Gudenåcentralen. vand elektricitet energi klima. Opgaver for gymnasiet, HF og HTX



Relaterede dokumenter
Opgaver for gymnasiet, HF og HTX

Opgavesæt om Gudenaacentralen

et undervisningsforløb om energi fra sol, vind og vand

Samfundets elektriske energiforsyning

El-lære. Ejendomsservice

til undervisning eller kommercielt brug er Kopiering samt anvendelse af prøvetryk El-Fagets Uddannelsesnævn

Når felter forandres Ny Prisma Fysik og kemi 9 - kapitel 5 Skole: Navn: Klasse:

EC-VENTILATORER: ENERGIBESPARENDE, EFFEKTIVE OG EKSTREMT LYDSVAGE

Den ideelle operationsforstærker.

Protoner med magnetfelter i alle mulige retninger.

Kulstofnanorør - småt gør stærk Side i hæftet

fs10 1 Jordvarme 2 Solenergi 3 Elpærer 4 Vindmøller 5 Papirfoldning Matematik 10.-klasseprøven Maj 2013

Ohms Lov Ohms lov beskriver sammenhæng mellem spænding, strømstyrke og modstand.

8. Jævn- og vekselstrømsmotorer

EC-VENTILATORER: ENERGIBESPARENDE, EFFEKTIVE OG EKSTREMT LYDSVAGE

Motor styring. frekvensstyring Tema: Bachelor projekt Projektperiode: 7 semester Projektgruppe: Synopsis: Deltagere: Jonas Nielsen

1. G fysik Elevbog LaboratoriumforSammenhængendeUddan g n i r æ L g o e s l e n

1.0 Møllens hovedtræk Regler... 3

Buksefjorden vandkraftværk. - En investering for generationer

Massefylden af tør luft ved normalt atmosfærisk tryk ved havets overade ved 15 C bruges som standard i vindkraftindustrien og er lig med 1, 225 kg

Højeste spaghettitårn

Opgavesæt om vindmøller

1. Vibrationer og bølger

Velkommen til Nykøbing Sjællands varmeværk

Projektbeskrivelse. Vindmøller ved Kjellingbro

Opgaver til brug på Elmuseet klasse

Landzonetilladelse til at opstille en husstandsvindmølle KVA Vind 6 på Tingvej 12, 4241 Vemmelev. Matr. nr. 11b Stude by, Hemmeshøj

Øvelser 10. KlasseCenter Vesthimmerland Kaj Mikkelsen

Producerer eller importerer du elmotorer? Så vær opmærksom: Der er krav fra juni 2011

Vind. Forsøg : Vindenergy 1/12

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

KVA Vind kw Husstandsvindmølle

OSIRIS KW VINDMØLLE SEPEEG

Øvelser 10. KlasseCenter Vesthimmerland Kaj Mikkelsen

Solens energi kan tæmmes af nanoteknologi Side i hæftet

Elspare-stafetten undervisningsbog 2013 Energistyrelsen

Lidt omkring Energi Nord Hvad siger reglerne? Solceller Vindmøller. Ved Energi Nord Martin Jacobsen & Steen Lund Sømod

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

FREDENSBORG KOMMUNE BANEBRO, ULLERØDVEJ

Fasedrejning. Fasedrejning i en kondensator og betragtninger vedrørende RC-led.

ELLÆRENS KERNE- BEGREBER (DC) Hvad er elektrisk: Ladning Strømstyrke Spændingsforskel Resistans Energi og effekt

Nulenergi- eller plusenergibygninger med varmepumper - er det mulig? Gilbert Jensen, Næstformand DSF & CEO Free Energy A/S

til undervisning eller kommercielt brug er Kopiering samt anvendelse af prøvetryk

(Kilde: The European Commission s Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability)

Målestoksforhold. Navn: Klasse: Matematik Opgave Kompendium. Opgaver: 25 Ekstra: 10 Mdt mat: 1 Point:

Faskiner. Figur 1. Opbygning af en faskine med plastkassette.

