Cegły i samochody

270819

Glina na ścianie podciętej wykopem była tak twarda, że nie można było kroić jej szpadlem. Uderzając nim, albo łomem, odłupywałem niewielkie okruchy, którymi trudno było zapełnić taczkę.

Droga miała kilkadziesiąt metrów, a ostatni jej odcinek ułożony był z desek i wiódł na zwieńczenie betonowego silosu, do którego wysypywało się urobek i polewało wodą. Po deszczu było trochę łatwiej kopać glinę, ale za to droga zmieniała się w śliski tor przeszkód. Silos nie był wielki, miał może 20 metrów sześciennych, ale jedna taczka gliny, dobyta z takim trudem, po wysypaniu była rozpaczliwie malutką kupką. Wiele, bardzo wiele było ich potrzebnych do zapełnienia betonowego dołu.

W tym czasie z drugiego silosu ładowało się do taczki, oczywiście ręcznie, glinę zmiękczoną wodą i drewnianą drogą jechało nad młynek. Był on jedynym urządzeniem mechanicznym w tej cegielni, a przypominał maszynkę do mielenia mięsa, tyle że jego gardziel bez trudu mieściła taczkę surowca. Z drugiej strony maszyna wypychała gruby jak udo bat glinianego ciasta. Miała tam stół kobieta formująca z niego cegły. Zafascynowany, ale chyba też zdumiony, patrzyłem na jej ruchy. Kantami obu dłoni ucinała niewielką porcję, wałkowała ją jakby faktycznie była ciastem, a gdy była jednolitą kulą, podnosiła nad głowę i z rozpędu wbijała w drewnianą formą; nadmiar zbierała drewnianym nożykiem. Forma była podwójna, na dwie cegły, a kiedy była pełna, kobieta chwytała ją za uszy i prawie biegiem szła na plac za nią, i tam, nachylając się, wykładała uformowane ciasto. Biegiem wracała, chwytała kawałek chleba (nie jakąś kanapkę, pamiętam chleb brany rękoma umazanymi w glinie), gryzła kawałek, i jedząc, szybkimi, automatycznymi ruchami formowała następne cegły, a za jej plecami wydłużały się szeregi szarych placków.

Po kilku dniach podsuszone placki stawiało się na sztorc, czyli na węższym boku. Pochylony, stojąc w rozkroku nad dwoma rzędami kostek gliny, drobnymi ruchami stóp powoli przesuwałem się do tyłu, jednocześnie palcami obu dłoni podnosząc kostki i stawiając je na węższej krawędzi. Po następnych kilku dniach specjalną taczką z płaską, równą skrzynią ostrożnie przewoziło się stwardniałe placki pod wiatę i ustawiało w słupki w sposób zapewniający przewiew i dalsze schnięcie.

Piec był sklepionym murowanym tunelem długości kilkudziesięciu metrów. Układało się w nim cegły do wypalenia – od ściany do ściany, od posadzki po samo sklepienie, następnie wejście zamurowywało. Wtedy do akcji wkraczała najważniejsza osoba: palacz. Nie pamiętam ile dokładnie trwał proces wypalania, ale na pewno nie jedną, a przynajmniej kilka dób. Palacz rozpalał ogień od czoła pieca, najpierw drewnem, później wsypując węglowy miał. Następnie strefę ognia przesuwał do tyłu pieca, wsypując węgiel od góry przez specjalne otwory zamykane metalowymi czapami. Żeby cegła była dobra, potrzebna była dobra glina, właściwe jej wyrobienie w ciasto, i odpowiednie wypalenie. Palacz po sobie tylko znanych niuansach w odcieniu koloru rozgrzanych cegieł wiedział, czy ich temperatura jest właściwa. Przez cały czas procesu wypalania nie opuszczał pieca. Pracował, przysiadał na ławce obok, posilał się i znowu wchodził na piec. Czasami zdrzemnął się na siedząco.

Raz jeden, pomagając mu, miałem możliwość zajrzenia do środka pieca. Minęło pięćdziesiąt lat od tamtej krótkiej chwili, ale nie zapomniałem widoku – fascynującego, pięknego i przerażającego. Przez okrągły otwór bił potworny żar, ale ognia nie widziałem. Zobaczyłem natomiast równo ułożone, błyszczące, wprost świecące kostki cegieł. Wyglądały przepięknie. Nie pamiętam, czy w tamtej chwili, czy później, pomyślałem, że wyglądają jak świecące złoto.

Kiedy ogień przeszedł do końca pieca, palacz kończył swoją wielodniową pracę noc stop, a piec stygł.

Nigdy nie pozwolono mu ostygnąć zupełnie, nawet w zimne dni było w nim okropnie gorąco. Rozbierano przednią ścianę, czekano jeszcze trochę, a gdy tylko dało się wejść do środka, cegły były ładowane na taczki i wywożone.

Pod wiatami już czekały na wypalenie następne szare, wyschnięte kostki.

W tej cegielni każda czynność była wyceniona. Ściśle określone pieniądze otrzymywało się za napełnienie silosu, za jego opróżnienie, za uformowanie cegieł i za stawianie ich na sztorc; za przewiezienie podsuszonych pod wiatę, za zawiezienie do pieca, itd. Dlatego tamta kobieta biegała w pracy, a ja po tygodniu czy dwóch zrezygnowałem. Miałem wtedy 15 albo 16 lat, i nie radziłem sobie z wysiłkiem fizycznym potrzebnym w tej pracy, w efekcie mało zarabiałem za pracę zbyt ciężką dla mnie.

W minionym tygodniu pracowałem w Żarach, niewielkim mieście w Lubuskim, blisko granicy. Zajmowaliśmy plac tuż przy wielkim pałacu. Trudno określić metraż budowli, ale swoją miarą znacznie przekracza wielkości sudeckich pałaców, a przecież i one nie są małymi mieszkankami. Żarski pałac i przylegający do niego zamek imponują rozmachem niemal monumentalnym. Nie znalazłem w internecie wymiarów całego zespołu, jednak pokusiłbym się o oszacowanie wielkości na nie mniej niż dziesięć tysięcy metrów kwadratowych. Przez niskie, okratowane okno zajrzałem do wnętrza. Zobaczyłem sklepienia i mur grubości dobrego metra.

W metrze sześciennym muru ceglanego jest 300 – 400 cegieł, a w każdej cegle jest przynajmniej jedna kropla ludzkiego potu.

Dodać powinienem wzmiankę o rozległych kosztach nie tylko finansowych i o ciężkiej pracy przy wydobyciu węgla, a wcześniej przy wypalaniu cegieł drewnem. Trudno byłoby teraz policzyć, ile trzeba było spalić drzew, żeby wypalić cegły wmurowane w ściany tego pałacu.

Patrząc na żarski pałac, ale i na mury innych wielkich i starych budowli ceglanych, wspominam tamte odległe dni mojej pracy w cegielni i myślę o kiepsko wynagradzanych ludziach pracujących w takich miejscach przez całe wieki.

Tyle jest obrazów świata, ilu jest patrzących. Mój obraz wielkich budowli ceglanych jest właśnie taki.

Jest w nim cześć dla ciężkiej pracy zwykłych ludzi.

Zacząłem pisać swój komentarz na wieść o interesach pewnego typa, który dzięki poparciu jeszcze większego, czyli mniejszego, typa, zgarnia miliony robiąc z Polski jakieś Zimbabwe, ale uznałem, że nie warto polytyką zaśmiecać tego miejsca. Tekst skasowałem, w zamian napiszę o wyższości koni żywych nad mechanicznymi.

Zdumiewa mnie bardzo często spotykana w internecie niechęć do samochodów elektrycznych. Czytam o samochodzikach na bateryjkę i o przepowiadanym krachu producentów; kraka się o awariach, o jakichś nowych zmowach, a nawet, co najbardziej mnie dziwi, wskazuje się skazy w wizerunku głównego udziałowca Tesli, firmy wiodącej w produkcji takich samochodów. Cóż może właściciela samochodu tesla lub opel obchodzić osoba grająca pierwsze skrzypce w fabryce produkującej samochód, którym jeździ?

