Samenvatting Energietechniek
Hoofdstuk 1: Energieverbruik
1.1 Inleiding
Zonder energie staat alles stil. Tot ongeveer 150 jaar geleden, was het verbranden
van hout de belangrijkste vorm van energieconversie. De volgende grote stap was in
de industriële revolutie waar de stoommachine het voorbeeld was voor het gebruiken
van energieconversie. Hierna werden de diesel en benzine motoren ontwikkelend om
transport en aandrijving van machines mogelijk te maken. De generator zorgde voor
omzetting van mechanische arbeid in elektriciteit, waardoor nieuwe processen van
energie konden voorzien. Het gebruik van fossiele brandstoffen brengt grote risico’s
mee namelijk:
Dat bij de verbranding van fossiele brandstoffen voor het milieu schadelijke
afvalproducten vrij komen.
Dat voorraden fossiele brandstoffen eindig zijn.
Dat voorraden fossiele brandstoffen regionaal geconcentreerd zijn.
1.2 Begrippen uit de energieleer
Energie kan zich in meerdere vormen tevoorschijn komen zoals:
Elektrische energie
Mechanische energie
Chemische energie
Nucleaire energie
Thermische energie
Elektromagnetische energie
De energie in deze vormen worden aangeduid met Joule.
1 Joule staat aan 1 Watt.
De hoeveelheid energie die wordt vertegenwoordigd door 1 kubieke meter aardgas,
kan in de praktijk variëren, dit komt omdat aardgas een mengsel is van verschillende
gassen. De calorische waarde van een stof is de thermische energie die vrijkomt met
verbranding. Met vaste en vloeibare stoffen wordt de waarde in megajoule per
kilogram (MJ/kg) uitgedrukt. In het geval van gassen wordt het in megajoule per
kubieke meter (MJ/m3) aangeduid.
Aardgas is een voorbeeld van een primaire energiedrager. Een energiedrager is een
vorm van energie waar nog geen bewerking aan gedaan is. fossiele voorbeelden
hiervan zijn:
Steenkool
Aardolie
Aardgas
,Je hebt naast fossiele energiedragers ook duurzame energiedragers zoals:
Water in een stuwmeer.
Elektromagnetische energie in zonnestraling.
Kinetische energie in de wind.
Chemische energie in organische verbindingen van biologische aard.
Secundaire energie dragers zijn bewerkt voor eindgebruik. Om de primaire
energiedragers naar secundair te realiseren is energieomzetting of energieconversie
nodig. Voorbeelden van secundaire energiedragers:
Elektriciteit.
Warmte.
Transportbrandstoffen.
Energieprocessen moeten zich aan een paar spelregels houden: de hoofdwetten van
de thermodynamica:
1ste Hoofdwet van thermodynamica
Energie kan niet gecreëerd of vernietigd worden. Het kan alleen worden
getransformeerd in een andere vorm.
2e hoofdwet van thermodynamica
Warmte kan niet volledig omgezet worden in arbeid.
1.3 internationaal energie gebruik
1.3.1 Mondiaal energiegebruik
Het mondiaal energiegebruik is moeilijk te achterhalen, maar zou ongeveer 13.978
Mtoe zijn. Mtoe staat voor Megaton olie-equivalent. Azië verbruikt meer dan 42% van
al het energie van de wereld. Het gemiddeld verbruik per inwoner in China is 26,7
Mega Watt hour (Mwh).
1.3.2 Europees energieverbruik
1.4 Nationaal energiegebruik
Nederland kent een groot energiebehoefte. Het totale energiegebruik in Nederland
door bedrijven, huishoudens en vervoer bedroeg 3100 Pj (petajoule). 1 Petajoule
staat aan 1 biljard joule, dit is goed voor 15000 huishoudens.
,1.4.1 Energiegebruik industriesector
Bij industrieën zijn er veel verschillende sub-sectoren te onderscheiden, die allemaal
hun eigen productiedoelen en een daarbij horende energiebehoefte kennen. Dit
varieert per industrie. Je hebt namelijk:
Voedselindustrie
Bouwnijverheid
Elektrotechnische industrie
Drankenindustrie
Etc.
