1 +2 UN SDG and society + Energy generation and and classification

Hvilke tre områder utgjør hoveddelene av bærekraft (Sustainability)?

De tre hovedområdene som anses som de viktigste delene av bærekraft er: Samfunn (Society), Økonomi (Economy) og Miljø (Environment)

Hva er FNs Bærekraftsmål ?

Hva er Norges mål for reduksjon av utslipp utenfor ETS innen 2030, og EUs mål for netto GHG-reduksjon?

Norge skal redusere sine utslipp utenfor ETS (Effort Sharing Regulation, ESR) med 45-55 % innen 2030. EU har som mål å redusere netto drivhusgassutslipp med minst 55 % innen 2030 (sammenlignet med 1990-nivå), kjent som "Fit for 55"

Hvilke land opererer EU ETS i? og hva går det ut på?

EU ETS opererer i alle EU-land pluss Island, Liechtenstein og Norge

Systemet krever at forurenserne betaler for sine utslipp. Selskaper på norsk sokkel betaler rundt NOK 1750 per tonn CO₂ (kombinert CO₂-avgift og ETS-kostnad)

Hva er den sterkeste drivhusgassen, og hva er effekten av KFK (klorfluorkarboner) sammenlignet med CO₂?

Vannfase (H₂O) er den sterkeste drivhusgassen. Karbondioksid (CO₂) absorberer sterkt energi med bølgelengde på rundt 15 μm. Virkningen av 1 molekyl KFK gass er ekvivalent med 10 000 molekyler CO₂. Metan (CH₄) er 30 ganger sterkere enn CO₂

Hva er dybdeintervallene for "oljevinduet" og "gassvinduet"?

Oljevinduet: Mellom 2000 og 3800 meter dyp, hvor organisk materiale omdannes til olje.

Gassvinduet: Mellom 3800 og 5000 meter, hvor flytende hydrokarboner blir lettere og gradvis omdannes til metangass


Det finnes ingen hydrokarboner under 8 til 10 kilometer på grunn av for høye temperaturer

Hva er den primære forurensningen fra gassturbiner, og hva er energikonverteringskjeden?

Primære forurensninger er nitrogenoksider (NOₓ), karbonmonoksid (CO) og flyktige organiske forbindelser (VOC). Omtrent alt kullstoff i brenselet konverteres til CO₂. Energikonvertering: Kjemisk energi (Naturgass) → Mekanisk energi (Turbin) → Elektrisk energi (Generator)


Vann- eller dampinjeksjon er en teknologi som effektivt kan redusere NOₓ-utslipp fra gassturbiner

Hvilke gasser bidrar til sur nedbør og smog fra kullkraftverk?

Kullkraftverk (som opererer på Rankine-syklusen) produserer Svoveldioksid (SO₂) (bidrar til sur nedbør og luftveissykdommer) og Nitrogenoksider (NOₓ) (bidrar til smog og luftveissykdommer). Antrasitt er den høyeste kvaliteten av kull

Vannkraftkomponenter

Diagrammet (Hydropower Components) viser komponenter som Reservoir/Lake (kilden), Head (H) (fallhøyden), Penstock (rørgaten som leder vannet), Turbine (omdanner kinetisk/potensiell energi til mekanisk arbeid), Draft Tube (rør som gjenvinner trykket i reaksjonsturbiner), og Tail water (utløpsvann)

Hvordan defineres batteriparametrene SoH, SoC og C-rate?

SoH (State of Health): Den totale kapasiteten i batteriet relativt til da batteriet var nytt, uttrykt som en prosentandel.

SoC (State of Charge): Målet på den gjenværende energien i et batteri som er tilgjengelig for utladning.

C-rate: Beskriver en strømverdi som tilsvarer at batteriet lades jevnt fra 0 til 100 % ladetilstand på én time

Turbinklassifisering

Impulsturbiner (f.eks. Pelton) bruker kinetisk energi fra en vannstråle. Reaksjonsturbiner (f.eks. Francis, Kaplan, Bulb) bruker både trykk- og hastighetsenergi. Bulb-turbinen er en lavtrykksturbin

Fallhøydeklassifisering

Lav fallhøyde: H<100 meter; Middels fallhøyde: 100<H<300 meter; Høy fallhøyde: H>300 meter

hvor mye av norsk elektrisitet kommer fra vannkraft? og hva er innstallert kapasitet (2024)?

