W POSZUKIWANIU ENERGII ELEKTRYCZNEJ NA PUSTKOWIACH
Celem niniejszego opracowania jest przybliżenie czytelnikom sposobów uzyskania energii elektrycznej w sytuacji - eufemistycznie to nazwijmy - upadku ludzkiej cywilizacji technicznej. Nie będą tu omawiane rozwiązania znane z filmów fantastycznych, czy choćby z samego Fallouta. Nacisk zostanie położony na metody ogólnodostępne, co nie znaczy, że tanie.
W dzisiejszych czasach produkcja energii elektrycznej to skomplikowany proces technologiczny. Wymagania stawiane przez odbiorców prądu (dostępna moc, stałość i "kształt" napięcia) powodują, że jedynym miejscem, gdzie efektywnie można go wytwarzać, są elektrownie przemysłowe. To rozbudowane przedsiębiorstwa zatrudniające masę ludzi, którzy mają za zadanie zapewnienie nieprzerwanego i stałego działania turbogeneratorów. A jest to o tyle ważne, że elektrownia nie może być wyłączona ot, tak sobie, bo np. jeden z pracowników chciałby pójść na piwo. Ogromne, wirujące masy nagrzane do wysokich temperatur są chyba wystarczającym dowodem na to, że przemysłowa produkcja energii, to proces wymagający wręcz delikatnej uwagi oraz precyzji. Zaś równie odpowiedzialną instytucją są sieci przesyłowe, które umożliwiają odbiór i wysłanie energii w dowolne miejsce w kraju
Aby pokazać, jak skomplikowany logistycznie jest to problem, sprawdźmy ile paliwa trzeba dostarczyć do bloku energetycznego w elektrowni Bełchatów, zasilanej węglem brunatnym. Taki blok posiada moc 360 MW, co, w uproszczeniu mówiąc, pozwoliłoby nam na zasilenie 3 600 000 (trzech milionów sześciuset tysięcy) stuwatowych żarówek. Zakładamy:
Otrzymamy zużycie paliwa wynoszące 111 kg/s. Na godzinę da to nam prawie 400 ton. Dziennie jest to 9600 ton węgla. Zakładając, że pojemność typowej węglarki wynosi 60 ton, otrzymamy liczbę 160 wagonów z paliwem, jakie musi być dostarczone do jednego bloku takiej elektrowni.
Ufff!
W elektrowni atomowej aż takich liczb nie uświadczymy. Pojawiają się za to problemy z obsługą i zabezpieczeniem paliwa, i tym, co z niego radioaktywnego pozostało. O hydroelektrowniach możemy zaś powiedzieć, że do ich działania jest wymagana odpowiednia ilości wody. A i wpływ, jaki wywierają na środowisko (tereny zalewowe) jest nie do zlekceważenia.
Ale nie będziemy się tu rozwodzić nad tym, jak współcześnie produkować energię elektryczną dla masowego odbiorcy. Naszym problem jest to, że znaleźliśmy się w świecie zniszczonym przez - dajmy na to - nuklearną pożogę i chcemy skombinować sobie trochę prądu, aby uruchomić golarkę i się przystrzyc. W końcu zawsze warto dobrze wyglądać, spotykając się oko w oko z mutantem, czy innym Dzieckiem Pustkowi. No i nie wspomnę o naszej kobiecie, której humor na pewno by się poprawił, gdyby zaczął działać jej ukochany depilator.
Co znajdziemy w ruinach?
Najprostszym źródłem energii, jakie można zdobyć w sytuacji opisanej powyżej będą baterie i ogniwa elektryczne, znajdujące się w kioskach, sklepach, czy innych magazynach towarowych. Obecnie na rynku mamy całe mnóstwo różnych, jednorazowych ogniw elektrycznych. Popularne manganowe, droższe, ale pojemniejsze alkaliczne i przeznaczone głównie do zasilania urządzeń małej mocy, ogniwa litowe.
