5 Duurzame energie. Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk De nulenergiewoning

Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk 5

■■

5

Duurzame energie

■■

5.1 De nulenergiewoning

1

Op het zuiden. Uit een combinatie van gegevens uit de tekst en de foto kun je opmaken dat het schuine dak dat uitsteekt over de grote raampartij aan de zuidkant van de woning ligt. Zonnecellen zijn altijd gericht op het zuiden, want in het noorden staat de zon nooit.

2

practicum

3

Steiler, want in Noorwegen staat de zon lager aan de hemel dan in Nederland. De zonnecellen moeten zoveel mogelijk loodrecht staan op de straling van de zon.

4

Uitwerkingen

7

De warmte van de zonnestraling bestaat maar voor een deel uit infrarode straling die door de coating wordt teruggekaatst. Het zonlicht komt dus gewoon binnen in de zomer. Verder is de coating zo aangebracht dat de straling van binnen naar buiten wel terugkaatst, maar van buiten naar binnen niet.

8 a De vuile lucht komt van binnen. Die is warm, en die heb je dus rood gekleurd. De verse lucht is blauw. b Manier A, want daar stroomt de warme vuile lucht tegen de koude verse lucht in. Zo blijft de warme (vuile) lucht steeds contact maken – via de dunne scheidingswand – met veel koudere (verse) lucht. Bij B is het warmteverschil tussen verse en vuile lucht op een gegeven moment niet meer zo groot en zal er ook geen warmte meer van ‘vuil’ naar ‘vers’ stromen. 9 a Door je hand voor de radiator te houden. De warmte die je dan voelt, kan niet door stroming van de warme lucht komen. Warme lucht stijgt namelijk langs de radiator naar boven. b Bij het metaal van de radiator. Het warme water draagt de warmte via geleiding over aan het metaal van de radiator en de radiator draagt de warmte ook via geleiding over aan de lucht die contact maakt met het metaal van de radiator. c

Als je het goed getekend hebt, dan lopen de rode zonnestralen (zomer) meer van boven naar beneden dan de blauwe pijlen (winter), want in de winter staat de zon lager dan in de zomer. 5 a 457 W In de tekst staat dat op jaarbasis 4000 kWh aan energie geleverd wordt. energie (kWh) = vermogen (kW) × tijd (h) In een jaar zitten 365 × 24 uren. gemiddeld vermogen × aantal uren = 4000 kWh gemiddeld vermogen (in kW) = 4000/ (365 × 24) = 0,457 kW = 457 W. b Dat zijn bijna 8 lampen. 457: 60 = 7,6 lampen. 6 a 1125 kWh. Jaarlijks energiegebruik van deze apparaten: wasdroger: 2,5 kWh × 52 × 3 = 390 kWh wasmachine: 1,2 kWh × 52 × 3 =187 kWh. vaatwasmachine: 1,5 kWh × 365 = 548 kWh Totaal: 390 + 187 + 548= 1125 kWh b 28 % Jaarlijks: 4000 kWh. 1 % hiervan is 40 kWh. 1125 is dan 1125: 40 = 28 %

© Noordhoff Uitgevers bv

Kamer met radiator. 10

Er gaat warmtestraling van je hand naar het koude voorwerp. Koudestraling bestaat niet. Omdat je (warme) hand meer warmtestraling uitzendt dan het koude voorwerp, koelt je hand af en lijkt het alsof je koudestraling opvangt van het koude voorwerp. Je hand voelt vanuit elke richting warmtestraling, behalve vanuit de richting van het koude voorwerp. Je hersenen interpreteren de ontbrekende warmtestraling als koudestraling.

11

practicum

12

Warmteverlies door straling. De infrarood (warmte)straling kan door glas vanuit de warme kamer naar de koude omgeving van het huis. Gordijnen laten deze straling niet door.

