Elveszett szállítás: Mennyi villamos energia tűnik el egy erőmű és a hálózati csatlakozó között?

Írta: Jordan Wirfs-Brock | 2015. november 6

Mennyi energia van elveszett útközben, amikor az áram egy erőműből az otthonában lévő csatlakozóba jut? Ez a kérdés Jim Barlow, wyomingi építész részéről származik az IE Questions projektünk révén.

tűnik

A válasz megtalálásához lépésről lépésre kell bontanunk: először a nyersanyagokat kell villamos energiává alakítani, majd ezt a villamos energiát a szomszédságába kell vinni, és végül ezt az áramot otthonának falain keresztül kell eljuttatnia a konnektorba.

1. lépés: Villamos energia előállítása

Az erőművek - szén, földgáz, kőolaj vagy atomerőművek - ugyanazon általános elv szerint működnek. Energiasűrű dolog elégetik, hogy hőt bocsásson ki, amely a vizet gőzzé forralja, ami egy turbinát forgat, amely áramot termel. Ennek a folyamatnak a termodinamikai korlátai („Átkozott az emelkedő entrópia!”) Azt jelentik, hogy a nyersanyagban lévő energia csak kétharmada teszi valójában a hálózatra áram formájában.

Energiaveszteség az erőművekben: Körülbelül 65%, vagyis 22 kvadrillió Btus az Egyesült Államokban 2013-ban

Ez a grafikon a különböző típusú erőművek fűtési hatékonyságát mutatja. Minden típusú erőmű nagyjából azonos hatékonysággal rendelkezik, a földgáz kivételével, amelynek hatékonysága az utóbbi években a kombinált ciklusú erőművek hozzáadásával javult. (A szénhatékonysági vonal közel azonos az atomenergiával, és lila színben nyeli el).

2. lépés: A villamos energia mozgatása - továbbítás és elosztás

Legtöbbünk nem közvetlenül egy erőmű mellett él. Tehát valahogy áramot kell juttatnunk az otthonainkba. Ez úgy hangzik, mint az elektromos vezetékek munkája.

Terjedés

Először is, a villamos energia nagy távolságú, nagyfeszültségű távvezetéken halad, gyakran mérföld és mérföld országszerte. Ezekben a vezetékekben a feszültség több százezer volt lehet. Nem akarsz rendetlenkedni ezekkel a sorokkal.

Miért ekkora feszültség? A kérdés megválaszolásához felül kell vizsgálnunk néhány középiskolai fizikát, mégpedig Ohm törvényét. Ohm törvénye leírja, hogy a villamos energia mennyisége és jellemzői - feszültség, áram és ellenállás - hogyan függenek össze. Erre sül ki: A veszteségek skálája a négyzet egy vezeték áramáról. Ez a négyzet tényező azt jelenti, hogy az áram apró ugrása nagy veszteségeket okozhat. A feszültség magas szinten tartása lehetővé teszi az áram és a veszteségek alacsony szinten tartását. (A történelem-furfangoknak: Ezért az AC nyerte az áramlatok harcát. Köszönet, George Westinghouse.)

Jordan Wirfs-Brock/Inside Energy

Az elektromos vezetékek megereszkedése tulajdonképpen a tervezésüket korlátozó tényező. A mérnököknek ügyelniük kell arra, hogy ne kerüljenek túl közel a fákhoz és az épületekhez.

Ha ez az áram elvész, hova megy? Hő. Az oda-vissza mozgó elektronok összeütköznek, és ezek az ütközések felmelegítik az elektromos vezetékeket és a körülöttük lévő levegőt.

Valójában hallhatja ezeket a veszteségeket: Az a recsegő hang, amikor egy adótorony alatt áll, elveszett áram. Láthatja a veszteségeket is: Figyelje meg, hogy a villanyvezetékek középen megereszkednek? A gravitáció egy része. De a többi elektromos veszteség. A hő, hasonlóan az elveszett áramhoz, a fémvezetékeket is kibővíti. Amikor megteszik, megereszkednek. A villanyvezetékek lanyhábbak és szivárgóbbak a forró napokon.

terjesztés

A nagyfeszültségű távvezetékek nagyok, magasak, drágák és potenciálisan veszélyesek, ezért csak akkor használjuk őket, ha az áramnak nagy távolságokat kell megtennie. A szomszédságában lévő alállomásokon az áram kisebb, alacsonyabb feszültségű villanyvezetékekre vezethető le - ilyenek a faoszlopokon. Most több tízezer voltról beszélünk. Ezután a transzformátorok (az ezeken a pólusokon ülő doboz alakú dolgok) még jobban lecsökkentik a feszültséget, 120 voltra, hogy biztonságos legyen a házba való belépés.

Általában a kisebb elektromos vezetékek nagyobb relatív veszteségeket jelentenek. Tehát annak ellenére, hogy a villamos energia jóval messzebbre juthat a nagyfeszültségű távvezetékeken - több tucat vagy száz mérföld -, a veszteség alacsony, két százalék körüli. És bár a villamos energiája néhány mérföldet vagy kevesebbet haladhat alacsony feszültségű elosztóvezetékeken, a veszteségek nagyok, körülbelül négy százalékosak.

