Modul 1 og 4

Energi

Hvordan klassifiseres energi i et ingeniørperspektiv:

Mekanisk, elektrisk, kjemisk, kjernekraft

Ikke-fornybar energi

Olje og naturgass

1. Hva kalles dybdeintervallet der organisk materiale omdannes til olje, og mellom hvilke dybder skjer dette?
Riktig svar: Oljevinduet, 2 000 til 3 800 meter

2. Hva skjer med hydrokarboner på dybder mellom 3 800 og 5 000 meter, og hva kalles dette dybdeintervallet?
Riktig svar: Produksjonen av flytende hydrokarboner topper seg, og metangass dannes. Dette intervallet kalles gassvinduet

3. Hvorfor finnes det ingen hydrokarboner under en dybde på 8 til 10 kilometer?
Riktig svar: De blir ødelagt av høy temperatur

Natural gas

Hva består en gass turbin av og hvordan funker den?

Kompressor: Luft trekkes inn og komprimeres.

Forbrenningskammer: Komprimert luft blandes med drivstoff og antennes for å produsere varmeenergi.

Turbin: Den varme gassen fra forbrenningskammeret driver turbinen, som danner mekanisk energi.

Generator: Turbinen er koblet til en generator som omdanner den mekaniske energien til elektrisk energi.

Eksos: Gassene slippes ut etter å ha passert gjennom turbinen.

Hva er utslippene fra en gas turbin?

1.      Nitrogen oxide (NOX) (Nitrogenoksid)

2.      Carbon monoxide (CO) (Karbonmonoksid)

3.      Volatile organic compounds (VOC) (Flyktige organiske forbindelser)

4.      Sulfur dioxide (SO2) (Svoveldioksid)

5.      Carbon dioxide (CO2) (Karbondioksid)

6.      Methane (CH4) (Metan)

Kull

Hva er hovedtypene kull?

1.      Anthracite (Antrasitt)

2.      Bituminous (Bituminøs kull)

3.      Sub-bituminous (Sub-bituminøs kull)

4.      Lignite (Brunkull)

Hva er utslipp fra kull powerplants?

1.      Nitrogen oxide (NOX) (Nitrogenoksid)

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)

Kjernekraft (clean)

Hvilket brensel bruker kjernekraftverk?

-          Uranium (tungt metall)

Diverse

Hvilken energikilde har høyest dødsrate per terawattime av elektrisitetsproduksjon?
Riktig svar: Kull (24,6 dødsfall),

Hvilken energikilde har lavest CO₂-utslipp per gigawattime?
Riktig svar: Kjernekraft (6 tonn CO₂-ekvivalenter)

Hva er de viktigste utfordringene knyttet til ikke-fornybare energikilder?

-          Begrensede ressurser

-          Forurensning

-          Global oppvarming

Hva er de nåværende fordelene ved ikke-fornybare energikilder?

-          Høy effektivitet

-          Lav kostnad per kWh

-          Velutviklet og etablert teknologi

-          Fleksibilitet i energiproduksjon

-          Velutviklet forsyningskjede

-          Stort marked for ikke-fornybare energikilder

Gasser

Hvilken drivhusgass er den sterkeste, og hva kontrollerer konsentrasjonen av denne gassen?
Riktig svar: Vanndamp (H₂O) er den sterkeste drivhusgassen, og konsentrasjonen styres i stor grad av atmosfærens temperatur.

Hvor mye sterkere er metan (CH₄) som absorber av infrarød stråling enn karbondioksid (CO₂)?
Riktig svar: 30 ganger sterkere.

Hvilken menneskelig aktivitet er hovedårsaken til økt konsentrasjon av lystgass (N₂O) i atmosfæren?
Riktig svar: Jordbruk, spesielt bruk av gjødsel som inneholder nitrogen og ammoniakk.

Hvilken drivhusgass er relatert til CFC-er (klorfluorkarboner)?
Riktig svar: Ozon (O₃).

Hva er halokarbons sammensatt av?
Riktig svar: Karbon, klor, fluor og hydrogen.

Hvilken type halokarbon har den høyeste konsentrasjonen i atmosfæren?
Riktig svar: Klorfluorkarboner (CFCs).

Hvor mye mer påvirkning har én molekyl CFC-gass sammenlignet med karbondioksid (CO₂)?
Riktig svar: Én molekyl CFC-gass tilsvarer 10 000 molekyler CO₂.

Hvilke andre viktige halokarbongasser må huskes?
Riktig svar: Hydrofluorkarboner (HFCs), Hydroklorfluorkarboner (HCFCs - R21), og R134a.

Hva er levetiden til CO2, Metan og N2O og HFC-23 i atmosfæren?

CO2 = varable 5, Metan = 12+-3, N2O = 120, HFC-23 = 246

Fornybar energi

Vannkraft

Hva er hovedkildene til vannkraft:

-          Forest fed river (Skogsmatet elv)

-          Glacier fed river (Bre-matet elv)

-          Monsoon fed river (Monsunmatet elv)

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% +

Hva sier bernoullies equation noe om?

