Sziasztok! Amit most írok, annak semmi köze az ubuntuhoz. Azért írok, mert két hónapja volt egy blog itt ubuntu.hu-n ami az Earth Hour nevű környezetvédelmi megmozdulásra hívta fel a figyelmünket. Szívesen megkeresném ezt a blogot, a beépített gugli kereső talál is valamit, de az ubuntus oldal 404-et ad. Arra viszont emlékszem, hogy többen írtátok, hogy érdekelne, mennyit számít egy ilyen Earth Hour, és hogy mi is történik, amikor lekapcsoljátok a villanyt, vagy ha sokan lekapcsolják a villanyt. Mivel többen jelezték, hogy ez érdekes, ezért remélem ez a blog megtűrhető itt, bár eléggé offtopic. Én villamosmérnöknek tanulok, nem ez a szakterületem, de megpróbálom legjobb tudásom szerint összefoglalni a lényeget úgy, hogy szakmai ismeretek nélkül is lehetőleg érthető legyen. Ezen a ponton meg is jegyezném, hogy a tartalom helyességéért semmilyen felelősséget sem vállalok. Ennek oka az, hogy senki sem lektorálta, és én magam sem néztem utána egész mélységekben, csak az emlékeimre hagyatkoztam. És mint írtam, nem ez a szakterületem, de azért feltételezem, hogy túl nagy butaságokat nem írtam. Az viszont biztos, hogy egy-két (szerintem a lényeg megértéséhez nem fontos) dolgot elhanyagolok. Aki pontos információkat szeretne olvasson szakkönyveket, én csak egy alapvető képet szeretnék adni arról, mi hogyan történik. Csapjunk is bele! Autót mindenki látott már. Van benne egy motor aminek a tengelye (valamilyen áttétellel) meghajt egy generátort. Ha volt régebbi autótok (Skoda, Lada, Trabant), annál lehetett tapasztalni, hogy ha hidegen beindítod, szépen alapjáraton elkezd pöfögni, ha felkapcsolod a lámpát, akkor a fordulat hallhatóan visszaesik. Ha lekapcsolod a fordulat újra megugrik. Hogy sokkal általánosabbat mondjak, ha elindulsz az autóval, ahogy engeded vissza a kuplungot, úgy esik vissza a fordulat. Az utóbbi jelenség arról szól, hogy a motorban előáll valamennyi mechanikai energia, aminek a nagyságától függően kialakul egy egyensúlyi fordulatszám úgy, hogy a megtermelt mechanikai energia, és a fellépő főleg súrlódás egyensúlyt tartson (triviális, hogy minél nagyobb a fordulat, annál nagyobb a surlódás). Ha felengeded a kuplungot, akkor ennek az energiának egy része az autó mozgási energiáját növeli, és további alkatrészek súrlódására, és közegellenállás leküzdésére fordítódik. Ha gyorsabban szeretnénk menni -- úgy általában -- akkor több gázt adunk. Ilyenkor több energia keletkezik a motorban. Az energiamegmaradás az autóra is igaz, így, ha azt mondom több energia keletkezik akkor azzal el is kell számolnom, hogy hová lesz. Ez is surlódásra és a mozgási energia növekedésére (gyorsulásra) fordítódik, mindaddig, amíg egy újabb egyensúlyi helyzet be nem áll. (a példában feltételezzük, hogy vízszintes (vagy legalábbis nem változó meredekségű) úton autóztunk) A generátor (lámpa felkapcsolós, fordulat visszaesős) esete ugyanez. Kezdetben a generátoron nincs terhelés, tök könnyen lehet forgatni. Ha felkapcsolod a reflektorokat, akkor a generátornak kábé 100 Joule energiát kell szolgáltatnia az izzók felé másodpercenként (100 Joule munkát végzel, ha 10kg tömeget felemelsz 1m magasra). Ezt az energiát valahonnan vennie kell a generátornak, csak a motortól veheti, tehát a tengelyét ennyivel elkezdi fékezni, kevesebb jut legyőzni a súrlódást és emiatt lassul a motor. A villamos rendszerben valami igen hasonló dolog történik. Ha csak egy erőmű lenne, akkor lényegében ugyanez. Tekintsünk tehát egy erőművet! Az erőműben egy turbina forgat egy generátort, ami váltakozó áramot állít elő 50 Hz frekvenciával. Ez a frekvencia a generátor tengelyének fordulatszámával van összefüggésben, megfeleltethető az autó motorjának fordulatszámának. Ha ezt az erőművet elkezdjük terhelni (bedugunk valamit a konnektorba), akkor a