Rundt 85 % av norsk elektrisitet kommer fra vannkraft. Installert kapasitet er rundt 34 549 MW

formler osv vannkraft

Effekt inn (P)

P=ρgQH

ρ: Tetthet (kg/m³); g: Gravitasjon (m/s²); Q: Vannføring (m³/s); H: Tilgjengelig fallhøyde (netto) ved turbininntaket (m)

Falltap (hf​)

hf​=f*(Lv²)/(2gh)

f: Darcy friksjonsfaktor (funnet via Moody-diagram og Re / ϵ); L: Rørgatens lengde (m); v: Strømningshastighet (m/s); D: Rørgatens diameter (m)

Reynolds tall (Re

Re=(ρvD)/(μ)

μ: Dynamisk viskositet (N-s/m²). Nødvendig for å bestemme f sammen med relativ ruhet (ϵ=ϵ/D)

Hydraulisk virkningsgrad (ηh​)

ηh​=P_out/P_in

Forholdet mellom effekten ut av turbinen (Pout​) og effekten levert inn (Pin​)​​

Effekt ut (P_out​)

P_out​=Tω

T: Moment (Nm); ω: Vinkelhastighet (rad/s)

Regneoppgave G.6 (Vannkraft: Bruk av Hydropower Equations)

• Situasjon: Et vannkraftanlegg har et reservoar på HR​=591 m. Hovedrørgaten har lengde L=600 m og diameter D=1.6 m. Total vannføring er Q=35 m³/s. Vannets tetthet er ρ=998.2 kg/m³ og dynamisk viskositet μ=0.001002 N-s/m². Gravitasjonsakselerasjon g=9.8 m/s². Ruhetsfaktoren er f=0.04 (antatt verdi fra Moody for regneeksempelet).

• (A) Reynolds tall (Re):

    1. Beregn strømningshastighet (v): v=Q/A=35/(π⋅(1.6/2)2)≈17.43 m/s.

    2. Beregn Reynolds tall: Re=μρvD​=0.001002998.2⋅17.43⋅1.6​≈27.76×106.

• (B) Falltap i rørgaten (hf​): hf​=fDLv^2/2g​=0.04×600⋅(17.43)²/2⋅9.8⋅1.6​≈230.7 m.

• (C) Tilgjengelig fallhøyde (H): H=HR​−hf​=591 m−230.7 m=360.3 m.

• (D) Effekt inn til turbinene (Pin​): Pin​=ρgQH=998.2⋅9.8⋅35⋅360.3≈123.6×106 W (123.6 MW).

ved hvilke bølgelenger har vi forskjellige typer lys

synlig = 440 - 760 nm

sollys = 20 - 2500 nm

x ray < 20 nm

Kategoriser vindturbiner og hva er tip speed ratio + hva er maksimal teoretisk effekt(effektkoeffisient (Cp​)).

Drag-type: Persisk vindmølle, Kinesisk vindmølle, Savonius

Lift-type: Vertikal akse (f.eks. Darrieus), Horisontal akse (f.eks. Dansk konsept

Tip-Speed-Ratio (TSR, λ) er forholdet mellom rotorbladets hastighet (U) og den relative vindhastigheten (v)

Maksimal teoretisk effektkoeffisient (Cp​) er Betz-grensen, ca. 59.3 % (Ekstern kunnskap). Moderne turbiner er vanligvis HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine)

Formler for vindkraft:

1. Tip-Speed-Ratio: λ=U/v​ (hvor U=ωR).

2. Effekt: P=C_p​(1/2)​ρAv³.

P: Effekt (W), Cp​: Effektkoeffisient, ρ: Lufttetthet (kg/m³), A: Rotorareal (m²), v: Vindhastighet (m/s).t

thrust force

Thrust Force (FT​) er en viktig lastfaktor for tårnet: F_T​=C_T​(1/2)​ρAv²,

hvor CT​ er skyvekraftfaktoren. Momentet (Torque) er M=FT​×H_tower​

Regneoppgave F.1 (Vindkraft: TSR og Effektkoeffisient)

