Modul 1 og 4

Tar for seg Energi-kapitelet.

Hvordan klassifiseres energi i et ingeniørperspektiv?

Mekanisk, elektrisk, kjemisk, kjernekraft

Hvor mye hydrogen konverters til helium i solen per sekund?

6000 millioner tonn

Hva kalles dybdeintervallet der organisk materiale omdannes til olje?

Oljevinduet, 2 000 til 3 800 meter

Hva skjer med hydrokarboner på dybder mellom 3 800 og 5 000 meter?

Produksjonen av flytende hydrokarboner topper seg, og metangass dannes. Dette intervallet kalles gassvinduet.

Hvorfor finnes det ingen hydrokarboner under en dybde på 8 til 10 kilometer?

De blir ødelagt av høy temperatur.

Hva består en gass turbin av?

Kompressor, forbrenningskammer, turbin, generator, eksos.

Hva er utslippene fra en gas turbin?

Nitrogen oxide (NOX), Carbon monoxide (CO), Volatile organic compounds (VOC), Sulfur dioxide (SO2), Carbon dioxide (CO2), Methane (CH4).

Hva er hovedtypene kull?

Anthracite (highets quality-96-97%), Bituminous, Sub-bituminous, Lignite(not good-25-35%).

Hva er utslipp fra kull-poowerplants?

1.      Nitrogen oxide (NOX) (Nitrogenoksid) = green house gas

2.      Sulfur dioxide (SO2) (Svoveldioksid)

3.      Carbon dioxide (CO2) (Karbondioksid)

4.      Mercury and other heavy metals (Kvikksølv og andre tungmetaller)

5.      Fly ash and bottom ash (Flyveaske og bunnaske)

Hvilket brensel bruker kjernekraftverk?

Uranium (tungt metall)

How does nuclear power plant work and generate electricity? Draw block diagram of process in nuclear power plant to generate electricity.

Nuclear power plants use nuclear fission to generate heat, which is used to produce steam that drives a turbine connected to a generator, creating electricity.

Block diagram:

1. Nuclear reactor → 2. Heat exchanger → 3. Turbine → 4. Generator → 5. Cooling system

Hvilken energikilde har høyest dødsrate per terawattime av elektrisitetsproduksjon?

Kull (24,6 dødsfall).

Hvilken energikilde har lavest CO₂-utslipp per gigawattime?

Kjernekraft (6 tonn CO₂-ekvivalenter).

Hvilket land produserer mest energi ved bruk av kull?

Kina (står for over halvparten av verdens kullforbruk).

Hvilke land har sin hovedkilde fra atomkraft?

Frankrike, finland, sverige, ukraina, polen… osv

Hvilken drivhusgass er den sterkeste?

Vanndamp (H₂O) er den sterkeste drivhusgassen, konsentrasjonen styres av atmosfærens temperatur.

Hvorfor er CO2 en viktig green house gas?

Den sterkt absorberer energi med en bølgelende på 15 mikrometer, og holder på denne strålingen. Den har også lang levetid i atmosfæren.

Hvorfor er N2O en viktig green house gas?

den har relativt lang levetid.

Hvor mye sterkere er metan (CH₄) enn karbondioksid (CO₂) i å absorbere infrarød stråling?

30 ganger sterkere.

Hvilken menneskelig aktivitet er hovedårsaken til økt konsentrasjon av lystgass (N₂O) i atmosfæren?

Jordbruk, spesielt bruk av gjødsel som inneholder nitrogen og ammoniakk.

Hvilken drivhusgass er relatert til CFC-er?

CFC-er bryter ned ozonlaget. (Ozon er en relativty minor green house gas)

Hva er halokarbons sammensatt av?

Karbon, klor, fluor og hydrogen.

Hvilken type halokarbon har den høyeste konsentrasjonen i atmosfæren?

Klorfluorkarboner (CFCs).

Hvor mye mer påvirkning har én molekyl CFC-gass sammenlignet med karbondioksid (CO₂)?

Én molekyl CFC-gass tilsvarer 10 000 molekyler CO₂.

Hvilke andre viktige halokarbongasser må huskes?

