Duurzame energie 2021 // samenvatting
1/ INLEIDING
Elektriciteit balans **
Op elk moment moet zijn
𝐸!"#$%&'() = 𝐸*)"+%(, (wet van behoud van energie)
2/ ENERGIE & ELEKTRICITEIT
2.1 Energie grootheden
a) Arbeid (W)
𝐹 = 𝑚 ∗ 𝑔 → in Joule
𝑊 = 𝐹 ∗ ∆𝑥
-.
Een willekeurige baan: 𝑊 = ∫-/ 𝐹 ∗ cos/𝜃(𝑥)3 𝑑𝑥
b) Kinetische energie
/
𝐸, = . 𝑚 ∗ 𝑥̇ .
→ kan worden afgeleid uit de formule van arbeid
c) Potentiele energie
𝐸! = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ
d) Warmte hoeveelheid/energie (Q)
0.
𝑄 = ∫0/ 𝑚𝑐(𝑇)𝑑𝑇
Bij constante c:
𝑄 = 𝑚𝑐(𝑇. − 𝑇/ )
→ bij gassen is c niet constant
e) Verbanding
= vrijgekomen warmte in Joule
→ bij verbranding van 1kg
→ inclusief condensatiewarmte voor waterdamvorming
f) Stookwaarde
= verbrandingswaarde - condensatiewarmte
g) Elektrische energie (E)
→ wet van ohm
𝑈 = 𝐼∗𝑅
→ 𝐸 = 𝑈 ∗ 𝐼 ∗ 𝑡 (joule)
h) Vermogen (P)
1
𝑃 = ' → geleverde energie per seconde
→ uitgedrukt in Watt
i) Rendement (𝜂)
1
𝜂 = 1!"#
"$
Zie slides voor enkele oefeningen
Waarschjnlijk een examenvraag
1
, Duurzame energie 2021 // samenvatting
2.2 “Klassieke” elektriciteitsproductie
→ op basis van brandstoffen
2 Technieken
a/ Generator – Alternator
rotor draait rond in stator
→ slide over specifieke werking niet kennen
b/ Energie/arbeid uit warmte Q
Deze techniek → ligt aan de basis van bijna elke elektriciteit productie
Water wordt opgewarmd en maakt stoom
Stoom → stuurt een turbine → zo elektriciteit opgewekt
Stoom moet voldoende worden afgekoeld → koeltoren plaatsen
Soorten centrales
a/ Thermische centrale
Koud water wordt opgewarmd → warmte wordt gemaakt door iets te verbranden
→ stoom wordt gegeneerd → stoom laat turbine draaien
→ warm water mag niet in schelde geloosd worden
Vandaar koeltoren geplaats
Rendement = 35% → heel weinig
Nog maar 1 steenkool centrale in België
b/ STEG stoom en gascentrale
→ op basis van gassen
→ werkt ook met 2 turbines
Gas wordt opgewarmd → eerste turbine word al direct aangedreven
Warme gassen gaan door stoomcyclus → om 2de generator aan te drijven
Rendement = 56%
→ 4250 MW aan gascentrales in België (+1 klassieke)
c/ Gasturbine en turbojet
kleine centrales → met laag rendement
Word aangedreven met aardgas/aardolie
Handige turbines → kunnen a la minute direct aangezet worden
→ zo kunnen we altijd snel bijschakelen
→ interessant om kleine tekorten of overschotten te compenseren
Dit is handig omdat: zie elektriciteit balans**
Rendement = 40%
428 MW → capaciteit in België
d/ Warmtekrachtkoppeling
Aardgas wordt verbrand
→ warme gas wordt gebruikt om kantoor(bv) op te warmen
Rendement = 85% (gecombineerd
300 MW aan capaciteit (veel in haven van Antwerpen)
2
, Duurzame energie 2021 // samenvatting
Conclusie
Capaciteit aan klassieke centrales → 5000 (afgerond) → te weinig
Belgisch piekvermogen = 15000 → nog 10 000 MW ergens anders moeten gaan halen
En bovendien is klassieke productie = niet duurzaam
Foto’s
2.3 “Nucleaire” elektriciteitsproductie
Lijkt veel complexer dan het is
→ eigenlijk kunnen wij de kern van kernenergie snappen
China → land in evolutie → tegen 2025 gaan ze belangrijke technologie zelf produceren
→ kerntechnologie willen ze zelf ook → is ook al gelukt
→ andere industrieën momenteel nog niet gelukt (luchtvaart, verbrandingsmotor)
Chemie (basis)
→ om kernenergie te snappen
Elk materiaal → opsplitsen in fundamentele bouwstenen
→ Scheikunde houdt zich bezig met het opsplitsen van materialen in elementen
→ alle individuele elementen → in het PSE
Atoommodel
- In de kern:
→ protonen → positief geladen → massa = 1,67262 × 10−27
→ neutronen → geen lading → massa = 1,67493 × 10-27 kg
- rondom kern: elektronen → negatief geladen (bijna massaloos)
3
2𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡
Z = aantal protonen in kern (=aantal elektronen)(=atoomgetal/nummer)
A = aantal neutronen + protonen (atoommassagetal)
A – Z = aantal neutronen
3
, Duurzame energie 2021 // samenvatting
Basiswet → gelijke lading stoot elkaar af
Protonen in kern moeten elkaar afstoten
→ door kernkrachten → blijven toch dicht bij elkaar
→ speelt alleen op zeer kleine afstand (∆𝑥 < 104/5 )
Meer protonen hebben meer kernkracht en dus meer neutronen nodig
→ aantal neutronen kan variëren
Een te zware kern is eveneens instabiel → vervalt na verloop van tijd naar stabiele kernen
→ Verval = radioactiviteit
- 𝛼-straling → zeer krachtig → maar kan tegengehouden worden met papier
- 𝛽-straling → neutron die opslits in elektron en proton → verhoging Z
- 𝛾-straling → enkel dikke lagen beton kan tegenhouden
Halfwaardetijd
→ hoelang zal het duren voor het is uitgestraald
Hoe elektriciteit opwekken
Uraniumerts → ontginnen
- 99,3% U238
- 0,7% U235
→ we willen dat gaan splitsen → met centrifuge
U235 bekogelen met neutronen (snel)
Als we berekenen zien we dat massa verloren is gegaan → dit is heel bijzonder
Einstein heeft gezegd 𝐸 = 𝑚𝑐 .
