Energie en die Nasionale Elektrisiteitsnetwerk

Elektrisiteitsopwekking in Suid-Afrika

Suid-Afrika se nasionale elektrisiteitsnetwerk word voorsien deur elektrisiteit wat by kragstasies regoor die land opgewek word. Die meeste van ons elektrisiteit kom van steenkoolkragstasies, waar die verbranding van steenkool water tot stoom kook, en die stoom turbines wat aan opwekkers gekoppel is, laat draai. Suid-Afrika wek ook elektrisiteit op uit:

Hidro-elektriese krag — vallende of vloeiende water laat turbines draai (bv. die Gariep- en Vanderkloofdamme).
Kernkrag — Koeberg-kragstasie naby Kaapstad, Suid-Afrika se enigste kernkragstasie, gebruik kernsplyting om hitte op te wek wat stoom produseer.
Hernubare energie — 'n vinnig-groeiende aandeel van sonkrag-fotovoltaïese plase en windplase, veral in die Noord- en Oos-Kaap.

Sleutelidee: watter bron ook al gebruik word, 'n kragstasie se taak is dieselfde — om een of ander vorm van energie (chemies, kern-, kinesties of lig) om te skakel na elektriese energie wat op die netwerk uitgestuur kan word.

Die reis vanaf kragstasie na huis

Elektrisiteit reis 'n lang pad voordat dit jou muurprop bereik. Die reis vind in duidelike stadiums plaas:

1. Opwekking — elektrisiteit word by die kragstasie opgewek, tipies teen 11–22 kV (kilovolt).
2. Op-transformator — by die kragstasie verhoog 'n transformator ("stoot op") die spanning tot ongeveer 400 kV vir oordrag.
3. Oordrag — elektrisiteit reis oor langafstand-elektrisiteitspilare en -kabels teen hierdie baie hoë spanning, soms honderde kilometers, om die gebiede te bereik waar dit benodig word.
4. Af-transformator (substasie) — by 'n substasie nader aan dorpe en stede, verlaag ("stoot af") transformators die spanning tot veiliger, hanteerbaarder vlakke.
5. Verspreiding — die elektrisiteit word aan huise en besighede versprei teen 'n veilige, bruikbare spanning — 230 V in Suid-Afrikaanse huise.

Waarom word elektrisiteit teen so 'n hoë spanning oorgedra?

Dit lyk vreemd om elektrisiteit tot sulke uiterste spannings te dryf net om dit later weer te verlaag — maar daar is 'n baie goeie rede. Wanneer elektriese energie oorgedra word, gaan 'n deel daarvan altyd as hitte in die kabels verlore weens hul weerstand.

Vir dieselfde hoeveelheid drywing wat gelewer word, beteken oordrag teen 'n baie hoër spanning dat 'n baie laer stroom nodig is. Aangesien die hitte wat in 'n kabel verlore gaan skerp toeneem namate stroom toeneem, beteken 'n laer stroom dat baie minder energie as hitte oor daardie lang afstande vermors word.

Kwalitatiewe idee: minder stroom vir dieselfde drywing = minder energie wat as hitte in die oordragkabels verlore gaan. Dis waarom kragstasies die spanning OPSTOOT voordat hulle elektrisiteit lang afstande stuur, en dit dan weer AFSTOOT voordat dit jou huis bereik.

Transformators: spanning verhoog en verlaag

Transformatortipe	Wat dit doen	Waar gevind
Op-transformator	Verhoog spanning, verlaag stroom	By die kragstasie, voor oordrag
Af-transformator	Verlaag spanning, verhoog stroom	By substasies, voor verspreiding na huise

Verstandige gebruik van elektrisiteit by die huis

Die opwekking van elektrisiteit gebruik hulpbronne en, in die geval van steenkoolkragstasies, stel dit kweekhuisgasse vry. Suid-Afrika het ook beurtkrag ervaar — beplande kragonderbrekings wat gebruik word wanneer die vraag na elektrisiteit groter is as die voorsiening wat vanaf die netwerk beskikbaar is. Dit maak die doeltreffende, versigtige gebruik van elektrisiteit by die huis besonder belangrik.