Hydrofluorkarboner (HFCs), Hydroklorfluorkarboner (HCFCs - R21), og R134a.

Hva er levetiden til CO2, metan og N2O i atmosfæren?

CO2 = variable 5(men har lang levetid på en måte), Metan = 12±3, N2O = 120, HFC-23 = 246.

Hva er hovedkildene til vannkraft?

Forest fed river, Glacier fed river, Monsoon fed river.

Hva er head høyden mellom?

Høyden mellom vannreservoaret og turbinen.

Hva er head meterne i vannkraft?

-Low head H < 100 meter          

Medium head 100 > H > 300

High head H > 300 meter

Hva er hovedtypene Vannkraftverk-turbiner og deres head?

Pelton = 300-500

Francis = 100-300

Kaplan = mindre enn 50

Bulb = 5-10

Pump = 100 meter og opp

Hva kjennetegner en pump-turbine i vannkraftverk?

Reversibel, virker begge veier. Den trenger to reservoarer.

Hva er den mest effektive (virkningsgrad) fornybare energikilden?

Vannkraftverk med en virkingsgrad på 90% +

Si noe om impulsturbiner og reaksjonsturbiner

Generelt er impulsturbiner avhengig av høyhastighets vannstråler for å generere mekanisk energi, mens reaksjonsturbiner både er avhengig av kinetisk energi og trykkenergi fra vannstrømmen.

Impuls = åpne og konstant trykk

Reaksjons = tette og betydelige trykkendringer

Når benyttes impuls vs reaksjonsturbiner. Og hvilke av hovedtypene vannhurbiner tilhører hva?

Impulsturbiner benyttes ofte n˚ar vannet har stor fallhøyde

Reaksjonsturbiner er egnet for brede driftsforhold, som middels fallhøyde, ulike vannmengder, og trykkforhold.

Impuls = Pelton, Reaksjons = Francis, kaplan, bulb.

Bilde av pelton vs francis:

Hvordan fungerer geotermisk energi, og komponentene i en geotermisk pp?

Pumper varmt vann fra jodas kjerne(200-500 grader), blir til damp, inn i turbin som fyrer opp en generator, og så går dampenvidere til kjølesystem også pumpe vi det kalde ut en injection well. Geotermisk er multipurpose. Problem er at få land kan utnytte dette.

Hva sier bernoullies equation noe om?

Beskriver sammenhengen mellom trykk, hastighet og høyde for en væske.

Hvordan finner man f bra colebrooks-equation ved regning på ark?

Bruker iterativ metode. Velger en f, og regner ut høyreside, og oppdaterer f for hver gang. f er gitt som (1/HS)²

Hvor kan det forekomme tap av virkningsgrad i vannkraftverk og hva bruker vi til å regne ut dette?

Det kan forekomme i penstocken pga friksjon. Dette bruker vi Moody-diagrammet til å finne ut ved Re og roughness.

Hvor mange powerplants per 2020 i Norge

1651

Levetiden til en solcelle, den teoretiske maks-effektivitet, og solcelle i dag:

Et solcellepanel har en forventet levetid p˚a rundt 30 ˚ar, da det over tid oppst˚ar

slitasje, effektivitetstap, og degradering. EI solcelle i forskning kan ha opptil 42% effektivitet, men

et solcellepanel i bruk har kun opptil 20%.

Hva er kapasiteten til powerplantsene og deres produksjon i Norge

32 671 MW kinstallert kapasitet og 136 TWh produksjon

Hvor mange vannresorvarer er det i Norge og hvor mange demninger

800 vannresorvarer og 3500 deminger

Hvor i sola får vi energien fra?

Chromosphere (kromosfæren)

Hva er “The annual Co2 emmisions from fossile fuels and industry per 2022”?

35 milliarder tonn CO2

Hva er de viktigste typene solinnstråling?

Total Solar Irradiance (TSI)

Direct Normal Irradiance (DNI)

Diffuse Horizontal Irradiance (DHI)

Global Horizontal Irradiance (GHI),

Total solar irradiance (TSI)

TSI måler den totale mengden solenergi som treffer jordens atmosfære per kvadratmeter, uavhengig av retning eller værforhold.

