4 Minuten
Mokslas apie mūsų pasaulinę apšvietimo sistemą
Elektrinis apšvietimas yra viena iš pagrindinių šiuolaikinės civilizacijos dalių – jis apšviečia mūsų namus, miestus ir visą infrastruktūrą visame pasaulyje. Daugelio šviestuvų energiją tiekia elektros energija – universalus energijos šaltinis, kuris gaminamas elektrinėse naudojant įvairų kurą: anglį, gamtines dujas, branduolinį kurą (urano pagrindu), hidroenergetiką, vėjo bei saulės energiją. Ši energija perduodama sudėtingais tinklais, vadinamais elektros tinklais, kurie sujungia elektros gamybą ir vartojimą visame regione.
Kiekvieną kartą įjungus šviesą, energija imama iš elektros tinklo. Svarbiausia tai, kad elektros tiekimas ir vartojimas turi būti nuolat subalansuotas realiuoju laiku, sekundės tikslumu. Jei vartojimas viršys gamybą, tinklas rizikuoja nestabilumu ir net plačiais elektros energijos tiekimo sutrikimais ar „blackout’ais“. Todėl tinklų operatoriai nuolat naudoja pažangius jutiklius, realaus laiko duomenų analizę ir sudėtingas skaičiavimo sistemas, leidžiančias nuolat reguliuoti generaciją pagal besikeičiančius vartojimo įpročius – tai vadinama apkrovos valdymu. Apkrovos kaita yra labai didelė: pavyzdžiui, įprasta namų ūkio elektros energijos vartojimo kreivė gerokai kyla karštą vasaros popietę ir sumažėja naktį rudenį.
Kas nutiktų, jei visame pasaulyje vienu metu įjungtume visą apšvietimą?
Jeigu visi Žemės gyventojai vienu metu įjungtų šviesą, elektros poreikis šokteltų iki neregėto lygio. Šis nenumatytas šuolis stipriai apkrautų elektros stotis ir jų jungiamąsias elektros linijas. Ar mūsų energetikos infrastruktūra galėtų susidoroti su tokiu iššūkiu?
Elektros jėgainių tipai ir jų reakcija į staigų paklausos išaugimą
Anglimi kuruojamos ir branduolinės elektrinės gali tiekti didžiulius elektros kiekius pagrindinei apkrovai, tačiau jų galingumas keičiamas lėtai, o paleidimas iš naujo po techninės priežiūros reikalauja daug laiko. Priešingai, gamtinių dujų elektrinės gali labai greitai padidinti generaciją, todėl jos itin svarbios tenkinant piko apkrovas – kaip tik tokių šuolių metu. Darnūs energijos šaltiniai, tokie kaip saulės, vėjo ir hidroelektrinės, tiekia švaresnę energiją, tačiau jų veikimas priklauso nuo gamtos sąlygų. Saulės panelės veikia tik šviečiant saulei, vėjo turbinos – tik pučiant vėjui. Baterijos ir hidroakumuliacinės elektrinės leidžia tam tikru mastu subalansuoti tinklą, bet dabartinės technologijos negali taip greitai kaupti ar iškrauti pakankamai energijos, kad atlaikytų staigų pasaulinės apšvietimo šuolį.
Kodėl visuotinis elektros tiekimo sutrikimas yra mažai tikėtinas
Laimei, pasaulinis elektrinis tinklas nėra vieningas – jis sudarytas iš nacionalinių ir regioninių tinklų, turinčių savo apsaugos priemones ir galimybę atskirti savo sistemą esant netvarkai. Net ir šalims tarpusavyje susijungus pervadinamaisiais elektros „supertinklais“ (kaip Europoje ar Šiaurės Amerikoje), inžineriniai mechanizmai apsaugo nuo grandininių avarijų. Tad nors vietiniai elektros tiekimo sutrikimai galimi, visiškai globali tamsa – labai menka tikimybė.
LED apšvietimo revoliucija: mažesnė apkrova ir didesnis energijos taupymas
Pastaraisiais dviem dešimtmečiais šviesos diodų (LED) lemputės išstūmė senesnes kaitrines ir liuminescencines lempas. LED apšvietimas yra ypač efektyvus – jis sunaudoja daug mažiau elektros energijos ir sukuria kur kas daugiau šviesos, todėl ženkliai sumažina bendrą apkrovą elektros tinklui. JAV Energetikos departamentas praneša, kad LED lempučių naudojimas kasmet leidžia Amerikos namų ūkiui sutaupyti apie 225 JAV dolerius už elektros energiją. 2020 m. net apie 50 % Amerikos namų pagrindinei apšvietimui naudojo LED lemputes, taip mažindami potencialias elektros apkrovos šuolių rizikas, ypač kai iš karto įjungiama daug apšvietimo prietaisų.
Pavojus nakties dangui: šviesos tarša ir žvaigždžių praradimas
Be tiesioginio poveikio energetikos infrastruktūrai, viso pasaulio šviesų įjungimas reikšmingai padidintų šviesos taršą. Vienas labiausiai pastebimų reiškinių – padidėjęs dangos skaidrumas, kai dirbtinė šviesa išsisklaidžioja atmosferoje, užtemdydama žvaigždes ir natūralią tamsą.
Šis efektas ypač ryškus miestuose, kur jau dabar nematoma daug žvaigždynų, o miestų šviesa matoma net iš kosmoso. Daugelyje urbanizuotų vietų šviestuvai dažnai apšviečia tuščius biurus, automobilių aikšteles ar netinkamai nukreiptus gatvių apšvietimo žibintus, taip didindami šviesos taršą. Dirbtinis apšvietimas trikdo laukinę gamtą – klaidina migruojančius paukščius, vabzdžius, jūrines vėžles, taip pat kenkia žmonių sveikatai, nes ima trukdyti natūraliems paros ritmams ir gali paveikti miego kokybę.
Jei visi pasaulio žmonės vienu metu įjungtų visas šviesas, kai kuriose vietose žvaigždėtą dangų prarastume visiškai – tai būtų pražūtinga tiek astronomijai, tiek mūsų gerovei.
Išvada
Visos žmonijos vienu metu įjungtas elektrinis apšvietimas smarkiai, bet tikėtina – valdomai padidintų pasaulinį elektros poreikį dėl tinklų dizaino ir LED technologijų. Gali būti vietinių trumpalaikių elektros tiekimo sutrikimų, tačiau visiškas pasaulinis išsijungimas mažai tikėtinas. Tačiau viena aišku: stipriai išaugtų šviesos tarša, dingtų žvaigždės ir natūrali naktis, o tai turėtų ilgalaikį poveikį žmonių sveikatai, laukinei gamtai ir mūsų ryšiui su kosmosu. Tobulėjant technologijoms, svarbu išlaikyti pusiausvyrą tarp modernaus apšvietimo poreikių ir naktinio dangaus išsaugojimo – tai tebėra svarbus iššūkis mokslui, energetikos politikai ir visuomenei.
Quelle: theconversation
Kommentare