De sectoren bevatten ongeveer 3400 bedrijven met daarin minimaal 50
medewerkers. Hun energieomvang is daarmee een stuk groter dan een gemiddelde
huishouden. Om energiebehoefte een passende invulling te geven, zijn
energieconversies nodig. Dit wordt verzorgd in de energiesector, maar veel
middelgrote tot grote bedrijven hebben ook zelf apparaten en machines op hun
terreinen en in eigendom om hun energielevering betrouwbaar, gericht en goedkoop
tot stand te laten komen. Een voorbeeld hiervan zijn:
Warmtekrachtkoppeling (WKK): hier wordt fossiele brandstoffen omgezet in
zowel warmte als elektrische energie.
Photovoltaïsche (PV): systemen zie zonlicht omzetten in elektrische energie.
1.4.2 Energiegebruik diensten- en consumentensector
In de industriesector hebben bedrijven energie nodig voor hun productieprocessen,
maar er zijn ook bedrijven en consumenten waar het energieverbruik voornamelijk is
gekoppeld aan het gebouw waar men verblijft en/of van waaruit diensten worden
aangeboden.
1.4.3 Energiegebruik agrarische sector
Door het CBS wordt het energiegebruik in de landbouw, bosbouw en visserij onder 1
noemer samengebracht. Bosbouw en visserij hebben, maar een klein aandeel ten
opzichte van de landbouw. In het verleden zijn er veel kassen WKK-installaties
geplaatst, omdat naast de geproduceerde warmte en elektriciteit, ook de CO 2 de
gewassen in de kas ten goede kwam. In een volledig duurzame energievoorziening
zal het niet meer passen om fossiele brandstoffen in te zetten, maar geothermie wel.
1.4.4 Energiegebruik mobiliteitssector
Belangrijke uitzonderingen op de voertuigen die aardolieproducten gebruiken zijn:
Treinen
Trams
Trolleybussen
Deze gebruiken elektrische energie. Er is ook een flinke toename van elektrische
auto’s in Nederland. Er zijn nu meer dan 44000 elektrische auto’s in Nederland.
, 1.5 Reduceren energiegebruik
Kees Duijvestein is een toenmalig hoogleraar van de TU Delft. Hij verzon in de jaren
90 een stappenplan voor 3 verschillende grondstofstromen in de bouwsector. Dit
stappenplan wordt het Trias Energica genoemd. Wanneer we deze benadering
volgen, zijn voor het reduceren van het energiegebruik de volgende categorieën van
EnergieTechnieken en maatregelen (ETM) mogelijk.
Stap 1: Reduceer de energiebehoefte: allereerst kan een deel van het
energiegebruik worden voorkomen door de energievraag ter discussie te stellen.
Stap 2: Zet hernieuwbare bronnen in: het nog resterende energiegebruik moet zoveel
mogelijk worden gedekt uit hernieuwbare energiebronnen.
Stap 3: Efficiënt en effectief gebruik fossiele energie: voor zover niet de gehele
energiebehoefte uit duurzame bronnen kan worden gedekt, worden fossiele
energiebronnen zo schoon mogelijk, efficiënt en effectief ingezet.
Alhoewel het niet eenvoudig is om cascadegebruik (het van hoge naar lage kwaliteit
trapsgewijs gebruiken) van energie onder te brengen in de Trias Energetica en er
soms discussies zijn over welke ETM onder welke stap valt, bood en biedt de Trias
Energetica bij veel ontwerpopgaven in de energievoorziening houvast. Als de
maatschappij volledig duurzame energievoorziening wilt hebben dan moet het los
komen van stap 3.
Hoofdstuk 2: Energievoorziening
2.1 inleiding
Hier wordt besproken dat energie dat nodig is voor een proces, vaak niet direct in de
juiste vorm voor handen is. Om dit te realiseren zijn er processen nodig om de
energie om te zetten in de ene vorm naar de andere vorm.
2.2 Energieconversies
Een groot deel van energiegebruik heeft een energievoorziening nodig, waarin
conversieprocessen, productieprocessen en logistieke processen een rol spelen om
van een voorziening tot het gebruik te komen. Energieconversies gaan gepaard met
verliezen, dit wordt uitgedrukt in een rendement (η). Het rendement van
conversieprocessen, waarbij warmte wordt omgezet in arbeid, bijvoorbeeld in een
conventionele elektriciteitscentrale waar verbranding van grondstoffen leidt tot
stroom die een turbine aandrijft, geven we in formulevorm als volgt weer:
w
η=
Q
W = mechanische arbeid (J)
Q = toegevoegde warmte (J)
Om de relatie tot de tweede hoofdwet van de thermodynamica, de kwaliteit van een
bepaalde energiestroom tot uitdrukking te brengen, wordt er gesproken van exergie.
