Förnyelsebar energi, 7,5 högskolepoäng

Transkript

1 1 (6) Förnyelsebar energi, 7,5 högskolepoäng Provmoment: Tentamen Ladokkod: TK2511 Tentamen ges för: En1, Htep2 Tentamensdatum: Tisdag 10/4, 2012 Tid: Hjälpmedel: Miniräknare Tentamen består av två delar, den ena med 15 mindre omfattande uppgifter om 2 poäng vardera och den andra med 6 mer omfattande uppgifter om 5 poäng vardera. Totalt kan maximalt 60 poäng erhållas. Under förutsättning att minst 10 poäng erhålls på vardera tentamensdelarna ges följande betyg: 0 29 poäng: U poäng: poäng: poäng: 5 Erhålls mindre än 10 poäng på någon av tentamensdelarna är tentamen underkänd. Allmänna anvisningar Var noga med att redovisa arbetsgången och eventuella antaganden vid lösning av tentamensuppgifterna.. Rättningstiden beräknas som längst till tre veckor. Viktigt! Glöm inte att skriva namn på alla blad du lämnar in tillsammans med tentamenstesen. Lycka till! Ansvarig lärare: Per Andersson, tel

2 Del 1, bestående av 15 mindre omfattande frågor om 2 poäng vardera (svara koncist) 2 (6) 1 Ungefär hur stor är den globala energitillförseln från fossil resp förnybar energi? 2 Ungefär hur stor är Sveriges energitillförsel från kärnkraft (brutto resp netto)? 3 Vattenkraften har stor betydelse för Sveriges kraftproduktion. Redovisa betydelsen i siffror och gör en jämförelse med vattenkraftens betydelse globalt sett. 4 Biomassa indelas (i Sverige) i fem huvudtyper. Namnge dessa samt redovisa en bra definition på biomassa (som används i energisystemet). 5 Skissa och redogör principiellt för hur funktionen hos ett solvärmesystem där solfångaren är ansluten till en ackumulatortank. 6 Redogör för kännetecknande egenskaper hos två olika huvudtyper av solceller. 7 Skissa och redogör principiellt för hur en solcellsanläggning kan nätanslutas. Redogör även för eventuella problem vid nätanslutning. 8 Skissa effektkurvan för en pitchreglerad vindturbin och förklara principiellt vad pitchreglering innebär. 9 Skissa en typisk graf för vindhastighetsfördelningen och förklara varför energiutvinningen är låg vid vindhastigheter < 3 m/s och >18 m/s. 10 Redogör principiellt för uppbyggnad och funktion av ett pumpkraftverk. 11 Förklara begreppen baskraft, reglerkraft resp spetskraft och ge typiska exempel på vilka kraftslag som används inom resp område i Sverige. Motivera även varför valt kraftslag är lämpligt. 12 Redogör översiktligt för utsläpp av cancerogena ämnen och stoft vid förbränning av trädbränslen. 13 Redogör principiellt för framställning av DME och dess tillämpningar.

3 14 Redogör principiellt för hur framställning av syntetiskt diesel sker. Diskutera även miljöaspekter med användande av syntetiskt diesel. 15 Redogör principiellt för bränslecellens funktion och dess tillämpningar. 3 (6)

4 4 (6) Del 2, bestående av 6 mer omfattande frågor om 5 p vardera 1 Student med godkänd kontrollskrivning 1 skall EJ göra uppgift 1, markera detta i tentamen! Beräkning av vattenkraftverk Ångermanälven, 463 km lång, är Sveriges vattenrikaste älv med ett medelvattenflöde på 485 m 3 /s och fallhöjden 455 m. Beräkna verkets åliga kraftproduktion vid totalverkningsgraden 75 %. 2 Student med godkänd kontrollskrivning 2 skall EJ göra uppgift 2, markera detta i tentamen! Beräkning av solfångare för tappvarmvattenberedning för villa Belägenhet: Ystad Antal personer: 4 Varmvattenförbrukning: 65 l/pers, dygn av temperaturen 50 C Dim. temp solfångare Värmer tappvatten från 10 C till 50 C a) För vilken av månaderna april september bör solfångaren dimensioneras? b) Beräkna erforderlig solfångaryta. c) Hur kan man göra för att få tappvarmvatten även vid mulna dagar? Skissa principiell systemuppbyggnad. d) Rekommendera lämpligt rörmaterial vid anslutning av solfångaren. e) Vad bör beaktas om solfångaren överdimensioneras kraftigt?

5 5 (6) 3 Beräkning av vedpanna och ackumulatortank för villa Panneffekt: Specifikt värmebehov: Temp.differens (t inne t ute ) 60 kw o h 35 C a) Beräkna för vilken husstorlek som pannan är lämplig, dvs beräkna husets årliga energibehov för uppvärmning.. b) Beräkna erforderlig ackumulatorvolym. c) Vilken fukthalt bör veden ha då den ska förbrännas? Vad är då dess fuktkvot? d) Värmevärdet för ugnstorr ved (fukthalt 0 %) är ca 20 MJ/kg. Beräkna vedens värmevärde för fukthalt enligt uppgift c). Svara i enheten kwh/kg. e) För att minska värmeförlusterna isoleras ackumulatortanken. Skissa en graf som visar tanktemperaturens variation i tiden (vid stillestånd) på grund av värmeförluster till omgivningen. Ledning: Byggnads värmeeffektbehov Q& = ka( t inne tute ) Byggnads årsenergibehov för uppvärmning Q = kas

6 6 (6) 4 Beräkning av vindkraftverk Rotordiameter: Märkeffekt: Märkvind: Märkvarvtal: 44 m 1200 kw 15 m/s 27 rpm a) Vilken är den högsta teoretiska verkningsgraden för ett vindkraftverk? b) Beräkna turbinverkningsgraden vid märkdata. c) Beräkna turbinens löptal vid märkdata. d) Beräkna verkets medeleffekt om medelvindhastigheten antages till 7 m/s. e) Moderna vindkraftverk kan vara försedda med mångpolig generator och arbeta med variabelt varvtal. Vad är fördelen med detta? 5 Beräkning av bergvärmepump för villa (utnyttjar geotermisk energi) Köldbärarlöde (vatten+glykol, c p = 3,5 kj/kg K) ): 0,4 kg/s Temp. differens köldbärare: 4 C Värmefaktor COP h : 2,5 a) Beräkna den effekt som utvinns ur energibrunnen (gratiseffekten). b) Beräkna värmepumpens driveffekt (tillförd eleffekt). c) Beräkna erforderligt djup hos energibrunnen. Gör själv rimliga antaganden. d) Köldmediet i värmepumpen är av typ HFC. Vad innebär detta? e) Om värmepumpen upptar energi från energibrunnen vid temperaturen -12 C och avger energi till byggnaden vid temperaturen 65 C, vad är då högsta tänkbara värmefaktor? 6 Beräkning av koldioxidutsläpp (kg/mj) Bensin kan, på massbasis, antas bestå av 86 % kol och 14 % väte. Värmevärdet för väte är 120 MJ/kg, för kol 33 MJ/kg. Beräkna bränslets koldioxidutsläpp (kg/mj) vid förbränning i luft. Ledning: Molmassor M C =12, M H =1, M O =16, M N =14