D 388 Energietechnologie en –economie
EXAMEN 1 februari 2002
Naam:
Nr. Studentenkaart:
Handtekening:
Richtlijnen: Het examen bestaat uit zes vragen, twee voor ieder deel. Beantwoord uw vragen bondig. Houd u aan de maximaal voorgeschreven ruimte voor het beantwoorden van de (deel)vragen. In ieder geval is het maximum per vraag 1 bladzijde. De duur van het examen bedraagt drie uur (voor ieder deel zou 1 uur moeten volstaan). Het examen is open boek. U gebruikt daarbij al wat u wenst; samenwerking met uw medestudenten is niet toegelaten. Kladpapier mag ook naar believen worden gebruikt. Schrijf uw naam op alle bladen! Veel succes, R. Belmans W. D’haeseleer S. Proost
1.
= =
Brayton
=
Rankine in 2-fasengebied
=
Ericsson
=
=
Stirling Carnot
Otto
Brayton
Rankine in 2-f gebied
Ericsson
Stirling
Otto
Carnot
Geef, aan de hand van onderstaande tabel, de belangrijkste gelijkenissen en verschillen tussen de vermelde cycli (in termen van de toestandsveranderingen, het rendement, de arbeidsverhouding, het procesfluïdum, manier van warmtetoevoer en –afvoer,...). De maximale en minimale temperaturen zijn voor alle cycli dezelfde. U beperkt zich daarbij tot maximaal twee aspecten per vakje (soms / veelal volstaat één aspect). De velden linksonder van de diagonaal zijn voor de gelijkenissen; de velden rechtsboven voor de verschillen (“landscape” oriëntatie).
2
Deze oefening onderzoekt twee WKK-opties bij elektrische centrales. In normale omstandigheden worden de centrales uitgebaat op een condensordruk van 0,05 bar. We wensen nu te weten hoe het rendement (voor het geleverde mechanisch vermogen door de turbines) varieert als men opteert voor een tegendrukstoomturbine met tegendruk op 5 bar. In dit laatste geval wordt de warmte afgegeven in de condensor benut voor proceswarmte. U mag veronderstellen dat de Rankine cycli hier beschouwd van het eenvoudige type zijn. De pomparbeid mag hierbij verwaarloosd worden. a) De eerste centrale is een klassieke steenkoolcentrale met de karakteristieken T 1=540 °C en p1=130 bar. Bij uitbating met condensordruk gelijk aan 0,05 bar is het rendement 43,5%. Gevraagd is het rendent van de thermodynamische cyclus met p2=5 bar. b) De tweede centrale is een STEG centrale met de volgende karakteristieken: het rendement van de gasturbine-eenheid (geheel van compressor, verbrandingskamer en gasturbine in de enge zin) bedraagt 38%. In de recuperatieketel wordt 90% van de energie in de rookgassen overgedragen naar de stoomcyclus. Voor deze laatste bedraagt T6=480°C en p6=70 bar. Bij de condensordruk p7=0,05 bar bedraagt het totale STEG rendement STEG=61%. Gevraagd is het STEG rendement als de condensordruk op 5 bar wordt vastgelegd. c) Welke van de twee WKK-methoden is meest zinvol vanuit exergetisch standpunt, en waarom?
Geef uw oplossing op maximaal 1 bladzijde (de achterzijde). Voor vraag c), maximaal 4 lijnen. Hint: Maak onderscheid tussen st* van de stoomcyclus zelf en st van de stoomcyclus als deel van de globale STEG. De volgende karakteristieken worden gegeven: p (bar) 70 130
T (°C) 480 540
0,05 5
32,9 151,8
h (kJ/kg) 3362 3443 hf hg 137,77 2561,6 640,12 2747,5
s (kJ/kg K) 6,741 6,576 sf sg 0,4763 8,3960 1,8604 6,8192
stoomketel
1
4
stoomturbine
pomp
3
verbrandingskamer
2 condensor
6
5
3
stoomturbine
stoomketel
2
compressor
7 condensor
gasturbine
1
4
9 8 pomp
3 a) Hoe komt het “product” elektriciteit van productie-eenheid naar verbruiker? b) Welke elementen komen er onderweg aan bod en wat is hun doelfunctie? c) Welke marktspelers komen er in de “supply chain” van elektriciteit voor? d) Waarom zijn er natuurlijke monopolies in het spel?
4 a) Wat zijn de grootste verbruikers in de industrie? b) Deze verbruikers hebben een bepaalde hoeveelheid energie nodig. Maar op de factuur van de elektriciteitsleverancier aan een industriële klant staan meestal naast de energie twee andere elementen: het piekverbruik (in een bepaald kwartier kW) en een eventuele boete voor een te lage arbeidsfactor. Verklaar de technische achtergrond van deze elementen. c) Waarom vindt u in grote industriële installaties vaak condensatoren?
5 Veronderstel dat in een bepaald land stroom geproduceerd wordt met conventionele energie enerzijds en hernieuwbare energie anderzijds. Enkel het gebruik van de conventionele bronnen leidt tot een CO2 uitstoot. Het gebruik van hernieuwbare energie wordt reeds geruime tijd ondersteund door een systeem van groenestroomcertificaten, waarbij het gestelde objectief van groenestroomproductie gerealiseerd wordt. De laatste jaren bedraagt het elektriciteitsverbruik 100 TWh en de verwachting is dat dit bij ongewijzigd beleid ook in de toekomst zo zal blijven. Voor de voorbije en de komende jaren is de doelstelling inzake groene stroom bij wet vastgelegd op 4% van het elektriciteitsverbruik. De overheid wenst de CO2 -emissies uit elektriciteitsproductie terug te dringen door middel van een belasting op de CO2 -inhoud van de verschillende primaire energiebronnen. Economen hebben becijferd dat deze maatregel zou leiden tot een forse afname van het elektriciteitsverbruik. Volgens de bevoegde minister gaat deze maatregel ook het gebruik van hernieuwbare energie verder stimuleren. Wat is volgens jou de impact van deze maatregel op de elektriciteitsproductie uit hernieuwbare energie? Vermeld duidelijk je veronderstellingen. (Max. 5 lijnen)
6 De crisis in het Midden-Oosten kan leiden tot een reductie van het OPEC aanbod van 11bb per jaar tot 9bb per jaar. De vraagfunctie op korte termijn wordt gegeven door D=24.08 - 0.06 P waarbij P de olieprijs is. Het niet-OPEC aanbod dat zich competitief gedraagt wordt gegeven door S=11.74+0.07 P. a)
Bereken de oude en de nieuwe evenwichtsprijs van olie (max. 2 lijnen)
b) Wat gaat er gebeuren op de West-Europese aardgasmarkt? Motiveer je antwoord. (max. 3 lijnen)
c)
Wat gebeurt er op de West-Europese steenkoolmarkt? Motiveer je antwoord. (max. 3 lijnen)
d)
Kan je voorspellen wat er gaat gebeuren met de evenwichtsprijs van CO2 emissierechten in de wereld – neem aan dat alle grote industrielanden het KyotoProtocol ondertekend hebben en dus hun uitstoot willen terugdringen. Motiveer je antwoord. (max. 3 lijnen)