Elektronikken bag medicinsk måleudstyr

Ryttere i god form kører 6 x 3/2 (3 min aktiv, 2 min pause) Ryttere i mindre god form kører 4 x 3/2 (3 min aktiv, 2 min pause)

Formålet med dette forsøg er at lave en karakteristik af et 4,5 V batteri og undersøge dets effektforhold.

230V Elektrisk Vibrator Motor NEA

Nr. Hvornår Hvor mange år siden: 1 Du startede i skole 2 Du blev født Statsministerens fødselsår. (1966)

Udkast til. Forslag. til. Lov om ophævelse af. lov om Udnyttelse af Vandkraften i Gudenaa (Tangeloven)

Fysikøvelse Erik Vestergaard Musik og bølger

Lenze Global Drive Frekvens konvertere og AC motorer Grundlæggende teori

At lede lyset på nanovejen Side i hæftet

Induktion Michael faraday var en engelsk fysiker der opfandt induktionstrømmen i Nu havde man mulighed for at få elektrisk lys og strøm ud til

Vindmøller ved Øster Hassing Kær

Notat om metoder til fordeling af miljøpåvirkningen ved samproduktion af el og varme

KVA Vind kw Husstandsvindmølle

Kapacitetsordning - en model for brugerfinansiering af PSO-omkostningen

Mads Peter, Niels Erik, Kenni og Søren Bo

2. Funktioner af to variable

Facitliste til eksamensopgaver hf-tilvalgsfag

TILSLUTNINGSANVISNING

HORNS REV 1 HAVMØLLEPARK

VURDERING AF DE NUVÆRENDE 60 KV FORBINDELSER OVERFØRINGSEVNE 2

De følgende sider er et forsøg på en forklaring til det meste af det stof I skal have været igennem og som opgives til eksamen.

Brugsanvisning for styring og vedligeholdelse af vores varmesystem i Damhushave. 1. Det varme brugsvand (vandhanen og bruser)

TIPS & TRICKS TIL EN GOD TUR

LEGO Company LEGO Company blev grundlagt i Hovedproduktet er i dag byggeklodser i plast.

9. Overflade Letmetalmotorerne, serie MS, MY, ML er overfladebehandlet med RAL 9006 og ventilatorkappen RAL Støbejernsmotorerne er RAL 7031.

Folkeskolens afgangsprøve August 2007 Geografi - facitliste

En opdagelsesrejse på Harteværket. Elev-bog

Elektricitet til Kjaranstaðir

Spar penge på køling - uden kølemidler

Undervisningsbeskrivelse

Debatoplæg. Vindmøller ved Tollestrup. Forudgående offentlighed xx. xx til xx. xx Hjørring Kommune Teknik- & Miljøområdet

Fartpilot & Begrænser til biler med OE begrænser

Louise Regitze Skotte Andersen Jesper Repstorff Holtveg. Klasse / RTG

Danmarks energirejse

Åbn folderen og læs mere om den danske svineproduktion

Indhold:

7 QNL /LJHY JW VDPPHQVDWWHYDULDEOH +27I\VLN

Harmoniske Svingninger

Jeg ville udfordre eleverne med en opgave, som ikke umiddelbar var målbar; Hvor høj er skolens flagstang?.

Mono EZstrip Family. Unik (MIP) Maintenance In Place! Videoer på EZstrip pumper og Muncher på:

Svag hældning og ikke brugbart: Minivådområdet giver bagvand i drænsystemet. Der skal udgraves og flyttes meget jord.

