Energia elektryczna – czym jest, jak powstaje i jak z niej korzystamy?

Co to jest energia elektryczna?

Pojęcie energii elektrycznej można rozumieć na kilka sposobów. Pomijając naukową terminologię z dziedziny fizyki, można powiedzieć, że poprzez energię elektryczną należy rozumieć energię, jaką prąd elektryczny przekazuje odbiornikowi wykonującemu pracę. Sam prąd elektryczny zaś to uporządkowany ruch nośników ładunku elektrycznego przez ciało przewodzące.

W przyrodzie prąd występuje pod kilkoma postaciami, w tym przede wszystkim:

• jako wyładowania atmosferyczne (burze), gdzie ośrodkiem przewodzącym jest powietrze,
• czynności układu nerwowego, w którym przewodnictwo elektryczne uwarunkowane jest procesami biochemicznymi, przede wszystkim działaniem pompy sodowo-potasowej,
• jako wiatr słoneczny, czyli strumień cząsteczek wypływający ze Słońca.

Człowiek nauczył się ujarzmiać prąd elektryczny stosunkowo niedawno, bo dopiero na początku XIX w. Było to jednak przełomowe osiągnięcie, ponieważ pozwoliło m.in. na postępującą elektryfikację przemysłu i oderwanie procesów technologicznych od cyklu dnia i nocy.

Historia energii elektrycznej – od odkrycia do nowoczesnych technologii

Początki elektroenergetyki na świecie to rok 1800, kiedy włoski naukowiec Alessandro Volta opracował ogniwo elektryczne, pierwsze sztuczne źródło prądu i protoplastę dzisiejszych baterii. Ogniwo elektryczne doprowadziło m.in. do wynalezienia lampy łukowej zastosowanej po raz pierwszy w paryskiej operze. W 1881 roku na Międzynarodowej Wystawie Elektrycznej w Paryżu zaprezentowano m.in. żarówki, które ostatecznie wyparły stosowane wcześniej lampy gazowe.

Zaledwie rok później w Londynie wybudowano pierwszą elektrownię, która zasiliła prawie tysiąc domów. Kolejne elektrownie powstawały w Niemczech i Paryżu. Przed 1890 roku stolica Francji mogła pochwalić się łączną mocą wszystkich elektrowni na poziomie 5000 KM².

Stopniowo stosunkowo młoda dziedzina zaczęła przyspieszać. W XIX w. wykorzystywano już elektryczność w praktyce i utworzono pierwszą miejską sieć elektroenergetyczną. Powstały takie wynalazki, jak telefon, silnik elektryczny, tramwaj, czy telewizja.

Dzisiaj elektryczność jest wykorzystywana w praktycznie każdej branży przemysłu. Na uwagę z pewnością zasługuje fotowoltaika, czyli wytwarzanie energii elektrycznej z promieniowania słonecznego w wyniku zachodzenia tzw. efektu fotowoltaicznego. Na dachach domów, czy fabryk można coraz częściej zaobserwować krzemowe mikroinstalacje fotowoltaiczne. Niezależnie od nich intensywnie rozwijają się duże farmy fotowoltaiczne. Obecnie największa farma fotowoltaiczna znajduje się w Chinach (powiat Gonghe, prowincja Qinghai). Jej wydajność w 2023 r. wynosiła 15,600 MW, zaś powierzchnia to ponad 600 km2, czyli mniej więcej tyle, ile obszaru lądowego zajmuje Singapur.

Energia elektryczna pozwala w pełni wykorzystać także potencjał tkwiący w energii wiatrów i pływów. Intensywny rozwój elektrowni wiatrowych i morskich uważa się za ekologiczną alternatywę dla klasycznych elektrowni węglowych, które intensywnie eksploatują środowisko naturalne.

Zarządzanie produkcją, przesyłem i konsumpcją energii elektrycznej na znaczną skalę odbywa się za pośrednictwem inteligentnych sieci smart-grid. To połączenie technologii komunikacji bezprzewodowej, inteligentnych liczników oraz algorytmów sztucznej inteligencji, które automatyzują i optymalizują przepływ energii. W ten sposób tworzy się elastyczne systemy, które są skalowalne i jednocześnie ograniczają straty związane z przesyłaniem prądu.