13 a Via het metaal gaat de warmte naar buiten. b geleiding

1


14 a 16,5 W.

oppervlakte × temperatuurverschil warmtestroom = Rc warmtestroom = (3,0 × 11) : 2,0 = 16,5 W. De Rc-waarde van piepschuim vind je bij de illustratie in de tekst voor de opgave A De isolatiewaarde zal twee maal groter zijn. Een dubbele dikte isoleert twee maal zo goed., dus de warmtestroom is twee maal zo klein. Als je de formule bekijkt, zie je dat de Rc-waarde dan twee maal groter moet worden. De breuk – en dus de warmtestroom – wordt daarmee twee maal kleiner.

b

15 a 2292 W.

warmtestroom =

b

c d

e

f

oppervlakte × temperatuurverschil Rc

Het temperatuurverschil is 11 ºC. Invullen geeft: warmtestroom = (250 × 11) : 1,2 = 2292 W. 9901 kWh. Energie (in kWh) = vermogen (in kW) × tijd (in h) Energie (in kWh) = 2,292 kW × 6 × 30 × 24 = 9901 kWh. 3 9901 : 8,1 = 1222 m aardgas Er is ook warmteverlies door tocht en via straling door de ramen. En misschien wordt er ook gekookt op aardgas. € 287 De Rc-waarde van het nieuwe materiaal is twee keer zo groot, dus het gasgebruik wordt twee keer 3 zo klein: 1222/2 = 621 m . Besparing in geld: 611 × € 0,47 = € 287 In 7 jaar. Per jaar bespaar je € 287. De investering was € 2000. Dus de terugverdientijd = € 2000 : € 287 = 7 jaar.

Uitwerkingen

d Het experiment is inderdaad niet goed uitgevoerd. Jan Willem heeft geen gelijk met zijn opmerking over de isolatiewaarde. De isolatiewaarde verandert wel. Doordat de bodem beter isoleert is de isolatiewaarde van het karton die Gerard heeft berekend juist iets te hoog. JW heeft dus geen gelijk. 10

17 a 4,35 · 10 J. 3 Een nieuw huis gebruikt 2000 – 500 = 1500 m minder aan aardgas. 3 6 De energiebesparing = 1500 m × 29 · 10 = 10 4,35 · 10 J. b 23 lampen. Vermogen (in W) = energie (in J) : tijd (in s) = 10 4,35 · 10 : (365 × 24 × 3600) = 1379 W. Daar kunnen 1379 : 60 = 23 lampen gedurende een jaar dag en nacht voor branden. 18 a Waterstof moet eerst met elektriciteit uit water gemaakt worden. Dat kost energie. Waterstof slaat deze energie slechts op. b Warmteverlies door stroming en geleiding. Tussen de dubbele wand is vacuüm, dus niets. Dan kan er ook niets stromen of geleiden. c Warmteverlies door straling. d Zeer groot, een grote Rc-waarde geeft een kleine warmtestroom. Een goed isolerende tank heeft een zeer kleine warmtestroom. 19 a De ontwikkelingen gaan vaak heel snel, en ook lang niet altijd zoals in het verleden gedacht is. De voorspellingen zijn dus snel achterhaald. b Eigen antwoord.

16 a Gerard heeft gelijk. De temperatuur van de lamp is hoger dan 55 ºC. Bij 55 ºC is de warmte die naar buiten stroomt (60 J per s) even groot als de warmte die de gloeilamp produceert (60 J per s). 2 b 40 °C en 2,1 m . 2 2 zijden van 0,50 × 0,50 geeft 0,5 m 2 4 zijden van 0,50 × 0,80 geeft 1,6 m 2 totaal: 0,5 + 1,6 = 2,1 m . Het temperatuurverschil is 55 – 15 = 40 ºC. 2 c 1,4 m ºC /W. warmtestroom =

oppervlakte × temperatuurverschil RC

Invullen: 2,1 (55  15) 60  RC 60 

84 RC

84 60 De isolatiewaarde van het karton is dan: 2 1,4 m ºC /W. RC 


2


■■

5.2 Bio-energie

20

De elektriciteitsmaatschappij zorgt ervoor dat de bron van groene stroom een duurzame bron is: windenergie, bio-energie, zonne-energie enz.

21

Nee, aardgas is een fossiele brandstof. Een fossiele brandstof is miljoenen jaren geleden ontstaan uit plantaardige of dierlijke resten. Ze worden nu verbruikt, en raken dus eens op.

22

practicum

23

Positief: boeren in ontwikkelingslanden krijgen meer geld voor de opbrengst van het land. Negatief: Voorbeelden voor goede antwoorden zijn: – Landbouwgewassen worden ook gebruikt als voedsel. De prijs van het voedsel stijgt ook dus ook. – Meer grond in gebruik voor biobrandstof betekent minder grond voor het verbouwen van voedselgewassen. – Er wordt soms bos gekapt voor de aanplant van snelgroeiende gewassen. Veel boskap leidt tot bodemerosie.