Skakel ligte en toestelle af wanneer hulle nie gebruik word nie.
Gebruik energiedoeltreffende LED-gloeilampe in plaas van ou gloeidraadlampe.
Gebruik 'n geiserkombers en tydskakelaar om waterverhittingsenergie te verminder (geisers is een van die grootste gebruikers van elektrisiteit in 'n huis).
Trek laaiers en toestelle wat gereed staan ("standby"), wat steeds klein hoeveelhede drywing trek, uit.

Plaaslike toepaslikheid: om die netwerk te verstaan, help jou verstaan waarom beurtkrag gebeur — die vraag na elektrisiteit regoor die land kan oorskry wat die kragstasies en netwerk op daardie oomblik veilig kan voorsien, sodat voorsiening doelbewus in sommige gebiede verminder word om die hele stelsel te beskerm.

Vorentoe skakel: in later grade sal jy die formule P = I²R bestudeer wat wiskundig verduidelik waarom hoëspanning-/laestroom-oordrag energieverlies verminder.

Krag oor die land stuur

Dieselfde drywing kan teen 'n lae spanning met 'n groot stroom gestuur word, of teen 'n hoë spanning met 'n klein stroom. Watter een vermors minder?

Voorspel eers: 'n Kragstasie stuur 100 MW. Sal meer energie as hitte vermors word by 22 kV of by 400 kV? Toets dit dan: Verander die transmissiespanning en kyk na die stroom, die hitte wat verlore gaan en hoeveel huise lig bly.

Die netwerk, stadium vir stadium

Klik op elke stadium om te sien wat daar gebeur en hoe die spanning verander.

Spanning by hierdie stadium 11kV

💡 Waarom styg die spanning so hoog, en daal dit dan weer?

Om elektrisiteit teen 'n baie hoë spanning (~400 kV) te stuur, beteken dat 'n baie laer stroom nodig is om dieselfde hoeveelheid drywing te lewer. Aangesien hitte wat in kabels verlore gaan sterk afhang van die stroom wat daardeur vloei, beteken 'n laer stroom op die lang oordraglyne dat baie minder energie vermors word voordat die elektrisiteit ooit jou huis bereik. Af-transformators bring die spanning dan terug na 'n veilige 230 V vir huishoudelike gebruik.

Beantwoord in jou oefeningboek. Skryf in volsinne en let op die puntetoekenning vir elke vraag.

Vraag 1 · (3 punte)

Noem DRIE verskillende maniere waarop Suid-Afrika elektrisiteit opwek, en gee vir elkeen aan watter vorm van energie na elektriese energie omgeskakel word.

Vraag 2 · (5 punte)

Lys, in die korrekte volgorde, die VYF stadiums waardeur elektrisiteit gaan op sy reis vanaf 'n kragstasie na 'n huis. Sluit 'n benaderde spanning vir ten minste drie van die stadiums in.

Vraag 3 · (3 punte)

Verduidelik, in jou eie woorde, waarom elektrisiteit oor lang afstande teen 'n baie hoë spanning oorgedra word eerder as teen die spanning wat in huise gebruik word.

Vraag 4 · (2 punte)

Beskryf die verskil tussen wat 'n op-transformator doen en wat 'n af-transformator doen.

Vraag 5 · (4 punte)

Wat is beurtkrag, en waarom gebeur dit? Stel TWEE maniere voor waarop 'n huishouding sy elektrisiteitsverbruik kan verminder om druk op die netwerk te help verlig.

Vraag 6 · (4 punte)

Die tabel hieronder toon die benaderde stroom wat nodig is om dieselfde hoeveelheid drywing (100 MW) langs 'n oordraglyn te lewer, teen drie verskillende spannings.

Oordragspanning	Benaderde stroom nodig om 100 MW te lewer
11 kV	≈ 9 090 A
132 kV	≈ 758 A
400 kV	≈ 250 A

(a) Bereken, met behulp van die tabel, ongeveer hoeveel keer hoër die stroom by 11 kV is as by 400 kV, vir dieselfde drywing wat gelewer word. Wys jou berekeninge. (1)
(b) Watter van hierdie drie spannings sou, gebaseer op die les se sleutelidee dat hitteverlies in 'n kabel skerp toeneem namate stroom toeneem, die MINSTE energie as hitte oor 'n lang oordraglyn vermors? (1)
(c) Verduidelik waarom 'n kragmaatskappy sou kies om elektrisiteit teen 400 kV oor te dra in plaas daarvan om dit net reguit vanaf die kragstasie teen 11 kV te stuur. (2)