Takie baterie potrafią dostarczyć nam napięcia o nominale 1,5V (litowe 3V) przy wydajności prądowej wahającej się od 180mAh (najtańsze, zwykłe baterie) do 1700mAh (alkaliczne). Wydajność zależy też od pobieranego prądu - czym jest mniejszy, tym jest ona większa. Czy można jakoś wykorzystać takie źródło energii? Owszem, choć zasilimy z niego urządzenia niewymagające dużej mocy - jak sprzęt elektroniczny, czy silniki elektryczne małej mocy. Czyli mówiąc w skrócie radio, lub inne urządzenie działające na bateryjne zasilanie. Gorzej z golarką, czy depilatorem...
Dodatkowo należy tu wspomnieć, że każde ogniwo elektryczne ma określony okres używania, wynikający z procesu samorozładowania. Na przykład dobre baterie alkaliczne mają samorozładowanie wynoszące 8% pojemności w skali roku, co daje im gwarancję użyteczności na kilka lat. Jednak proces ten może bardzo się zmienić w wyniku niekorzystnych warunków przechowywania ogniw. Im wyższa temperatura, tym proces samorozładowania radykalnie przyspiesza. Przykładowo - w temperaturze +60 stopni Celsjusza bateria może stracić 10 ¸ 15% pojemności już po dwóch tygodniach. Z drugiej strony, używanie ogniw w temperaturach poniżej zera może zmniejszyć ich pojemność 2 - 5 krotnie.
Wiemy już, że wykorzystując ogniwa elektryczne zasilimy z nich urządzenia o niedużym poborze prądu. Mroki nocy rozświetlą się, gdy zostaną one włożone do środka latarek, lamp, czy innych bajerków wytwarzających światło. Ale jak zdobyć więcej prądu?!i
Robimy włam do bryki
Otwierając maskę samochodu natkniemy się na ważny dla jego działania element zwany akumulatorem. "Dlaczego akurat do samochodu?" - ktoś spyta. Bo tak się złożyło, że miejscem, w którym akumulator jest najpowszechniej używany, jest właśnie samochód. Choć nie tylko. Ale po kolei.
Akumulator to urządzenie, który pozwala na wielokrotne gromadzenie i oddawanie energii elektrycznej, wykorzystujące do tego reakcje elektrochemiczne, zachodzące między elektrolitem a elektrodami. Podstawowymi typami są akumulatory kwasowe (samochodowe i żelowe), zasadowe oraz litowo-jonowe.
Akumulatory stosowane w samochodach (także w motorach) to urządzenia pozwalające na gromadzenie energii sięgającej kilkuset Ah (ampero godzin). Jak widać, jest to o wiele wydajniejsze źródło energii elektrycznej niż ogniwa elektryczne. Jednak typ stosowany pojazdach wymaga odpowiedniej konserwacji i użytkowania, z uwagi m.in. na żrące właściwości elektrolitu. Bardziej funkcjonalnym rozwiązaniem jest akumulator żelowy, w którym niebezpieczny elektrolit został zastąpiony żelem. Takie akumulatory mają jednak mniejszą pojemność i są wykorzystywane w urządzeniach stacjonarnych.
Akumulatory zasadowe są stosowane do zasilania elektronicznych urządzeń przenośnych. Mogą więc dobrze zastąpić ogniwa elektryczne w przypadku większego zapotrzebowania na prąd. No i są wreszcie akumulatory litowo-jonowe, używane w nowoczesnych urządzeniach elektronicznych, jak laptop, czy telefony komórkowe.
Napięcie, jakie dostarczają akumulatory wynosi: 12V w przypadku kwasowych akumulatorów samochodowych i żelowych, 1,2V dla zasadowych i 3,6V w przypadku litowo-jonowych. Akumulator, przy odpowiednim oprzyrządowaniu, może być bardzo elastycznym źródłem energii. Wykorzystując przetwornicę, ze stałego napięcia 12V możemy uzyskać sieciowe napięcie zmienne 220V, co pozwala na zasilenie większej grupy urządzeń. Przy odpowiedniej dozie posiadanych zdolności elektronicznych, można zaś skonstruować wysokosprawną przetwornicę impulsową, która uczyni z naszego akumulatora źródło napięcia o różnej wartości, dopasowane do potrzeb.
