Elenergiteknik. Industrial Electrical Engineering and Automation. Energi och effekt. Extra exempel

HTML
DOWNLOAD

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Elenergiteknik. Industrial Electrical Engineering and Automation. Energi och effekt. Extra exempel"

Ann-Charlotte Ekström
för 6 år sedan
Visningar:

1 Campus Helsingborg 2018 Industrial Electrical Engineering and Automation Elenergiteknik Energi och effekt Extra exempel Industriell Elektroteknik och Automation Lunds Tekniska Högskola

3 Effekt och energi Energi och effekt är absolut grundläggande i kursen. Nära relaterat är kvoten mellan dessa som är en tid, samt verkningsgrad som är kvoten mellan energier eller effekter. Effen 1 Elenergi och eleffekt Välj enhet och tiopotens-prefix så följande påståenden blir korrekta: a) Sveriges vattenmagasin rymmer 34. b) Årsförbrukningen av el i Sverige under 2017 var ca 140. c) 17 januari 2018 mellan kl 17 och 18 var den elektriska systembelastningens totala aktiva effekt i Sverige, Norge, Finland och Själland ca Effen 2 Elenergi och eleffekt En asynkrongenerator i ett kraftverk uppges ha cosϕ=0.85, drifttid 3000 h/år och verkningsgrad 95 %. I produktion lämnar generatorn 5 MW till elnätet. a) Vilken aktiv effekt lämnar turbinen till generatorn? b) Vilken skenbar effekt lämnar generatorn till elnätet? c) Vilken energi levererar generatorn under ett år? Effen 3 Kraftvärmeverk a) Ett litet kraftvärmeverk baserat på en gasturbin går på gas och ger 105 kw el med en verkningsgrad på 30%. Vilken effekt matas in i form av ett gasflöde? b) För kraftvärmeverket i a) med samma ineffekt har produktion av el och värme tillsammans verkningsgraden 78 %. Hur mycket värmeeffekt får man ut vid produktion av 105 kw el? c) Vattenturbinen i ett vattenkraftverk med en installerad generatoreffekt på 100 MW och årlig drifttid på 5000h ska renoveras. Verkningsgraden beräknas förbättras 3 procent. Hur mycket är den extra el värd som produceras under tio år med den renoverade turbinen? Använd ett elpris på 250 SEK/MWh. Effen 4 Vindkraftverk I ett visst vindkraftverk omvandlas vindenergin först till mekanisk energi av en vindturbin som driver en växellåda. Denna driver en trefasig asynkrongenerator som matar ut elenergin i elnätet. a) Vid ett driftfall levererar generatorn 2 MVA med en effektfaktor på 0,85. Hur mycket aktiv elektrisk effekt matas ut på elnätet? b) Förlusterna i generator och växellåda är tillsammans 89,5 kw. Vilken verkningsgrad har vindkraftverket räknat från vindturbinens axel till elnätet?

4 c) Hur mycket energi levererar verket om det drivs enligt ovan kontinuerligt i ett dygn? Effen 5 Energitillgänglighet eller kapacitetsfaktor Uppgifterna ovan har hämtats från fickfoldern om Elåret 2015 från Svensk Energi. Ur dessa kan man bestämma antalet fulleffekttimmar den installerade kapaciteten (antas här vara den samma hela 2015) behöver för att producera årets energi. Uttryckt i % av årets timmar kallas detta kraftslagets energitillgänglighet. a) Bestäm energitillgängligheten för vattenkraft b) Bestäm energitillgängligheten för kärnkraft c) Bestäm energitillgängligheten för övrig värmekraft d) Kärnkraftverken körs som kondenskraftverk. Uppskatta hur mycket energi släpptes ut i havet med kärnkraftverkens kylvatten under e) Uppskatta verkningsgraden för transporten (i det svenska kraftsystemet) av el från kraftverken till förbrukarna.

5 Effen 6 El från sol och vind Ett kraftverk lämnar inte alltid sin maximala effekt, men den energi som produceras under ett år kan räknas om till maximal effekt producerad under en kortare tid som kallas årlig drifttid. Detta är ett viktigt nyckeltal för olika kraftverkstyper. Kommentera gärna dina svar i denna uppgift! a) Kärnkraftverk i Sverige har typiskt en årlig drifttid på ca 7500 h. Hur mycket installerad effekt behövs för att producera 2025 GWh per år? b) Solceller i Sverige har typiskt en årlig drifttid på ca 1000 h. Hur mycket solcellseffekt behöver installeras för att producera 2025 GWh per år? c) Vid slutet av 2017 fanns det i Sverige anläggningar av solkraft som gav en effekt på 231 MW. Hur mycket elenergi genererar de på ett normalår? Hur många anläggningar av samma genomsnittsstorlek som ovan behövs för att generera 2025 GWh? d) Vindkraftverk på land i Sverige har typiskt en årlig drifttid på ca 2000 h. Hur mycket effekt behöver installeras för att producera 2025 GWh per år? e) Ett vindkraftverk är idag typiskt på 3 MW. Hur många sådana (avrunda uppåt) ger den installerade effekten i uppgift d? Effen 7 El från sol och vind Enligt statistik om elåret 2007 och elåret 2015 från Svensk Energi kom under ,4 TWh el från 788 MW installerad vindkraftkapacitet och under ,6 TWh från 6026 MW installerad vindkraftkapacitet. Ur detta kan man bestämma antalet fulleffekttimmar den installerade kapaciteten (antas här vara den samma hela året) behöver för att producera årets energi. Uttryckt i % av årets timmar kallas detta kraftslagets energitillgänglighet eller kapacitetsfaktor. a) Bestäm antalet fulleffekttimmar och energitillgängligheten för vindkraft 2007 och b) Använd svaret i a) och uppskatta hur mycket elenergi ett litet vindkraftverk på 2,2 kw lämnar under ett år. c) Enligt läroboken lämnar söderriktade solceller i Sverige ca 100 kwh/m 2 under ett år. Uppskatta hur mycket elenergi en solelanläggning på 110 W och ungefär 1 m 2 lämnar under ett år. d) Bestäm energitillgängligheten för solel baserat på uppgifterna i c. e) Vindkraftverket ovan kostar enligt uppgift SEK, solelanläggningen SEK (sommarerbjudande). Om anläggningarna antas hålla lika länge och övriga kostnader försummas kostar en kwh solcellsel X gånger så mycket som en kwh vindkraftel. Bestäm X.