Brugervejledning for Senge- og dørvagt PIR2003

DGI TRÆNERGUIDEN DGI TRÆNERGUIDEN DGI TRÆNERGUIDEN DGI TRÆNERGUIDEN. Mavebøjning i kæde. Mavebøjning i makkerpar FYSIK TRÆNING FYSIK TRÆNING

SEB Next Generation er en målrettet indsats i samarbejde med DTF og tennisklubberne. Omdrejningspunktet er det Internationale Tennisforbunds

Odder Kommune Dok Plan /CT Sag Vindmølleplanlægning. Debatoplæg. August side 1

TRAY. Installations vejledning. 1 TRAY VARMEVEKSLER. VANDENERGI M.A. Denmark ApS mail@vandenergi.com Phone:

Kjaranstadir Vandkraftværk E-AFP 1, forår 2007

Vær ærlig overfor dig selv nu. Det her er din chance for at ændre livets tilstand.

Vejledning til Tidtagningssystem til ridebanespring. Sønderborg. Knap for addering af 6 sekunder ved total nedrivning af forhindring.

Muligheder for investering i vindmøller

LEGO minifigs byg kolleger/kendte personer

FRIMÆRKETS DAG ELSTED-LYSTRUP FRIMÆRKEKLUB

MATEMATIK. Ballonen #1. Albertslund Ungdomsskole. MATEMATIK Problemløsning. Opgaver bygget over en ungdomsskoles logo

Transkript:

Gudenåcentralen vand elektricitet energi klima Opgaver for gymnasiet, HF og HTX

Forord Det følgende er en opgave om Gudenaacentralen, der er Danmarks største vandkraftværk. Værket ligger ved Tange Sø. Før 1920 var der ingen sø og intet kraftværk. I 1918-20 byggede man en stor dæmning tværs over Gudenådalen, så Gudenåen for en tid blev standset i sit løb (det tog 14 dage at fylde søen til den planlagte højde). Dermed blev Tange Sø skabt. Den er Danmarks største kunstige sø. Samtidigt byggede man kraftværket, hvis generatorer drives af Gudenåens vand. Søen er ca. 13 km lang, og har en overflade på ca. 625 ha. Fra søen løber vandet hen til kraftværket gennem indløbskanalen. Vandets faldhøjde fra søens overflade ned til bagvandet, hvor Gudenåen fortsætter sit videre løb mod Randers, varierer mellem 8 og 10,5 meter (se snittegningen af værket nedenfor). Vandet løber altså ind i Tange Sø i den sydlige ende ved Kongensbro, og ud af søen gennem indløbskanalen og kraftværkets turbiner. Denne opgave er lavet af Elmuseet i samarbejde med Gudenaacentralen. På gensyn! Snittegning af Gudenåcentralen - Tangeværket. 1. Indløbskanal med sluseporte. 2 Francis-turbinerne. 3. Generatorer. Side 2 af 12

1. Vandet A: Hvor meget vand løber der igennem turbinerne i dag? Metode 1 ved indløbskanalen: (kræver Appelsiner, målebånd, stopur, et par lange snore og millimeterpapir) Figuren nedenfor viser indløbskanalens tværsnit ud for kanoernes landingsbro (se oversigtskortet). Der spændes snore over indløbskanalen med 10 meters mellemrum. Ved at kaste appelsiner i vandet og bruge stopuret kan vandets hastighed bestemmes. Hvis I finder vandets strømningshastighed (m/s) i overfladen i forskellige afstande fra bredden (f.eks. 1m, 2m, 3m, 4m og 6m) kan I tegne et strømningsprofil for kanalen og finde, hvor meget vand der strømmer forbi landingsbroen på et sekund (K angives i m 3 /s, husk at ændre til kg/s når tallet skal bruges til energiberegninger). I bliver nødt til at gætte på, hvor hurtigt vandet strømmer i kanalens dybere lag. Side 3 af 12

