Förnyelsebar energi 7,5 högskolepoäng Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen 41N15A Energiingenjör, Högskoletekniker TentamensKod: Tentamensdatum: 2016-01-15 Tid: 14.00 18.00 Hjälpmedel: Miniräknare Totalt antal poäng på tentamen: 60 p Betygsgränser Tentamen består av två delar om vardera 30 p. Under förutsättning att minst 10 poäng erhålls på vardera tentamensdelarna ges följande betyg: 0 29 poäng: U 30 39 poäng: 3 40 49 poäng: 4 50 60 poäng: 5 Allmänna anvisningar Var noga med att redovisa eventuella antaganden och arbetsgången vid lösning av uppgifterna. Fullständiga beräkningar skall redovisas. Där så krävs, gör studenten egna antaganden vid lösandet av uppgifterna. Resultat tillgängligt i Ladok fr o m ca 4 veckor efter tentamen. Tentamenstesen återlämnas! Lycka till! Ansvarig lärare: Per Andersson, tel 0707-41 77 41 1
Del 1 (teoridel), bestående av 6 frågor om 5 poäng vardera 1 Redogör för hur energisystemet (energiläget) har förändrats sedan början av 1970-talet till dags dato. Diskutera även vad som bidragit (stimulerat) till förändringen och hur miljömål har uppfyllts. Fokusera på energiläget nationellt men behandla även den globala situationen översiktligt. 2 Du anlitas som expert rörande investering av en solvärmanläggning för en villa (i Sverige). Redogör för vad som kan anses gälla för en sådan investering med avseende på teknik, ekonomi och miljö. Erforderliga skisser visande olika systemlösningar ska ingå i redovisningen. 3 Redogör för vindkraftens utnyttjande i Sverige idag samt tänkta utbyggnadsplaner. Behandla även verkens konstruktiva utformning, deras underhåll samt miljöaspekter i samband med utnyttjande av vindkraften. 4 Redogör för möjligheter att använda förnyelsebar energi för framställning av drivmedel till fordon. Behandla teknik och miljö. 5 Redogör för bioenergins utnyttjande i Sverige inom fjärrvärmeområdet, samt teknik och miljöaspekter i samband med detta. 6 Redogör för möjligheter att utnyttja vatten-, våg- och tidvattenkraft. Behandla teknik och miljö. 2
Del 2 (räknedel), bestående av 6 frågor om 5 p vardera 1 Student med godkänd kontrollskrivning 1 skall EJ göra uppgift 1, markera detta i tentamen! Beräkning av solfångare för tappvarmvattenberedning för villa Belägenhet: Ystad Dim. temp solfångare Värmer tappvatten från 10 C till 65 C Solfångaryta 9 m 2 Beräkna solfångarens möjliga dygnsproduktion (liter/dygn) av tappvarmvatten (55 C) under september månad. (5 p) 3
2 Student med godkänd kontrollskrivning 2 skall EJ göra uppgift 2, markera detta i tentamen! Beräkning av vattenkraftverk a) Ångermanälven, 463 km lång, är Sveriges vattenrikaste älv med en årlig kraftproduktion på 14,4 TWh vid ett medelvattenflöde på 485 m 3 /s. Beräkna älvens fallhöjd om verkets totalverkningsgraden sätts till 75 %. b) För ett större vattenmagasin i Sverige anges vattenmängden till 6000 miljoner m 3. Beräkna medelhöjden över havet om lagringskapaciteten är 6,4 TWh. c) Förklara sugrörets funktion efter en vattenturbin. (2 + 2+ 1 p) 3 Beräkning av vedpanna och ackumulatortank för villa Panneffekt: Specifikt värmebehov: Temp.differens (t inne t ute ) 45 kw 85 000 o h 37 C a) Beräkna för vilken husstorlek som pannan är lämplig, dvs beräkna husets årliga energibehov för uppvärmning. b) Beräkna erforderlig ackumulatorvolym utifrån ett komfortvillkor. c) Vilken fukthalt bör veden ha då den ska förbrännas? Vad är då dess fuktkvot? d) Redovisa ett uttryck för att beräkna bränslets effektiva värmevärde vid fukthalt f och väteinnehåll h. Bränslets kalorimetriska värmevärde betecknas H s. Svara i enheten kwh/kg. (1 + 2 + 1 + 1 p) Ledning: Byggnads värmeeffektbehov Q konst( t inne tute) Byggnads årsenergibehov för uppvärmning Q konst S 4
4 Beräkning av vindkraftverk för vätgasproduktion Beräkna den energimängd som på årsbasis kan lagras i vätgas som energibärare, då vätgasen produceras genom alkalisk elektrolys och för drift av processen användes vindkraftsel. Processen har energibehovet 4,5 kwh el / nm 3 vätgas (nm 3 = normalkubikmeter). Vätgasens värmevärde kan sättas till 120 MJ/kg. Vindkraftverket har turbindiameter 80 m och medelvindhastigheten uppgår till 7,5 m/s. Antag själv rimlig effektkoefficient för verket. (5 p) 5 Beräkning av bergvärmepump för villa (utnyttjar geotermisk energi) Köldbärarlöde (vatten + sprit)): 0,6 kg/s, (c p = 3,5 kj/kg K) Temp. differens köldbärare: 3 C Värmefaktor COP h : 2,5 a) Beräkna värmepumpens värmeeffekt. b) Beräkna värmepumpens driveffekt (tillförd eleffekt). c) Beräkna systemets köldfaktor. d) Beräkna erforderligt djup hos energibrunnen. Gör själv rimliga antaganden betr effektuttag per meter borrhål.. e) Om värmepumpen upptar energi från energibrunnen vid temperaturen -13 C och avger energi till byggnaden vid temperaturen 65 C, vad är då högsta tänkbara värmefaktor? (1 + 1 + 1 + 1 + 1 p) 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. a) Beräkna bränslet emissionstal (g CO 2 / MJ) vid förbränning. b) Beräkna ett fordons bränsleförbrukning vid koldioxidemissionen 120 (g CO 2 /km). Bränslets densitet sätts till 800 kg/m 3. (2 + 3 p) 5