• Situasjon: En Enercon E70/- vindturbin har rotordiameter D=72.6 m (Radius R=36.3 m). Vindhastigheten er v=14.5 m/s, rotasjonshastigheten N=20 o/min, og ρ=1.2 kg/m³. Utgangseffekten er P=2.25 MW

(A) Beregn Tip-Speed-Ratio (λ):

    1. Vinkelhastighet (ω): ω=20⋅(2π/60)≈2.094 rad/s.

    2. Spisshastighet (U): U=ωR=2.094⋅36.3≈76.0 m/s.

    3. TSR (λ): λ=U/v=76.0/14.5≈∗∗5.24∗∗.

• (B) Beregn Effektkoeffisient (Cp​):

    1. Rotorareal (A): A=πR2=π⋅(36.3)2≈4140.5 m².

    2. Cp​=ρAv32P​=1.2 kg/m³⋅4140.5 m²⋅(14.5 m/s)32⋅2,250,000 W​≈∗∗0.385∗∗. (Nærmeste alternativ i eksamen 2023 var 0.35/0.47).

Hva er Solarkonstanten (Gs​), og hva er gjennomsnittlig innstråling i atmosfæren? + sammensetningen av stråletyper

Solarkonstanten (Gs​) er total solinnstråling mottatt av Jordens ytre rom, rundt 1360 W/m² (1360–1380 W/m²). Gjennomsnittlig innstråling mottatt av Jordens atmosfære (gjennomsnitt over dag og år) er 340 W/m²

Sammensetning (Ifølge forelesning): 5% UV, 42% synlig lys, 53% nær IR-stråling

Definer Silisiums rolle og PV-effekten.

Silisium er det nest mest tallrike elementet i jordskorpen og har høye smeltepunkter, og er en halvleder. PV-effekten (Photovoltaic effect) er generering av spenning og elektrisk strøm i et materiale når det utsettes for lys (fotoner)

Hva er solinnstråling? (solar irradiation)

Solinnstråling (solar irradiation) er hvor mye solenergi som treffer en flate per tidsenhet.
Den måles i W/m², og brukes blant annet for å beregne hvor mye energi solceller kan produsere.

🔹 Tre typer solinnstråling

1. DNI (Direct Normal Irradiance) – direkte sollys som treffer en flate vinkelrett på solstrålene.

2. DHI (Diffuse Horizontal Irradiance) – spredt sollys fra himmelen (for eksempel gjennom skyer).

3. GHI (Global Horizontal Irradiance) – total solinnstråling på en horisontal flate.

formel for solinnstråling

GHI=DNI×cos(θ)+DHI

Eksempel

Anta:

• DNI = 800 W/m²

• DHI = 100 W/m²

• θz = 30°

beregn solinnstrålingen

GHI=800×cos(30°)+100=800×0.866+100=793 W/m²

formelen for solkonstanten G_s (jeg vet ikke om du må kunne dette, men du skal kunne solkonstanten 

Gs​ kan beregnes ved å bruke Stefan-Boltzmanns lov og korrigere for avstand. Formel: Gs​=σT^4_sun*D²/4L²

Symbol	Betydning
Gs	Solkonstanten (W/m²) – energien fra sola som treffer jorda
σ	Stefan–Boltzmanns konstant = 5.67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴
Tₛₒₗ	Solas overflatetemperatur (ca. 5778 K)
D	Solas diameter
L	Avstanden mellom sola og jorda

---

🔹 Hva formelen sier

• Stefan–Boltzmanns lov (σT^4) gir hvor mye energi som stråles ut per m² fra en svart stråler (her: solas overflate).

• Men jorda mottar bare en liten del av dette, siden den er langt unna.
  Derfor korrigeres med faktoren D24L2\frac{D^2}{4L^2}4L2D2​, som tar hensyn til geometrisk spredning av sollyset i rommet.

solkonstanten blir da Gs​≈1361 W/m²

oppbygging av solen og funksjonen til hver av delene

Solens hoveddeler (fra innerst til ytterst):

1. Kjernen (Core)

   • Her foregår kjernefusjon – hydrogen blir omdannet til helium.

   • Det frigjøres enorme mengder energi i form av gammastråling.

