Elkraftteknikk 1, løsningsforslag obligatorisk øving A, høst 2004

Transkript

1 Elkraftteknikk 1, løsningsforslag oligatorisk øving A, høst 2004 HØGSKOLEN I AGDER Fakultet for teknologi Dere har gjort en flott innsats med denne øvingen gode og interessante esvarelser. Her er et forslag til løsning som dere kan sammenligne deres egne esvarelser med. Oppgave 1 a) Vi har to hovedtyper vannkraftverk: Høytrykkskraftverk, også kalt magasinkraftverk. Disse aserer seg på høyt trykk, det vil si stor fallhøyde, men relativt liten vannmengde. Vannet lagres i magasiner. Lavtrykkskraftverk, hvor man utnytter en stor vannmengde med relativt liten fallhøyde. Slike kraftverk er som oftest elvekraftverk som utnytter vannføringen som til enhver tid er i elva. Store kraftverk av denne typen vil ha et reguleringsmagasin. Store vannkraftverk: Installert effekt >100 MW Middels store vannkraftverk: Installert effekt MW Små vannkraftverk: Installert effekt <10 MW (Merk: de to første kategoriene er ikke nevnt i heftet, men kan være en fornuftig klassifisering.) Den siste kategorien deles inn i følgende underkategorier: Mikrokraftverk: Installert effekt <0.1 MW Minikraftverk: Installert effekt MW Småkraftverk: Installert effekt 1-10 MW Når tilsiget er stort vil elvekraftverk kunne gå med maksimal effektproduksjon. Tilsiget er størst i forindelse med vårflommen (snøsmelting), men også etydelig om høsten (regn). Forruket er størst om vinteren slik at det er gunstig å fylle høytrykkskraftverkenes magasiner i forindelse med flommene, og utnytte oppdemmet energi om vinteren. Elvekraftverkene og magasinkraftverkene utfyller hverandre derfor på en utmerket måte. ) Se taell 2.3 i Fakta Samlet ytelse er om lag MW. Dersom alle kraftverkene gikk med full effekt hele tiden ville vi produsere: W 35 dager 24 timer/dag = TWh (terawatt-timer) I et normalår produseres om lag TWh, det som i heftet kalles midlere årlig produksjonsevne. (Dette er per 1. januar 2004, og øker hvert år på grunn av nye utygginger.) Avviket skyldes selvfølgelig at ikke alle kraftverkene går med full effekt hele tiden. Elvekraftverkene er prisgitt vannføringen som har stor variasjon i løpet av året, mens

2 2 magasinkraftverkene i lange perioder må gå med redusert produksjon for å fylle opp magasinene. c) Et vannkraftverks rukstid T er den tid det tar å produsere et års midlere tilsig under full maskinytelse. Brukstiden for alle Norges kraftverk samlet kan regnes ut som: T = slik at T = = 4274 timer (Legg for øvrig merke til at T = = 4274 ) I % lir rukstiden lik 118.4/ % = 48.8 %. Dette tilsvarer at alle kraftverkene går med full effekt 48.8 % av tiden og er avslått resten av tiden. d) Både forruk og produksjon av elektrisitet vil variere fra år til år. Har vi en mild vinter, for eksempel, kominert med en våt sommer og høst som fyller opp magasinene før vinteren egynner, kan vi per i dag regne med at vi er selvforsynt. Dette er imidlertid ikke en normal situasjon. Fra figur 2.4 i heftet ser vi at i perioden , var forruket lavere enn midlere årlig produksjonsevne are i ett av årene, nemlig (Likevel måtte vi importere kraft i år 2003 på grunn av liten fyllingsgrad i magasinene.) Til sammenligning var forruket lavere enn midlere årlig produksjonsevne i alle årene i perioden Da det er midlere årlig produksjonsevne som er det naturlige tall å ta utgangspunkt i for å esvare spørsmålet, og vi må derfor si at vi ikke lengre er 100 % selvforsynt med elektrisitet. e) Vindkraft: Fordeler: gode forhold for vindkraft i Norge stadig lavere investeringskostnad stadig mer effektive vindkraftsystemer forurensningsfri Ulemper: krever store arealer må produseres når det låser, kan derfor ikke fungere alene kan are dekke en relativt liten andel av totalforruket (Danmark, som er størst i verden i andel vindkraft, har et måltall på 30% (ligger per i dag på om lag 1%),