Hoofdstuk 1: Energieverbruik
1.1 Inleiding
Zonder energie staat alles stil. Tot ongeveer 150 jaar geleden, was het verbranden
van hout de belangrijkste vorm van energieconversie. De volgende grote stap was in
de industriële revolutie waar de stoommachine het voorbeeld was voor het gebruiken
van energieconversie. Hierna werden de diesel en benzine motoren ontwikkelend om
transport en aandrijving van machines mogelijk te maken. De generator zorgde voor
omzetting van mechanische arbeid in elektriciteit, waardoor nieuwe processen van
energie konden voorzien. Het gebruik van fossiele brandstoffen brengt grote risico’s
mee namelijk:
Dat bij de verbranding van fossiele brandstoffen voor het milieu schadelijke
afvalproducten vrij komen.
Dat voorraden fossiele brandstoffen eindig zijn.
Dat voorraden fossiele brandstoffen regionaal geconcentreerd zijn.
1.2 Begrippen uit de energieleer
Energie kan zich in meerdere vormen tevoorschijn komen zoals:
Elektrische energie
Mechanische energie
Chemische energie
Nucleaire energie
Thermische energie
Elektromagnetische energie
De energie in deze vormen worden aangeduid met Joule.
1 Joule staat aan 1 Watt.
De hoeveelheid energie die wordt vertegenwoordigd door 1 kubieke meter aardgas,
kan in de praktijk variëren, dit komt omdat aardgas een mengsel is van verschillende
gassen. De calorische waarde van een stof is de thermische energie die vrijkomt met
verbranding. Met vaste en vloeibare stoffen wordt de waarde in megajoule per
kilogram (MJ/kg) uitgedrukt. In het geval van gassen wordt het in megajoule per
kubieke meter (MJ/m3) aangeduid.
Aardgas is een voorbeeld van een primaire energiedrager. Een energiedrager is een
vorm van energie waar nog geen bewerking aan gedaan is. fossiele voorbeelden
hiervan zijn:
Steenkool
Aardolie
Aardgas
,Je hebt naast fossiele energiedragers ook duurzame energiedragers zoals:
Water in een stuwmeer.
Elektromagnetische energie in zonnestraling.
Kinetische energie in de wind.
Chemische energie in organische verbindingen van biologische aard.
Secundaire energie dragers zijn bewerkt voor eindgebruik. Om de primaire
energiedragers naar secundair te realiseren is energieomzetting of energieconversie
nodig. Voorbeelden van secundaire energiedragers:
Elektriciteit.
Warmte.
Transportbrandstoffen.
Energieprocessen moeten zich aan een paar spelregels houden: de hoofdwetten van
de thermodynamica:
1ste Hoofdwet van thermodynamica
Energie kan niet gecreëerd of vernietigd worden. Het kan alleen worden
getransformeerd in een andere vorm.
2e hoofdwet van thermodynamica
Warmte kan niet volledig omgezet worden in arbeid.
1.3 internationaal energie gebruik
1.3.1 Mondiaal energiegebruik
Het mondiaal energiegebruik is moeilijk te achterhalen, maar zou ongeveer 13.978
Mtoe zijn. Mtoe staat voor Megaton olie-equivalent. Azië verbruikt meer dan 42% van
al het energie van de wereld. Het gemiddeld verbruik per inwoner in China is 26,7
Mega Watt hour (Mwh).
1.3.2 Europees energieverbruik
1.4 Nationaal energiegebruik
Nederland kent een groot energiebehoefte. Het totale energiegebruik in Nederland
door bedrijven, huishoudens en vervoer bedroeg 3100 Pj (petajoule). 1 Petajoule
staat aan 1 biljard joule, dit is goed voor 15000 huishoudens.
,1.4.1 Energiegebruik industriesector
Bij industrieën zijn er veel verschillende sub-sectoren te onderscheiden, die allemaal
hun eigen productiedoelen en een daarbij horende energiebehoefte kennen. Dit
varieert per industrie. Je hebt namelijk:
Voedselindustrie
Bouwnijverheid
Elektrotechnische industrie
Drankenindustrie
Etc.