Czytając te kasandryczne lub prześmiewcze wypowiedzi, przypomniał mi się koronny argument przeciwko samochodom spalinowym, które sporo ponad wiek temu zaczęły się pokazywać na drogach. Przeciwnicy wskazywali na możliwość ich nawalenia i w rezultacie zatrzymania się na drodze, jednocześnie podkreślając fakt dalszej podróży dorożką czy dyliżansem po nawaleniu konia. Jota w jotę te same argumenty i ta sama logika.

Firma Tesla dokonała przełomu. Pokazała, że samochód elektryczny nie musi być mało użyteczną zabawką, a normalnym samochodem użytkowym, że znajdą się na takich samochód wielkie ilości nabywców, mimo niemałej ceny. W sytuacji, gdy w salonach stoją samochody i czekają na nabywców, żeby nabyć teslę trzeba zapisać się w kolejkę. Firma Tesla przełamała zmowę producentów paliw (co do istnienia której tak na sto procent nie jestem przekonany) niedopuszczających do produkcji nowszych typów akumulatorów. Tak uważam, ponieważ sukces tej firmy, duża popularność samochodów elektrycznych, nie tylko zmobilizował innych producentów samochodów do poważnego zajęcia się produkcją elektrycznych maszyn, ale też znacznie, wielokrotnie, podniósł wartość wdrożonego do masowej produkcji akumulatora znacznie lepszego od obecnie używanych. Przed Teslą można było się zastanawiać nad wartością rynkową takiej technologii i sprzeczać o nią, teraz wiadomo, że gdy się pojawi, warta będzie ogromne pieniądze liczone w miliardach dolarów. Koncerny naftowe są bardzo zamożne, ale nie aż tak, żeby zatrzymać w sejfach proces, który zaczął się na naszych oczach.

Czeka nas niemała rewolucja w przemyśle samochodowym i w energetyce.

Ona już się zaczęła, widać ją, tylko trzeba szerzej otworzyć oczy.

Za 10, najdalej za 20 lat, doznacie zdumienia wchodząc do salonu samochodowego lub zajeżdżając na stację tankowania.

O motoryzacji i o samochodach elektrycznych

080119

Uważam, że sceptycy i przeciwnicy samochodów elektrycznych, wyszukując rzeczywiste i urojone wady tych maszyn, nie docierają do największej wady samochodów – zarówno elektrycznych, jak i spalinowych, ponieważ pojawienie się elektrycznego napędu ani na jotę nie zmniejszyło największej wady samochodów i obecnego systemu przemieszczania się.

Mój samochód, przeciętnej wielkości i pojemności, waży 1250 kg, zajmuje powierzchnię prawie ośmiu metrów kwadratowych i służy zwykle jednej osobie do przemieszczania się. Rozpędza się ponad tonę żelaza, żeby przewieźć sto kilo ładunku! Często mam świadomość rozrzutności graniczącej z ekstrawagancją, skrajnej nieekonomiczności.

Używa się tego pojazdu w ciągu paruset godzin rocznie, czyli po zsumowaniu może przez dwa tygodnie lub miesiąc, a całą resztę roku stoi zajmując miejsce. W wielkich miastach zajmuje każdy skrawek ulicy bez zakazów oraz specjalnie wybudowane garaże i wyasfaltowane place, a przed centrami handlowymi zajmuje wielkie parkingi i wielopiętrowe budynki parkingowe wybudowane ogromnymi nakładami. Toniemy w hałdach opon, w stertach starych pojazdów składanych na złomowiskach, w morzu zużytych płynów samochodowych, a naszą Ziemię pokrywamy asfaltem i betonem.

Z utylizacją pojazdów jest podobnie jak z akumulatorami: coś się robi, ale mało. Może przepisy nie są wystarczające, może kontrole zbyt liberalne, może brak finansowych zachęt ze strony władz państwowych. Widziałem nowoczesną firmę, w której specjalne maszyny rozdrabniają stare opony i oddzielają stalowe nitki (do przetopienia w hucie), a z gumy robi się tam kółka do jakichś wózków, ale też widziałem opony rzucone w lesie.

Ogromne gałęzie przemysłu zatrudniające w skali świata setki milionów ludzi i zużywające wielkie ilości cennych surowców (tutaj liczę także wodę i powietrze) służą jednemu tylko celowi: przemieszczeniu człowieka z jednego miejsca na drugie.

W tym nowoczesna elektryczna tesla ani na krok nie wyprzedza rozklekotanego starego mercedesa.

Co w zamian? Nie wiem. Nie jestem wizjonerem, nawet trudno mi wyobrazić sobie inne techniki. Chodzi mi po głowie system łatwego wypożyczania pojazdów, jak teraz rowerów w dużych miastach, ale znając wady ludzi, ich niedbałość o to, co nie ich, trudno mi wyobrazić sobie dobre funkcjonowanie takiego systemu, a poza tym on tylko zmniejszyłby ilość samochodów, zostawiając ich wady.

Słyszałem wiele zarzutów wobec samochodów elektrycznych, wśród nich jeden poważny, ten o akumulatorach. Fakt. We wszystkich, bez względu na typ, są agresywne związki chemiczne. Skąd one w urządzeniu, które ma gromadzić energię elektryczną? – może ktoś zapyta. Ponieważ my w ogóle nie potrafimy gromadzić energii elektrycznej. Akumulator w istocie jest zbiornikiem związków chemicznych, które ulegają przemianie pod wpływem prądu, a proces tych zmian jest odwracalny, to znaczy energia chemiczna może być z powrotem zamieniona w energię elektryczną.

Więc związki chemiczne są w każdym akumulatorze, także tym najstarszym, powszechnie używanym akumulatorze ołowiowym. Nie dość, że sam ołów jest szkodliwy, to jeszcze jest tam żrący, silny kwas. Tak, akumulatory są problemem, ale możliwym do rozwiązania. Chodzi o ustawy nakazujące utylizację, ale w odpowiedni sposób. Myślę tutaj o pełnym odzyskaniu większości, albo i wszystkich materiałów użytych do produkcji, co jest możliwe, chociaż może nie teraz. Nie wiem, czy były robione badania porównawcze ilości zużytego powietrza, energii, materiałów, etc., w produkcji silników spalinowych i późniejszej ich eksploatacji, a silników elektrycznych, baterii akumulatorów i produkcją prądu. Przypuszczam jednak, że już teraz korzystniej jest używać prądu nie paliwa ropopochodnego, a w bliskiej przyszłości różnica in plus wzrośnie. Przypuszczenie opieram na żywotności akumulatorów używanych w teslach: gwarancja jest na osiem lat, są już poświadczone przebiegi paru setek tysięcy kilometrów i na tej podstawie przewidywane ich funkcjonowanie do około 800 tys km przy zużyciu na poziomie 20%. To przebieg, którego nie osiągnie przez całe swoje życie większość silników spalinowych, które nim padną zużyją setki lirów płynów, więc też chemii, i filtrów, pasków, etc, czyli ponownie chemii z energią. Natomiast prawidłowo wykonany indukcyjny silnik elektryczny jest niemal wieczny, skoro dla niego milion kilometrów nie jest żadnym wyczynem; przebieg podałem nie na podstawie informacji o żywotności samochód elektrycznych, bo tyle jeszcze nie przejechały, a na podstawie doświadczeń z wielu lat eksploatacji tego rodzaju silników. W nim po prostu nie bardzo ma co się psuć. To genialna konstrukcja.
Jeszcze słów parę o gromadzeniu energii elektrycznej.
Jak wspomniałem, akumulatory zamieniają ją w energię  chemiczną, nie przechowują energii elektrycznej w stanie czystym. Znamy jedno urządzenie zdolne ją gromadzić bez przemian: to kondensator. Prosty element powszechnie używany w urządzeniach elektronicznych, ponieważ dzięki swojej zdolności gromadzenia energii używany jest do wyrównywania pulsacji napięć. Ma wielkie zalety: ładuje się błyskawicznie i dobrze znosi szybkie rozładowanie, czyli branie z niego dużego prądu, a ich konstrukcja jest bardzo prosta.
Typowy kondensator jest wielkości paluszka, duży wielkości małej puszki pepsi, kosztuje parę złotych, ale ich pojemności, czyli zdolność gromadzenia w sobie energii, jest o wiele rzędów wielkości za mała, żeby można było zasilać silnik samochodu na dystansie setek kilometrów. Potrzebne są tutaj badania, których chyba nikt do tej pory nie robił, ponieważ  w elektronice tak ogromne pojemności kondensatorów nie są potrzebne.
Po tej dygresji wracam do porównania samochodu spalinowego i elektrycznego.