Dynamicznie rozwijaną technologią są też magazyny energii. Pozwalają one poradzić sobie z główną wadą prądu elektrycznego, czyli koniecznością wykorzystywania go na bieżąco. Poszczególne rodzaje magazynów różnią się między sobą technologią wykonania ogniw oraz parametrami (m.in. pojemnością, zabezpieczeniami). Jednym z nowszych osiągnięć w tym zakresie jest Tesla Powerwall – relatywnie tani i wydajny magazyn do użytku domowego.

Jak powstaje energia elektryczna w dzisiejszych czasach? Proces wytwarzania i źródła

Obecnie energia elektryczna jest produkowana na masową skalę na wiele sposobów. Najprostszym – i jednocześnie najmniej ekologicznym rozwiązaniem – jest konwencjonalna elektrownia węglowa. Jej zasadniczą wadą jest silnie negatywny wpływ na środowisko naturalne i eksploatacja surowców naturalnych. Znacznie bardziej ekologiczna, choć nadal bazująca na źródle nieodnawialnym, jest elektrownia gazowa. Ogromnym zainteresowaniem cieszy się też energetyka jądrowa. Choć formalnie klasyfikuje się ją jako nieodnawialne źródło energii, jest ona znacznie bardziej opłacalna, niż elektrownie węglowe.

Przyszłość energii elektrycznej to przede wszystkim zrównoważony rozwój i doskonalsze technologie gromadzenia prądu. Stopniowo następuje też modernizacja poszczególnych elementów sieci tak, aby przesył był stabilniejszy, mniej podatny na awarie i możliwie bezstratny.

A co z odnawialnymi źródłami energii? Możliwości jest wiele, na świecie rozwijają się m.in.:

• elektrownie wiatrowe,
• elektrownie morskie (szerzej: wodne),
• farmy fotowoltaiczne,
• elektrownie wykorzystujące biomasę, biometan, biogaz,
• instalacje wykorzystujące ciepło wód podziemnych.

Każda z energii odnawialnych wymaga korzystania z odmiennej infrastruktury, ale ostatecznie proces produkcji prądu wygląda podobnie, ponieważ dane medium (np. wiatr lub woda) musi napędzić generator prądotwórczy.

Jednostki energii elektrycznej – jak je mierzymy?

Podstawową jednostką energii elektrycznej używaną do obliczenia jej faktycznego zużycia jest kilowatogodzina (kWh). Określa ona, ile prądu elektrycznego pobiera urządzenie o mocy tysiąca watów, które pracuje nieprzerwanie przez godzinę. Sam pomiar zużycia energii elektrycznej następuje poprzez licznik znajdujący się w każdym punkcie poboru energii. Obecnie można jeszcze spotkać trzy rodzaje liczników:

• indukcyjne – najstarsze, wyposażone w aluminiową tarczę, która obraca się tym szybciej, im więcej pobieramy prądu,
• elektroniczne – pomiar zużycia energii elektrycznej jest wyświetlany bezpośrednio na wyświetlaczu LCD, dokładniejsze i łatwiejsze w użyciu, niż modele indukcyjne,
• smart – liczniki inteligentne przesyłają informacje o zużyciu w krótkich interwałach czasowych bezpośrednio do dostawcy, w efekcie znacząco maleje ryzyko błędnego naliczenia i szybciej można wykryć awarię.

Dodatkowo wyróżnia się liczniki jednokierunkowe i dwukierunkowe. Liczniki jednokierunkowe mierzą jedynie ilość energii pobranej z sieci, zaś dwukierunkowe, również energii oddanej do sieci. Pomiar dwukierunkowy ma znaczenie przede wszystkim w instalacjach fotowoltaicznych.

Zastosowanie energii elektrycznej w codziennym życiu

Prąd elektryczny wykorzystujemy na co dzień przede wszystkim w sprzętach AGD/RTV i różnego rodzaju maszynach przemysłowych. Zasila on oświetlenie domowe, miejską sieć elektroenergetyczną oraz trakcje kolejowe i tramwajowe. Coraz więcej osób decyduje się też na zakup samochodu elektrycznego, a branże e-mobility rozwija się niezwykle prężnie. Tylko w Indiach liczba zarejestrowanych elektryków w ubiegłym roku przekroczyła 2 miliony sztuk¹.

Chcesz sprawić, aby Twoja firma bazowała przede wszystkim na prądzie elektrycznym z odnawialnych źródeł? Skontaktuj się z nami i sprawdź, jak działamy!