03 Energieproductie

Energieproductie

Lesonderwerpen

Elektriciteit

(zonnepanelen, windmolens, generator, brandstofcel, gas-, kolen- en kerncentrale)

Warmte

(warmtepomp, zonneboiler, verbranding, restwarmte)

Lesdoelen

Aan het eind van deze les kan de student:

• verschillende vormen van energieproductie benoemen en beschrijven
• vertellen welke energievorm de productie oplevert
• vertellen wanneer een vorm van energieproductie veel of weinig energie produceert

Overzicht componenten

Elektriciteit

• zonnepanelen
• windmolens
• generator
• brandstofcel (waterstof)
• gas-, kolen- en kerncentrales (elektriciteitsnet)

Elektriciteit

zonnepanelen

• wekken DC elektriciteit op

Elektriciteit

windmolens

• wekken AC elektriciteit op

Opdracht 3.1

Bekijk de specificaties van de volgende windturbine:

https://futurenergy.co.uk/wp-content/uploads/2019/02/181007-2-AF1-data-sheet-24V-48V-11108A.pdf

• Hoeveel vermogen levert de turbine bij windsnelheden van 3,8 m/s, 4,5 m/s en 6,5 m/s respectievelijk?
• Bij welke windsnelheid levert de turbine een vermogen van 1000 W? Met welke windkracht komt dit overeen?

Antwoorden:

• Het vermogen is ~50, ~90 en ~210 W respectievelijk
• ~11,5 m/s (windkracht 6)

Elektriciteit

generators

• wekken AC elektriciteit op
• verschillende brandstoffen
•  type back-up/standby

Opdracht 3.2

Bekijk de omschrijving en handleiding van de volgende generator: https://www.hornbach.nl/p/eurom-generator-independ-2500/5587925/

• Waarom is deze niet geschikt als back-up generator in een EMS?
  Tip: bekijk de veiligheidsinstructies

Antwoord:

Omdat hij niet aangesloten mag worden op het net. Dat komt omdat de fase van de stroom (denk aan de sinusvorm) niet gesynchroniseerd kan worden met de fase van het net.

Een andere reden kan zijn dat de generator een tankinhoud heeft voor 'slechts' 5 uur (half vermogen).

Of dat de generator met de hand gestart moet worden ipv het EMS.

Elektriciteit

brandstofcel (waterstof)

• chemische reactie
• wekt DC elektriciteit op
• verschillende brandstoffen

01:26

het element waterstof zit in ...

1. water
2. methaan
3. koolstofdioxide
4. ammoniak

02:06

Hoe heet het proces waarmee waterstofgas gemaakt wordt uit water

02:57

Welke 'kleur' waterstof is duurzaam?

1. groen
2. geel
3. blauw
4. grijs

04:59

Welke drie nadelen van waterstof werden hier genoemd?

07:42

Waar moet waterstof als eerst worden ingezet?

01:26

Hoeveel keer zoveel energie zit er in 1 kg H2 in vergelijking met benzine?

Elektriciteit

Het elektriciteitsnet levert elektriciteit van o.a. gas-, kolen- en kerncentrales

• levert AC elektriciteit
• bijdrage beperken vanwege kosten elektriciteit en grootte van de aansluiting
• vaak als back-up

Warmte

• warmtepomp
• zonnecollector
• verbranding (aardgas, biomassa, waterstof)
• restwarmte uit industrie

Warmte

warmtepomp

• heeft elektriciteit nodig
• heeft laag vermogen

Opdracht 3.3

Leg uit hoe een warmtepomp werkt. Gebruik daarbij de afbeelding hieronder. Hoe heten componenten 1, 2, 3 en 4. Wat gebeurt hier? En wat stroom er door de buizen bij a. en b.?

Voorbeeld:

Warmte wordt van buiten opgenomen in de verdamper (1). Afhankelijk van het type stroomt er lucht of water (a) langs het koudemiddel in de verdamper. Het koudemiddel verdampt en gaat naar de compressor (2). Hier wordt de druk van het koudemiddel verhoogd, waardoor ook de temperatuur omhoog gaat. Bij de condensator (3) condenseert het koudemiddel. Hierbij wordt de warmte afgegeven aan het verwarmingswater (b) dat door het huis loopt. Vervolgens wordt de druk van het koudemiddel verlaagd bij het expansieventiel. Hierdoor kan het koudemiddel weer opnieuw warmte van buiten opnemen.

Warmte

zonnecollector

• heeft opslagtank nodig
• heeft laag vermogen
• vaak met elektrische
    verwarmer erbij

Opdracht 3.4

Ga naar de site van MilieuCentraal over zonneboilers. In welke situatie wordt hier een zonneboiler aangeraden? Hoeveel collectoren heb je nodig en hoe groot voorraadvat? Is dit genoeg om de winter mee door te komen?

Antwoorden:

• Een zonneboiler wordt aangeraden bij een cv-ketel of hybride warmtepomp, niet bij een volledig elektrische warmtepomp of warmtenet. En een zonneboiler wordt aangeraden als je al veel zonnepanelen hebt of als je dak veel in de schaduw staat.
  
• Voor drie personen is een collector van 2,5 m2 geschikt, met een opslagvat van 120 liter.
• Dit is niet genoeg om de winter door te komen

Warmte

verbranding van brandstof

• aardgas, biomassa, waterstof
• hoog vermogen
• brandstof nodig

slimster.nl

Opdracht 3.5

Hoeveel warmte komt er vrij bij het verbranden van 1 m3 aardgas, benzine, stookolie, hout, kerosine en waterstof? Maak hier een ranglijst van. Doe hetzelfde voor 1 kg van elke stof.

m=ρ⋅V

Antwoorden:

• J/m3:

1. stookolie: 40 GJ
2. kerosine: 37 GJ (46,2 x 800)
3. benzine: 33 GJ
4. hout: 10 GJ (15 x 700)
5. aardgas: 31,65 MJ
6. waterstof: 10,8 MJ

• J/kg:

1. waterstof: 141,8 MJ
2. kerosine: 46,2 MJ
3. benzine: 45,8 MJ (33 / 0,72)
4. stookolie: 44 MJ (40 / 0,9)
5. aardgas: 38 MJ (31,65 / 0,833)
6. hout: 15 MJ

Warmte

restwarmte uit industrie

• bron moet duurzaam zijn
• rendabel bij grote schaal
• infrastructuur nodig

Opdracht 3.6

Onderzoek een Nederlands stadswarmteproject die je zelf hebt gevonden. Schrijf een stuk tekst over het project van minimaal 200 woorden. Denk hierbij aan de duurzaamheid van de bron, hoeveel huishoudens voorzien worden van warmte en hoe de gebruikers het ervaren.

Lesonderwerpen

Elektriciteit

(zonnepanelen, windmolens, generator, brandstofcel, gas-, kolen- en kerncentrale)

Warmte

(warmtepomp, zonneboiler, verbranding, restwarmte)

Toets 3A