Poza składem surowcowym i późniejszą utylizacją akumulatorów, cała reszta argumentów przeciw „elektrykom” jest co najmniej dziwna. Na przykład że zużywają opony i klocki hamulcowe. Tak, te samochody opony zużywają dokładnie tak samo jak pojazdy spalinowe, właściwie nawet więcej, ponieważ są cięższe, chociaż już zużycie elementów systemu hamulcowego jest dużo mniejsze, ponieważ samochody elektryczne w znacznej mierze hamują silnikiem, a dzieje się to inaczej niż przy znanym wszystkim kierowcom hamowaniem silnikiem spalinowym.

Parę zdań wyjaśnienia.

W przewodzie znajdującym się w ruchomym polu magnetycznym (albo poruszającym się w stałym polu) wytwarzany jest prąd. Tak działają prądnice, trzeba jednak wiedzieć, że gdy już w przewodzie pojawi się prąd, pojawia się też pole magnetyczne wokół niego. Mamy wtedy dwa pola magnetyczne: pierwsze, wytwarzane w zwojach drutu stojana, i drugie, wokół przewodów zamontowanych w wirniku. W prądnicy pola te działają względem siebie tak, jak przyciągające się bieguny zwykłych magnesów. Im większy jest prąd, tym silniejsze pola i tym trudniej pokręcić wirnikiem, ponieważ ten „trzymany” jest tymi polami siłowymi. Tak samo z przyciągającymi się magnesami: im będą bliżej (lub będą mocniejsze), tym ciężej będzie nam je utrzymać.
Ilekroć widzę w firmie spalinowy generator prądu, zwraca moją uwagę dysproporcja w wymiarach: wielki, huczący silnik diesla napędza trzy razy mniejszą od niego cichą prądnicę. Ale też wiem, że gdy z tej prądnicy weźmie się duży prąd, diesel, mimo swojej wielkości i mocy, zadudni i zaryczy skrajnie obciążony. Cóż właściwie tak go obciąża? Pola magnetyczne hamujące obracanie się prądnicy tym silniej, im więcej prądu z niej wypływa.

Powszechnie wykorzystuje się ten fakt w samochodach elektrycznych. System sterowania tak dobiera prąd wypływający z silnika zamienionego w chwilach hamowania w prądnicę, żeby ten z odpowiednią siłą hamował pojazd. Prąd w tym czasie wytworzony ładuje akumulatory, a będzie on tym większy, im szybciej zwalniamy, czyli mocniej hamujemy. Owszem, trwa to krótko, pojedyncze sekundy, ale prąd jest wtedy bardzo duży, więc parę kilowatogodzin się nazbiera przy jeździe ulicami miasta.
Więc pole magnetyczne nie tylko napędza pojazd, ale i go hamuje, zatem kloski i tarcze hamulcowe będą zmieniane zapewne raz na parę lat.

Reasumując: samochód elektryczny jest mniej szkodliwy i żywotniejszy od spalinowego, ale panaceum na bolączki komunikacji nie jest.

Rozwinę jeszcze sygnalizowany w poprzednim tekście temat przebudowy systemu energetycznego, przy okazji pokazując pożytki z praktycznego zastosowania tych paru wzorów, jakie starałem się obłaskawić dla czytelników.

Jak policzyć zapotrzebowanie na prąd przy założeniu, że wszystkie samochody będą elektryczne? Uważam, nota bene, że za 30 albo 40 lat tak właśnie będzie. Trzeba ustalić ile jest samochodów i ile przejeżdżają kilometrów w ciągu roku, oraz ile potrzebują energii na przejechanie kilometra.

Samochód tesla zużywa 0,2 kWh na dystansie kilometra i na tym przykładzie poprzestanę, ponieważ te samochody wyprzedziły konkurentów i jako jedyne są produkowane w dużych ilościach. Strona newsweek’a podaje ilość 599 samochodów na 1000 mieszkańców, czyli razem 22,7 mln; na innej stronie mowa jest o 15 mln ubezpieczonych samochodów (a sporo większą ilość wszystkich) i taką liczbę przyjmę, ponieważ jeśli ktoś płaci ubezpieczenie, to zapewne jeździ samochodem. Średni roczny przebieg tych samochodów, tutaj też myszkowałem trochę po internecie, przyjmę na poziomie 20 tys km. Mamy już wszystkie dane wejściowe.

Skoro przebieg roczny wynosi 20 tysięcy km, to dzienny 55 km przy zużyciu 11kWh energii (0,2kWh razy 55km).

Dzienne zużycie energii wyniesie zatem 15 000 000 samochodów razy 11kWh = 165 000 000 kWh.

Wielkie zbiory danych mają wyraźną cechę wyrównującą skrajności. W odniesieniu do tych obliczeń oznacza to, że ktoś może przejeżdżać średnio dziennie 10 km albo jeszcze mniej, inny 250 km, jeszcze inny wyjeżdżać będzie raz na tydzień ale dla przejechania tysiąca kilometrów, jednak w statystycznym ujęciu średnia wyniesie 55km. To samo dotyczy pory dnia i czasu ładowania akumulatorów. Żeby załadować do akumulatora zużytą energię 11kWh, wystarczy gniazdko domowe i czas paru godzin. Niech będzie ośmiu, chociaż przyjęty czas nie zmienia tutaj ostatecznego wyniku, ponieważ wynik nie od czasu ładowania zależy, a od ilości energii. Więc trzecią część doby akumulatory będę ładowane, czyli w każdej chwili doby w kraju ładowałoby się 5 mln samochodów, każdy mocą 1,4 kW (11kWh podzielić przez 8h), co razem daje 7 000 000 kW, czyli 7GW (gigawatów). Wynik uzyskany z pomnożenia ilości samochodów przez moc ładowania każdego z nich.

Dokładnie taki sam wynik uzyska się zakładając ładowanie całodobowe, czy szybkie ładowanie w specjalnych punktach ładowania, ponieważ ile razy zmniejszy się czas ładowania, tyle razy zwiększy się potrzebna moc, a wtedy w odpowiedniej proporcji zmieni się ilość jednocześnie ładowanych samochodów. Wynik będzie taki sam także wtedy, gdy założy się, iż właściciele ładowali akumulatory codziennie, jak i co pięć dni, ponieważ o zapotrzebowaniu na moc decyduje zużycie jednostkowe, ilość samochodów i ich dzienny przebieg, a nie okoliczności ładowania.

Więc 7GW. Tyle mocy pobierałyby w każdej chwili wszystkie samochody osobowe używane w Polsce, gdyby miały elektryczny napęd.

Największa obecnie elektrownia w Polsce ma moc 5,5 GW.

Wniosek oczywisty: aby zapewnić prąd do samochodów przy założeniu powszechności ich używania, trzeba będzie budować wielkie elektrownie i znacznie rozbudować system przesyłania energii.

Ta największa elektrownia to Bełchatów, największy w Polsce i w Europie truciciel, elektrownia opalana węglem brunatnym. Budowa drugiego Bełchatowa nie jest możliwa w obecnych czasach, pora więc zwrócić oczy na… atom. Jeśli już o tym piszę zauważę, iż nie wykorzystujemy należycie możliwości wody, co prawda niewielkich w naszym kraju, ale jednak istniejących. Elektrownie wodne są zapewne równie kosztowne w budowie jak węglowe, ale pracują bez kominów. Ta sama uwaga dotyczy wiatraków i paneli słonecznych. Trzeba jednak mieć świadomość skali potrzeb, do których dodać jeszcze należy dalekie plany oświetlenia głównych polskich dróg. Wszystkie wiatraki, turbiny wodne i panele razem wzięte nie zapewnią tak wielkich ilości energii.

Słowo wyjaśnienia o jednym z czynników zwiększających ostateczny wynik. Chodzi o sprawność operacji ładowania akumulatorów. Żeby akumulator został w pełni naładowany, trzeba zużyć nieco więcej energii niż wynosi jego pojemność, ponieważ operacja ta nie ma stuprocentowej sprawności, czyli po prostu ładowane akumulatory tracą troszkę energii grzejąc się. Doliczyć trzeba kolejne kilka procent.

