Copyright 2011 Gregers N.S. Larsen

Transkript

2 Navn: Gregers N.S. Larsen Udannelse: Stud.polyt.Energi(ingeniørstuderende indenfor energi) Speciale i termodynamik Billedefra UNF Aarhus tur til atomkraftværket Brokdorfi Tyskland, hvor foredragholder deltog. 2

3 Hurtig gennemgåelse af regler 3

4 Gennemgåelse af foredragets emner 4

5 Første del af foredraget handler om hvad energi er og hvordan detopfører sig. 5

6 Energi kan ikke kvalificeres, det kan kun kvantificeres. Vi kan godt finde ud af hvor meget energi der er i en enkelt handling,men der er ingen der har fundet ud af hvad energi rent faktisk er. Det burde i universet være et grundpartikel, men ingen har set antydningen af det. 6

7 Hvisder en da er nogle der finder ud af hvad energi er i universet og hvorfor det opfører sig som det gør, vil de med sikkerhed vinde den højeste pris i naturvidenskaben, Nobelprisen. 7

8 Når man snakker energi, erde 4 termodynamiske love de grundlæggende regler. Termodynamikkens 0. lov er ikke skrevet, da den ikke er relevant for foredraget. Man kan dog lære mere på: 8

9 Termodynamikkens 1. lov kaldes også Lovenom energibevarelse. Dette er fordi at energien i et lukket system (et teoretisk system der er totalt afskåret fra omverdenen) altid er bevaret. Man kan altså ikke ødelægge eller skabe energi, der vil altid være den samme mængde. 9

10 Entropi er i fysikken et andet ord for kaosog dets mængde er steget fra universets start (Big Bang) og vil stige til universet er homogent eller ensartet overalt. Termodynamikken siger at kaosset i et system kun kan bibeholdes eller stige. Bliver det stillestående kalder man systemet for reversibelt. Stiger entropien i systemet kalder man det for irreversibelt. I et reversibelt system kan processen køre den anden vej igen og energien kan føres tilbage. I et irreversibelt system kan den oprindelige tilstand ikke genskabes når først processen er gennemført. Der findes ikke mange reversible processer og det er mest et teoretisk udtryk. 10

11 Ved det absolutte nulpunkt (0 Kelvin, -273,15 grader Celsius) er der ingen energi i atomer.dette siger termodynamikkens 3. lov. Indre energi er en blanding af flere energiformer, alle afhængige af temperaturen. Loven siger da 2 essentielle ting: 1) Desto mindre temperaturen i et objekt er, desto mindre er energien i objektet. 2) Fordi der i det absolutte nulpunkt ingen energi er, kan denne temperatur aldrig opnås. 11

12 Energiforsvinder ikke, men laves om til andre former: Varme fra solen kommer ned gennem jordens atmosfære, rammer luftmolekyler og skaber trykændringer. Dette skaber vinde. Den kinetiske energi i vinden rammer vindmøllevinger, hvor den så bliver lavet om til mekanisk energi. Denne bliver i en generator lavet om til elektrisk energi ved hjælp af magnetisme. Ved at lave om på elektriciteten kan denne transporteres rundt, indtil vi bruger den i vores kaffemaskine og igen laver varmeenergi. På den måde kan energien laves om igen og igen. 12

13 Anden del handler om hvorfor man skal satse på vedvarendeenergi (herefter kaldet VE). Hvorfor det er at vi ikke bare kan fortsætte med at bruge fossile brændsler som olie og kul. 13

14 Der er selvfølgelig spørgsmåletom CO_2. Fossile brændsler udleder CO_2 i store mængder mens VE ved energiproduktionen er rene. 14

15 Fossilebrændsler bliver opbrugt. De mest negative analyser siger at vi ikke har olie nok i verden til de 50 år, mens vi knap har kul nok til de næste 100 år. 15

16 Energiforbrug per indbygger [kg olie ækvivalent/indbygger] Man kan på grafen se hvordan verdens energiforbrug per indbygger stille og roligt stiger. Dog er verdens befolkning steget drastisk, så verdens energi stiger da for dag. I Kina alene bliver der sat et nyt kraftværk i gang hver 2. dag! I Danmark falder vores energiforbrug, især på grund af ny teknologi. Den store udfordring er at minimere energiforbruget men samtidig fortsætte udviklingen og give moderne energis muligheder til flere. 16

17 Prisen på råolie fra 1970 til nu [dollars/tønde] Prisen på olie er bestemt efter udbud og efterspørgsel. Da verdens energiforbrug (efterspørgsel) stiger vil prisen også stige. I samme ombæring bliver det sværere og sværere at finde olie, så prisen på olie vil gå op. Grafen viser hvordan prisen på olie er steget meget de sidste 10 år. Bliver olieprisen for høj når man en smertegrænse. 17