De sectoren bevatten ongeveer 3400 bedrijven met daarin minimaal 50
medewerkers. Hun energieomvang is daarmee een stuk groter dan een gemiddelde
huishouden. Om energiebehoefte een passende invulling te geven, zijn
energieconversies nodig. Dit wordt verzorgd in de energiesector, maar veel
middelgrote tot grote bedrijven hebben ook zelf apparaten en machines op hun
terreinen en in eigendom om hun energielevering betrouwbaar, gericht en goedkoop
tot stand te laten komen. Een voorbeeld hiervan zijn:
Warmtekrachtkoppeling (WKK): hier wordt fossiele brandstoffen omgezet in
zowel warmte als elektrische energie.
Photovoltaïsche (PV): systemen zie zonlicht omzetten in elektrische energie.
1.4.2 Energiegebruik diensten- en consumentensector
In de industriesector hebben bedrijven energie nodig voor hun productieprocessen,
maar er zijn ook bedrijven en consumenten waar het energieverbruik voornamelijk is
gekoppeld aan het gebouw waar men verblijft en/of van waaruit diensten worden
aangeboden.
1.4.3 Energiegebruik agrarische sector
Door het CBS wordt het energiegebruik in de landbouw, bosbouw en visserij onder 1
noemer samengebracht. Bosbouw en visserij hebben, maar een klein aandeel ten
opzichte van de landbouw. In het verleden zijn er veel kassen WKK-installaties
geplaatst, omdat naast de geproduceerde warmte en elektriciteit, ook de CO 2 de
gewassen in de kas ten goede kwam. In een volledig duurzame energievoorziening
zal het niet meer passen om fossiele brandstoffen in te zetten, maar geothermie wel.
1.4.4 Energiegebruik mobiliteitssector
Belangrijke uitzonderingen op de voertuigen die aardolieproducten gebruiken zijn:
Treinen
Trams
Trolleybussen
Deze gebruiken elektrische energie. Er is ook een flinke toename van elektrische
auto’s in Nederland. Er zijn nu meer dan 44000 elektrische auto’s in Nederland.
, 1.5 Reduceren energiegebruik
Kees Duijvestein is een toenmalig hoogleraar van de TU Delft. Hij verzon in de jaren
90 een stappenplan voor 3 verschillende grondstofstromen in de bouwsector. Dit
stappenplan wordt het Trias Energica genoemd. Wanneer we deze benadering
volgen, zijn voor het reduceren van het energiegebruik de volgende categorieën van
EnergieTechnieken en maatregelen (ETM) mogelijk.
Stap 1: Reduceer de energiebehoefte: allereerst kan een deel van het
energiegebruik worden voorkomen door de energievraag ter discussie te stellen.
Stap 2: Zet hernieuwbare bronnen in: het nog resterende energiegebruik moet zoveel
mogelijk worden gedekt uit hernieuwbare energiebronnen.
Stap 3: Efficiënt en effectief gebruik fossiele energie: voor zover niet de gehele
energiebehoefte uit duurzame bronnen kan worden gedekt, worden fossiele
energiebronnen zo schoon mogelijk, efficiënt en effectief ingezet.
Alhoewel het niet eenvoudig is om cascadegebruik (het van hoge naar lage kwaliteit
trapsgewijs gebruiken) van energie onder te brengen in de Trias Energetica en er
soms discussies zijn over welke ETM onder welke stap valt, bood en biedt de Trias
Energetica bij veel ontwerpopgaven in de energievoorziening houvast. Als de
maatschappij volledig duurzame energievoorziening wilt hebben dan moet het los
komen van stap 3.
Hoofdstuk 2: Energievoorziening
2.1 inleiding
Hier wordt besproken dat energie dat nodig is voor een proces, vaak niet direct in de
juiste vorm voor handen is. Om dit te realiseren zijn er processen nodig om de
energie om te zetten in de ene vorm naar de andere vorm.
2.2 Energieconversies
Een groot deel van energiegebruik heeft een energievoorziening nodig, waarin
conversieprocessen, productieprocessen en logistieke processen een rol spelen om
van een voorziening tot het gebruik te komen. Energieconversies gaan gepaard met
verliezen, dit wordt uitgedrukt in een rendement (η). Het rendement van
conversieprocessen, waarbij warmte wordt omgezet in arbeid, bijvoorbeeld in een
conventionele elektriciteitscentrale waar verbranding van grondstoffen leidt tot
stroom die een turbine aandrijft, geven we in formulevorm als volgt weer:
w
η=
Q
W = mechanische arbeid (J)
Q = toegevoegde warmte (J)
Om de relatie tot de tweede hoofdwet van de thermodynamica, de kwaliteit van een
bepaalde energiestroom tot uitdrukking te brengen, wordt er gesproken van exergie.