24 a A: hout voor de open haard B: palmolie verbranden in de ketels van de elektriciteitscentrale C: maïs voor de koeien D: graan voor brood E: aardappels voor lijm, medicijnen uit planten, kleurstoffen uit planten, textiel uit katoen F: alcohol uit gewassen als brandstof voor auto’s b eigen mening Als je goed nagedacht hebt, heb je voeding natuurlijk op een hoge plaats gezet. 25 a Vergisten van mest van varkens of runderen op de boerderij. Tijdens het vergisten wordt de mest voor een deel omgezet in biogas (methaan). b Het kampvuur; de open haard c Kippenmest in gedroogde vorm of afvalhout wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken in elektriciteitscentrales. 26

practicum

27


Uitwerkingen

De zonnestraling (ultraviolette straling, zichtbaar licht en infrarode straling) warmt de aarde op en de aarde straalt infrarode straling uit die voor een deel door broeikasgassen in de atmosfeer opgenomen wordt. De stralingsenergie wordt door broeikasgassen omgezet in warmte. 28

– Bij de verbranding van biomassa in een energiecentrale ontstaat het gas koolstofdioxide (CO2). – Het koolstofdioxide wordt door planten opgenomen en omgezet in biomassa (hout, bladeren) en zuurstof (O2). Het hout en de bladeren bevatten de koolstof (C). – Het hout wordt gekapt en verbrand in de centrale. Bij de verbranding van biomassa in een energiecentrale ontstaat weer koolstofdioxide (CO2) enzovoort... De soorten energie die een rol spelen: In de biomassa zit chemische energie. Die wordt omgezet in elektrische energie en warmte. De zon geeft stralingsenergie, die door planten weer wordt omgezet in chemische energie.

29

Bij het verbranden van de boom komt wel koolstofdioxide in de atmosfeer, maar de boom heeft tijdens zijn groei net zoveel koolstofdioxide uit de lucht opgenomen. Het aardgas geeft koolstofdioxide bij verbranding en dat is niet onlangs opgenomen uit de atmosfeer maar miljoenen jaren geleden.

30 a De energie-inhoud is het aantal joule aan warmte dat bij de verbranding van een hoeveelheid hout of houtskool vrijkomt. b Je hoeft minder kilo’s hout te vervoeren, daardoor dalen de transportkosten en komt er minder koolstofdioxide in de lucht door brandstof die nodig is voor dat transport. Het land van herkomst verdient nu meer, dat is voor hun een voordeel. 31 a Het land is rijk aan bossen en dun bevolkt. b Energiebesparing door betere isolatie en door het gebruik van energiezuinige apparaten. 32 a – Het is efficiënter. Bij open haarden moet je al dat hout verspreiden over duizenden open haarden. – Verbranding in een centrale is beter omdat de centrale verbrandt bij hogere temperaturen en dat geeft minder vervuiling. – Bij de centrale kunnen schadelijke stoffen uit de rook gefilterd worden. Bij een open haard gebeurt dat niet. b Een redelijk natuurkunde lokaal heeft de volgende 3 maten: 7 × 8 × 3 = 168 m . 3 c 5 × 250 = 1250 m lucht is nodig. Dit is 1250/168 = 7,4 maal. Als je bij b een andere schatting hebt gemaakt komt er natuurlijk een ander getal uit.

3


■■

5.3 Windenergie

33

Voor het malen van graan, het droogmalen van polders, het zagen van hout enzovoort.

34 a Meer spoelen leveren meer stroom. (De extra spoelen leveren ook meer weerstand waardoor de wieken toch niet sneller gaan draaien. b De sensoren meten de windrichting om de molen recht op de wind te houden. Verder meten ze de windsterkte om door te geven hoeveel spoelen ingeschakeld moeten worden. 35

167 windmolens. Een gemiddelde elektriciteitscentrale levert 1000 MW. Dat is 167 × 6 MW.

36 a Omdat dan de bewegende lucht nadat ze door de wieken is gestroomd, stil zou staan. Die stilstaand lucht zou de lucht die er na komt tegenhouden. b Tomas heeft gelijk. Het vermogen wordt 4 maal zo groot als bij een molen met wieken van 30 m. De hoeveelheid lucht die per seconde passeert wordt 4 keer zo groot. Kijk maar naar de volgende twee tekeningen.

