Energie Rijk. Lesmap Leerkrachten

Energie Rijk Lesmap Leerkrachten

- augustus 2009

Inhoudstafel Inleiding!

3

Welkom bij Energie Rijk

3

Systeemvereisten

4

Doel van het spel

5

Hoe het spel spelen

6

Inhoudelijke Ondersteuning! Informatiefiches

14 14

Fiche 1: Kerncentrale

15

Fiche 2: Gascentrale

23

Fiche 3: Windturbine

27

Fiche 4: Zonnecellen

37

Fiche 5: Steenkoolcentrale

40

Uitleg bij de parameters

Didactische gedeelte!

43

45

Eindtermen en leerplandoelstellingen

45

Didactische ondersteuning

49

Zelfstandig begeleid werken 1ste graad - groepswerk

53

Hoe evalueren

72

Panelgesprek

77

Bijlagen! Presentatie

Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

78 78

2

Inleiding WELKOM BIJ ENERGIE RIJK

Er ooit al van gedroomd een heel land van Energie te voorzien? Met Energie Rijk kan je als minister van Energie van Energium deze droom waarmaken én ondertussen nog iets bijleren ook! Energie Rijk is een educatieve online game die met de steun van de Vlaamse Overheid werd ontwikkeld door de HUBrussel.

Met medewerking van: Ellen Geerts, HUBrussel projectcoördinator Wim Wouters, GRINbvba spelontwikkeling Johan Van Hevel, HUBrussel inhoud lesmap Johan Eyckmans, HUBrussel wetenschappelijke begeleiding spelinhoud Tom Verbeke, HUBrussel wetenschappelijke begeleiding spelinhoud

Met dank aan: De Vlaamse overheid, Departement EWI Veerle Van Rompaey, Onderzoekscoördinator HUBrussel Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

3

SYSTEEMVEREISTEN Je kan Energie Rijk spelen op elke multimedia computer. Je speelt Energie Rijk door je browser te openen en naar volgende url te surfen: http://www.energierijk.be Indien de Adobe “shockwave player” niet geïnstalleerd is, dan wordt dit automatisch gevraagd. Kies als taal “Dutch”. Klik op Install en volg de instructies op het scherm.


4

DOEL VAN HET SPEL “Energie Rijk” is een educatief spel bedoeld voor de eerste graad van het secundair onderwijs. Dit betekent echter niet dat, om vak overschrijdende eindtermen te behalen, het spel ook niet kan gespeeld worden in de twee graad. De thema’s “energie” en “milieu” zijn zeer actueel. Er gaat geen dag voorbij of de termen Kyotonorm, alternatieve energie, rationeel energiegebruik, CO2 –uitstoot enz. hoor of lees je wel ergens. Voor heel wat leerlingen is dit echter nog net te ver van hun bed. Nochtans zijn zij de volgende generatie, degene die het evenwicht tussen energiegebruik enerzijds en milieugevolgen anderzijds zullen moeten bewaken. Met het spel willen we hen bewuster maken van de problematiek en hen doen nadenken over de gevolgen van bepaalde keuzes. Leerlingen zullen merken wat de impact is van de maatregelen die zij nemen op de globale vraag naar energie in een land. Zij worden aangesteld als minister van energie en kunnen zich zo vragen stellen rond energie: Wat is de gevolg van de keuze voor kernenergie, is het haalbaar om elektriciteit enkel op te wekken op een milieuvriendelijke, alternatieve manier,… vragen waarop ze wellicht na het spelen van het spel wel zullen kunnen antwoorden. In het onderdeel “Hoe het spel spelen” vind je stap voor stap hoe het spel wordt gespeeld. Nu reeds willen al meegeven dat het de bedoeling is om het gissen en missen (trail & error) te vermijden. Door te gokken zullen leerlingen wellicht ook tot een oplossing komen alleen zullen ze achteraf moeilijkheden hebben het ‘waarom’ uit te leggen. Zo gaat de educatieve factor spijtig genoeg verloren.


5

HOE HET SPEL SPELEN Je kan Energie Rijk online spelen. Open je browser en ga naar volgende url: http:// www.energierijk.be Indien de Adobe Shockwave player geïnstalleerd is gaat het spel dadelijk van start. De eerste minister verwelkomt de nieuwe minister van energie en geeft hem een opdracht.


6

De minister van energie wordt bijgestaan door Johan de energiespecialist

Sofie de milieuactiviste is de stem van het volk.


7

Er zijn 5 mogelijke manieren om energie op te wekken.