Direct Normal Irradiance (DNI):

Direct Normal Irradiance (DNI): DNI er den delen av solinnstrålingen som kommer direkte fra solen uten å bli spredt, målt på en overflate som er orientert direkte mot solen.

Diffuse Horizontal Irradiance (DHI)

Diffuse Horizontal Irradiance (DHI): DHI er solinnstrålingen som har blitt spredt i atmosfæren og treffer en horisontal overflate fra alle retninger.

Global Horizontal Irradiance (GHI)

Global Horizontal Irradiance (GHI): GHI er summen av direkte og diffus solinnstråling på en horisontal overflate.

Hvordan regner man ut GHI?

GHI = DNI * cos(θz) + DHI,

θz = vinkelen mellom en linje trukket rett opp fra flaten og retningen til solen.

At what wavelenght does peak radiation occur?

0.48 mikrometer, = green portion of visable light.

Whgt is total emmisitivity and absorbivity?

Hva er forskjellen mellom direkte og diffus stråling?

Direkte stråling: Solstråling som når bakken uten å bli spredt av atmosfæren.

Diffus stråling: Solstråling som blir spredt av skyer, partikler eller atmosfæren før den når bakken.

Hvor mye solinnstråling genereres fra sola og hvor mye får vi?

Ideal solinnstråling er 1360 W/m^2, men vi får bare 340 grunnet solstrålene bare når en del av jorda.

Når ble solcelleteknologien oppfunnet?

1954 på Bell Laboratories.

Hvorfor brukes silisium i solceller?

Det er en halvleder. Når en halvleder blir eksponert for lys, genereres elektron–hull-par, som øker antallet frie ladningsbærere og dermed øker ledningsevnen.

Hva er fotovoltaisk effekt?

Fotovoltaisk effekt er generering av spenning og elektrisk strøm i et materiale når det utsettes for lys (fotoner).  

Hva er en fotovoltaisk celle laget av?

En fotovoltaisk celle består av silisiumskiver som er koblet sammen ved et overgangsområde (junction).

Hvilke to typer silisium brukes i en fotovoltaisk celle?

p-type silisiumskive

n-type silisiumskive

Hvordan lages silisium?

Silisium lages gjennom en karbotermisk reaksjonsprosess. (Si+O2→SiO2)

Hva består et fotovoltaisk panel av?

Aluminiumramme

Herdet glass (Tempered Glass)

EVA (Encapsulant) – både over og under solcellene

Solceller

Bakplate (Back sheet)

Koblingsboks (Junction Box)

Hva er kapasitetsfaktor?

Kapasitetsfaktor er hvor mye strøm som faktisk blir produsert, sammenlignet med hvor mye som kunne blitt produsert om anlegget alltid gikk for fullt.

Hva er kapasitetsfaktorene til vindturbiner

25%

Hva er kapasitetsfaktorene til hydroelektriske power-stations?

40%

Hva er kapasitetsfaktorene til kull-powerplants?

70%

Hva er kapasitetsfaktoren til solpaneler?

10–25%.

Hva er kapasitetsfaktorene til kjernekraftverk?

89%

Hva er kapasitetsfaktorene til gas turbiner (combined cycle)?

38%

Hvordan produserer vindmøller energi?

Vindmøller produserer elektrisitet ved å omdanne vindens kinetiske energi til elektrisk kraft.

Rotorbladene henter ut energi (løftkraft?) og omdanner den til mekanisk dreiemoment.

Generatoren i nacellen bruker det mekaniske dreiemomentet (akselkraft) til å generere elektrisitet.

Hva er de to hovedtypene vindturbiner?

Drag og lift. (Horisontal og vertikal)

Hva er undertypene til Lift-vinbturbiner og hvilken er mest brukt?

Vertikal akse og horisontal-akse, hvor horisintal blir mest brukt.

(deles også inn i Vertikal = Darrieus, Horisontal =   American multiblade, Grumman Windstream, The Danish concept)

Hva er undertypene drag-turbiner

-          Persian windmill

-          Chinese windmill

-          Savonius (vertikal også)

Hva er hovedkomponentene i en horisontal akse vind-turbin?