Uitwerkingen

8

b 2,6 · 10 kWh 3 Energie = 1,5 · 10 kW × (20 × 365 × 24) h = 8 5 2,6 · 10 kWh (= 2,6 · 10 MWh) c Op die manier kun je de energie ook kwijt als de molens meer produceren dan de huizen in de buurt nodig hebben. Leveren de molens te weinig, dan kunnen de lampen in de huizen toch blijven branden. 39 a Ze maken lawaai; het staat niet mooi in het landschap; vogels vliegen er tegen aan. b Blijkbaar moet een windmolenpark dicht bij de kust liggen, of in laag, plat gebied zonder bossen. Ook in de steden staan geen windmolens. In het oosten van Nederland zijn meer bossen, en het ligt verder van de kust. 40 a A In een van de vorige vragen heb je uitgerekend dat als de windsnelheid verdubbelt, het vermogen 8 maal zo groot wordt. De juiste formule is: P  2000  v 3 Vul maar in: Windsnelheid = 1 m/s  P = 2000 × 1 Windsnelheid = 2 m/s  P = 2000 × 8 b 1,0 MW 3 P = 2000 × 8 = 2000 × 512= 1024000 W =1,0 · 6 10 W = 1,0 MW. 41 a Bij storm leveren de molens extra veel energie. Zowel in Denemarken als in Noord Duitsland staan veel windmolens. b In het zuiden was blijkbaar geen storm. Bovendien zijn daar veel bergen met waterkrachtcentrales, die je tijdelijk uit kunt zetten.

De kolom lucht die er in één seconde door stroomt is bij beide molens even lang, maar bij de onderste molen is de doorsnede van de luchtkolom (de oppervlakte van de cirkel) 4 maal zo groot. 2 Want: oppervlak cirkel =π ∙ straal . Door het kwadraat in de formule wordt bij een 2 maal grotere straal het oppervlak 2 × 2 = 4 maal zo groot. c Tomas heeft weer gelijk! Kijk in de grafiek bijvoorbeeld bij een snelheid van 4 en 8 m/s. Dan zie je dat het vermogen bij 8 m/s 1 MW is, en dat is ongeveer 8 × zo groot als het vermogen bij 4 m/s. 37

0,5 MW Het vermogen dat in de wind zit bij 10 m/s is 1,8 MW. Dat kun je uit de grafiek aflezen. De molen haalt daar 30% uit: 0,30 × 1,8 = 0,54 MW. De generator zet daarvan 92 % om in elektriciteit: 0,92 × 0,54 = 0,50 MW. 6

38 a 5,4 · 10 kWh Energie (in kWh) = vermogen (in kW) × tijd (h) 3 Energie = 1,5 · 10 kW × (5 × 30 × 24) h = 6 3 5,4 · 10 kWh (= 5,4 · 10 MWh) © Noordhoff Uitgevers bv

42

Bij windstilte laat je het ‘stuwmeer’ weer leeglopen. Het water stroomt naar beneden via waterturbines waaraan generatoren zijn gekoppeld.

43

practicum

44 a b c d

van elektrische energie naar stralingsenergie. warmte chemische energie elektrische energie wordt omgezet in chemische energie.

45

Bij het omlaag stromen van het water wordt zwaarte-energie omgezet in bewegingsenergie. Het water stort tegen een turbine die gaat draaien. Aan de turbine zit een generator (dynamo) die de bewegingsenergie omzet in elektrische energie.

46

eigen antwoorden.

47

A is waar. B is waar. C is niet waar.

4


■■

5.4 Meer duurzame energie

48

De photo-voltaïsche vorm.

49

Er is daar volop zon en de zon staat hoog aan de hemel.