Het is de bedoeling dat de leerlingen een weloverwogen keuze gaan maken. Zoals reeds vermeld in het deel “Doel van het spel” willen we vermijden dat leerlingen met trail & error tot de juiste oplossing komen. Hiertoe willen we twee zaken stimuleren: 1) De leerling moet beschikken over de noodzakelijke informatie hetzij door zelfstandig begeleid leren, hetzij door een groepswerk, hetzij door een onderwijsleergesprek 2) Het aanklikken van de items moet gezien worden als een help functie. Leerlingen dienen gewezen te worden op de noodzaak om deze te raadplegen en zo een gefundeerde keuze te maken. Bij elke manier om elektriciteit op te wekken staat een korte uitleg over de werking en een opsomming van de belangrijkste vooren nadelen.


8

Aan het werk! We nemen de kerncentrale als voorbeeld. De werking van de kerncentrale wordt kort toegelicht. Daarnaast worden er een aantal belangrijke vooren nadelen op een rijtje gezet. Door op “toevoegen” te klikken kan een kerncentrale worden toegevoegd. Het aantal is hier beperkt tot 6. Meer dan 6 kerncentrales is, rekening houdend met de vraag, niet realistisch. Op ieder ogenblik in het spel kan een centrale worden toegevoegd of verwijderd om uiteindelijk een ideale evenwicht te vinden. Dit evenwicht kan verschillen van leerling tot leerling. Er zijn immers meerdere mogelijkheden. Als leerkracht kan je de verschillende oplossingen naast elkaar leggen, wat dan aanleiding kan geven tot een discussie. Tip: het is mogelijk om het land van energie te voorzien zonder gebruik te maken van kernenergie.


9

De uitleg bij het kader in de rechter bovenhoek kan je terugvinden bij het onderdeel ‘Uitleg Parameters’ van deze lesmap.

Door te klikken op “Terug naar overzicht” krijg je in balkvorm de energievraag, het beschikbare geld, de lokale vervuiling en de CO2 vervuiling De gekozen oplossing heeft namelijk een impact op die 4 factoren.


10

De balk “energie “ moet volledig gevuld zijn. Is dit niet het geval dan verschijnt een rood uitroepteken (!)(zie fig.) bij Johan de energiespecialist. Hij moet er op toezien dat aan de energievraag wordt voldaan. Bij de start is de balk “Geld” volledig gevuld. Kiest de leerling bv. een kerncentrale dan zal de balk in verhouding meer verminderen dan bij de keuze voor een windmolen omdat een kerncentrale duurder is in aanbouw. Is er onvoldoende geld om de gekozen oplossing te realiseren dan zal er een rood uitroepteken (!) verschijnen bij de burgemeester. Teveel vervuiling zal ontevredenheid teweeg brengen bij de bevolking. Dit kan zowel lokale als CO2 vervuiling zijn. Onder lokale vervuiling valt bv. kernafval, landschapsvervuiling (windmolens), geluidshinder, enz. Sofie de milieuactiviste is de stem van het volk. Het rode uitroepteken (!)geeft haar ontevredenheid weer. In elk van deze gevallen dient de leerling zijn keuze te evalueren en bij te sturen. De 5 balken eronder geven verhoudingsgewijs de gekozen oplossing weer .


11


12

Is er een goed evenwicht dan verschijnt een groene ster bij de eerste minister.

De eerste minister feliciteert de minister van energie. Bij het klikken op “verder” start het spel automatisch terug op.


13

Inhoudelijke Ondersteuning INFORMATIEFICHES

De informatiefiches geven een diepgaand overzicht van de verschillende mogelijkheden om energie op te wekken die de leerlingen in het spel kunnen aanwenden: kerncentrale, GAS- en STEG-centrale, windturbine, zonnepanelen en steenkoolcentrale. De fiches geven weer hoe elk van deze mogelijkheden werkt en wat de voor-en nadelen zijn van deze vormen van energieopwekking.