Czy jestem fanem tesli? Nie. Jestem fanem napędu elektrycznego, a w tesli to i owo nie podoba mi się. Nie jestem też zwolennikiem elektrowni atomowych z podobnych powodów, dla których nie jestem zwolennikiem używania silników spalinowych. Mimo całego wyrafinowania technologicznego, silnik spalinowy nadal jest prymitywny, co wynika z samej idei jego działania. Gdy patrzę na dziesiątki rurek, zbiorniczków, złączek, pasków, całego tego oprzyrządowania, w istocie widzę rezultat stuletnich prób uczynienia konstrukcji jako tako sprawnej mimo wielkiej wady wrodzonej. Nawet uwierzyliśmy w nasze wysiłki, zachłystując się wyrafinowanym wyposażeniem garnka do spalania paliwa, którego pokrywa kłapie podnoszona spalinami i jej ruch napędza nasz pojazd. To tak, jakbyśmy gęsie pióro oprawiali w złoto, wyposażyli w mikroprocesor i przechowywali w eleganckim etui wierząc, że dzięki tym zabiegom mamy idealny przyrząd do pisania.

Z drugiej strony mamy prawo materii, prawo tego świata: wzajemne przyciąganie lub odpychanie się pól magnetycznych. I to wszystko. Bez paleniska i dymu, bez zębatek, wałów, wtrysków i tłoków.

Podobnie widzę współczesne elektrownie atomowe: wielce rozbudowana i w wyrafinowany sposób nadzorowana konstrukcja, w której ciepło reakcji jądrowych ogrzewa wodę czyniąc z niej parę, a ta napędza łopatki turbiny, czyli odmiany silnika parowego. Ten z kolei napędza prądnicę. Tak jak w przypadku silnika spalinowego, jest tutaj połączenie współczesnego wyrafinowania technologicznego z prymitywizmem. Silnik parowy zasilany reaktorem jądrowym!

Nie potrafimy w sposób bezpośredni uzyskać energii elektrycznej z procesów atomowych, więc musimy posiłkować się silnikiem parowym. Niewiele przesadzę gdy powiem, że ta technologia przypomina wbijanie gwoździa laptopem.

Z najnowszym procesorem, oczywiście.

Jednak na „atomy”, jak i na „elektryki”, jesteśmy skazani i nasze wybrzydzanie nic tu nie zmieni. Dla zobrazowania skali potrzeb jeden tylko przykład z ogniwami słonecznymi. Dane panelu wziąłem ze strony www.baltic-energy.pl

Żeby było jak najkrócej: jeden panel o powierzchni 1,7 metra kw wytworzy rocznie 250 kWh. Czy to dużo? Wystarczy do całorocznego (bez wyłączania) świecenia się trzech ledowych żarówek średniej wielkości (przyjąłem łączną ich moc 30W). Tyle trzeba do dobrego oświetlenia większego pokoju. Taka ilość energii kosztuje około 140 zł.

Hektar ogniw (kwadrat o boku 100 m) wytworzy 1 500 000 kWh, czyli 1500 MWh rocznie, a gdy cały kilometr kwadratowy zastawimy ogniwami, rocznie mieć będziemy 150 000 MWh. Skoro rocznie tyle, to dziennie 410 MWh, czyli 410 000 kWh. Pamiętacie, ile dziennie zużywałyby samochody elektryczne? Przypomnę: 165 mln kWh. Żeby uzyskać taką moc z ogniw, należałoby ustawić je na powierzchni 402 kilometrów kwadratowych. Zajęłyby kwadrat o boku 20 kilometrów. Hmm, w sumie… czemu nie?

Wolałbym 400 km naszego kraju pokryć ogniwami niż budować wielką elektrownię jądrową, ale… Poważne ale. Ogniwa dają prąd gdy świeci słońce, elektrownia całą dobę. Magazynować energię? Potrzebne byłyby gigantyczne, nierealnie gigantyczne, baterie akumulatorów. Ogniwa słoneczne są dobre i potrzebne jako źródło prądu w domach. Może dzięki nim trzeba będzie postawić jeden lub dwa reaktory jądrowe mniej.

Na koniec ważna dla mnie uwaga: nie opieram swoich poglądów (ani obliczeń) na treści paru przeczytanych artykułów w internecie, a na własnych wieloletnich obserwacjach i przemyśleniach, lub na długich chociaż amatorskich studiach – jak na przykład w przypadku ewolucji. Natomiast elektryki uczyłem się w szkole i wiedzę tę często wykorzystuję i pogłębiam w pracy.

Wielcy bracia i Bach

040119

Jednak nie o górach będzie tekst, a o wielkich braciach. Jakich? Już piszę.

Wczoraj czytałem wpis na zaprzyjaźnionym blogu, i nagle, zaciekawiony podaną nazwą wioski, otworzyłem mapy googli i rozejrzałem się po okolicy. Uświadomiłem sobie, że bez trudności mógłbym zlokalizować dom blogerki i z kosmosu zajrzeć na jej podwórze i do komina. Nie zrobiłem tego uznając, że nie wypada. Może też z powodu wspomnienia tekstu z innego blogu, prowadzonego przez kobietę bardzo strzegącej swojej anonimowości. Mieszkając w Beskidach, w publikowanych tekstach zmieniła nazwy miejscowości i szczytów, a nawet swoje imię. Nie pomogło. Któregoś dnia dostała na prywatną skrzynkę zdjęcie swojego domu zrobione z podwórza. Była wielce oburzona, czemu trudno się dziwić, ale w zasadzie nie należy się dziwić, o czym niżej jeszcze napiszę.

Dzisiaj dostałem wiadomość od googli, było w niej coś o listach w mojej skrzynce pocztowej, a nie pamiętam, żebym upoważniał firmę do takich działań. Gdy otworzę mapy googli, ich system już wie, gdzie jestem; owszem, funkcję można wyłączyć, ale też można zapomnieć o takiej możliwości, albo włączyć ją niechcący. Odnoszę też wrażenie, że tego rodzaju funkcje jakby „same” się włączały. Bywa też inaczej, gorzej: włączamy dla swojej wygody, tym samym rezygnując z części prywatności.

Zatrzymujemy się na ulicy i pytamy googli, gdzie jest najbliższa pizzernia, a amerykański kolos pochyla się nad naszą drobną sprawą i za darmo udziela nam informacji. Niewątpliwie z dobroci serca.

Jeśli już jestem przy googlach zauważę, iż firma ta udostępnia sporą przestrzeń na swoich twardych dyskach i to za free. Dlaczego? Oczywiście nie znam tajników jej polityki, mogę tylko domniemywać, iż planem długofalowym jest przykucie ludzi do usług firmy. Chodzi o wyrobienie w nas odruchu: jeśli potrzebujemy jakiejkolwiek informacji albo usługi dostępnej przez internet, mamy bezrefleksyjnie, odruchowo, kliknąć na google. Co dalej? A na przykład słuchanie muzyki bezpośrednio pobieranej z internetu, co z jednej strony jest wygodne i tanie, z drugiej jest informowaniem nie wiadomo kogo o naszych upodobaniach.

W jednej z tysięcy serwerowni stojącej nie wiadomo gdzie przechowywane są informacje o moich poczynaniach w internecie. Jeden z powodów znam, ale coraz częściej przychodzi mi do głowy, że są i inne: oglądałem buty górskie, albo kupiłem coś, a później bombardowany jestem reklamami podobnych produktów. Z reguły reklamy trafiają jak ta kula, co utkwiła w płocie, ale będą celniejsze, a cel mają jeden: udane namówienie na zakupy, czyli wiedza o mnie. O moich potrzebach i upodobaniach!

Niedawno oglądałem film na youtube o samochodach tesla, to mój nowy konik. Zbulwersowany właściciel samochodu opowiadał o ciekawej i wielce znamiennej przygodzie. Otóż w jego samochodzie przestała działać funkcja szybkiego ładowania akumulatorów, a że zna się, zajrzał w głąb komputera samochodu i tam dowiedział się, że funkcję zdalnie wyłączył producent pojazdu. Ot, tak po prostu, niewątpliwie mają swoje argumenty uprawniające.

