Övningstentamen (med väl många frågor) Delmoment: Intro med bränslen och Vindkraft

Transkript

1 UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysi och eletoni Las Bäcstöm Övningstentamen (med väl många fågo) Delmoment: Into med bänslen och Vindaft Hjälpmedel: Ränedosa och bifogat fomelblad samt Boyle, Renewable Enegy och Physics handboo (elle motsvaande). Fåga 1-8 löses på sepaata blad. Fåga 9-1 besvaas i fågefomuläet på avsedd plats diet efte vaje fåga! INLÄMNINGSTID: KOD: Uppgift N Poäng Uppgift N Poäng 1 (6) 9 (1) (4) 10 (1) 3 (3) 11 (1) 4 (4) 1 (3) 5 (8) 13 (4) 6 (8) 14 (3) 7 (8) 15 (4) 8 (8) 16 () 17 () 18 (3) 19 () 0 (4) Summa (max 49+36) 1 (6) Betyg (usens slutbetyg sammanvägs med öviga deltentamina) Examinato: Las Bäcstöm

2 Fö fåga 1-8 gälle: Definiea använda betecninga, ange mätetalens enhete och motivea antaganden och appoximatione. Fö full poäng ävs att tanegången ä edovisad i detalj. Siv sva med oet enhet och imligt antal vädesiffo. Sulle du mot fömodan öa fast i en beäning, gö ett imligt antagande och fotsätt. Högst en uppgift pe inlämningsblad. Om flea sido ävs fö en uppgift, numea sidona. Glöm inte att siva din od på vaje lösningsblad du lämna in. 1. Namnge samt besiv funtionen fö de dela i figuen på nästa sida som ä numeade: 5, 6, 8, 1, 13 och 14. Besiv funtionen med cia en mening vadea. (6p). Vad betyde a) fullasttimma b) apacitetsfato c) mävind d) soliditet Ange även imliga väden på dessa. (4p) 3. Namnge och besiv de te huvuduppgifte som stysystemet i ett vindaftve ha. (3p) 4. På en plats ä medelvinden 6,4 m/s och fomfaton. Beäna aatäistisa vindhastigheten samt hu många timma pe å det blåse me än 14 m/s. (4p) 5. I ett soglätt omåde ha man med en vindmätae placead i en mobiltelefonmast 34 m öve maen mätt upp en medelvindhastighet på 5,1 m/s. Beäna den åliga enegimängden som an utvinnas fån en ideal tubin med tubindiameten 4 m och navhöjden 50 m. Motivea de antaganden som måste göas fö att lösa uppgiften. (8p) 6. En liten vindtubin med en diamete på m sa onstueas. (gäns fö bygglov) Egensape fö bladpofilen som sa användas famgå av bifogade figue. Beäna optimal bladutfomning mitt på bladen samt dm fån spetsen. Vilet vavtal ä lämpligt nä det blåse 7 m/s? Motivea de antaganden som måste göas fö att lösa uppgiften. (8p) 7. Vi ha tebladig tubin med diameten 8 m. Vid adien 34 m ha bladen en oda på 1,75 m och pitchvineln ä 0,5. Egensape fö den använda bladpofilen famgå av bifogade figue. Vid ett tillfälle ä bladspetsanas hastighet 60 m/s och vindhastigheten 10 m/s och luftens densitet 1,3 g/m 3. Beäna hu sto axeleffet som ingelementet mellan 33 m och 35 m bida med. Ta hänsyn till vaotation och luftmotstånd. Bifoga bladpofilens diagam till lösningen med dina avläsninga samt KOD (8p) 8. Ett vindaftve ostade 31 M att uppföa och man äna med att det sa poducea 5,8 GWh/å. Livslängden beänas till 0 å, medan elcetifiaten ä begänsade till 15 å. Elenegin an säljas fö 450 /MWh och elcetifiaten fö 00 /st. Om tio å planea man med en enoveing på M, övig dift och undehåll uppsattas till 1 öe/wh. Restvädet efte 0 å anses fösumbat. Realäntan ä 3,5%, den nominella äntan 5% och inflationen 1,5%. Beäna nuvädet, ROI och payofftid fö vindaftveet. (Obs du behöve inte alla givna väden) (8p)

3

4 Nedanstående fågo besvaas i detta häfte! 9. Vila två ämnen eageas fö att tillvea RME? (1p) 10. I vila motoe använde man RME, elle vad allas RME med ett annat namn. (1p) 11. Otantalet fö etanol och biogas ä stöe än fö bensin (110 esp 130). Hu an man få höge veningsgad i en moto som ä designad fö en etanol esp. biogas jämföt med FFV-vaiante. (1p) 1. DME, di-metyl-ete, ä ett altenativt divmedel som på senae å ha fått sto uppmäsamhet. DME tillveas u biomassa enligt det föelade eationsschemat nedan. Ange de två mellanpodutena och vad den fösta delpocessen (1:a pilen) allas. (3p) Biomassa DME 13. Etanol an tillveas fån olia åvao som ösoce, spannmål esp. cellulosamateial. (4p) a. Vilen åvaa ä i dagsläget mest eonomis gynnsam? b. Vila bipodute få man fån esp. åvao?