Uitwerkingen

d De restwarmte verdwijnt dan niet met het warme water in de rivier, maar wordt nuttig gebruikt voor verwarming van huizen. Meer nuttige energie (= gewenste energie) geeft een hoger rendement. e 88% De gewenste energie wordt opgehoogd met 80 % 7 van de ‘verloren’ energie: 80 % van (6,0 · 10 kWh 7 7 7 – 2,4 · 10 kWh ) = 0,80 × 3,6 · 10 = 2,9 · 10 kWh. Het nieuwe rendement: gewenste energie rendement   100% totale energie

50 a P staat voor photo ( = licht) en de V staat voor voltaïsche ( = geeft spanning). b Er zit ook een accu in die de energie opslaat. c Het is nog kostbaarder om er een kabel naartoe aan te leggen of er brandstof naar toe te varen. 51

Het zonlicht wordt door spiegels op een klein oppervlak geconcentreerd. Zo krijg je veel energie op een klein oppervlak en dus hoge temperaturen.

52

Een PV-paneel is veel duurder. Bij een zonnecollector gaat de energie-omzetting direct. Met een PV-paneel moet je eerst elektriciteit maken, en daarna weer warmte.

53 a In april staat de zon lager aan de hemel dan in mei en in april zijn er gemiddeld minder uren zonneschijn. b 82 kWh. Aantal uren zon: 185 + 221 + 242 + 156 + 198 + 191 + 172 = 1365 uur Energie = 0,060 kW × 1365 = 82 kWh. 2 c 49 m . Gemiddelde elektriciteitsgebruik = 4000 kWh. Je hebt dus aan zonnecellen nodig: 2 4000 : 82 = 49 m . 54

Het duurt 5 jaar voordat de cel de energie heeft geleverd, die het gekost heeft om de cel te maken.

55

Bij het transport van elektriciteit gaat energie verloren. De kabels waar de stroom door heen loopt, worden een klein beetje warm door de elektrische stroom. Hoe langer de kabel, hoe meer warmte er geproduceerd wordt. Een steeds groter deel van de energie komt dan helemaal niet aan. En de aanleg en het onderhoud van de kabels kost ook energie en geld.

56

Op die manier stimuleer je bedrijven onderzoek te blijven doen naar betere zonnecellen.

57

practicum 7

58 a 2,4 · 10 kWh Energie (in kWh) = vermogen (in kW) × tijd (h) 3 7 Energie = 990 · 10 kW × 24 h = 2,4 · 10 kWh. 7 b 6,0 · 10 kWh. 6 Energie uit het gas = 6,7 ∙ 10 × 8,9 kWh = 7 6,0 · 10 kWh. c 40 %. gewenste energie rendement   100% totale energie Invullen: rendement = 7 7 (2,4 · 10 : 6,0 · 10 ) × 100 % = 0,40 × 100% = 40 %. © Noordhoff Uitgevers bv

Invullen: rendement = 2,4·107  2,9·107 2,4  2,9  100%   100%  6,0 6,0·107 0,88  100%  88% 59 a Dan is de straling die op die vierkante meter valt het meest ‘geconcentreerd’. Als het licht schuin op een oppervlakte valt, krijgt een groter opper2 vlakte dezelfde hoeveelheid licht. Per m valt er dan minder licht op. b Bij een zonnecentrale is het van belang een optimaal vermogen uit het zonlicht te halen, en dat gaat het best als de spiegels loodrecht op het zonlicht staan, zie a. Op daken van huizen zou het te kostbaar worden. Het bewegen van de zonnepanelen kost ook weer energie, en het levert op zo’n kleine hoeveelheid niet heel veel extra op. c Maximale zonnevermogen = 4 × 1,4 kW = 5,6 kW. d 8% zonne-energie: 5600 J in één seconde. elektrische energie: 450 J in één seconde. Rendement = (450 : 5600) × 100% = 0,080 × 100% = 8 %. e Het topvermogen wordt niet vaak gehaald omdat de straling op een schuin dak niet altijd loodrecht invalt en omdat de hemel niet altijd onbewolkt is. Daardoor daalt het gemiddelde rendement. 60

Het rendement moet dan nog met een factor 2,5 verhoogd worden. Als de prijs van zonnecellen halveert, wordt de prijs van zonne-energie 2× lager. Ook als de olieprijs verdubbelt wordt de prijs van zonne-energie 2× zo laag als energie uit olie. Totaal geeft dit een prijs die 4 × zo laag is ten opzichte van de olieprijs. Dat is niet genoeg, want de prijs moet 10 maal lager worden. Dus het rendement moet nog 2,5 maal hoger worden.