Tutaj uwaga będąca dopiskiem do poprzedniego tekstu: tesle mają stałe połączenie z internetem, do użytku właściciela, ale i producenta oraz, ewentualnie, serwisu. Dzięki mnogości czujników, serwisant siedząc u siebie w biurze (a biuro może być za rogiem lub na drugim kontynencie) może zapoznać się ze stanem technicznym pojazdu oraz zdiagnozować usterki. Może też uprzedzić kierowcę o konieczności naprawy lub przeglądu, a wbudowany GPS ze specjalnym programem wskaże, gdzie jest najbliższy warsztat napraw albo ładowarka.

Jest jednak druga strona tego złotego medalu dwudziestego pierwszego wieku: zdalnie można zrobić z samochodem właściwie wszystko, można też dowiedzieć się, co się aktualnie z nim dzieje i gdzie jest. Producent raczej nie będzie wykorzystywać tej wiedzy w niecnym celu (dlaczego użyłem słowa „raczej”, już wyjaśniłem), ale skoro medium łączącym jest internet, może poznać te informacje każdy, kto będzie wiedzieć jak to zrobić – w niekoniecznie dobrym celu.

Nieodległe są czasy, gdy będąc w podróży trzeba było jeździć po obcym mieście w poszukiwaniu sprawnego automatu telefonicznego, albo gdy stało się w długiej kolejce przed bankowym okienkiem, w czym celował PKO BP. Teraz każdy ma telefon i już nie pamiętamy o serii nieudanych prób dodzwonienia się do innego miasta, a przelew zrobimy w każdym miejscu i o każdej porze w ciągu minuty. Przykład tesli pozwala snuć fantazje (częściowo już realizowane) o nowych usługach i wygodzie wspinającej się na kolejne piętra supernowoczesności, jeszcze parę lat temu dostępnej tylko w opowiadaniach science fiction.

Jednak postęp ten ma swoją cenę.

Z jednej strony wygoda i szybkość zdobywania informacji oraz usług, z drugiej coraz mniej prywatności i naprawdę naszych decyzji.

W postscriptum napiszę o kierowcach, którzy jadąc według wskazówek systemu GPS, wjechali do wykopu albo do rzeki. Każdy z nas słyszał o takich zdarzeniach, nieprawdaż? Zwykle myślimy wtedy „a to gamoń!” albo coś podobnego. Gamoń owszem, ale dlaczego? Dlaczego człowiek mogąc spojrzeć przed siebie i zobaczyć koniec jezdni, nie robi tego patrząc na ekranik urządzenia prowadzącego lub słucha tylko poleceń głosowych? Powód jest powszechnie znany, tylko chyba za mało się nad nim zastanawiamy: doszliśmy do miejsca, w którym bywa, iż bardziej wierzymy elektronice niż swoim zmysłom.

Proces ten będzie narastać. Oczywiście w wielu przypadkach musimy zawierzyć mając swoje nieprzekraczalne ograniczenia umysłowe i zmysłowe, jednak nie zawsze. Inaczej mówiąc: nasza technika ogłupia nas.

Czasami wydaje mi się, że tak jest wygodniej dla wielkich korporacji. Mamy być specjalistami w coraz węższych dziedzinach i konsumentami. A co mamy konsumować, podpowiedzą nam, propozycje podsuwając pod nos.

Postscriptum II

Będąc w domu, miałem przyjemność wysłuchania preludium C-dur Bacha w wykonaniu syna; ponieważ jest kilka preludiów tej tonacji, podaję numer katalogowy: BWV 846.

Utwór ten zauroczył mnie już po pierwszym wysłuchaniu i teraz, po latach, czaruje mnie nadal. Trudno powiedzieć, żeby miał konkretną, wyraźną melodię, to raczej przekształcane akordy, ale jakże pięknie! Dźwięki płyną swobodnie, a przy tym delikatnie, i unoszą słuchającego gdzieś daleko, daleko...

Tutaj jest ładne wykonanie, aczkolwiek nie mojego syna. Posłuchajcie.

Samochody elektryczne

271218

Prąd elektryczny. Energia, z której korzystamy wszędzie, na każdym kroku, i od tak dawna, że właściwie przestajemy dostrzegać ją i jej właściwości. Ot, po prostu jest i już. Tak, jest, ale jeśli na tym poprzestaniemy, to chyba tylko dlatego, że wyobraźni nam brakuje, albo przyzwyczajenie odebrało nam zdolność dziwienia się. Nie będę się tutaj rozpisywać, mimo iż temat jest mi znany i fascynuje mnie, zwrócę tylko uwagę na parę aspektów, które razem wzięte czynią energię elektryczną tajemniczą i magiczną, mimo wszystkich wzorów i definicji. Wszak ta energia nic nie waży, nie wydziela aromatu ani dźwięku, nie jest widoczna nawet pod lupą. Przewody, którymi płynie prąd, wyglądają dokładnie tak samo, jak te bez prądu. To energia, którą łatwo przekształcić w światło równe słonecznemu i w ciepło mogące topić skałę i stal; to energia, którą można przesyłać na wielkie odległości, a do tego nie są potrzebne skomplikowane rurociągi, jak przy przesyłaniu gazu czy ropy, tylko metalowy przewód, zwykły drut. Używana energia elektryczna nie pozostawia żadnych spalin, żadnych odpadów czy popiołów.

To najdoskonalsza znana nam energia.

Dwieście lat temu pewien wynalazca zauważył powstawanie tajemnej energii w przewodzie poruszającym się w pobliżu magnesu. Nie wiedział wtedy, że odkrywa prawa fizyki, których praktyczne zastosowania wkrótce zaowocują mnóstwem wynalazków i zmienią codzienność ludzi na świecie.

W toku badań, które wtedy zapewne uznawane były na ciekawostki nie mogące mieć żadnego praktycznego zastosowania, odkryto także, że przewód którym płynie prąd, jest wypychany z pobliża magnesu. To odkrycie legło u podstaw działania silników elektrycznych. Zauważono, że pole magnetyczne można wytworzyć prądem, że łatwo spowodować wirowanie biegunów tego pola, że w jego centrum można wstawić ośkę z przewodami, która będzie się kręcić ciągniona przez kręcące się pola magnetyczne. To tak, jakby bawiąc się magnesami, tak kręcić jednym, żeby ciągnął za sobą drugi magnes, zamknąć kręcenie w pętlę, ale nie pozwolić zetknąć się obu magnesom.

Dwieście lat temu powstało nieprześcignięte do tej pory inżynierskie cudo: silnik indukcyjny. To maszyna zdolna napędzać inne maszyny, pracująca niemal bezgłośnie, nie wytwarzająca zanieczyszczeń ani wibracji, bajecznie prosta, ponieważ złożona z kilku ledwie elementów, maszyna, w której następuje bezpośrednia zamiana jednej energii w drugą, bez czynników pośredniczących, jak para czy spaliny w silnikach parowych i spalinowych, a więc maszyna przekształcająca niemal bez strat energię elektryczną w energię mechaniczną. Ot, po prostu przewód z prądem wypychany jest z pola magnetycznego...

Silniki te są niewielkie w stosunku do swojej mocy, a za to wielkiej trwałości. Prawidłowo zbudowany i eksploatowany silnik elektryczny, a zwłaszcza indukcyjny silnik elektryczny, może pracować dziesiątki lat, co w przełożeniu na przebieg samochodu oznacza przejechanie setek tysięcy i milionów kilometrów, ponieważ jest bajecznie prosty; dość powiedzieć, że ma tylko dwa łożyska i żadnych zębatek. Silnik elektryczny ma duży moment obrotowy od startu, czyli od zerowej prędkości obrotowej, podczas gdy silnik spalinowy musi mieć określone obroty żeby ciągnął, a to oznacza, że silnik elektryczny może pracować bez skrzyni biegów i bez sprzęgła. Przy tej okazji wyjaśnię, że moment obrotowy to parametr właściwie ważniejszy od mocy, a określa on zdolność obracania się silnika pod obciążeniem. Bezpośrednio od tego parametru zależy zdolność przyśpieszania pojazdu. Silnik indukcyjny zbudowany jest z metalowej rury będącej jego obudową, we wnętrzu której są zamocowane cewki, czyli zwoje drutu miedzianego. Wirnikiem, czyli elementem obrotowym, jest oś z pakietem specjalnych blach z wmontowanymi w nie drutami. Do kompletu dochodzą wspominane łożyska umożliwiające skręcenie się wirnika. I to wszystko. Nie ma systemów chłodzenia z wieloma rurkami, czujnikami, pompą, chłodnicą, zbiornikami, itd. Nie ma rozrządu z krzywkami, popychaczami, zaworami i ich gniazdami, nie ma dziesiątków zębatek, wałów korbowych z ciężarami wyrównującymi obroty i gaszącymi drgania, nie ma tłoków, pierścieni, wtrysków, pomp olejowych i bardzo skomplikowanego systemu kanałów doprowadzających ten olej do wszystkich mechanizmów silnika. Nie ma układu wydechowego, czyli rur wyrzucających spaliny w atmosferę. Raz użytych i wyrzuconych jako już niepotrzebnych pozostałości po paliwie uzyskiwanym z bardzo cennej substancji, jaką jest ropa naftowa. Siniki elektryczne ważą kilkakrotnie mniej niż spalinowe tej samej mocy, nie zużywają olejów ani nie wymagają użycia tak często wymienianych materiałów jak filtry.