Jednak energia w akumulatorze ulegnie kiedyś wyczerpaniu. Napięcie zmniejszy się tak, że nic nie będzie chciało działać i nawet najbardziej wyrafinowana przetwornica impulsowa nie "wyczaruje" nam dodatkowych woltów. Jak rozwiązać ten problem?
Jak naładować z powrotem to cholerstwo?
Z mitologii greckiej znamy róg obfitości, który był niewyczerpanym źródłem różnych przysmaków i smakołyków. No, ale to mitologia, a w prawdziwym życiu tak różowo już nie jest. Chcąc "coś" mieć najpierw trzeba "coś" włożyć. Chodzi tu oczywiście o akumulator, który po wyczerpaniu zawartej w nim energii powinien być z powrotem naładowany.
Każdy typ akumulatora ma określoną trwałość, mierzoną liczbą cykli: ładowanie-rozładowanie. Dla kwasowych wynosi to około 500, dla zasadowych i litowych - 1000 cykli. No i jeszcze, wspomniany przy ogniwach elektrycznych, proces samorozładowania. Najszybciej potrafią się tak "zepsuć" akumulatory zasadowe, w których samorozładowanie może miesięcznie dochodzić do 50% straty pojemności. Dla kwasowych jest to do 15%, w przypadku litowych od kilku do 10%. Widać więc, że do zasilania "odpowiedzialnych" urządzeń powinno się używać akumulatorów litowych.
Ale wracajmy do kwestii ponownego naładowania akumulatora. Jest to dość prosta czynność. Podłączamy akumulator do ładowarki, a ładowarkę do gniazdka sieci elektrycznej. No tak, tylko, że w sieci nic nie płynie...
Tu w sukurs mogą przyjść nam odnawialne źródła energii. A mianowicie energia słoneczna i wiatrowa. Przy odrobinie wprawy i umiejętności technicznych można nawet samodzielnie zmontować prostą ładowarkę słoneczną. Tylko, że uzyskane w ten sposób urządzenie pozwoli nam tylko na, w miarę sprawne, ładowanie małego akumulatorka zasadowego - popularnego paluszka. Jeśli mamy trochę pieniędzy, to z dużym wyprzedzeniem kupmy sobie zestaw ogniw słonecznych, który zapewni nam produkcję energii elektrycznej. Oczywiście w takiej ilości, która naładuje nasz akumulator, zanim nastąpi jego rozładowanie.
Chyba, że...
Elektrownię masz ty - mam i ja
Jedno słowo i wszystko staje się jasne - agregat prądotwórczy. Gdy posiadamy takie urządzenie, w niepamięć odchodzą wszelkie troski związane z produkcją energii elektrycznej. Już nie trzeba włamywać się do kiosków, sklepów elektronicznych, czy wyjmować akumulatory z samochodów. Korzystając z agregatu uzyskujemy zmienny prąd elektryczny o napięciu 230V, co już bardziej przybliża nas do czasów, gdy wystarczyło włożyć wtyczkę do gniazdka i wszystko "grało".
Na rynku jest duży wybór takich urządzeń. Od małych, przenośnych, jednofazowych po stacjonarne, trójfazowe generatory prądu. Napędzane są one benzynowymi silnikami spalinowymi, jak również silnikami Diesla - kwestią jest tylko odpowiedni wybór.
Zaletą silnika benzynowego, wykorzystywanego w warunkach postapo jest to, że może być on zasilany gazem. Przy odpowiednich umiejętnościach technicznych jako paliwo można także wykorzystać biogaz wytwarzany z odchodów zwierzęcych. Znowuż silnik Diesla spali paliwo gorszej jakości, a jego serwisowanie jest prostsze, co w sytuacji upadku technicznej cywilizacji ma duże znaczenie.