61 a Zonne-energie is niet altijd beschikbaar als je het nodig hebt en niet altijd in de gewenste hoeveelheid. b Als je te veel hebt, kun je de energie opslaan in andere vormen van energie. Je kunt bijvoorbeeld de elektriciteit gebruiken om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Waterstof is bruikbaar als brandstof. Of je schakelt andere energiebronnen zoals gascentrales of waterkrachtcentrales uit.

5


Uitwerkingen

62 a Het meer is heel erg diep of het water valt over een veel grotere hoogte. b 4 GW = 4 000 000 kW 10 Energie = 4 000 000 × 24 × 365 = 3,5 ∙ 10 kWh. 10 c 3,5 ∙ 10 /4000 = 8,8 miljoen gezinnen. d Als heel veel water over een klein hoogteverschil stroomt kun je toch turbines aandrijven en elektriciteit winnen. 63

Voorbeelden van juiste antwoorden zijn: – Vernietiging van woongebieden en landbouwgronden. – Gebrek aan water in de gebieden stroomafwaarts. – Het stilstaande water achter de dam kan ziekteverwekkers aantrekken (muggen e.d.). – Vissterfte doordat de dammen een hindernis vormen voor de vissen. – gevaar van overstromingen bij dijkdoorbraak.

64

Voor geothermische energie is meer geld nodig. De warme aardlagen zitten vrij diep.

65

Kernsplijting is niet duurzaam omdat daarvoor uranium nodig is waarvan de voorraad ook niet onuitputtelijk is. Er ontstaat ook een berg radioactief afval. Kernfusie gebruikt waterstofkernen en daarvan is de voorraad onuitputtelijk. In elk watermolecuul zitten namelijk twee waterstofmoleculen. Die zijn niet allemaal bruikbaar. Alleen het deuterium – de variant met één neutron – is bruikbaar. Gelukkig is 0,015 % van waterstof deuterium. En 0,015% van verschrikkelijk veel waterstof is verschrikkelijk veel deuterium.

66

Maakt het gas contact met de wand dan koelt het gas enorm af. Dan stopt het fusieproces. Bovendien kunnen de wanden niet zo heet worden als het waterstof. De wanden zouden meteen smelten.

67

B In het stuwmeer zit het water gemiddeld enkele meters boven zeeniveau. Het water bezit dan zwaarte-energie. Bij het omlaag stromen naar de turbine wordt die zwaarte-energie omgezet in bewegingsenergie en de turbine met de generator zet die bewegingsenergie om in elektrische energie.

6



■■

5.5 Energie in de toekomst

68

In een kolencentrale ontstaat alleen koolstofdioxide. In een gasgestookte centrale ontstaat ook water als verbrandingsproduct. Bij dezelfde hoeveelheid energie krijg je dus meer koolstofdioxide bij een kolencentrale.

69

– Efficiënter en slimmer gebruik van energie. – Zo veel mogelijk duurzame energievormen toe passen. – Schone toepassing van fossiele brandstof.

70

De hoeveelheid nuttige energie neemt toe. Je hebt dus minder afvalwarmte.

Uitwerkingen

76 a Dat is technisch eenvoudiger, omdat je niet zulke hoge temperaturen hebt. Het zou dan op kleine schaal gebruikt kunnen worden, bijvoorbeeld in elk huis, in elke auto enzovoort. b Andere wetenschappers moeten het experiment kunnen herhalen.

71 a rendement = (38 + 42) : 100 = 0,80 (= 80%) b De rest van de energie is warmte die verloren gaat voordat ze bij de huizen is gekomen. c 131 J elektriciteit: 38 J komt overeen met 45% Dus er is 84,4 joule uit het gas gehaald. 38 J 45 %

84,4 J 100 %

Warmte: 42 J komt overeen met 90% 42 J 90 %

46,7 J 100 %

Dus er is 46,7 J uit het gas gehaald. Totaal is er 84,4 + 46,7 = 131 J uit het gas gehaald. d 61% gewenste energie is 38 + 42 = 80 J. De totale energie is 131 J. Het rendement wordt: 80 : 131 = 0,61 (= 61%). 72

Bij elke 1 joule elektrische energie moet dan ongeveer 3 joule warmte vrij komen. Het rendement van de elektriciteitsopwekking zonder WKK is dan (1 : 4) × 100% = 25 %. De nuttige energie is die 1 joule elektrische energie en de totale energie is die 1 J elektrische energie plus de 3 joule warmte.