Obroty silnika indukcyjnego można regulować zmieniając napięcie zasilania, ale to prymitywny sposób prowadzący do strat momentu obrotowego. Od zawsze wiedziano jak to dobrze robić: wirnik w takim silniku jest ciągniony przez obracające się pole magnetyczne tworzone przez stojan, czyli przez cewki zamontowane w obudowie, a to zależy od częstotliwości prądu.

Tutaj uwaga.

Prąd w sieci zmienia się: narasta, maleje, zmienia biegunowość, czyli z plusa robi się minus. Częstość tych zmian określa się mianem częstotliwości, jednostką jest Hertz, skrót Hz. 1 Hz to jedna zmiana prądu, jedno pełne jego zafalowanie, na jedną sekundę. U nas w sieci częstotliwość wynosi 50Hz i tak jest w całej Europie, w USA jest 60Hz.

Więc pole magnetyczne stojana kręci się w taki sposób, jakbyśmy magnesem szybciutko kręcili kółka, ciągnąc za sobą wirnik, który umocowany na łożyskach nie może przywrzeć do cewek stojana, a może jedynie kręcić się wkoło próbując dogonić pole stojana. Żeby zwolnić wirnik, wystarczy zwolnić tempo wirowania pola magnetycznego, a więc zmniejszyć częstotliwość zasilającego prądu. Jednak do obecnych czasów nie potrafiono zbudować prostych i tanich urządzeń elektronicznych potrafiących zmieniać częstotliwość prądu. Jeszcze kilkanaście lat temu falowniki, bo tak się nazywają te urządzenia, były koszmarnie drogie, teraz stosowane są powszechnie, także w systemach napędowych karuzel.

W samochodach elektrycznych falowniki przekształcają prąd stały, czyli taki, jaki uzyskuje się z akumulatorów, prąd ze źródła zawsze mającego plus tutaj, a minus tam, bez sinusoidalnych przemian (ciekawskich proszę o zapytanie googli albo mnie o sinusoidę), na prąd przemienny o żądanej częstotliwości, a zmieniając ją, w rezultacie zmienia się szybkość jazdy. Gdy samochód rusza, sinik kręci się powoli, czyli zasilany jest prądem o małej częstotliwości, a im większe obroty są potrzebne, tym większej częstotliwości dostarczany jest prąd. Dzięki niemu szybciej wiruje pole magnetyczne, a tym samym szybciej kręci się wirnik silnika, czyli szybciej jedzie samochód. Zmiana obrotów następuje płynnie, bez start mocy, i w bardzo szerokim zakresie. Bez sprzęgła i bez skrzyń biegów, czyli bez dziesiątków zębatek, olejów, filtrów, pedałów bądź siłowników.

* * *

Pojazdy elektryczne istniały od zarania dziejów motoryzacji, ale od zawsze miały, i w znacznej mierze mają nadal, piętę Achillesa: kłopoty z magazynowaniem energii elektrycznej.

Mówi się o zmowach producentów paliw, o niedopuszczaniu do rozwoju konstrukcji akumulatorów. Nie wiem co o tym myśleć, ponieważ bardzo ostrożnie podchodzę do wszelkich teorii spiskowych, jednakże pewne fakty są bardzo dziwne. Na przykład akumulator ołowiowo-kwasowy, czyli powszechnie stosowany w samochodach. Od stu lat nic się nie zmieniło w jego konstrukcji i nie wprowadzono do produkcji nic zasadniczo odmiennego. Przez sto lat!, a przecież w tym czasie w każdej innej dziedzinie techniki nastąpiły kolosalne zmiany. Niezmienionym został prymitywny w zasadach swojej pracy silnik spalinowy i stary akumulator ołowiowy, gdy świat wokół zmienił się częstokroć nie do poznania. Czy to znaczy, że zaprojektowanie wydajnych akumulatorów jest tak trudne? Odnoszę wrażenie, że nie tutaj tkwi trudność. Raczej w niechętnej postawie wielkich i majętnych koncernów paliwowych i motoryzacyjnych.

Słyszałem twierdzenia o niewielkiej użyteczności ekologicznej samochodów elektrycznych w kraju, w którym większość energii elektrycznej pochodzi z elektrowni opalanych węglem. Jest to poważny argument, ale aktualny teraz, w przyszłości stopniowo coraz mniej. Poza tym jego zwolennicy nie biorą pod uwagę różnic w sprawności silników. Otóż silnik spalinowy ma sprawność na poziomie 40%, co oznacza, że tyle energii zawartej z paliwie zamienia na ruch obrotowy, na kręcenie się. Reszta jest tracona. Zamieniona w ciepło, poprzez chłodnicę ogrzewa atmosferę. Natomiast silnik elektryczny ma sprawność na poziomie 90%, czyli dla wytworzenia takiej samej mocy mechanicznej potrzebuje ponad dwukrotnie mniej energii.

Nie bez powodu amerykańska firma Tesla reklamuje swoje samochody na tle paneli słonecznych lub wiatraków, czyli odnawialnych źródeł energii: korzyści dla przyrody są wtedy zdwojone, ponieważ zanika emisja zanieczyszczeń w samym samochodzie, oraz przy procesie wytwarzania energii.

Dobrze, może dość, bo czuję, że wchodzę w obszar bardzo rozległy i nieco spekulacyjny. Na zakończenie powiem tylko, że samochody elektryczne są przyszłością. Dopiero zaczynają się pojawiać, ale szybko będzie ich przybywać, i za kilka lat będą powszechnie używane. Za parę dziesiątków lat pojawią się przepisy zakazujące rejestrowania nowych samochodów z silnikami spalinowymi i w końcu ten wyrafinowany prymityw trafi tam, gdzie jego miejsce: na złomowisko.

Jesteśmy na początku wielkich zmian w komunikacji i w całej gospodarce. Zmian na lepsze nie tylko z powodu zmniejszenia emisji zanieczyszczeń, ale i wielkich wymaganych inwestycji. W miarę przybywania samochodów elektrycznych, trzeba będzie nie tylko budować stacje ładowania, ale i nowe linie przesyłania energii i nowe elektrownie. Zmieni się skala zużycia energii elektrycznej i to bardzo. Aby nie rozwijać i tak obszernego już tekstu, zwrócę uwagę tylko na jeden aspekt: obecnie praktycznie w każdym domu jest samochód, a dom zużywa mniej energii niż samochód. Oznacza to konieczność wielkich zmian i inwestycji. To dobrze, bo nasza gospodarka ma to do siebie, że wymaga corocznego przyrostu dla uniknięcia kryzysu.

* * *

Szukając informacji o samochodach elektrycznych, zauważyłem wiele błędów technicznych wynikłych z niezrozumienia podstawowych jednostek elektrycznych i ich wzajemnej zależności, także na stronach, gdzie należałoby spodziewać się rzetelności w informowaniu i fachowości. Może więc parę zdań o podstawach elektryki, a myślę, że wobec coraz większej popularności samochodów z napędem na prąd, warto wiedzieć o czym się czyta i co oznaczają te dziwne symbole.

Zacznę od podstawowych jednostek. Obiecuję wyjaśnienia proste i krótkie, może więc warto byłoby nie klikać na krzyżyk w prawym górnym rogu ekranu.

