Az villamoseneriga-termelést Michael Faraday találmánya, a róla elnevezett Faraday lemez tette lehetővé az 1800-as évek elején. Így jöttek létre az első generátorok, és innen kezd érdekessé válni a történet.
Az elektromos áram termelésének alfája az erőmű
Generátor nélkül nincs hagyományos erőmű, viszont magának az energiának az előállítása számtalan forrásból érkezhet: így beszélhetünk fosszilis (szén, kőolaj, gáz), megújuló (víz, szél, nap), alternatív (biomassza) vagy atomenergiáról. Az erőmű feladata, hogy a szükséges energiát előállítsa, innen szállítják tovább a lakossági vagy ipari felhasználókhoz.
A kezdetekhez 1871-be kell utaznunk, ugyanis Zénobe Gramme, egy belga feltaláló ekkor készített egy olyan generátort, amely elég erősnek bizonyult ahhoz, hogy ipari léptékben is képes legyen áramot termelni. Néhány évvel később megjelent az első vízerőmű az angliai Cragside-ban, majd 1890-ban Thomas Edison tervei alapján Londonban megépült az első szénerőmű. A konstrukció egy 93 kW-os, 125 lóerős gőzgépet hajtott.
1952-ben épült meg az első olyan kísérleti atomerőmű, mely elektromos áramot termelt. Két évre rá pedig a volt Szovjetunió területén indult el az első „közszolgálati” célokra tervezett atomerőmű. Ma több mint 400 működik világszerte, ezek a világ energiatermelésének 16 százalékát termelik meg, és kapacitásban megelőzik a gyakoribb szén-, gáz- és vízerőműveket.
Egyre gyarapodnak az óriási naperőművek is, melyek több millió panelből állnak és egy-egy erőmű akár 40 négyzetkilométert is lefed – ilyen léptékű naperőművek általában kínai vagy indiai sivatagokban jellemzőek. A jelenleg ismert legnagyobb telepített naperőmű is Kínában található, és több mint 1500 MW beépített teljesítményű.
Magyarországon 40 hő- és villamosenergia erőmű működik, összesen 7600,8 MW energiát termelnek a Wikipedia adatai alapján, ennek körülbelül 10 százaléka származik megújuló forrásból. A hazai erőművek között megtalálható a szén (lignit és barna kőszén), gázolaj, vegyes (például lignit és biomassza) tüzelésű, valamint három víz- és jelenleg négy naperőmű, nem utolsósorban pedig egy geotermikus erőmű Turán és egy atomerőmű Pakson.
A végtelenbe és tovább, avagy az áram útja
Miután a megtermelt energiát útjára indítják, az erőművek alállomásaikon keresztül először az országos nagyfeszültségű átviteli hálózatra csatlakoznak. Az ilyen nagyfeszültségű távvezeték elsődleges feladata, hogy nagy távolságokra szállítsa el az áramot a kiemelt csomópontokon található transzformátor- és kapcsolóállomásokhoz. A magasabb feszültségre való átalakítás célja, hogy a nagy mennyiségű energiát minél kisebb keresztmetszetű vezetéken, minél kisebb veszteségek mellett lehessen átvinni egyik pontból a másikba.
A nagyfeszültségű áram nem közvetlenül jut el a fogyasztói berendezésekhez, hanem transzformátorok alakítják és váltják át különböző feszültségű értékekre, hogy az energia lakossági, ipari vagy intézményi környezetben is biztonságosan használható legyen. Az országos átviteli és főelosztói hálózatban 750 kV-os, 400 kV-os, 220 kV-os és 120 kV-os távvezeték is megtalálható, a nagyobb csomópontok és kisebb fogyasztói csoportok közötti átvitelért pedig jellemzően a 20 és 10 kV-os, úgynevezett középfeszültségű elosztóhálózat felel.
A villamosenergia-rendszer kialakítása hasonló a közúti hálózathoz, melyben a kiemelt csomópontokat (városokat) széles autópályák kötik össze, ebből leágaznak valamivel kisebb áteresztőképességű autóutak és főutak, a lakóházakhoz pedig már egészen kis utcák vezetnek csak. Ebben az analógiában az utak mérete és az azokon megengedett sebességhatár azonos a villamosenergia-rendszerben használatos feszültségszinttel és kábel-keresztmetszettel.
Az ilyen transzformátorokat is alkalmazó alállomások felelnek a különböző feszültségszintek átalakítására. A közép- és kisfeszültségű transzformátorállomásoktól, mint utolsó átalakítási ponttól már egyenesen a lakossági fogyasztókhoz jut el a villamos energia.
Van viszont pár fontos megálló az erőművek és otthonaink között, ez pedig a már említett kapcsolóállomások, melyek fontos részét képzik a nagy- és középfeszültségű hálózatnak. Többek között azt a célt szolgálják, hogy a villamos energiát felügyelni tudják útja során és be tudjanak avatkozni a folyamatba, hogy hiba esetén minél kisebb területen essen ki a szolgáltatás: ami rettegett nevén nem más, mint az áramszünet.
A kapcsolóállomás lelke a kapcsolóberendezés, aminek az a feladata, hogy vezérelje, védje és esetenként leválassza a villamos hálózatban lévő berendezéseket, amennyiben túlfeszültséget, túláramot, vagy bármi egyéb hibát észlel. A kapcsolóberendezés villamos kapcsolókat, biztosítóbetéteket, megszakítókat tartalmaz, és a villamosenergia-ellátási lánc minden szegmensében megtalálható. Ezek a berendezések funkciójukat tekintve nem sok mindenben különböznek az otthon ismert elektromos kapcsolószekrényektől, csupán a rajtuk átfolyó energia mennyisége illetve feszültségszintje más.
