebné pro chápání pojmu „elektřina“, ukážeme si její měrné jednotky a také lehce načneme, jak se elektřina vyrábí.
Co je elektrická energie a co je elektrický výkon?
Stejně jako barel ropy i „energie“ označuje určité množství. Jednotek pro měření energie je hned několik, ale tou nejběžnější je joule.
Jedna jednotka síly, tedy jeden newton, vynaložena na vzdálenost jednoho metru vytváří určité množství práce: přesně jeden joule.
Ukažme si to na jednoduchém příkladu: potřebovali bychom zhruba jeden joule energie na zvednutí jablka do výše jednoho metru.
Ať už se jedná o tepelnou, světelnou nebo elektrickou energii, energie nám umožňuje vykonat určité množství práce. V případě elektřiny jde o elektrickou práci: nabíjení elektrického vozidla, rozzáření žárovky, osvětlování měst. Pro plné pochopení toho, jak elektřina funguje, si vysvětlíme základní pojmy.
Elektrický výkon označuje množství energie spotřebované v průběhu určité jednotky času. Znázorňuje tedy tempo vykonané práce. Obecně uznávaná jednotka výkonu je watt. Použijeme-li příklad z každodenního života, 60-wattová žárovka spotřebuje 60 wattů, tudíž 60 joulů za vteřinu.
Naše chápání elektrického výkonu zahrnuje dvě důležité oblasti:
- Tok elektronů vodivým materiálem, jako je například měděný drát, je známý jako elektrický proud (I) a měří se v ampérech (A). Elektrický proud můžeme přirovnat k množství tekutiny pohybující se potrubím či hadicí.
- Elektrický potenciál mezi dvěma svorkami je označován jako elektrické napětí (V, měřeno ve voltech). Jedná se o poměr výkonu k proudu. Elektrické napětí lze přirovnat k tlaku v potrubí či hadici. Kapalina protéká potrubím rychle, pokud je mezi dvěma konci trubky významný tlakový rozdíl. Na druhou stranu, kapalina se potrubím pohybuje velmi pomalu, pokud mezi dvěma konci trubky existuje pouze malý tlakový rozdíl. Je-li tlakový rozdíl přesně nulový, kapalina neteče vůbec.
Elektrický výkon lze tudíž vyjádřit takto:
Výkon (P) = napětí (V) × proud (I)
= volty × ampéry
= watty
Jaký je rozdíl mezi elektrickou energií (Wh) a výkonem (W)?
Energetická burza obchoduje s elektrickou energií, nikoli s elektrickým výkonem. Jak je můžeme od sebe rozeznat?
Elektrický výkon, měřený ve wattech, odkazuje na rychlost toku elektřiny. Spotřebiče napájené elektřinou, jako například žárovky nebo toustovače, se obvykle řídí elektrickou sítí měřenou ve wattech. Watty se často používají k výpočtu kapacity elektráren na výrobu elektřiny. Často také používáme jednotku watt k popisu pohybu elektřiny skrz přenosová vedení. Kapacita elektrárny se tudíž rovná nejvyšší okamžité rychlosti, ve které stíhá vyrábět energii.
Na druhou stranu elektrická energie odkazuje na celkové množství elektřiny spotřebované za určitou dobu. Setkáváme se s ní v běžném životě jako se čísly o spotřebě elektřiny, která vyjadřujeme ve watthodinách.
Pro elektrickou energii nejčastěji používáme následující metrické jednotky:
- Jeden kilowatt (kW) se rovná jednomu tisíci wattů a jedna kilowatthodina (kWh) se rovná jednomu tisíci watthodin.
- Jeden megawatt (MW) se rovná jednomu tisíci kilowattů a jedna megawatthodina (MWh) se rovná jednomu tisíci kilowatthodin (a také jednomu milionu W/Wh).
Často je třeba si ujasnit, kdy používat jednotky MW a kdy jednotky MWh. Dejme tomu, že elektrárna vyrábí elektřinu o výkonu 4 MW. Celkové množství elektrické energie, kterou vyrobí za jednu hodinu, tedy bude 4 MWh. Za půl hodiny pak vyrobí 2 MWh. Užívání „hodiny“ jako standardní časové jednotky pro měření elektrické energie způsobuje mnohá nedorozumění – ona „hodina“ v megawatthodině však označuje množství (stejně jako „barel“ ropy).
Ukažme si to na praktickém příkladě:
- Generátor vyrábí 4 MW energie nepřetržitě po dobu tří hodin.
- Celkový výkon elektrické energie tohoto generátoru za tři hodiny tedy bude vypadat takto:
4 MW × 3h = 12 MWh
Jak se elektřina vyrábí?
Zjednodušeně řečeno nám všem v zásuvkách proudí stejná energie – elektřina – ale způsob její výroby se může lišit. Elektřina nevzniká sama od sebe. Musíme ji získávat přeměnou jiných forem energie prostřednictvím elektráren, které konvertují primární energii na mechanickou, světelnou, či tepelnou energii.
Takzvaná primární energie zahrnuje obnovitelné energie (solární, větrné, geotermální, biomasa) a neobnovitelné energie, tedy fosilní palivo (uhlí nebo ropa). Tyto energie jsou díky generátorům, fotovoltaice a dalším přeměněny na elektřinu, tedy sekundární energii.
V Evropě máme hlavně následující druhy elektráren:
- Jaderné elektrárny
- Parní elektrárny
- Plynové elektrárny
- Tepelné elektrárny (spalující fosilní paliva)
- Vodní a přečerpávací elektrárny
- Fotovoltaické elektrárny
- Větrné elektrárny
- Stanice na výrobu biomasy a bioplynu
- Kombinovaná výroba tepla a elektřiny
Jakmile je elektřina vyrobena, vstupuje do rozvodné sítě. Jedná se o síť přenosových vedení a rozvoden, které dopravují elektřinu do domácností a podniků. Než tak ale mohou učinit, kupující a prodávající obchodují s elektřinou na trhu s elektřinou. Každá elektřina má jiné výrobní náklady, které určují cenu, za kterou na trhu prodávají svou elektřinu. Energetický trh je komplexní systém, ve kterém figuruje mnoho hráčů, včetně výrobců, distributorů a maloobchodníků. Chcete-li se dozvědět více o trhu s elektřinou, přečtěte si náš článek „Trhy s elektřinou: komplexní průvodce“.