– Amper, skrót A. To jednostka prądu, mówi się o natężeniu prądu. Określa, ile tych tajemniczych elektronów płynie przewodami. Im większy prąd, tym silniejszy efekt jego użycia: silniejsze świecenie żarówki, mocniejsze grzanie czajnika, itd.

– Volt, skrót V, jest jednostką napięcia, siły zwanej elektromotoryczną. To właśnie napięcie zmusza elektrony do płynięcia. Im większe napięcie, tym łatwiej prądowi płynąć i może on być większy. Dlatego dotknięcie zacisków akumulatora 12V nie spowoduje kopnięcia prądem, chyba że dotkniemy językiem, a włożenie palców w gniazdko owszem, ponieważ 230V wymusi przepływ większego prądu przez nasze ciało niż 12V.

– Moc to jakby siła mechanizmów, najczęściej silników. Używa się dwóch jednostek: koni mechanicznych i watów (bądź kilowatów). Konie oznaczone są symbolem KM (ważne jest używanie wielkich liter, ponieważ symbol km oznacza kilometry), natomiast waty oznaczane są literą W. Ponieważ krotność tysiąc to kilo i ma oznaczenie k (jak w kilogramach), kilowaty oznacza się symbolem kW. Kilowat jest większy od konia mechanicznego: 1kW = 1,36 KM, czyli w przybliżeniu 104 kW = 140 KM.

Waty jako jednostka mocy pochodzi z elektryki, i jest iloczynem napięcia i prądu. Jeśli przez żarówkę będzie płynął prąd 1A przy napięciu 1V, to rozświetli ją moc 1 W. Ważne jest, aby pamiętać o tym mnożeniu, ponieważ dzięki niemu czasami wychodzą dziwne zmiany. Na przykład wystarczy prąd 0,1A, czyli dziesięć razy mniejszy, ale przy napięciu 10V, aby w dalszym ciągu uzyskiwać moc 1 W, ponieważ 0,1 pomnożone przez 10 da jeden.

Na co dzień używa się zarówno watów, jak i tysiąc razy większych kilowatów. Żarówka ledowa ma moc 5 albo 10 W, silnik w samochodzie 50 albo 100kW. Pisać o małej żarówce, że ma moc 0,005 kW, a o silniku, że rozwija moc 100000 W, błędem nie będzie, ale utrudni odczytanie i przeliczanie.

Liczniki prądu w domach nie liczą mocy, a zużytą energię. Podstawową jednostką jest kilowatogodzina, skrót kWh, i za nią płacimy. Cóż to takiego? To po prostu moc pobierana przez określony czas. Moc pomnożona przez czas jej pobierania z sieci, czyli kWh jest wynikiem mnożenia kilowatów przez godziny. Na przykład: w domu mamy włączony grzejnik o mocy 1kW, i jeśli będzie on ogrzewał mieszkanie przez jedną godzinę, to zużyje jedną kilowatogodzinę energii elektrycznej. Jeśli grzejnik będzie włączony przez 5 godzin, zużyje 1kW razy 5h = 5kWh energii.

Ile kilowatów mocy ma pięciowatowa żarówka ledowa? Pięć podzielić przez tysiąc = 0,005 kW. Drugi sposób przeliczania, to przesunięcie przecinka przy watach w lewo o trzy miejsca: 20W… Gdzie przecinek? Po zerze, czyli 20,0W. Po przesunięciu o trzy miejsca wychodzi nam 0,020kW. Ponieważ końcowe zera po przecinku nie mają znaczenia, zostanie nam 0,02kW.

Teraz łatwo policzyć koszt godzinnego świecenia naszej pięciowatowej żarówki: pomnożyć moc przez czas, czyli 0,005 razy 1 = 0,005 kWh. Zajrzałem do googli, podają tam cenę jednej kilowatogodziny na poziomie 55 groszy. Więc koszt wyniesie 0,005kWh razy 55 groszy = 0,275 grosza, czyli mniej niż trzecią część grosza. Ta sama żarówka świecąca przez cały grudniowy wieczór, przez 10 godzin, zużyje energii za 2,75 grosza. Dwie takie żarówki świecące przez pięć godzin zużyją tyle samo, ponieważ czas dwakroć jest krótszy, ale moc tyleż większa, więc iloczyn wyjdzie taki sam: 0,005 kW razy 5 h razy 2 żarówki razy 55 groszy = 2,75 grosza.

Że coś to mało? Grosze jakieś? To proszę, policzmy duży grzejnik elektryczny. Mój w kampingu ma 1,5kW mocy, czyli przez godzinę zużywa 1,5kWh, co daje koszt 82 grosze, a przez wieczór i noc rachunek wyniesie: moc 1,5kW razy 10 h, czyli ilość godzin grzania, razy koszt jednostkowy 0,55zł = 8,25 zł. Dziennie! Przez cały miesiąc takiego używania koszt wyniósłby prawie 250 zł! Dla uproszczenia założyłem tutaj, że termostat nie wyłącza grzejnika, czyli że ten włączony jest non stop.

Inne przykładowe wyliczenia? Proszę bardzo. Czajnik elektryczny ma moc około 2kW. Jeśli założymy, że zagotowanie szklanki wody zajmie mu 1 minutę, to w tym czasie zużyje energii według wzoru: moc razy czas, czyli jedną sześćdziesiątą godziny. Oto dane: 2kW razy 0,0166h = 0,033kWh energii. Żeby policzyć ile za nią zapłacimy, pomnożymy wynik przez cenę jednostkową, czyli 55 groszy. Koszt wyniesie 1,8 grosza. Mało? Mało, ponieważ co prawda moc była brana z sieci spora, ale króciutko.

Telewizory? Moce pobierają różne, zależą one głównie od wielkości ekranu, powiedzmy, że od 50 do 200 watów, załóżmy, że średnio trzeba im sto watów, czyli 100W, czyli 0,1kW. W ciągu godziny zużyje więc 0,1kWh energii, ponieważ 0,1kW razy 1h = 0,1kWh. Jaki koszt? Powinno być proste: 0,1kWh razy 55 gorszy = 5,5 gorsza. Jeśli średnio oglądamy telewizor trzy godziny dziennie, przez miesiąc zużyje on tyle energii: 0,1kW razy 3h razy 30 dni = 9kWh, co kosztować nas będzie: 9kWh razy 0,55 zł = prawie pięć złotych.

Teraz o akumulatorach. Te w samochodach spalinowych mają napięcie 12V, a ich wielkość określana jest jako pojemność i podawana w amperogodzinach, skrót Ah. W przybliżeniu można to sobie tak wyobrazić: naładowany akumulator o pojemności 50Ah jest w stanie dać 1A prądu przez czas 50 godzin, ponieważ pojemność jest iloczynem prądu i czasu: 1A razy 50h = 50Ah. Tutaj także ważny jest skutek istnienia iloczynu. Oto przykład: ten sam akumulator do pełnego rozładowania może dawać 10A prądu, ale tylko przez 5 godzin, ponieważ 10A razy 5h = 50Ah. Rozrusznikiem w samochodzie jest silnik elektryczny pobierający z akumulatora bardzo dużo prądu. Dwieście amper na przykład, a bywa, że i więcej. Jak długo będzie się taki silnik kręcić zasilany z akumulatora o pojemności 50Ah? Łatwo policzyć: pojemność podzielić przez prąd, a uzyska się czas, czyli 50Ah podzielić przez 200A = 0,25h, czyli przez kwadrans. W praktyce chyba wcześniej zagotujemy rozrusznik albo akumulator…

Dlaczego tak bardzo duży prąd jest brany w czasie rozruchu silnika samochodu? Ponieważ do pokręcenia silnikiem spalinowym potrzebna jest duża siła, moc rozruszników wynosi kilka kilowatów. Powiedzmy, że 2kW. Aby uzyskać taką moc przy napięciu 12V, potrzebny jest duży prąd, ponieważ moc, jak pisałem, jest iloczynem napięcia i prądu. Więc jeśli moc podzielimy przez napięcie, dowiemy się, jaki prąd musi płynąć, czyli 2kW = 2000W podzielić przez 12V = 167A. Jeśli silnik elektryczny rozrusznika ma moc 4kW, wtedy pobierać będzie z akumulatora 12 V prąd 333A. Dlatego przy wielkich silnikach spalinowych, na przykład w ciężarówkach, stosuje się rozruszniki na 24V, ponieważ dwukrotne zwiększenie napięcia powoduje dwukrotny spadek prądu przy tej samej mocy i w efekcie akumulatory mają łagodniejsze warunki pracy.