18 I del 3vil der vises hvad VE er (definition) og hvad der kan skabe VE. 18

19 På Wikipedia (dansk) er der givetfølgende definition på VE: energiformer, der ikke har begrænsede reserver, men dog er begrænsede i deres øjeblikkelige forekomst. dog er denne dårligt forklaret og misvisende. Teoretisk set er VE ikke mere begrænsede i deres øjeblikkelige forekomst (det vil sige at de er begrænsede af deres kilde, fx vind) end fossile energimetoder (der er begrænsede af hvor meget olie eller kul der er til stede). Den store forskel på fossile og vedvarende metoder er at hvor de fossile kilder (olie, kul, atomkraft, biomasse) bliver brændt for at skabe energi, bruger vedvarende energi kilder der ikke ændrer tilstandsform. Dermed forbrænder VE ikke deres energikilde ved produktion. 19

20 Eksempler på hvadve kan laves af: -Vind, den mest kendte i Danmark -Bølger, en kilde der foreløbigt kun er på forsøgsbasis, men snart er klar. -Flodstrømme, den langt mest brugte VE produktionskilde -Solen, bruges også meget nu, dog mest til varmeproduktion. -Varme fra undergrunden, noget der også bliver meget brugt, men kun få stederi verden på stor skala. 20

21 21

22 Del 4 fortæller om nogle af de forskellige teknologier og teknikker til at producere VE. 22

23 De fleste danskere ved hvordan en vindmølle ser ud. Højt tårn med 3 vinger der kører rundt om en horisontal akse. Dog er det ikke den eneste model vindmølle der findes. Normalt deles vindkraftanlæg (vindmøller) ind i 2 hovedkategorier: HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine, Horisontalakslet vindmølle) Horisontale vindmøller er de lagt mest brugte typer. De består af et højt tårn med et hus på, hvori en vandret akse sidder. En normal vindmølle. Dog er der ikke noget bestemt antal vinger på en HAWT. Den mest normale type er det 3 vingede hurtigløber, også kaldet Den danske model er langt mest brugt. Der findes dog mange med 2 vinger, endda har der været forsøg med vindmøller der kun havde én vinge! Vinden bliver hurtigere og hurtigere desto længere man kommer over jorden eller havoverfladen. Dette skaber et problem med at kraften på vingen øverst kan være meget større end på vingen nederst. Er der 2 vinger nederst er kraften mere lige. Er der meget ulige kræfter vil vingerne svinge ind og ud fra tårnet, hvilket kan være farligt og som slider voldsomt på vindmøllen. Derudover er 3 vingede HAWTs hurtigere til at accelerere op, så de starter hurtigere. Den anden type af vindmøller kaldes VAWT (VerticalAxisWind Turbine, Vertikalakslet vindmølle) 23

24 Vertikale vindmøller producerer ikke nær så meget som de horisontale, men kan til gengæld tåle mere turbulente vindstrømme fra forskellige retninger. Ligeledes gør deres konstruktion at de teoretisk (der forskes på det) kan bruges som flydende vindmøllebøjer, hvilket man ikke kan med HAWT 23

25 Der er 2 måder en vindmølle kan lave strøm: 1) Med gearboks. De fleste møller bruger almindelig gearboks (Vestas, Siemens ) Rotorens omdrejninger på 9-19 omdrejninger/minut bliver gennem en gearboks omdannet til omd./min. Disse omdrejninger bliver så omdannet til elektrisk strøm i generatoren. 2) Type 2 bruger en mangepoletgenerator. I denne type er der ingen generator, men generatoren har mange flere poler (spoler) end i en almindelig generator. Den almindelige vindmølle har den bedste effektivitet ved høje vindhastigheder, mens den mangepoledetype har bedst ved lave. Den mangepoledeer dog væsentligt dyrere at producere, så man bruger oftere gearboks. De nyeste af de store vindmøller fra Vestas benytter begge teknologier for at udnytte vinden endnu bedre ved alle vindstyrker. 24

26 Hydropowereller vandkraft er den langtmeste brugte type vedvarende energi. I Norge bliver 99,4% af al elektricitet lavet på vandkraft i deres elve alene! Vandmøllen er en ny teknologi, men tilsvarende, bare for ændringer mellem ebbe og flod. Turbiner, som bruges til almindelig vandkraft, tåler ikke godt saltvand. Vandmøller er beregnet til hvor forskellen mellem højvande og lavvande er stor, hvilket nogle steder er op til 8 meter. 25

27 Princippet i vandkrafter simpelt. Der er en niveauforskel (og dermed trykforskel) mellem 2 dele af en flod. Man lader det høje tryk gå mod det lave tryk (venstre mod højre) gennem en turbine. Dermed bliver strøm produceret. Verdens største kraftanlæg er The Three Gorges anlægget på Yangtze floden i Kina (øverst venstre på forrige slide). 26