-          Foundation

-          Tower

-          Nacelle including generator

-          Hub

-          Turbine blade

-          Gear box

-          Weather station

Hva er de 2 hovedetypnene vindturbin fundament og deres undertyper?

Mounted = Monopile og jacket. Floating = Semi-submersible og Spar-bouy

Hva er sant om hub (navet) i vindturbinen?

Turbinbladene er montert på her.

Hubben har også et girsystem for å justere bladvinkelen til en optimal verdi basert på vindhastigheten.

Hubben overfører den mekaniske energien (dreiemomentet) til generatoren gjennom en aksel eller en girkasse.

Hvordan er tip speed ratio, λ definert og hva er den til den vanligste mølla vi bruker?

definert som forholdet mellom rotorbladets hastighet og den relative vindhastigheten (U/v). Den vi bruker mest av i dag har ca tsp på λ 6-8.

Hva består en vindmølle av?

Hva viser Cp?

Cp er rotoreffektkoeffisienten som viser hvor effektivt en vindturbin omdanner vindens kinetiske energi til mekanisk energi.

Hva er den teoretiske maksimalverdien for Cp?

Ca. 0,593, kjent som Betz-grensen.

Hva er maksimal Cp ​-verdi for en trebladet rotor?

En trebladet rotor har en maksimal Cp​ på 0,45–0,5, ved et optimalt λ rundt 6–8.

Hva er "Swept Area of Blades"?

Det er området dekkes av rotorbladene når de roterer, og det bestemmer hvor mye vindenergi turbinen kan fange.

Hva er "Hub"?

Hub-en er midtpunktet hvor rotorbladene er festet og energien fra bladene overføres til generatoren.

Hva er "Nacelle"?

Nacellen i vindturbin er kabinettet som inneholder girkassen og generatoren som konverterer mekanisk energi til elektrisk energi.

Hva er "Anemometer"?

Det er et instrument som måler vindhastigheten for å optimalisere turbinenes ytelse i vindturbin.

Hva er en stor utfordring i vindmøller?

Thrust, Vinden skaper et kraftig moment som kan belaste tårnet og fundamentet.

Hva sier Norges klimatiltaksplan?

Norge vil prøve å bli karbonnøytrale til 2030.

Hva er ETS?

Emissions Trading System er en markedsbasert tilnærming for å kontrollere utslipp av klimagasser.

Hva er målet til Paris avtalen?

Begrense den globale temperaturøkningen i dette århundret til 2 grader Celsius. + Gjennomgå landenes forpliktelser hvert femte år.

Gi finansiering til utviklingsland for å redusere klimaendringer, styrke motstandskraften og forbedre evnen til å tilpasse seg klimaendringens konsekvenser.

Hva sier The European Green deal?

Ingen netto utslipp av klimagasser innen 2050

Økonomisk vekst frikoblet fra ressursbruk

Ingen personer eller steder skal bli etterlatt

Hva sier “fit for 55”?

Pakke fra EU med mål om å redusere netto klimagassutslipp med minst 55 % innen 2030, sammenlignet med 1990-nivåer. (del av european green deal)

Hvordan fungerer Parisavtalen?

Femårssyklus: Siden 2020 har land levert sine nasjonale klimaplaner, kjent som nasjonalt bestemte bidrag (NDC-er).

I sine NDC(new, distrubution capability)-er kommuniserer landene tiltak de vil iverksette for å redusere klimagassutslipp for å nå målene i Parisavtalen.

Hva er FNs bærekraftsmål?

1. Utrydde fattigdom

2. Utrydde sult

3. God helse og livskvalitet

4. God utdanning

5. Likestilling mellom kjønnene

6. Rent vann og gode sanitærforhold

7. Ren energi til alle

8. Anstendig arbeid og økonomisk vekst

9. Industri, innovasjon og infrastruktur

10. Mindre ulikhet

11. Bærekraftige byer og lokalsamfunn

12. Ansvarlig forbruk og produksjon

13. Stoppe klimaendringene

14. Livet i havet

15. Livet på land

16. Fred, rettferdighet og velfungerende institusjoner

17. Samarbeid for å nå målene