Energia i moc

W tej książce przedstawimy, wszystkie używane miary wielkości w spójnym i prostym zbiorze jednostek, do którego każdy może odwołać się w codziennym życiu

Jednostką energii, którą wybrałem jest kilowatogodzina (kWh). Ilość ta jest określana mianem jednej jednostki na rachunkach za elektryczność i kosztowała ona zwykłego użytkownika w Wielkiej Brytanii około 10 pensów w roku 2008 [w Polsce rachunek za 1 kWh energii w roku 2008 wynosił: 25 groszy za prąd oraz mniej więcej drugie tyle za przesył energii, w sumie około 50 gr. – red.] Jak zobaczymy dalej, większość codziennych sytuacji wiąże się ze zużyciem jednostek energii równych małym liczbom kilowatogodzin

Ilekroć mowa w tej książce o mocy (poziomie produkcji lub zużycia energii), naszą główną jednostką będzie kilowatogodzina na dobę (kWh/d). Czasami będziemy także używać watów (40W ≃ 1 kWh/d) oraz kilowatów (1kW = 1000W = 24 kWh/d), co wytłumaczę poniżej. Kilowatogodzina na dobę jest przyjętą jednostką używaną dla potrzeb jednego człowieka, bo większość osobistych czynności energochłonnych pochłania energię na poziomie niewielkiej liczby kilowatogodzin dziennie. Na przykład jedna żarówka o mocy 40 W, świecąca bez przerwy, zużywa jedną kilowatogodzinę dziennie. Niektóre koncerny energetyczne w Wielkiej Brytanii dołączają do wydawanych przez siebie rachunków wykresy przedstawiające zużycie energii w kilowatogodzinach na dobę. Ja będę używał tej samej jednostki dla wszystkich form mocy, nie tylko elektryczności. Zużycie benzyny, zużycie gazu, zużycie węgla będę mierzył w kilowatogodzinach na dobę. Wyjaśnijmy to: dla niektórych słowo moc oznacza jedynie zużycie energii elektrycznej. Jednakże w książce tej skupiamy się na wszystkich rodzajach produkowanej i zużywanej energii – będę zatem używał słowa moc w odniesieniu do każdego z nich

Jedna kilowatogodzina na dobę to w przybliżeniu moc, którą w przybliżeniu mógłbyś uzyskać z jednego służącego, człowieka pracującego fizycznie

Zatem liczba kilowatogodzin, które zużywasz każdego dnia, jest równa liczbie służących, którzy pracowaliby za Ciebie

Potocznie ludzie używają słów: energia i moc zamiennie, jednakże w tej książce będziemy rygorystycznie trzymali się ich naukowych definicji. Moc określa tempo, w którym coś zużywa energię

Być może dobrym sposobem na wytłumaczenie znaczenia energii i mocy jest zastosowanie analogii do wody i strumienia wody w kranie. Jeśli chcesz napić się wody, myślisz o objętości – na przykład jednym litrze (jeśli jesteś bardzo spragniony). Kiedy odkręcisz kurek w kranie, tworzysz przepływ wody – jeden litr na minutę, jeśli woda leci słabym strumieniem, lub 10 litrów na minutę – jeśli mamy do czynienia z wydajniejszym kranem. Możesz otrzymać tę samą objętość wody (jeden litr) zarówno dzięki pobieraniu wolno cieknącej przez minutę wody z pierwszego kranu, jak i poprzez pobieranie wody z drugiego kranu przez 6 sekund. Objętość dostarczona w określonym czasie jest równa wielkości przepływu pomnożonemu przez czas:

objętość = przepływ x czas

Mówimy zatem, że przepływ to tempo, w którym dostarczana jest objętość. Jeśli znasz objętość dostarczoną w określonym czasie, możesz otrzymać wielkość przepływu poprzez podzielenie objętości przez czas:

przepływ = objętość / czas

Oto zależność pomiędzy energią a mocą: energia jest jak objętość wody, zaś moc jak wielkość jej przepływu. Na przykład, niezależnie od tego, kiedy toster został włączony, zaczyna on zużywać moc na poziomie jednego kilowata i potem na tym samym poziomie poboru mocy pracuje on doputy, dopóki nie wyłączy się go. Innymi słowy, toster (jeśli jest stale włączony), który zużywa jedną kilowatogodzinę (kWh) energii w czasie godziny, w czasie doby zużywa 24 kilowatogodziny