Energiaszállítás és elosztás során vesztett energia: Körülbelül 6% - 2% az átvitelben és 4% az elosztásban - vagy 69 billió Btus az Egyesült Államokban 2013-ban

Ez a grafikon az átvitel és az elosztás során elvesztett villamos energia átlagos százalékos arányát mutatja államok szerint, 1990 és 2013 között. Idaho kivételével a legkevesebb veszteséggel rendelkező államok mindegyike vidéki, és a legnagyobb veszteséggel rendelkező államok sűrűn lakottak.

Érdekes tény: Az átviteli és elosztási veszteségek általában alacsonyabbak olyan vidéki államokban, mint Wyoming és Észak-Dakota. Miért? A kevésbé sűrűn lakott államokban több nagyfeszültségű, alacsony veszteségű távvezeték és kevesebb alacsonyabb feszültségű, nagy veszteségű elosztóvezeték található. Fedezze fel az átviteli és elosztási veszteségeket az Ön államában az interaktív grafikánkon.

Az átviteli és elosztási veszteségek országonként is változnak. Egyes országokban, például Indiában, a veszteség 30% -ot nyom. Gyakran ennek oka az elektromos tolvajok.

3. lépés: A villamos energia felhasználása otthonában

A közüzemi vállalatok aprólékosan mérik az erőmű veszteségeit az Ön mérőjének. Muszáj, mert minden elvesztett apró részük megeszi a lényegüket. De miután megvásárolta az áramot, és az belép az otthonába, elveszítjük a veszteségeket.

A házad és a vezetékek a faladon belül egyfajta fekete doboz, és bonyolult megállapítani, hogy mennyi áram veszik el - az áram, amelyet már fizetett. Ha meg szeretné tudni, mennyi áram veszik el otthonában, vagy meg kell becsülnie a ház kapcsolási rajzának használatával, vagy meg kell mérnie azt, hogy az összes készülékére mérőt helyez el. Ön egy energetikai gazda próbálkozik ezzel? Mondja el nekünk, szívesen hallanánk!

Energiaveszteség a falai belsejében: Nem tudjuk! Lehet, hogy elenyésző, vagy lehet még néhány százalék.

Az átviteli és terjesztési veszteségek jövője

A hálózati mérnökök olyan technológiákon dolgoznak, mint a szupravezető anyagok, amelyek lényegében nullára csökkenthetik az áramátviteli és elosztási veszteségeket. De egyelőre ezeknek a technológiáknak a költségei sokkal magasabbak, mint a közüzemi vállalatok által a meglévő forró, szivárgó villanyvezetékeik révén elvesztett pénzek.

Gazdaságosabb megoldás az átviteli és elosztási veszteségek csökkentésére, ha megváltoztatjuk az energia felhasználásának módját és idejét. A veszteségek nem állandó mennyiségek. Minden pillanatban megváltoznak az időjárás és az energiafogyasztás alapján. Ha nagy a kereslet, például amikor mindannyian működtetjük a váltóáramot a forró nyári napokon, a veszteségek nagyobbak. Ha alacsony a kereslet, mint az éjszaka közepén, a veszteségek kisebbek. A közművek kísérleteznek az elektromos felhasználás egyenletesebb elosztásának módjaival a veszteségek minimalizálása érdekében.

Ugyanez az elv vonatkozik a házadra is, amely alapvetően a saját személyes rácsod. Csökkentheti az otthoni veszteségeket, ha a villamosenergia-felhasználást egyenletesen osztja el a nap folyamán, ahelyett, hogy az összes készülékét egyszerre üzemeltetné.

A veszteségek összeadása

  • Villamos energiát termelve vesztettünk 22 kvadrillió Btu szén-, földgáz-, atomerőmű- és kőolajerőművekből 2013-ban az Egyesült Államokban - ez több, mint az adott évben felhasznált összes benzin energiája.
  • A villamos energiát az erőművekből az otthonokba és a vállalkozásokba továbbítva az átviteli és elosztási hálózaton vesztettünk 69 billió Btu 2013-ban - körülbelül ennyi energiát használnak fel az amerikaiak minden évben a ruháink szárítására.

Van ötlete egy olyan energia témához, amely szórakoztató lehet az osztályteremben? Nyújtsa be alább.

Kapcsolódó sorozat

Oktatói források
IE kérdések

Az energia tág és zavaros téma. Ebben a sorozatban az Inside Energy újságírói misztifikálják az energiabeszélgetés ennyire uralkodó nyereményét, megválaszolva kérdéseit, valamint azokat a kérdéseket, amelyekkel a helyszínen találkozunk. Mi az energiafogyasztó fejed? Küldje el az ask.insideenergy.org címre, e-mailben küldje el nekünk az [email protected] címre, vagy tweetelje az @InsideEnergyNow címre #MyEnergyQuestion hashtaggel.

  • Energia extrák
  • Energia előállítása
  • Mozgó energia
  • Az energia felhasználása
  • Videó
  • terjesztés
  • elektromosság
  • rács
  • Lost in Transmission
  • áramterv
  • terjedés
  • Wyoming

Jordan Wirfs-Brockról

Jordan Wirfs-Brock volt az Inside Energy első coloradói székhelyű újságírója. Most a San Juan-szigeteken él, de még mindig segít nekünk. Amikor nem vívja az adatokat, élvezi a hegyek fel és le futását, doodlingozást, társasjátékokat és sört főzni.