14

Fiche 1: Kerncentrale

1. Werking Op bovenstaande figuur is duidelijk te merken dat het werkingsschema van een kerncentrale sterk lijkt op dat van een klassieke centrale die draait op fossiele brandstoffen. Enkel de manier om warmte op te wekken is anders: kerncentrales gebruiken splijtstof; klassiek, thermische centrales daarentegen gebruiken aardgas, steenkool of stookolie. In beide gevallen is er voldoende warmte nodig om de stoom te produceren. In een kerncentrale ontstaat die warmte door een splijtingsproces in de splijtstofstaven die in een reactor staan. In een klassiek thermische centrale gebeurt een verbrandingsproces in een grote stoomketel. De kerncentrales in België zijn PWR-eenheden, wat staat voor Pressurised Water Reactor of drukwaterreactor. Dit type reactor is een Westers concept en is met 65 % het meest verspreide in de wereld. In zo’n eenheid wordt de warmte uit de reactorkern afgegeven aan water dat in een gesloten kringloop langs de splijtstofstaven stroomt. In die eerste kringloop, de primaire kring, haalt het water daarin gemiddeld 300 °C. In een drukwaterreactor gaat dit water niet aan de kook omdat het onder druk staat. Daarvoor zorgt het drukregelvat . Het verhitte water uit de primaire kringloop geeft op zijn beurt warmte af aan een tweede gesloten kringloop met water, de secundaire kring. Beide zijn hermetisch van elkaar gescheiden. De warmte-uitwisseling gebeurt in een stoomgenerator , een grote cilindervormige warmtewisselaar die uit duizenden buizen bestaat. Het water uit de tweede kringloop gaat door de verhitting over in stoom. Het is die stoom uit de stoomgeneratoren die één of meer turbines van de centrale aandrijft. Daar gaat de warmte-energie over in bewegingsenergie. Aan de turbine is een alternator gekoppeld die de bewegingsenergie uiteindelijk omzet in Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

15

elektriciteit die, via transformatoren, naar het hoogspanningsnet gaat. De gebruikte stoom uit de turbines koelt af in een condensor. Hier gaat hij terug in water over door het contact met duizenden buisjes waarin koelwater vloeit van nog een derde kringloop. Zo kan het terug naar de stoomgenerator waar het opnieuw wordt opgewarmd tot stoom. Net als bij grote klassieke thermische centrales gebruiken kerncentrales een koeltoren om het opgewarmde gebruikte koelwater door natuurlijke luchtcirculatie af te koelen. In kerncentrales vloeit het water uit de derde koelkring zo terug naar de condensor om er de stoom af te koelen. Slechts 1,5 % van dat gewone water verdampt: dat is de damppluim die ontsnapt bovenaan de koeltoren. Zo’n koeltoren is ongeveer 170 m hoog en heeft een diameter van om en bij de 145 m aan de basis en 78 m bovenaan.

2. De kernsplijting Alle materie bestaat uit atomen die opgebouwd zijn uit een kern waaromheen negatief geladen elektronen draaien. De kern zelf heeft positief geladen protonen, naast neutronen zonder lading. In een kernreactor komt energie vrij door het splijten van de kernen van zware atomen, zoals uranium. Die splijting komt er door de kern te beschieten met neutronen (1).

Door het opslorpen van een neutron, dat afgeremd wordt door het water (2) en zo de juiste snelheid heeft, spat de uraniumkern in twee brokstukken (3) uiteen. Na die splijting is de massa van de bekomen deeltjes en de splijtingsproducten een fractie kleiner dan de oorspronkelijke massa van het zware atoom en het neutron. Deze massa werd omgezet in energie (4). Omdat er bij de splijting enkele neutronen vrijkomen, veroorzaken die op hun beurt weer nieuwe splijtingen. Zo ontstaat een kettingreactie die zichzelf onderhoudt. In een kerncentrale controleert de mens deze kettingreactie: het starten en stoppen, het sturen door gebruik te maken van controlestaven in de reactor die de kettingreactie afremmen al naargelang van de behoeften, enz.


16

De splijtstof is de brandstof van een kerncentrale. Meestal wordt hiervoor natuurlijk uranium uit uraniummijnen gebruikt dat eerst is verrijkt, zeg maar geconcentreerd. Dat verrijkte uranium wordt in keramische tabletten geperst en vervolgens in lange metalen stiften gestoken: de splijtstofstaven. Een aantal van die staven samen vormt een splijtstofelement Het zijn deze elementen die in de reactorkern van een kerncentrale komen. In reactorkernen vinden de splijtingen plaats.

3. Radioactieve straling Bij een kernreactie ontstaat naast warmte ook radioactiviteit. Net zoals er natuurlijke straling bestaat waaraan de mens dagelijks blootstaat, zo ook produceren radioactieve elementen ioniserende straling. Naargelang de aard en de hoeveelheid energie die ze afgeeft kan deze straling levend weefsel beschadigen. Dit kan gezondheidseffecten op de lange termijn tot gevolg hebben, met name kanker. De kans op het effect neemt toe met de blootstelling. Op een zeer klein gedeelte na bereikt deze straling de buitenwereld niet. Via de ventilatieschacht van de centrale en het koelwater worden minieme hoeveelheden radioactieve stoffen geloosd. Deze lozingen staan onder strenge controle. Radioactiviteit wordt uitgedrukt in becquerel (Bq).