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

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.

Status i Norge jan 2020:

–         1651 power plants

–         Installed capacity: 32 671 MW

–         Production: 136 TWh

–         Over 800 water reservoirs

–         Around 3500 dams

Sol-energi

Hvor i sola får vi energien fra?

-          Chromosphere (kromosfæren)

Hva er sol-innstråling?

ofte kalt sollys, er et generelt begrep for den elektromagnetiske strålingen som sendes ut av solen. (watt/m^2)

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

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

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 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?

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 og celle?

Riktig svar: 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 de ulike typene: sol, vind, hydroelektriske, kull, kjernekraftverk, gas turbin?

-          Solar Panels | 10–25%

-          Wind Turbines | 25%

-          Hydroelectric Power Stations | 40%

-          Coal Fired Power Plants | 70%

-          Nuclear Power Plants | 89%

-          Combined Cycle Gas Turbine | 38%

Vind-energi

Hvrodan 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 og undertypene deres og hvilken er mest brukt?

Drag type turbines:

-          Persian windmill

-          Chinese windmill

-          Savonius

Lift type turbine

-          Vertical axis wind turbine

o   Darrieus

-          Horizontal axis wind turbine (MEST BRUKT)

o   American multiblade

o   Grumman Windstream

o   The Danish concept

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

-          Jacket

Floating

-          Semi-submersible

-          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. Den vi bruker mest av i dag har ca tsp på λ 6.

Q: Hva viser Cp i grafen?
A: Cp er rotoreffektkoeffisienten, som viser hvor effektivt en vindturbin omdanner vindens kinetiske energi til mekanisk energi.

Q: Hva er den teoretiske maksimalverdien for Cp ​?
A: Den teoretiske maksimalverdien for Cp er ca. 0,593, kjent som Betz-grensen.

Q: Hva er forholdet λ?
A: λ er forholdet mellom spisshastigheten til rotorbladene (U) og vindhastigheten (v).

Q: Hva er maksimal Cp ​-verdi for en trebladet rotor?
A: En trebladet rotor har en maksimal Cp​ på 0,45–0,5, ved et optimalt λ rundt 6–8

Q: Hva er "Swept Area of Blades"?
A: Det er området dekkes av rotorbladene når de roterer, og det bestemmer hvor mye vindenergi turbinen kan fange.

Q: Hva er "Rotor Diameter"?
A: Rotorens diameter er avstanden fra ett bladspiss til det motsatte bladspisset når bladene roterer.

Q: Hva er "Hub"?
A: Hub-en er midtpunktet hvor rotorbladene er festet og energien fra bladene overføres til generatoren.

Q: Hva er "Nacelle"?
A: Nacellen er kabinettet som inneholder girkassen og generatoren som konverterer mekanisk energi til elektrisk energi.

Q: Hva er "Anemometer"?
A: Det er et instrument som måler vindhastigheten for å optimalisere turbinenes ytelse.

Q: Hva er "Tower"?
A: Tårnet støtter rotor og nacelle, og det plasserer turbinen høyt nok til å dra nytte av sterkere og mer stabil vind.

Q: Hva er "Foundation"?
A: Fundamentet gir støtte til tårnet og sikrer stabilitet for hele vindturbinen.

Q: Hva er "Hub Height"?
A: Hub-høyden er høyden fra bakken opp til hub-en hvor rotorbladene er festet.

Hva er en stor utfordring i vindmøller?

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

Klimamål osv

Hva sier Norways climate action plan?

-          Norge vil prøve å bli karbonnøytrale til 2030

Hva er ETS?

ETS (Emissions Trading System) er en markedsbasert tilnærming for å kontrollere utslipp av klimagasser, der utslippstillatelser kjøpes og selges. Norge deltar i EU ETS til tross for at landet ikke er medlem av EU, noe som integrerer Norges utslipp i en bredere europeisk ramme for å oppnå klimamålene.

-          In 2019, Norway’s ETS emissions totalled 25.61 million tonnes CO2eq,or about half of its overall emissions.

-          They originate largely from oil and gas production and industrial processes.

-          There are no national emission targetsfor ETS emissions.

Hva sier The European Green deal og “fit for 55”?

-          Ingen netto utslipp av klimagasser innen 2050

-          Økonomisk vekst frikoblet fra ressursbruk

-          Ingen personer eller steder skal bli etterlatt

-          Fit for 55 = EU-kommisjonen har vedtatt en rekke forslag for å tilpasse EUs klima-, energi-, transport- og skattepolitikk med mål om å redusere netto klimagassutslipp med minst 55 % innen 2030, sammenlignet med 1990-nivåer.

Hva er målet til Paris avtalen?

-          Begrense den globale temperaturøkningen i dette århundret til 2 grader Celsius (1,5 grader).

-          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.

Hvordan fungerer Parisavtalen?

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

-          I sine NDC-er kommuniserer landene tiltak de vil iverksette for å redusere klimagassutslipp for å nå målene i Parisavtalen.

Formler

Vannkraft-formler