5 14. Sogsbänslets egensape (bänslevalitet) an besivas utifån ett antal valitetsaspete. (3p) a. Ange te vitiga valitetsvaiable. b. Vad ha dessa valitetsvaiable fö påvean på eonomin vid hanteing, tanspot och föbänning av sogsbänslen? 15. Besiv den gundläggande poblematien vid hanteing av sogsbänslen och ge föslag på åtgäde fö att omma tillätta med dessa poblem. (4p)

6 16. Besiv i gova dag hu elcetifiatsystemet fungea. (p) 17. Definiea vad NOx ä samt besiv de eonomisa tansationena ing NOx. (p) 18. Besiv hu ol, åolja espetive metanhydat bildats. Vila föutsättninga ävs fö espetive bänsle. (3p)

7 19. Stymedel delas vanligtvis in i fya huvudguppe efte hu de åstadomme föändinga. Ange de fya huvudguppena samt ett exempel på stymedel i vaje huvudgupp. (p) 0. Nedan syns fya olia type av vattentubine. Siv unde espetive figu dels vad tubintypen hete samt en siffa 1-4 dä 1lägst och 4högst fallhöjdsomåde. (4p)

8 1. Redogö fö följande bänslens egensape, miljöpåvean och famtidspotential jämföt med vaanda: a. Kol b. Natugas c. Petoleumpodute d. GROT. (6p)

9 Vinden Den fia vindens effet: P in Weibullfödelningens fevensfuntion: f ( v) Wei ρ 3 Av c v c Weibull sannolihetsfuntion: p ( v < v < v ) Medelvind vid Weibullfödelning: Kubfaton: Wei 1 1 v c Γ 1 + ( v) 3 1 e e v c v1 c e Γ( 1+ 3 / ) [ Γ( 1+ 1/ ) ] 3 Fomelblad v c 3 v EPF ä 6/π nä Gammafuntionen: Γ( x + 1 ) x Γ( x) Γ( 0, 5) π 1 x : Γ( x) 3 Den fia vindens medeleffet: A v A ( v) EPF Höjdbeoende, exponentiell modell: Höjdbeoende, logaitmis modell: Allmänt Rotons vinelhastighet: Axeleffet: Eleffet: Totalveningsgad: Axiell indutionsfato: P in v v ρ α h ln h / z0 ln h z 0 h 0 v v ( ) ( ) 0 0 / 0 ρ πn Ω [ad/s] om n [pm] 60 P ΩM P C in P P P C C el in e C P e η η växel geneato 3 e ( x 1)( x ) 0,6105 0,538+ 1, x vtubin a 1 dä v tubin vindhastigheten genom tubinen v 1 1 a 8π sinϕ 8π sinϕ tanϕ Bc C tanϕ + C BcC ( L D ) L ω Tangentiella indutionsfaton: a dä ω ä luftens otationshastighet Ω a( CL tanϕ CD ) a C D a tanϕ a tanϕ λ ( CL CD tanϕ) λ C + L λ ΩR vspets Löptalet: λ dä R otons adie v v Ω Loalt löptal: λ λ vid avståndet fån tubinaxeln v R v( 1 a) Relativa vindens hastighet: v el sinϕ 1 a Relativa vindens itning: ϕ actan 1+ a λ ( ) ϕ α + β vid attacvineln α och pitchvineln β

10 Massflöde genom tubin: m& ρavtubin ρav( 1 a) Vältaft: F Av 4a( 1 a) Ideal tubin Effetoefficient: P CP Pin 4a( 1 a) Maximal effetoefficient: 16 C P, max 0, 596 nä a 1/ 3 7 Effet: P ρ Av 3 a ( 4 1 ) in P BEM M1: df 4a( 1 a) ρv πd ρ 3 M: dm 4a ( 1 a) ρvωπ d ρ ρ df vel CL cosϕ + CD sinϕ Bcd v ρ B: dm vel ( CL sinϕ CD cosϕ)bcd B1: ( ) C cos Bcd Optimal design fö fitionsfi tubin med hänsyn till vaotation 1 8π ϕopt actan copt ( 1 cosϕopt ) 3 λ BC Analys av tubin 8π sinϕ( 1 λ tanϕ) 40 C L, BEM α stat β Bc λ + tanϕ λ Ljud Ljudeffet: ( ) P austis L W L 1 el L W P summa P 1 + P ϕ Ljudtyc: p L P Pa p summa + p 1 p Eonomi Payofftid: T i dä K i investeing, I å åligt intät, D å ålig diftsostnad I å K D å N 1 + Nuvädet av enstaa intät/utgift: ( ) x n x 1 x K Nuvädet av uppepad intät/utgift: N ( 1 + ) I å f I å Kapitaliseingsfato: Nettonuväde: Ålig vinst: Retun Of Investment: ( 1+ ) n 1 f NNV N Ve K NNV V å f Vå ROI K i i x dä änta, n antal å

11 Pofildata fö FFA-W3-11 1,6 KOD: 1,5 1,4 1,3 1, Lyftaftsoefficient Cl 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, Attacvinel (gade) 0,018 Luftmotståndsoefficient Cd 0,016 0,014 0,01 0,01 0,008 0,006 0,004 0, Attacvinel (gade) Glidtal Cl / Cd Attacvinel (gade)