⇒ dus als we massa verliezen
Betekend dat we uitgestraalde energie hebben verkregen
Als we bekijken hoeveel energie vrij is gekomen (kunnen we berekenen)
= 8,32 mJ voor MAAR 1 kernreactie
Het blijft niet bij 1 rectie
Bij elke reactie komen 3 neutronen vrij → deze opnieuw gaan gebruiken om andere te splitsen
Nadeel → bewegen te snel om opnieuw te gebruiken
Neutronen → vertragen → hoe? als de massa gelijk is van neutron en moderator(water)
→ dat is enkel bij zwaar water (met H2 atomen)
→ zo kunnen de neutronen opnieuw worden gebruikt
Water (heel blauw water) ook andere functie
→ gebruiken → om opgewekte energie mee te nemen
→ water moet ook soms worden vervangen (het is wel radioactief L)
Uranium 235 is niet gevaarlijk → kan opgeraken
→ nucleaire pellets → die worden samengevoegd in brandstofstaven
→ om 18 maanden vervangen
→ de laatste neutronen is kernafval (probleem)
→ om de 12 a 24 maanden onderhoud → vervangen van staven
→ moet 1/3 van brandstofstaven vervangen worden
4
1/ INLEIDING
Elektriciteit balans **
Op elk moment moet zijn
𝐸!"#$%&'() = 𝐸*)"+%(, (wet van behoud van energie)
2/ ENERGIE & ELEKTRICITEIT
2.1 Energie grootheden
a) Arbeid (W)
𝐹 = 𝑚 ∗ 𝑔 → in Joule
𝑊 = 𝐹 ∗ ∆𝑥
-.
Een willekeurige baan: 𝑊 = ∫-/ 𝐹 ∗ cos/𝜃(𝑥)3 𝑑𝑥
b) Kinetische energie
/
𝐸, = . 𝑚 ∗ 𝑥̇ .
→ kan worden afgeleid uit de formule van arbeid
c) Potentiele energie
𝐸! = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ
d) Warmte hoeveelheid/energie (Q)
0.
𝑄 = ∫0/ 𝑚𝑐(𝑇)𝑑𝑇
Bij constante c:
𝑄 = 𝑚𝑐(𝑇. − 𝑇/ )
→ bij gassen is c niet constant
e) Verbanding
= vrijgekomen warmte in Joule
→ bij verbranding van 1kg
→ inclusief condensatiewarmte voor waterdamvorming
f) Stookwaarde
= verbrandingswaarde - condensatiewarmte
g) Elektrische energie (E)
→ wet van ohm
𝑈 = 𝐼∗𝑅
→ 𝐸 = 𝑈 ∗ 𝐼 ∗ 𝑡 (joule)
h) Vermogen (P)
1
𝑃 = ' → geleverde energie per seconde
→ uitgedrukt in Watt
i) Rendement (𝜂)
1
𝜂 = 1!"#
"$
Zie slides voor enkele oefeningen
Waarschjnlijk een examenvraag
1
, Duurzame energie 2021 // samenvatting
2.2 “Klassieke” elektriciteitsproductie
→ op basis van brandstoffen
2 Technieken
a/ Generator – Alternator
rotor draait rond in stator
→ slide over specifieke werking niet kennen
b/ Energie/arbeid uit warmte Q
Deze techniek → ligt aan de basis van bijna elke elektriciteit productie
Water wordt opgewarmd en maakt stoom
Stoom → stuurt een turbine → zo elektriciteit opgewekt
Stoom moet voldoende worden afgekoeld → koeltoren plaatsen
Soorten centrales
a/ Thermische centrale
Koud water wordt opgewarmd → warmte wordt gemaakt door iets te verbranden
→ stoom wordt gegeneerd → stoom laat turbine draaien
→ warm water mag niet in schelde geloosd worden
Vandaar koeltoren geplaats
Rendement = 35% → heel weinig
Nog maar 1 steenkool centrale in België
b/ STEG stoom en gascentrale
→ op basis van gassen
→ werkt ook met 2 turbines
Gas wordt opgewarmd → eerste turbine word al direct aangedreven
Warme gassen gaan door stoomcyclus → om 2de generator aan te drijven
Rendement = 56%
→ 4250 MW aan gascentrales in België (+1 klassieke)
c/ Gasturbine en turbojet
kleine centrales → met laag rendement
Word aangedreven met aardgas/aardolie
Handige turbines → kunnen a la minute direct aangezet worden
→ zo kunnen we altijd snel bijschakelen
→ interessant om kleine tekorten of overschotten te compenseren
Dit is handig omdat: zie elektriciteit balans**
Rendement = 40%
428 MW → capaciteit in België