3 3 mens Norge satser på 3 TWh innen 2010, eller om lag 2 % av totalforruket det året.) ladskygge og lyd kan være irriterende Oppgave 2 Gasskraft: Fordeler: kan produsere åde elektrisitet og varme rikt tilfang på gass i Norge kan raskt dekke vårt underskudd på elektrisitet, vil li mindre avhengig av å importere dansk kullkraft eller svensk kjernekraft Ulemper: utslipp av CO 2 og annen forurensning kostart og energikrevende å separere og deponere CO 2 Dere hadde forskjellig syn på hva vi urde satse på. Noen mente gasskraft, andre vindkraft, mens flere nevnte at man kunne gjøre egge deler. a) Antagelig er det en viss sløsing med elektrisitet i Norge. Dette henger nok delvis sammen med at vi har litt godt vant med at prisen på elektrisitet har vært (og er) såpass lav. For øvrig er det et filosofisk spørsmål hva som er sløsing noen vil mene at det er sløsing å ha varmekaler på adet, andre vil mene at det er en nødvendighet. Svaret på om vi sløser eller ikke vil derfor i stor grad avhenge av den enkeltes mening. Men det fins andre årsaker til at vårt forruk er så vidt høyt. På grunn av vårt store tilfang av relativt rimelig vannkraft, har det vært naturlig for Norge å satse på utygging av denne. Dette har ført til lave elektrisitetspriser, som har gitt kraftkrevende industri et komparativt fortrinn i Norge. Denne har derfor litt relativt stor, og står for en ganske stor andel av vårt totale elektrisitetsforruk (se punkt c). Videre har de lave elektrisitetsprisene gitt grunnlag for å enytte elektrisitet til oppvarming av ygninger og tappevann. Vi har også et stort ehov for oppvarming i Norge sammenlignet med mange andre land. Så det er i alle fall ikke are sløsing som er grunnen til vårt store forruk. ) c) Basert på figur 3.1 i heftet, står elektrisitet for om lag 4 % av det totale energiforruk i Norge. Petroleumsprodukter står for om lag 42 %. I figur 3.2 er energiruken oppgitt i Petajoule. 1 Petajoule = 1 TWh = joule (Peta = ) 1 10 Wh = 1 10 joule/s time = 1 10 joule/s 300 s = 3. Petajoule

4 4 Fra figuren ser vi at kraftkrevende industri i 2003 rukte om lag 110 Petajoule elektrisk energi. Fra formelen over tilsvarer dette om lag 30.5 TWh. Det er oppgitt i heftet at det totale forruk av elektrisk energi i 2003 var 103 TWh *. Andelen er derfor om lag 30 %. d) Fra figur 3.5 ser vi at vannvarming står for 24 % av forruket. I noen land rukes solfangere til å produsere varmtvann for husholdningsruk (eksempler: Tyrkia, Israel). I andre land enytter man seg av gassoppvarming, ved f.eks. ved punktvarming av røret der vannet flyter ved hjelp av en gassflamme. Oppvarmingen skjer altså i det tilfellet samtidig med forruket. e) Fra figur 3.5 ser vi at oppvarming står for 41 % av forruket. Alternativer: Vannaserte oppvarmingssystemer: en sentral varmekilde varmer vann som sirkuleres i oligene, for eksempel i radiatorer eller i rørsløyfer i gulv. Luftaserte oppvarmingssystemer: oppvarmet luft kan sirkuleres i et lukket rørsystem som igjen avgir varme, eller varm luft kan låses direkte inn i rommet. Punktvarmekilder: vedovner, peiser, parafinkaminer. Mye utredt i Norge. f) Vi har tidligere funnet at kraftkrevende industri ruker om lag 30.5 av totalt 103 TWh. Resten er 72.5 TWh. 5 % (41+24) av dette er oppvarming og vannoppvarming, det vil si 47 TWh. 50 % av dette er 23.5 TWh. Reduksjonen ville derfor være på om lag 23.5 TWh. g) Reduksjonen ville ha vært lik 30.5 TWh TWh = 54 TWh. Det totale forruk ville da ha vært 4 TWh, eller 4/103 = 45 % av det forruk vi faktisk har. Ser vi på figur 3.1 innser vi da at vårt forruk ville ha vært på nivå med Canada, USA, Finland og Sverige, men fortsatt etydelig høyere enn OECD. h) Noen eksempler fra kapittel 3.5 i heftet: oligfelt (oppvarming og matlaging) næringsygg (oppvarming) drivstoff for kjøretøy metanolproduksjon elkraftproduksjon vannoppvarming for fiskeoppdrett * Det er et avvik i dette tall sammenlignet med tall fra kapittel 2 i heftet. Der kan man få inntrykk av at forruket var om lag 118 TWh. I det kapitelet har man imidlertid inkludert tap i overføringene i forrukstallet, mens i kapittel 3 snakker man om faktisk forruk hos forrukerne. 118 TWh tilsvarer faktisk forruk pluss det NVE kaller uprioritert kraft pluss nettap. Nettapene er i størrelsesorden 9%.

5 5 i) Hydrogen er på jorda i motsetning til på sola ingen energikilde. Dette ville ha krevd at den kunne utvinnes fra reservoarer på samme måte som olje og gass. Det er riktigere å kalle hydrogen en energiærer en mellomlagring av energi før den omdannes til elektrisitet og varme. Hydrogen må med andre ord produseres, hvilket er åde kostart og energikrevende. (Når man utvinner olje og gass, er nettoresultatet en økning i tilgjengelig energi. I hvert fall hvis man ser på reservoarene som uendelig store, som vi jo har hatt en tendens til å gjøre i mesteparten av olje- og gassæraen. Når man produserer hydrogen er nettoresultatet en reduksjon i tilgjengelig energi siden det har gått mer energi tapt ved å produsere hydrogenet enn hydrogenet i sin tur vil gi tilake.)