6 Effen 8 Uppsatta mål a) De svenska klimatmålen till 2020 enligt Energiläget 2018 är bl a: Minska växthusgaser med 20 % jämfört med Minska energianvändningen med 20% jämfört med % av den totala energianvändningen ska vara förnybar. 10% av energianvändningen i transportsektorn ska vara förnybar. Hur långt har Sverige kommit år 2016 mot de uppsatta målen?

7 Lösningar Effekt och energi Effen 1 Elenergi och eleffekt a) Sveriges vattenmagasin rymmer energi motsvarande ca 34 TWh b) Årsförbrukningen av elenergi i Sverige 2016 var ca 140 TWh c) Systembelastningen i Sverige, Finland, Norge och Själland 17/1 2001, kl var ca 61.6 GW. Effen 2 Elenergi och eleffekt a) P ut,el=η P turbin, P turbin=p ut,el/η=5mw/0.95=5.26 MW b) Put,el=S cosϕ, S=Put,el/cosϕ=5MW/0.85=5.88 MVA c) W=Put,el T=5 MW 3000 h=15 GWh Effen 3 Kraftvärmeverk a) P ut,el=η elp in; P in=p ut,el/η el=105 kw/0.3=350 kw gasflöde b) Put,el+Put,värme=Put=ηtotPin= kw=273 kw Put,värme=Put Put,el= kW=168 Kw c) MW 5000h=15000 MWh per år SEK=37.5 MSEK på 10 år Effen 4 Vindkraftverk a) P=Scosϕ=2 0,85MW=1,7 MW b) η=1700/( ,5)=95.0% c) W=1700 kw 24 h= kwh=40,8 MWh Effen 5 Energitillgänglighet a) Energitillgänglighet för vattenkraft 2015 är 74000/16,184x100/8760=43%. b) Energitillgänglighet för kärnkraft 2015 är 54300/9714x100/8760=83%.

8 c) Energitillgänglighet för övrig värmekraft 2015 är 3000/7920x100/8760=5%. d) Kärnkraftverken körs som kondenskraftverk med elverkningsgrad ca 30% (lärobok). Kärnkraftverken förses alltså med 54 TWh/0,3=180 TWh energi från bränslet, men med kylvattnet skickas 0,7x180TWh=126 TWh. e) Elanvändning 135,9 TWh varav nätförluster 9,4 TWh och elanvändningen 145,3 TWh. Verkningsgraden för transporten av el i Sverige är då (145,3-9,4)/145,3x100=94%. Effen 6 El från sol och vind a) 2025 GWh/7500h=270 MW b) 2025 GWh/1000h=2025 MW solel c) 231 GWh. Det behövs anläggningar av 2017 års medelstorlek för att ge 2025 GWh. d) 2025 GWh/2000h=1012,5 MW vindkraft e) 1012,5 MW/3MW=337,5 dvs 338 st. Effen 7 El från sol och vind a) 1,4 TWh kan produceras av 788 MW vindkraftverk på 1, / h=1777h Energitillgängligheten för vindkraft 2007 blir därmed 1777/8760=20%. b) Ett vindkraftverk på 2,2 kw lämnar ca 2, kwh=3900 kwh under ett år. c) Solelanläggningen lämnar ca 100 kwh på ett år. d) 0 kwh kan produceras av en 110 W på /110 h=909 h. Energitillgängligheten för solel blir då 909/8760=10%. Sol: SEK investering och 100 kwh/år under Y år. (16900/Y SEK/år)/(100 kwh/år)=169/y SEK/kWh. 1 kwh s Effen 8 Uppsatta mål Se Elåret 2015 : Från kol, olja, gas: 180 TWh år 2008 till 150 TWh år Från kärnkraft inkl förluster: 160TWh år 2008 till 170 TWh år 2015 Från vind, vatten, ved: 200TWh å 2008 till 240Twh år 2015

Relevanta dokument

Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation Översikt Stora och små strömavbrott Trender inom elanvändning Världen Statistik Sverige Energiläget/Energiåret