Generator nie powinien być włączany i wyłączany za każdym razem, kiedy jest taka potrzeba, a chodzić w sposób ciągły (przez kilka godzin dziennie). Jednak zapotrzebowanie na energię elektryczną nie jest stałe, więc jej nadwyżki można "magazynować" w akumulatorach, co pozwoli na ekonomiczne wykorzystanie takiego źródła energii. Można sobie wyobrazić sytuację, że za dnia generator dostarcza prądu do zasilania różnych urządzeń, jak np. pompy i filtry wody oraz ładuje akumulatory. W nocy zaś z akumulatorów zasilane jest oświetlenie i sprzęt mający dostarczyć różnych rozrywek na wypalonych atomowym ogniem Pustkowiach. Takie użycie agregatu prądotwórczego skłaniać będzie do prowadzenia osiadłego trybu życia.
Pieśń przyszłości
To oczywiście nie ogniwa energetyczne, które są stosowane w Falloucie. Czegoś takiego nie ma i nie wiadomo, czy ich wynalezienie i produkcja na masową skalę będą w ogóle kiedykolwiek możliwe.
Są za to ogniwa paliwowe, czyli urządzenia generujące energię elektryczną z reakcji utleniania, stale dostarczanego do nich z zewnątrz, paliwa. Zasada ich działania polega na reakcjach elektrochemicznych zachodzących między wodorem i tlenem w specjalnej membranie, w wyniku których powstaje energia elektryczna prądu stałego oraz "odpad" w postaci pary wodnej (lub dwutlenku węgla). Ogniwa paliwowe mogą być zasilane wodorem, wówczas, co prawda, uzyskujemy dużą sprawność wytwarzania energii, jednak pojawia się problem skąd wziąć ów czysty wodór. Bo przecież nie z reakcji elektrolizy, do której skądś z zewnątrz trzeba by dostarczyć energię elektryczną.
Problem ten można łatwo rozwiązać, stosując ogniwa zasilane metanem, bądź - uwaga - metanolem. W przypadku metanu, wodór otrzyma się poprzez zastosowanie procesu reformingu parowego, czyli procesu produkcji z wykorzystaniem pary wodnej. W temperaturze z przedziału 700 - 1100 °C, w obecności metalicznego katalizatora, para wodna reagując z metanem tworzy tlenek węgla i wodór. Metanol można zaś wykorzystać w polimerowych ogniwach paliwowych, których prototypy są wprowadzane do zasilania urządzeń elektrycznych o małej mocy. Trwają także badania nad ogniwami polimerowymi o wyższych mocach, które, oprócz wytwarzania energii elektrycznej, mogą dostarczyć również energię cieplną.
Jak więc widać, źródła energii tego typu są w ciągłym rozwoju. Można się jednak spodziewać, że za jakiś czas będzie możliwy zakup takich przenośnych generatorów prądu elektrycznego. Jedynym problemem może być wówczas dokupienie falownika, który przetworzy nam prąd stały na zmienny, którym zasilana jest większość urządzeń RTV i AGD. No i kwestia paliwa, jakim może być nawet zwykły bimber.
W powyższym opracowaniu poruszono wiele sposobów wytwarzania energii elektrycznej, w sytuacji tzw. "podbramkowej". Wybuchł poważny konflikt nuklearny, dawny świat bezpowrotnie przeminął. Nam udało się bezpiecznie to przetrwać i teraz chcemy jakoś się urządzić. Do tego potrzebna będzie energia elektryczna, bez której w codziennym życiu nie mogliśmy się obejść. A w obecnej sytuacji, bardzo ułatwimy sobie życie, mogąc zasilić nią urządzenia, teraz wręcz niezbędne.
To jak? Pędzimy do sklepu i kupujemy nawet mały generator prądu elektrycznego i zbiornik na paliwo? Zdecydowanie polecam!
© 2007 Marek 'Squonk' Rauchfleisch