   • Temperaturen er rundt 15 millioner °C.

   • Dette er solens “motor”.

2. Strålingssonen (Radiative Zone)

   • Energien fra kjernen transporteres utover som stråling (fotoner).

   • Fotonene kolliderer konstant med partikler og bruker tusenvis av år på å komme gjennom.

   • Temperaturen synker fra ca. 7 millioner °C til 2 millioner °C.

3. Konveksjonssonen (Convective Zone)

   • Her fraktes energi videre ved konveksjon, altså varmebevegelse.

   • Varm gass stiger opp, avkjøles, og synker ned igjen i sirkulasjon.

   • Dette skaper de typiske granulerte mønstrene vi ser på soloverflaten.

4. Fotosfæren

   • Dette er solens “overflate”, den delen vi ser.

   • Temperaturen er rundt 5500 °C.

   • Her oppstår solflekker (mørkere, kjøligere områder).

   • Lyset vi ser fra sola kommer herfra.

5. Kromosfæren

   • Et tynt lag over fotosfæren, synlig som et rødt bånd under solformørkelser.

   • Temperaturen stiger igjen – opp til ca. 20 000 °C.

6. Koronaen

   • Solens ytterste atmosfære, som strekker seg langt ut i rommet.

   • Ekstremt varm (opp mot 1–2 millioner °C) på grunn av magnetiske prosesser.

   • Herfra sendes solvinden, en strøm av ladde partikler, ut i solsystemet.

CCS: Hva er de globale målene for 2050, og hva er hovedutfordringen?

CCS forventes å bidra med 8 % (4 GT) av utslippskuttene innen 2050. Målet er å fange 6 Gtonn CO₂ per år i 2050. Hovedutfordringen er kostnad

hva er sleipner og northern lights

Sleipner (startet 1996) var verdens første storskala CCS-prosjekt, lagrer i Utsira-formasjonen. Northern Lights er det norske prosjektet for transport og lagring

CCS Transport: Hva krever transport av CO₂ med skip? og hvor lagrer man det

For å transportere CO₂ med skip må tettheten av gassen økes ved å flytendegjøre CO₂ ved hjelp av avanserte kjøleanlegg. Studier viser at det kan være billigere å transportere på lavt trykk over lange avstander

Lagring skjer i kjente geologiske formasjoner som tidligere oljefelt

Termisk Energilagring: Hva kjennetegner Faseendringsmaterialer (PCM), og hva er et relevant prosenttall for industri?

Faseendringsmaterialer (PCM) har høyere lagringskapasitet enn sensible materialer. De kan brukes (smelte/stivne) til å lagre energi til oppvarming. Rundt 10 % av energibehovet i europeisk industri er prosessoppvarming

hva er de forskjellige stadiene i distillasjon av olje

Hvordan fungerer et kullfyrt kraftverk, og hvilken termodynamisk syklus benyttes?

Kullfyrte kraftverk varmer opp vann ved hjelp av kull (fossilbrensel) for å omdanne det til damp. Denne dampen driver en dampturbin. Denne termiske syklusen opererer basert på Rankine-syklusen

Formel for ideell Brayton-virkningsgrad

η_th​=1−1/(r_p^(γ−1)/γ​)

Beregn den termiske virkningsgraden (η_th​) for en ideell Brayton-syklus (gassturbin) med en trykkforhold (pressure ratio, rp​) på 12. Anta at arbeidsmediet er luft med isentropisk eksponent (γ) lik 1.4.

1. Sett inn kjente verdier: rp​=12 og γ=1.4.

2. Beregn eksponenten: γ−1/​γ=(1.4-1)/1.4​=0.4/1.4​≈0.2857.

3. Beregn virkningsgraden: ηth​=1−120.28571​≈1−2.181​≈1−0.4587≈∗∗0.5413∗∗.

Svar: Virkningsgraden for den ideelle syklusen er ca. 54.1 %.

Hvordan fungerer en enkel gassturbin (Brayton-syklusen) og hva er energikonverteringskjeden?