Områdekort over Elmuseet Ê viser stedet for metode 1. Side 4 af 12

Metode 2 Gudenåcentralens hjemmeside: www.gudenaacentralen.dk Elproduktionen Driftsdata Eksempel: Dato: 9.12.2009 Generator 1 Generator 2 Generator 3 Netspænding, kilovolt 10,5 10,5 Fasestrøm, ampere 72 70 Effekt, kilowatt 1300 1300 Magnetiseringsspænding, volt 66 60 Magnetiseringsstrøm, ampere 101 93 Vandmængder Vandmængde ialt, m³/s 40,0 Forvands-kote i meter 13,52 Bagvands-kote i meter 5,15 cos phi 0,97 På hjemmesiden aflæses højden af søens overflade forvands-koten (h s ) og fra fraløbet bagvands-koten (h b ). Nu kan man beregne vandets faldhøjde (h). Faldhøjden afhænger af, hvor meget vand der løber gennem turbinerne; ved store vandmængder stiger vandstanden i fraløbet. På kurven aflæses K. Aflæsninger: h s = h b = h = Side 5 af 12

B: Gudenaacentralens afstrømningsområde I gennemsnit løber der ca. 6,0 x 10 8 m 3 vand gennem turbinerne på et år. Kortet viser Gudenåens afstrømningsområde nettet har masker på 10 x 10 km. 2.1 Hvor stort er afstrømningsområdet? Side 6 af 12

Figuren viser den gennemsnitlige årlige nedbør i området 2.2 Hvor stor er den gennemsnitlige årlige nedbør i afstrømningsområdet? 2.3 Hvor meget vand falder der årligt som nedbør i afstrømningsområdet (i gennemsnit)? 2.4 Hvor stor en del af vandet løber bort gennem Tange Sø? 2.5 Hvad bliver der af resten? Side 7 af 12

2. Elektricitet A: Hvor stor effekt producerer kraftværket netop i dag? For at bestemme den elektriske effekt, skal man som bekendt kende spænding og strømstyrke. For trefaset vekselstrøm gælder, at den elektriske effekt er givet ved: P el = 3 U 3 I 3 cos φ Hvor U 3 er den spænding generatoren leverer, I 3 er strømstyrken og φ er faseforskydningen (se side 11, hvis du ikke ved hvad faseforskydning er). Den lille jævnstrømsgenerator (magnetiseringsmaskine) bruger en del af den strøm, den selv leverer, til magnetisering af rotorens magneter (husk at der her er tale om jævnstrøm) P m = U m I m Du kan aflæse de nødvendige data på hjemmesiden. Eksempel: Dato: 9.12.2009 Generator 1 Generator 2 Generator 3 Netspænding, kilovolt 10,5 10,5 Fasestrøm, ampere 72 70 Effekt, kilowatt 1300 1300 Magnetiseringsspænding, volt 66 60 Magnetiseringsstrøm, ampere 101 93 Vandmængder Vandmængde ialt, m³/s 40,0 Forvands-kote i meter 13,52 Bagvands-kote i meter 5,15 cos phi 0,97 Beregn P el og P m, og sammenlign med data på hjemmesiden. Side 8 af 12

B: Frekvensen af den producerede elektricitet En vekselstrømsgenerator består af: Rotoren en stjerneformet, roterende del, der magnetiseres af magnetiseringsstrømmen. Rotoren har et lige antal magnetpoler. En pol er altid enten NORD eller SYD. Rotoren er viklet, så nord- og sydpoler sidder skiftevis (se figuren på næste side). Statoren er en fast del. Statoren har lige så mange ankre, som rotoren har poler. Ankrene er beviklet med kobbertråd. Vekselstrømsgenerator Når en af magnetpolerne på rotoren passerer forbi en bevikling på statoren, induceres der en spænding i beviklingen. I løbet af den tid, det tager for de to poler (Nord og Syd) at passere en enkelt bevikling frembringes en enkelt sinusformet fase i vekselstrøm. Hvis rotoren løber n gange rundt på et minut, og antallet afpoler er p, vil en statorbevikling på et minut passeres af n p poler. På et minut vil der altså frembringes ½ n p faser. Da frekvensen (f) er defineret som antallet af faser per sekund gælder F = ½ (n p/60) Antallet af poler (p) findes ved at tælle på en af generatorerne eller læse på Gudenåcentralens hjemmeside. Beregn frekvensen. Hvorfor er kraftværket konstrueret til at producere vekselstrøm med netop denne frekvens? n = 214 p = f = Side 9 af 12