28 Der er 2 måderat få varme fra solen. Den ene er solceller, hvor et halvledermateriale (som regel silicium) ved hjælp a fotonerne (sollyspartikler) skaber et elektrisk kresløb og dermed elektricitet. Den anden måde er at benytte varmen i solens stråler til at skabe varme i bygninger. 27

29 I eksemplet er det solvarme der vises: Koldt vand strømmer ind i solvarmeren, der så varmer vandet op. Det nu opvarmede vand bliver pumpet ned i en boiler(fyr) hvor det bliver yderligere opvarmet, så det kan bruges til husopvarmning og i sjældne tilfælde brugsvand. I visse systemer bruges det opvarmede vand fra solfangeren direkte i gulvarme uden at gå igennem et fyr. Vandet fra et solvarmeanlæg er dog ikke varmt nok til at bruges i radiatorer. 28

30 Bølgeenergi eren af de varslede store teknologier i fremtiden. Disse påvirker ikke deres nærmiljø, producerer ren (og vedvarende) energi. Der er mange forskellige måder at bruges bølgens energi til at producere elektricitet på. Der er en metode med at bruge en simpel bøje der skaber induktion (og dermed elektricitet) når den vugger op og ned i bølgen. Slangen Pelamis(nederst venstre) benytter et princip med hydraulik. Når slangen knækker i sine led, skaber det flow i nogle indre rør, hvilket kan få turbiner til at producere elektricitet. I Wavestarkonceptet (øverst højre) bevæger bølgen sig ned langs pontonerne, der i fælleskab hjælper med at skabe en rotation, der så benyttes til elektricitet. Den sidste viste type er Wavedragonkonceptet, der fungerer som en såkaldt flydende strand. Vandet flyder ind over siderne i konstruktionen, der mest minder om et bassin. I bunden er der en række huller med turbiner i. Når vand er skyllet ind, sørger trykforskelle for at vandet bliver suget ud gennem bunden, igennem turbinerne. 29

31 Jordvarme findes i forskellige former. Oftest bruges de kun til varme,da temperaturen i undergrunden ikke nær er varm nok (over kogepunktet) til at producere elektricitet med. Dog er der på steder med vulkansk aktivitet (som på Island, hvor billedet er fra) steder hvor varmen i undergrunden er så stor at kogende vand kan pumpes direkte fra undergrunden, renses for bl.a. svovl og derefter bruges til elektricitet og varme. 30

32 Del 5 handler om hvorforman ikke bare bruger vedvarende energi, og hvorfor det er nødvendigt at stadigt er nødvendigt at have kulkraftværker og gas. 31

33 Man kan ikke bare sådan skrue op og ned for vedvarende energiformer. Skruerman ned, slider det på maskineriet og man kan naturligvis ikke skrue mere op en vand, vand eller varme tillader. På gasanlæg og til dels kulkraftværk kan man skrue på effekten og dermed skabe stabile energikilder. Dette sker dog ikke med korte varsler. Derfor eksporterer og importerer Danmark med nabolandene til alle sider. Problemet ligger i at Danmark som regel eksporterer energi billigt men importerer billigt. 32

34 En af måderne man kunne hjælpe på problemeter ved at lagre energi. Dette kan gøre på få måder i stor skala. En af de bedste måder er PumpedHydro teknikken, der virker meget ligesom vandkraft, men i stedet for at man har en løbende flod, har man i stedet 2 vandreservoirer hvor man kan pumpe vand imellem. Pumper man vand op fra lavt til højt bruger man energi, der fx kunne være i overskud fra vindmøller. Når man lader løbe fra høj til lav, producerer man energi. Det øvre vandreservoir fungerer da som energilager. Forskellen mellem bruge og producere energi (effektivitet) er op til 0,82. Dette betyder at op til 82 % af energien kan lagres effektivt. Bedre end noget batteri. Desværre er det ikke noget man bruger i Danmark, da vi ikke har naturlige højderygge at lave øvre vandreservoirer på. Dog findes der på forsøgsbasis et lignende koncept med øer i havet, hvori der er dybe og store huller. 33

35 I Danmark har været rigtigt gode i mange årtil at bruge mindre og mindre fossile brændsler. Faktisk er vi nu kommet under verdensgennemsnittet. Men vi skal længere ned endnu. Ifølge den tidligere regerings klimaplan skal vi ned på 50 % inden Dette lyder som lang tid, men bliver en massiv opgave. 34

36 Lagkagediagrammerne viser energiforbruget i verdenog hvordan de er fordelt. Man kan se hvordan den blå især er blevet mindre. Dog er det endelige mål at den blå, grønne, lilla og gerne den gule skal helt væk. Og det i vores levetid. 35

37 Skulle der være yderligere spørgsmål eller kommentarer kan Iskrive til foredragsholder på 36