Gassturbinen fungerer ved at komprimert luft blandes med naturgass i et forbrenningskammer. Den brennende gassen (kjemisk energi) driver deretter turbinen (mekanisk energi), som igjen driver en generator (elektrisk energi). Energikonvertering: Kjemisk energi (Naturgass) → Mekanisk energi (Turbin) → Elektrisk energi (Generator)

Hvilke hovedkomponenter utgjør en Francis-turbin, og hvilken type energi utnytter den primært?

Francis-turbinen er en reaksjonsturbin. Komponenter inkluderer: Løpehjul (runner), Ledehjul (Guide Vane), stay vane, Spiralhus (Spiral Casing), og Sugør (Draft Tube). Den utnytter både vannets trykkenergi og hastighetsenergi (kinetisk)

Francis-turbinen er assosiert med middels fallhøyder (100<H<300 meter). Historisk ble den Francis-lignende turbinen kjent rundt 1920 og oppnådde en effektivitet på rundt 88 %

Hvilke hovedkomponenter utgjør en Pelton-turbin, og hvilken type energi utnytter den primært?

Pelton-turbinen er en impulsturbin. Komponenter inkluderer: Dyser (nozzles), Skuffer (Buckets), spear rod og Hjul/Løpehjul. Den opererer ved at en vannstråle treffer skuffene. Den utnytter primært vannets kinetiske energi (hastighet)

Pelton-turbiner er assosiert med høy fallhøyde (H>300 meter). Lester Allan Pelton utviklet den første kommersielle modellen i jern i 1876

Forklar den fotovoltaiske effekten (PV-effekten).

PV-effekten er generering av spenning og elektrisk strøm i et materiale når det utsettes for lys (fotoner). Når lys absorberes, forårsaker det eksitasjon av et elektron til en høyere energitilstand, slik at det settes i bevegelse i en spesifikk retning (i en solcelle). En elektrisk potensiell forskjell (spenning) skapes ved separasjon av ladninger

Kravet er at lyset må ha tilstrekkelig energi til å overvinne potensialbarrieren til halvlederen for å forårsake eksitasjon

Hva gjør Silisium spesielt, og hvilken rolle spiller båndgapet?

Silisium er det nest mest tallrike elementet i jordskorpen. Det er relativt ureaktivt og har høye smelte- og kokepunkter. Silisium er en halvleder, og dets konduktivitet kan styres. Båndgapet bestemmer hvilken del av solspekteret en solcelle absorberer. Fotonoer med energi mindre enn båndgapet absorberes ikke, mens fotoner med energi høyere enn båndgapet genererer primært varme i stedet for å bidra til effektiviteten.

Eksponering av en halvleder (som silisium) for lys kan generere elektron–hull-par, noe som øker antallet frie bærere og dermed konduktiviteten

Beregn Solarkonstanten (Gs​) ved å bruke Stefan-Boltzmanns lov. Bruk følgende data fra kildene: Solens effektive overflatetemperatur T_sun​=5778 Kelvin. Solens diameter D=1.393×109 meter. Avstand fra Solen til Jorden L=1.496×1011 meter. Stefan-Boltzmanns konstant σ=5.67×10−8 W/m2 K4.

Solens radius R=D/2=6.965×108 m.

Utstråling fra Solens overflateareal (A=4πR2): P_sun​=AσT_sun^4​=4π(6.965×108 m)2⋅(5.67×10−8 W/m^2 K^4)⋅(5778 K)^4. P_sun​≈3.84×1026 W.
Den totale effekten som frigjøres ved fusjon er 3.86×1026 J/s. Dette bekrefter at utregningen av Solens effekt er i riktig størrelsesorden.

Solarkonstanten G_s​=P_sun/4πL^2​​=3.84×1026 W​/4π(1.496×1011 m)^2≈∗∗1366 W/m2∗∗.

Dette resultatet ligger nært den gitte verdien i flervalgsalternativene (1370 W/m2)

components in wind turbine

foundation, tower, and nacelle

induction type vs synchronous type generator

bare vindturbiner er induction type, dette er hvis man har en gearbox

pn junction (photovoltaic effect)

hva bruker man på P type?

bor (boron)

hva bruker man på n type

fosfor

carbothermic reaction (produksjon av silisium) og hvor høy purity

99.9999% søk opp

hvilken temperatur produserer man silisium på

1500 til 1750 grader celsius