Az elektromos áram termelése, szállítása 2.
(technika 7. osztály)
Tananyag
Az erőművekben előállított elektromos energia nagy távolságra való szállításánál jelentős veszteséggel kell számolni. Ez a szállítási veszteség a vezetékekben keletkezik, a vezető ellenállása miatt. Az ellenállás függ a vezető hosszától, keresztmetszetétől és anyagától. Minél nagyobb a vezetőn keresztülfolyó áram erőssége, annál vastagabb keresztmetszet kell ahhoz, hogy a szállítási veszteség még az elfogadható értéken maradjon.
Az elektromos energia szállítása nagy feszültség és kis áramerôsség mellett gazdaságos. A villamosenergia-hálózat három részbôl áll, a kisfeszültségű, a középfeszültségű és a nagyfeszültségű hálózat. A villamosenergia-hálózaton szállított villamos teljesítményt az úgynevezett alállomásokon középfeszültségre transzformálják, majd a fogyasztók számára az igényelt feszültség szintre letranszformálják.
Magyarországon a háztartások elektromos hálózata 230 V feszültségű, 50 hertz frekvenciájú váltóáram, ami megegyezik az Európában is használt szabvánnyal. A nagy erőműveket és állomásokat nagyfeszültségű hurkolt hálózattal kötik össze. Ez az úgynevezett országos alaphálózat, mely több ponton is kapcsolódik a környező országok elektromos hálózatához.
A napelem tulajdonképpen egy félvezető, amely a nap fényenergiáját elektromos árammá alakítja át a fényelektromos jelenség segítségével. Az így keletkező egyenáram viszonylag alacsony feszültségű.
Ma már egyre több helyre telepítenek napelemes rendszereket. Ezek működhetnek „sziget” üzemmódban, vagy össze lehetnek kötve az elektromos hálózattal. Sziget üzemmód esetén a napelem akkumulátort tölt fel. Az akkumulátor egyenáramát egy inverter alakítja át a használni kívánt eszközök számára váltóárammá.
A hálózatba dolgozó napelemeknél az inverter a napelemek által termelt egyenáramot azonnal váltóárammá alakítja. A pluszként termelt áram – az, amit nem használnak el a napelemhez közvetlenül kapcsolt fogyasztók – bekerül a távvezeték-hálózatba. Nagyobb napelemes rendszereknél az inverter folyamatos kapcsolatot tart a hálózattal az interneten keresztül. Figyelembe veszi a rendszer aktuális állapotát, úgymint feszültséget, frekvenciát, mert a legkisebb eltérés is komoly gondokat okozhat az egész ellátási rendszerben. Folyamatosan adatokat küld a napelemek által termelt elektromos áram mennyiségéről.
A megújuló energiaforrások egyre nagyobb arányú felhasználása jelentős hatást gyakorol a villamosenergia-ellátás egészére. A napelemek, szélerőművek áramtermelése az időjárástól függ, amit nem lehet előre tervezni vagy irányítani. A hálózatnak azonban figyelnie kell a termelésükre, és a hálózat irányítójának kell gondoskodnia a kiegyenlítésről.
Az elektromos energiát más energiaformává kell alakítani ahhoz, hogy tárolni lehessen. Tulajdonképpen az akkumulátorok is ilyen elven működnek, de csak rövid idejû tárolásra alkalmasak. A tározós vízerűműnél a duzzasztógátak feltölthetők szivattyúkkal, melyeket a többi erőmű által feleslegesen termelt árammal működtetnek. Nagyon sok kutatás folyik a világon, melyek célja megtalálni az elektromos áram tárolásának olcsó és elérhető módját. Sokak szerint a napelemes rendszerek terjedésével a mostani egyetlen nagy hálózat helyett a sok kisebb, egymással lazábban kapcsolatot tartó áramellátó rendszereké lesz a jövő.