generátor az autóhoz hasonlóan elkezdi fékezni a turbinát, és az egész rendszer elkezd lassulni (csökken a fordulat, és a frekvencia). Ha pedig kevésbé terheljük, akkor gyorsulni. Persze ugyanúgy igaz, hogy ha több üzemanyagot adunk az égésnek (akár erőműről akár autóról legyen szó), akkor több mechanikai energiánk lesz, és a rendszer elkezd gyorsulni. (vagy kevesebbet, és akkor lassulni) Egy ország ellátását több erőmű biztosítja, és ezeket jó lenne tudni összekapcsolni (akár nemzetközi viszonylatban), hogy ha az egyik kimarad a többi még termeljen, és ne legyen áramszünet. Ehhez (különböző villamos megfontolásokból) az szükséges, hogy az erőművek az áramot azonos fázisban állítsák elő, azaz a generátorok tengelye egyforma gyorsan forogjon (nem, ez nem igaz. A generátorok forgási sebessége érdektelen, az előállított feszültség frekvenciájának kell azonosnak lennie, ami viszont a tengely forgásával van összefüggésben. Maradjunk annyiban, hogy valamiféle mechanikai szinkront is előírunk). Tehát nem megengedhető, hogy a generátorok össze-vissza forogjanak, és úgy állítsák elő az áramot, ahogy éppen sikerül. Éppen ezért a fordulatszámot nagyon-nagyon precízen kell tudni állítani és tartani, az összes erőműben egyszerre. A villamos hálózatnak van egy érdekes, és egyben logikus tulajdonsága, a termelt teljesítmény, és a felvett teljesímény mindig ugyanannyi. Nem lehetséges az, hogy többet termelünk, mint fogyasztunk, vagy fordítva. Az egyensúly az autós példához hasonlóan mindig beáll. Kiindulva egy egyensúlyi helyzetből, ha elkezdünk egyre nagyobb teljesítményt felvenni, akkor a frekvencia és a feszültség mindaddig csökken, amíg egy újabb egyensúly be nem áll. Ha csökkentjük a terhelést, akkor a frekvencia és a feszültség is nőni kezd. Mit jelent ez hétköznapi viszonylatban? Egy tipikus izzót tekinthetünk 60W teljesítményűnek. Ezt a lámpát rákapcsoljuk a villamos hálózatra, akkor az elkezd lassulni, és csökken a feszültsége. Mennyivel? Egy átlagos napon a csúcsterhelés 5000MW (megawatt) azaz 5 000 000 000W, ehhez hozzáadjuk a lámpánkat, és 5 000 000 060W lesz. Érezhető, hogy ez gyakorlatilag semmi, a változás annyira elhanyagolható, hogy senki sehol nem vesz észre belőle semmit. Kapcsoljuk le sokan a lámpát, az utcán is, meg mindenhol máshol. Kapcsoljunk le annyit, ogy ez már legalább megawattban mérhető legyen. Ilyenkor a rendszer gyorsulni akar, az erőművekben az u.n. szekunder szabályozás elkezd működni, és nem engedi, hogy a frekvencia nagyon megemelkedjen. Ez persze nem azt jelenti, hogy ettől a szén/gáz is lassabban ég, hanem valamilyen veszteséges úton fékezik a rendszert (nem tudom pontosan hogyan). Az üzemanyag ilyenkor már ég, a befújt szénport nem lehet kiszívni. Minél kisebb veszteséget szeretnének, ezért egyrészt csökkentik a befújt üzemanyag mennyiségét, másrészt megpróbálják az energiát más piacon eladni (szomszédos országoknak, vagy bekapcsolják az un. éjszakai áramot). Azt sajnos nem tudom, hogy egy erőműben a fordulatszabályozást hogyan realizálják. Az tény viszont, hogy a hálózati 50 Hz frekvenciát nagyon pontosan tudják tartani, az ingadozása általában +-0.05 Hz alatt marad. (tehát ilyen pontosan tartják a generátorok fordulatszámát) Lényeg a lényeg, attól, hogy lekapcsolom a villanyt nem történik semmi. Ha sokan lekapcsoljuk az üzemanyag nem fog rögtön lassabban égni, kell némi szabályozási idő. Mivel egy órán át nem világítanak a lámpák, ezért szabályozásra simán van lehetőség. Így, ha ezt eléggé sokan csinálják (és a közvilágítás is beszáll), elképzelhető, hogy tényleg kevesebbet termel egy erőmű. Egy nagy fogyasztás csökkenés esetén be kell avatkozni a termelésbe, viszont az a legutolsó, hogy az üzemanyagot csökkentik. Ha fűtöttetek már fával tudjátok, mennyire nehézkes... jól