A kapcsolóberendezések a generátorokkal körülbelül egyidősek. A legelső modellek viszonylag primitív kivitelűek voltak, a kapcsolókat egyszerűen a falhoz rögzítették, az eleinte tűzveszélyes fa hátlapokat fokozatosan cserélték le kerámiákra, illetve fémre. Szigetelő- és ívoltóközegként sokfajta anyag felmerült az elmúlt években, így olaj, gáz, szén-dioxid, levegő vagy vákuum alapú technológiák is megtalálhatók a rendszerben. A legelterjedtebb és a leghatékonyabb ilyen közeg az SF6, azaz kén-hexafluoridgáz-szigetelés. Számos előnyös tulajdonsága van: nem mérgező, nem gyúlékony, nem korrozív, kiváló szigetelő anyag. Az SF6-gáz elterjedésének köszönhetjük, hogy ma aránylag kis méretű, hatékony berendezések üzemelnek a villamoseneriga-rendszerben.
Az SF6-gázzal egyetlen nagy probléma van: üvegházhatása a CO2 mintegy 23500-szorosának felel meg.
A középfeszültségű elosztóhálózatokon, melyek számosságukat és hosszukat tekintve a legkiterjedtebb hálózatot alkotják, jelenleg világszerte mintegy 30 millió, SF6 gázt tartalmazó középfeszültségű kapcsolóberendezést használnak, amelyekben átlagosan 1 kilogrammnyi kén-hexafluorid van.
Az elmúlt években fokozott figyelmet kapott a klímavédelem, és mára a legtöbb laikus is pontosan tudja, miként közelíthetünk karbonsemlegességet elérő céljainkhoz az energiaellátás területén: termelési oldalról növelnünk kell a megújuló energiaforrások használatának arányát a fosszilis energiahordozókkal szemben, a fogyasztást nézve pedig változtatni kell szokásainkon, és törekednünk kell a minél hatékonyabb és tudatosabb energiafogyasztásra. Az SF6 gáz CO2 egyenértékét és a berendezések számosságát látva most már azt is fel kell ismerni, hogy a termelő és fogyasztó feleket összekötő hálózatok karbonsemlegesítése irányában is kénytelenek vagyunk lépéseket tenni.
Az utóbbi években az SF6 gáz helyettesítésére különböző technológiákat dolgoztak ki a gyártók, így a Schneider Electric is. A vállalat élenjáró újdonsággal állt elő, ugyanis tiszta levegőt használnak szigetelőközegként az új AirSeT középfeszültségű kapcsolóberendezéseikben. Ez a technológia hozzájárul a tisztább szolgáltatáshoz, miközben a rendszer nem veszít biztonságából és hatékonyságából, és az üzemeltetőknek sem kell új gyakorlatokat elsajátítaniuk.
Hogy érzékelhetőbb legyen, mekkora jelentősége van környezetünk szempontjából ennek a fejlesztésnek, íme egy példa: egy átlagos autó 100 km-ként kb. 12,2 kg szén-dioxidot bocsát ki. Minden 23.500 kilónyi CO2-megtakarítás kb. 192.600 kilométernyi autózásnak felel meg, ami olyan, mintha egy autóval majdnem ötször megkerülnénk a Földet! Mivel egy autó éves átlagos futásmennyisége Magyarországon körülbelül 15.000 km, így pusztán
1 kilogramm SF6 gáz mellőzésével is már mintegy 12-13 autó éves használatával járó CO2-mennyiségtől szabadíthatjuk meg a környezetet.
Maga a távvezeték-hálózat Magyarországon körülbelül 160 ezer kilométer hosszú; ez annyi kábelt jelent, hogy az egyenlítőt négyszer körbe érné. Azonban az egységes európai távvezeték-hálózat ennél lényegesen hosszabb - 24 országon fut keresztül és több, mint 400 millió embert lát el.
Itthon az elektromos áram megtermeléséért és a kereskedésért jelentős százalékban az MVM ZRt. felel. Az itthon megtermelt energia nem feltétlenül elégíti ki az ország teljes szükségletét, van, hogy importra szorulunk. Olyan eset is létezik, amikor viszont többlet keletkezik. Mivel a hálózat része az egységes európai távvezeték-rendszernek, mind a két esetet könnyedén kezelni lehet, amiből a felhasználók gyakorlatilag nem észlelnek semmit.
Most már „felolthatja” a lámpát
Miután a villamos energia átalakul a lakosság számára is használható kisfeszültségre, az utcákban végig futó villanyoszlopok – vagy földkábelek – egyenesen az otthonunkba, a villanyórára csatlakoznak. Ezután áram-védőkapcsolókon és kismegszakítókon keresztül jut el a fogyasztókhoz, azaz a villanykapcsolókhoz és a dugaljakhoz.
Manapság már szigetelt rézvezetékeket használnak, azonban jellemző Magyarországon, hogy a házi rendszereknek csak egy része vagy egy része sem réz, hanem alumínium vezetékekből áll. Ezek jellemzően a régi, 1990 előtti házak és lakások. Megtalálhatók kevert, részben új vezetékekre cserélt réz- és alumíniumvezetékes hálózatok is, melyek rendkívül rizikóssá teszik a működést. Ha teheti, cseréje ki egységesre otthoni hálózatát, hogy minimalizálja a hibalehetőségeket és a tűzeseteket. Felújítás során a kapcsolókat és dugaljakat már okoskapcsolókra is cserélheti, így egyszerűen válthat automatizált okosotthon-kapcsolókra, amivel jelentős energiát tud spórolni és egyszerűsítheti az életét. Az okosotthon-megoldásokról itt írtunk bővebben.