73

Je haalt koolstofdioxide weg uit de atmosfeer, maar daarbij druk je extra olie naar het aardoppervlak. Die olie levert bij verbranding weer koolstofdioxide op. Het hangt er dus vanaf hoeveel koolstofdioxide in de grond blijft ten opzichte van de hoeveelheid die vrij komt bij de verbranding.

74 a Uit aardgas of uit water. Uit de splitsing van water in waterstofgas en zuurstofgas door elektrische stroom. b Om waterstof te maken uit water is elektriciteit nodig. Je kunt die elektriciteit in huizen beter direct gebruiken. 75

Omdat waterstof gemaakt wordt met behulp van andere energiebronnen: aardgas, elektriciteit.


7


■■

Uitwerkingen

Toepassing

77a De beginvorm is stralingsenergie en de eindvorm is elektrische energie. b Warmte en bewegingsenergie. 78 a 109500 gezinnen. (110 duizend) Een Solar Tower levert jaarlijks: Energie (in kWh) = vermogen (in kW) × tijd (in uur): 8 50 000 kW × 24 × 365 = 4,38 · 10 kWh. Per gezin is 4000 kWh nodig. 8 5 Aantal gezinnen = 4,38 · 10 : 4000 = 1,1 · 10 gezinnen. 5 b aantal torens = 5 000 000 : 1,1 · 10 = 45 torens. 2 2 c 45 × ¼ π 6 = 1300 km . Dat is een oppervlakte van 36 bij 36 km. Zoveel lege ruimte is er in Nederland bijna niet. d In Nederland zijn niet zoveel zonne-uren als in Australië. De zon staat lager aan de hemel dan in Australië. De zon schijnt niet altijd, zodat je ook energie nodig hebt voor als het donker is. Die energie moet je dan op de een of andere manier opslaan. 79

Een waterkrachtcentrale levert dag en nacht elektriciteit.

80

De wind wordt ook veroorzaakt door de straling van de zon. Bio-energie is ook zonne-energie. In feite is waterkracht ook zonne-energie, want het water is eerst door de zon verwarmd, dan verdampt, regen naar de bergen en bij het terugvallen, krijg je de energie uit de waterkrachtcentrale.

81

Een groot oppervlak wordt heet en niet voor de natuur meer te gebruiken

82

Hier wordt gebruik gemaakt van de warmte die ontstaat door zonnestraling. Dus eigenlijk het principe van de zonnecollector. 7

2

83 a 2,83 · 10 m 2 Oppervlakte van de kas is: ¼ ∙ π ∙ d = 2 7 2 ¼ ∙ π ∙ (6000) = 2,83 · 10 m . 7 b 3,96 · 10 kW 7 Maximale vermogen = 1,4 kW × 2,83 · 10 = 7 3,96 · 10 kW. c 0,5 % Als de zon schijnt is het nuttige elektrische vermogen 200 MW = 200 000 kW. Het totale vermogen van de stralingsenergie die 7 op de toren valt is 3,96 · 10 kW. Zie vraag b. Het rendement is dan: 7 200 000 kW : 3,96 · 10 kW = 0,0050 rendement = 0,0050 × 100 % = 0,5 %. d Veel kleiner. 84

Bewegingsenergie van de wind wordt omgezet in elektriciteit.

85

De stand van de vleugel verandert. Hierdoor oefent de wind op de ene vleugel een kracht omhoog en op de andere vleugel een kracht omlaag uit.


8


86

Een laddermolen werkt op veel grotere hoogtes. Hier is de windsnelheid veel groter.

87

De wind waait lang niet altijd. In tijden van windstiltes heb je ook energie nodig.

Uitwerkingen

88 a 3000 kWh. b Stel dat het altijd zou waaien. E = P∙t E = 5 kW × 24 × 365 uur = 43200 kWh. De wind hoeft dus gemiddeld maar 3000/43200 × 100% = 0,7 % van de tijd te waaien om het jaargebruik te halen. 89

Eerst ligt de boot stil. De laddermolen wordt opgelaten en drijft een elektrische generator aan. De elektrische energie laat een elektromotor met scheepsschroef draaien. Hiermee kun je tegen de wind in varen. De molen gaat nu alleen maar harder draaien, zodat je nog meer energie krijgt voor je elektromotor.

9


5 Duurzame energie. Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk De nulenergiewoning

Recommend Documents