Z powodu udziału napięcia w obliczaniu mocy, podawanie pojemności akumulatorów w amperogodzinach niewiele powie nam o ich zdolności do zasilania siników elektrycznych. Oto przykład: mam akumulatory 50Ah o napięciu 12V i silnik 2kW. Więc liczymy: 2000W podzielić przez 12V = 167A. Przy takim napięciu potrzebujemy tyle prądu. Jak długo akumulatory dadzą taki prąd?: 50Ah podzielić przez 167A = 0,3h, czyli przez 18 minut. A co byłoby, gdybyśmy mieli akumulator o pojemności 50Ah, ale o napięciu 120V? Prąd pobierany zmniejszyłby się 10 razy, ponieważ tyleż razy podnieśliśmy napięcie: 2000W podzielić przez 120V = 16,7A. Akumulator zasilałby silnik przez trzy godziny (50Ah podzielić przez 16,7A = 3h)

Widzimy więc, że sama pojemność wyrażona w Ah to za mało, żeby określić, ile naprawdę energii gromadzi akumulator. Zmieniono więc jednostkę, posługując się znaną nam jednostką energii elektrycznej, kilowatogodziną. Stosując tę jednostkę, nie musimy nawet wiedzieć, jakie napięcie mają akumulatory, ponieważ jednostka określa nam od razu moc i czas jej pobierania. Jaką więc pojemność w tych jednostkach ma nasz przykładowy akumulator? Jeśli będziemy pamiętać, że moc jest iloczynem napięcia i prądu, okaże się, że wystarczy pomnożyć pojemność w Ah przez napięcie, aby otrzymać watogodziny, czyli 50Ah razy 12V = 600Wh, czyli 0,6kWh.

Cóż to znaczy, że w samochodzie elektrycznym jest akumulator o pojemności 70kWh? Ano tyle, że można brać z niego moc 70kW (czyli blisko 100KM) przez godzinę, albo moc 7kW przez 10 godzin, a to tylko przykładowe i najprostsze wyliczenia.

Teraz jeszcze uwaga o mocach silników, zarówno spalinowych, jak i elektrycznych. W samochodach podawana jest maksymalna moc silnika, a rzadko takiej używamy. Pełna moc potrzebna jest przy bardzo szybkim przyśpieszaniu, a żeby ją uzyskać, w samochodach spalinowych oprócz wciśnięciu gazu w podłogę potrzebujemy jeszcze odpowiednio wysokich obrotów. To się rzadko zdarza. Mając silnik 100KM, jak w mojej vectrze, tak naprawdę używam może połowę tej mocy, a to przy rozpędzaniu się. Mało kiedy więcej, a zwykle piątą albo czwartą jej część, gdy chodzi o podtrzymanie uzyskanej prędkości. Tak samo jest w pojazdach napędzanych silnikami elektrycznymi.

Pora na ostatni temat: ładowanie akumulatorów samochodów elektrycznych.

Każdy samochód Tesli jest sprzedawany z ładowarką działającą z sieci domowej, ale jak długo będzie trwać ładowanie i ile kosztować? Mamy już wszystkie dane do obliczeń, ale skoro bawię się tutaj w belfra, obliczenia powtórzę, zaznaczając, że stosuję niewielkie uproszczenia i skróty dla przejrzystości, ale te pominięte aspekty niewiele zmieniają wyniki końcowe.

Żeby w pełni naładować całkowicie rozładowany akumulator, trzeba załadować w niego tyle energii, ile jest w stanie pomieścić, a zmieści tyle, ile wynosi jego pojemność. Powiedzmy, że chodzi o akumulator pojemności 70kWh. W rachubach wystarczy pamiętać o tym, że energia jest iloczynem mocy i czasu, a moc iloczynem napięcia i prądu. No więc jeśli taki akumulator będziemy ładować mocą 7kW przez 10 godzin, „wpompujemy” w niego 70kWh. Czy to możliwe w sieci domowej? Tak, aczkolwiek nie zawsze. Ze zwykłego gniazdka 230V możemy pobierać prąd w granicach 10 do 20A, a zależy to od budowy domowej instalacji. 10 amper z każdego gniazdka, 20 z gniazdka mocnej, nowej instalacji o odpowiednich bezpiecznikach i przewodach. Zostańmy przy 10A. Ponieważ w gniazdu mamy 230V, moc wyniesie 10 razy 230 = 2300W, czyli 2,3kW. To moc mniej więcej taka, jaką pobiera czajnik bezprzewodowy. Ładowarka pobierająca z gniazdka taką moc, załaduje do akumulatora 2,3kWh w ciągu godziny, i 23kWh w ciągu 10 godzin. W sumie niewiele, ale ilość jest już znacząca. Jeśli natomiast korzystamy z instalacji siłowej, czyli używanej do dużych silników elektrycznych, czas ładowania skraca się radykalnie. Nawet jeśli wykorzystywać się będzie jedną fazę (muszę tutaj skrócić informacje bo wyjdzie mi elaborat), to ponieważ z gniazdka siłowego można brać spore prądy, czasy ładowania będą krótsze. Powiedzmy, że 30A. No i proszę, policzmy: 30A razy 230V = 6900W = 6,9kW. W ciągu dziesięciu godzin akumulator przyjmie więc 69 kWh, czyli praktycznie będzie naładowany.

Dlaczego w takim razie mówi się o 20 czy 30 minutach ładowania w szybkich ładowarkach? Ładują szybko, ponieważ mają wielkie moce. Żeby naładować w 80% (a tak się często ładuje) akumulator 70kWh, trzeba „nakarmić” go energią 56 kWh. Żeby to zrobić w pół godziny, należy mieć ładowarkę o mocy… policzmy: 56kWh podzielić przez pół godziny = 112kW. To moc wystarczająca do zasilenia domków na całej uliczce osiedlowej.

Koszta? Pełne naładowanie akumulatora w domu będzie kosztować 70kWh razy 0,55 zł = 38,5 zł. W praktyce wyniki będą nieco inne, jak wspomniałem, ale tylko nieco. W samochodach Tesli można podłączyć ładowarkę i nakazać komputerowi ładowanie akumulatora w określonych godzinach. W jakich? W godzinach tańszej taryfy, tak po prostu.

Na ile wystarczy takie ładowanie? Można mówić tylko o przybliżeniach, wynik zależy od stylu jazdy, temperatury na dworze, modelu samochodu, itd. Powiedzmy, że jakieś 350km. Koszt przejechanego kilometra wyniesie więc 38,5 podzielić przez 350km = 11 groszy przy taryfie wynoszącej 55 groszy za 1kWh. Tesle pokazują zużycie energii w przeliczeniu na przejechany kilometr. Ilość zużywanej energii mieści się najczęściej w okolicach 200 Wh, oczywiście ze znacznymi odchyleniami. Koszt tak policzonego kilometra jazdy zgodny jest z poprzednim szacunkiem: 55 groszy razy 0,2kWh = 11 groszy.

Przy obecnych cenach gazu kilometr jazdy moją vectrą kosztuje około 22 grosze, a przy jeździe na benzynie dwakroć tyle.

No i nie dość, że dymi z rury (niewiele, ale jednak), to i spala substancje, z których można zrobić tysiące produktów z plastiku i górę ubrań z dziesiątek rodzajów tworzyw sztucznych. Że to sztuczne? Cóż zamiast ocieplacza w tworzywa sztucznego można założyć gruby sweter z wełny owczej, tylko czy tych owiec wystarczy dla wszystkich? Zamiast plastikowego pojemnika, można użyć drewnianego albo metalowego. Na drewniany dobrze się nadaje zdrowa i rosła lipa, a blachę na pojemnik wystarczy wytopić w martenie i przewalcować parę razy.

Nie uciekniemy ani przed sztucznymi tworzywami, ani przed pojazdami elektrycznymi i totalną przebudową naszych systemów energetycznych.

* * *

Że inny ten tekst? Nie ma w nim o górach, książkach, ewolucji ani nawet o filozofii? To prawda, ale tamte teksty i ten są moje, tyle że teraz pisał inny Krzysztof – elektryk i fascynat techniki.

Następny tekst raczej będzie typowy: nostalgiczny i górski.