Im dłużej toster jest włączony, tym więcej energii zużywa. Możesz obliczyć wielkość energii zużytej na daną czynność, jeśli pomnożysz moc przez czas trwania czynności:

energia = moc x czas

Standardową, międzynarodową jednostką energii jest dżul, ale niestety to zbyt mała miara, by można było na niej swobodnie pracować. Jedna kilowatogodzina jest równa 3,6 milionom dżuli (3,6 megadżulom albo 3,6 MJ)

Moc jest tak przydatna i ważna, że ma coś, czego nie posiada przepływ wody – swoje specjalne jednostki. Gdy mówimy o przepływie, możemy wyrazić go w litrach na minutę, galonach na godzinę czy metrach sześciennych na sekundę

Te nazwy jednostek jasno pokazują, że przepływ jest objętością w jednostce czasu. Moc jednego dżula na sekundę nazywana jest jednym watem. Tysiąc dżuli na sekundę to jeden kilowat. Wyjaśnijmy teraz prawidłową terminologię: toster zużywa jeden kilowat. Nie zużywa on „jednego kilowata na sekundę”. Część „na sekundę” jest już wbudowana w definicję kilowata – jeden kilowat to „jeden kilodżul na sekundę”. Podobnie mówimy: „Elektrownia jądrowa generuje jeden gigawat”. Przy okazji, jeden gigawat to miliard watów, milion kilowatów lub 1000 megawatów. Zatem jeden gigawat to milion naszych tosterów. Zapisując słowo gigawat w skrócie, używamy wielkich liter GW

Proszę, nie mówcie nigdy: „Jeden kilowat na sekundę”, „Jeden kilowat na godzinę” czy „Jeden kilowat na dobę”. Żadne z tych określeń nie jest właściwą miarą mocy. Pragnienie ludzi, by mówić „na coś”, gdy rozmawiają o swoich tosterach, jest jednym z powodów, dla których zdecydowałem się użyć jako jednostki „kilowatogodziny na dobę”. Przykro mi, że ta jednostka jest trochę niewygodna w mowie i piśmie, ale to drobiazg w porównaniu z wygodą i klarownością jej stosowania

I jeszcze ostatnia sprawa do wyjaśnienia. Gdy mówię, że „ktoś zużył gigawatogodzinę energii”, to po prostu określam, jak wiele energii zużył, nie zaś jak szybko ją zużył. Mówienie o gigawatogodzinach wcale nie oznacza ilości energii zużytej w czasie jednej godziny. Możesz zużyć jedną gigawatogodzinę energii przez włączenie miliona tosterów na czas jednej godziny lub przez włączenie 1000 tosterów na czas 1000 godzin

Tak jak mówiłem, będę zwykle podawał moc w jednostce kWh/d na osobę

Jednym z powodów, dla których lubię te osobiste jednostki, jest fakt, że znacznie ułatwiają one przejście z rozmowy o Wielkiej Brytanii do rozmowy o każdym innym kraju lub regionie. Wyobraź sobie, że rozmawiamy, na przykład, o spalaniu odpadów i dowiadujemy się, że w Wielkiej Brytanii otrzymuje się w ten sposób moc 7 TWh rocznie, zaś w Danii 10 TWh rocznie. Czy mówi nam to cokolwiek o tym, czy w Danii spala się więcej śmieci niż w Wielkiej Brytanii? O ile wiedza na temat całkowitej mocy, wygenerowanej ze spalania odpadów może być interesująca, to jednak tym, co zazwyczaj interesuje nas najbardziej, jest ilość spalanych odpadów w przeliczeniu na jedną osobę. (Odnotujmy: dla Danii jest to 5 kWh/d na osobę, zaś dla Wielkiej Brytanii 0,3 kWh/d na osobę, z czego wynika, że Duńczycy spalają proporcjonalnie 13 razy więcej odpadów niż Brytyjczycy). By zaoszczędzić na tuszu, będę skracał wyrażenie „na osobę” i zapisywał je tak: „/o”. Poprzez konsekwentne wyrażanie wszystkiego, o czym będziemy mówili, w przeliczeniu na osobę, mam nadzieję otrzymać na koniec książkę, której treść będzie przystępna dla każdego. Książkę, która – mam nadzieję – stanie się przydatna przy prowadzeniu rozmów o zrównoważonej energetyce na całym świecie.

przypis. 2.1.