3. Virkningsgraden hvor godt udnytter kraftværket den potentielle energi i vandet? A: Kraftværkets virkningsgrad: Den effekt, der afgives i vandet, når det falder stykket h, er givet ved: P v = 1000 K g h hvor g er tyngeaccelerationen, hvor K er vandmængden/sekund og g = 9,82 m/s 2 For dagens tal: K = h = kan man finde: P v = Kraftværkets virkningsgrad defineres som: η = afgivet effekt / indgående effekt = P el / P v Beregn virkningsgraden for kraftværket som det kører netop i dag. η = / = = % B: Gennemsnitlig virkningsgrad På et år løber der 6,0 10 8 m 3 vand gennem turbinerne. Der produceres i snit 12 mio. kwh om året. Du skal finde den gennemsnitlige virkningsgrad for værket. 1) Find gennemsnittet af K for et år. 2) Find den tilhørende gennemsnitsværdi for h (brug figuren fra vand metode 2). 3)Find den gennemsnitlige P v. 4) Find den gennemsnitlige P el. 5) Giv et forslag over værkets gennemsnitlige virkningsgrad. C: Virkningsgrad når K varierer Vandets mistede potentielle energi (per sekund) er givet ved P v = 1000 K h g 1) Find den funktionelle sammenhæng mellem h og K ud fra figuren side 1 (nederst) og bestem K som funktion af h. 2) Find den maksimale effekt for vandets tab a potentiel energi (Hint: Udtryk K ved h og sæt ind i udtrykket for P v.) Nu skulle den gerne have et andengradsudtryk i h. Find maksimum for dette udtryk.). 3) Tegn en graf, der viser sammenhængen mellem K og P v. Værket kører normalt ved værdier af K der ligger mellem 10 m 3 /s og 50 m 3 /s. Hvis K stiger til over 100 m 3 /s er der fare for at brænde statorafviklingerne af, og det er nødvendigt at åbne nødslusen. 4) Giv et argument (ud fra din K- P v -kurve) for at værkets konstruktører har vidst, hvor store vandmængder værket skal håndtere og har dimensioneret værket i overensstemmelse med deres viden. Side 10 af 12

4. Hvis generatorerne og turbinerne ikke var der? Hvis kraftværket blev erstattet af et vandfald, ville vandets ændring i potentiel energi gå til at opvarme Gudenåens vand i stedet for at lave elektricitet. 4.1. Find hvor megen elektrisk energi 1 m 3 vand, der passerer turbinerne, i gennemsnit producerer. 4.2. Find hvor megen potentiel energi 1 m 3 vand, der bevæger sig fra søen og ned i fraløbet, i gennemsnit mister. (Sæt h = 9,6 m) 4.3. Hvor meget varmere ville Gudenåens vand i gennemsnit være neden for faldet, hvis generatorerne blev erstattet af et vandfald? 4.4. Når vandet løber gennem værket omdannes en del af værkets potentielle energi til el. Hvorfra har vandet fået den potentielle energi? (hvad er det for en energikilde, der løfter vandet op i Gudenåen oven for Tange Sø) Faseforskydning: For vekselstrømme behøver strømstyrke og spænding ikke at følges ad. Med andre ord: Ohms lov gælder ikke altid. Både strømstyrken og spændingen varierer som sinusformede svingninger, men den ene kommer altid lidt før den anden. Faseforskydningen måles i forhold til en hel svingning og angives i grader eller radian (rent tal), idet hhv. 360 grader eller 2π svarer til en forskydning på en hel svingning. Generatorer U3/kV I3/A Pel/kW I m/a U m/v Turbine 1 Turbine 2 Turbine 3 Fælles Polantal / stk. Omdrejningstal / min Forvand / m Bagvand / m Cos φ Turbiner i drift / sek Vandmængde / m 3 /sek Side 11 af 12

Side 12 af 12