megrakjátok a kályhát, túl meleg van, leég a fa, akkor meg hideg. Itt is valami hasonló van, ezért nem követheti az égés sebessége közvetlenül a felhasználók igényeit. Vagy csak gondoljatok abba bele, hogy valamennyi üzemanyagot (szenet/gázt) már bejuttattunk a kazánba, azt már kivenni nem tudjuk, az már ott el fog égni akkor is, ha mindenki mindent lekapcsol, amit csak talál. Mint korábban írtam, a termelés/fogyasztás egyensúlyát a fizika ránk kényszeríti, a hálózati frekvenciát pedig komoly előírások szerint kell tudni tartani. Éppen ezért, minden erőmű minden napra kap egy 15 percre leosztott ütemtervet, hogy mikor mennyit kell termelni. Ez persze csak terv, ettől nap közben lehet, hogy el kell majd térni. Ennek az ütemezésre nagyon sok évi statisztika áll rendelkezésre, és ma már elég jó időjárás előrejelzés. A feladat nem egyszerű, de már jól megoldott. Szóba került Paks, mesélek egy kicsit az erőművekről is. Az atomerőművek teljesítményének szabályzása problémás. Éppen ezért ezek állandó teljesítménnyel működnek, de nem termelnek többet, mint a völgyterhelés (napi legkisebb terhelés). Paks 2000MW-ra képes, a magyarországi völgyterhelés 3500MW körül van. A szén tüzelésű erőművek egy fokkal szabályozhatóbbak, viszont az igazán gyorsan szabályozható az a gáz üzemű. Gázzal fűtött erőműveknél elképzelhető, hogy készenléti állapotból 15 perc alatt már termel a hálózaton. (szenesnél ez kábé 1 óra, atomerőműnél 2 nap... ezért nem állnak le) És akkor mivel mennyit spórolunk? A környezetvédők szeretnek széndioxidban számolni, ezért én is abban fogok. Magyarországon 1kWév = 1 tonna széndioxid, azaz, ha 1 kW teljesítményt veszel fel egy éven keresztül, az 1 tonna széndioxidot állít elő. Ebből kiszámítható, hogy egy darab 60W-os izzó óránként hét gramm CO2-be kerül. Ez a 60W izzó kiváltható egy darab 11W-os kompakt fénycsővel (energiatakarékos izzó). Egy izzó egy évben mennyit világít? Mondjuk 1500 órát (napi négy óra), ez azt jelenti, hogy ha kicseréljük energiatakarékosra évente 70 kg széndioxidot spórolunk meg. Ez ugye tízezerszer annyi, mint a villany kapcsolgatása. Igazából ez mutatja azt, hogy ez a kapcsolgatás egy látványos figyelemfelkeltés, de a valódi haszna csekély. Ennél a számításnál ráadásul azt nem is vettük figyelembe, hogy az izzónk lekapcsolását nem lehet tüzelőanyag oldalon lekövetni, az energiatakarékos izzó (főleg, ha sokan veszünk, és cseréljük ki) tartós terheléscsökkenést jelenthet, ami már bekerülhet a napi ütemtervbe. Nézzünk meg egy két grafikont is. A MAVIR publikálja a hálózat terhelését, és az archívum sokáig elérhető. Használjuk ezt ki, nézzük meg az idei és a tavalyi Earth Hour napjain, előtte és utána a terhelést. 2008: 2008. 03. 27. 2008. 03. 28. az Earth Hour napja 2008. 03. 29. 2009: 2009. 03. 27. 2009. 03. 28. az Earth Hour napja 2009. 03. 30. Látjuk, hogy nem látjuk. Én legalábbis ezeken a grafikonokon semmi olyat nem látok, amire azt mondhatnám, hogy igen, itt az Earth Hour. Erős túlzás azt mondani, hogy hűűű mennyit spóroltunk ezzel. Egyrészt azért, mert a teljes terheléshez képest elhanyagolható a változás, másrészt, ha jelentős lenne, akkor sem tudná az üzemanyagok égése ezt megfelelően lekövetni. Egyébként érdekességnek nézzétek meg idokep.hu-n hány fok volt aznap este. Nem meglepő módon, azzal sokkal inkább összefüggésben lesznek ezek a grafikonok. Szerény véleményem szerint sokkal többet tehetünk a környezetünkért, ha amit csinálunk azt rendszeresen csináljuk, és nem évente egyszer hirtelen felindulásból. Persze... ez az élet legtöbb dolgával így van. Remélem sikerült viszonylag érthetően leírnom, hogy miről is van szó. Ha kérdésetek van, azt tegyétek fel nyugodtan, igyekszem válaszolni. A helyesírási hibáimat légyszi ne hozzászólásokba írjátok, hanem privátba. //Norbi