d/ Warmtekrachtkoppeling
Aardgas wordt verbrand
→ warme gas wordt gebruikt om kantoor(bv) op te warmen
Rendement = 85% (gecombineerd
300 MW aan capaciteit (veel in haven van Antwerpen)
2
, Duurzame energie 2021 // samenvatting
Conclusie
Capaciteit aan klassieke centrales → 5000 (afgerond) → te weinig
Belgisch piekvermogen = 15000 → nog 10 000 MW ergens anders moeten gaan halen
En bovendien is klassieke productie = niet duurzaam
Foto’s
2.3 “Nucleaire” elektriciteitsproductie
Lijkt veel complexer dan het is
→ eigenlijk kunnen wij de kern van kernenergie snappen
China → land in evolutie → tegen 2025 gaan ze belangrijke technologie zelf produceren
→ kerntechnologie willen ze zelf ook → is ook al gelukt
→ andere industrieën momenteel nog niet gelukt (luchtvaart, verbrandingsmotor)
Chemie (basis)
→ om kernenergie te snappen
Elk materiaal → opsplitsen in fundamentele bouwstenen
→ Scheikunde houdt zich bezig met het opsplitsen van materialen in elementen
→ alle individuele elementen → in het PSE
Atoommodel
- In de kern:
→ protonen → positief geladen → massa = 1,67262 × 10−27
→ neutronen → geen lading → massa = 1,67493 × 10-27 kg
- rondom kern: elektronen → negatief geladen (bijna massaloos)
3
2𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡
Z = aantal protonen in kern (=aantal elektronen)(=atoomgetal/nummer)
A = aantal neutronen + protonen (atoommassagetal)
A – Z = aantal neutronen
3
, Duurzame energie 2021 // samenvatting
Basiswet → gelijke lading stoot elkaar af
Protonen in kern moeten elkaar afstoten
→ door kernkrachten → blijven toch dicht bij elkaar
→ speelt alleen op zeer kleine afstand (∆𝑥 < 104/5 )
Meer protonen hebben meer kernkracht en dus meer neutronen nodig
→ aantal neutronen kan variëren
Een te zware kern is eveneens instabiel → vervalt na verloop van tijd naar stabiele kernen
→ Verval = radioactiviteit
- 𝛼-straling → zeer krachtig → maar kan tegengehouden worden met papier
- 𝛽-straling → neutron die opslits in elektron en proton → verhoging Z
- 𝛾-straling → enkel dikke lagen beton kan tegenhouden
Halfwaardetijd
→ hoelang zal het duren voor het is uitgestraald
Hoe elektriciteit opwekken
Uraniumerts → ontginnen
- 99,3% U238
- 0,7% U235
→ we willen dat gaan splitsen → met centrifuge
U235 bekogelen met neutronen (snel)
Als we berekenen zien we dat massa verloren is gegaan → dit is heel bijzonder
Einstein heeft gezegd 𝐸 = 𝑚𝑐 .
⇒ dus als we massa verliezen
Betekend dat we uitgestraalde energie hebben verkregen
Als we bekijken hoeveel energie vrij is gekomen (kunnen we berekenen)
= 8,32 mJ voor MAAR 1 kernreactie
Het blijft niet bij 1 rectie
Bij elke reactie komen 3 neutronen vrij → deze opnieuw gaan gebruiken om andere te splitsen
Nadeel → bewegen te snel om opnieuw te gebruiken
Neutronen → vertragen → hoe? als de massa gelijk is van neutron en moderator(water)
→ dat is enkel bij zwaar water (met H2 atomen)
→ zo kunnen de neutronen opnieuw worden gebruikt
Water (heel blauw water) ook andere functie
→ gebruiken → om opgewekte energie mee te nemen
→ water moet ook soms worden vervangen (het is wel radioactief L)
Uranium 235 is niet gevaarlijk → kan opgeraken
→ nucleaire pellets → die worden samengevoegd in brandstofstaven
→ om 18 maanden vervangen
→ de laatste neutronen is kernafval (probleem)
→ om de 12 a 24 maanden onderhoud → vervangen van staven
→ moet 1/3 van brandstofstaven vervangen worden
4