4. Veiligheid In de PWR-reactor zijn een aantal veiligheden ingebouwd: • De reactor geraakt oververhit: het water wordt nu stoom met als gevolg dat de neutronen niet meer worden afgeremd. De kans op een kernsplijting wordt herleid tot quasi nul waardoor de kettingreactie stopt. • De reactor levert een te hoog vermogen: De temperatuur van de splijtstof stijgt waardoor de trillingen van de atomen toe neemt. Hierdoor stijgt de kans dat neutronen geabsorbeerd worden. De kernreactie stopt. • Controlestaven kunnen neutronen absorberen waardoor de kernreactie onderbroken wordt.

5. Radioactief afval


17

Kerncentrales zijn belangrijke bronnen van radioactief afval. Het afval kan van heel verschillende aard zijn: • Vaste stoffen zoals bijvoorbeeld verbruikte brandstofstaven bevatten grote hoeveelheden radioactief uranium • filters, • gereedschappen, • verontreinigde grond • kleding, • vloeistoffen zoals koelwater of oplosmiddel dat radioactieve stoffen bevat. • Bij de ontmanteling van een kerncentrales blijven er grote hoeveelheden bouwmaterialen, pijpleidingen, enz, over die uiterst radioactief zijn. In principe wordt elke vorm van afval dat radioactief besmet is, gerekend tot radioactief afval.. 5.1 Radioactief afval – Opslag Om te bepalen op welke wijze het moet worden opgeslagen en verwerkt, zijn door de IAEA internationaal erkende categorieën opgesteld waarin radioactief afval wordt ingedeeld: Laag radioactief afval, middel radioactief afval en hoog radioactief afval. a. Laagradioactief afval wordt bovengronds opgeslagen, meestal in grote hallen. Na enkele tientallen of honderden jaren is de activiteit van dat afval dusdanig afgenomen dat het geen gevaar oplevert. b. Hoogradioactief afval wordt veelal eerst voor enkele jaren opgeslagen in tijdelijke depots om af te koelen en de meeste activiteit kwijt te raken. Daarna wordt het voorbereid op een permanente opslag. 5.2 Radioactief afval - mogelijke toekomstige oplossingen In 2003 is in Groot-Brittannië (dat op dat moment al met 500.000 ton radioactief afval in haar maag zit) een comité opgericht dat op zoek moest gaan naar andere mogelijkheden. Daaruit zijn enkele ideeën naar voren gekomen: • De ruimte inschieten naar de zon of buiten het zonnestelsel. Het risico daarbij is dat tijdens de lancering problemen kunnen optreden en een explosie hoog in de aardatmosfeer zou een wereldwijde ramp opleveren. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

18

• Tussen tektonische platen door naar de mantel van de aarde. Met de huidige stand van de techniek is dat onmogelijk. • Opslaan op Antarctica. Afgezien van het Antarctisch Verdrag dat dat onmogelijk maakt, is de grond daar niet stabiel genoeg en toekomstige klimaatveranderingen kunnen er toe leiden dat het afval alsnog in zee terecht komt. • Opslaan op de bodem van de oceaan. In het verleden is dat gedaan, maar mee gestopt vanwege de risico's op lekkage. • Verdunnen en dumpen in zee. Op kleine schaal gebeurt dat al, maar op grote schaal is dat niet mogelijk zonder dodelijke gevolgen voor het leven in, op en aan zee. • Recyclage: vervaardigen van Mox-elementen. Deze bestaan uit 93% uranium en 7% plutonium.

6. Nucleaire installaties in België • Kerncentrale in Doel (4 reactoren) • Kerncentrale in Tihange (gemeente Hoei) (3 reactoren) • Studiecentrum voor Kernenergie te Mol • Onderzoeksreactor in Gent (Technologiepark Zwijnaarde). Werd in 2003 buiten werking gesteld en zal na een koelperiode van ongeveer drie jaar ontmanteld worden. Het afbraakproces zal rond 2010 afgerond zijn. Dit alles samen maakt van België zowat het meest genucleariseerde land van de wereld (qua bevolkingsdichtheid en oppervlakte). (Waren er voorheen plannen om een achtste reactor te bouwen, dan werden deze in de tachtiger jaren afgevoerd. Electrabel en SPE namen samen een belang van 25% in de centrale van Chooz, gelegen net over de Franse grens)

7. Maatschappelijke discussie Kernenergie roept veel discussie op. Daarvoor zijn een aantal redenen: • Kernenergie en radioactiviteit zijn zaken die moeilijk inzichtelijk zijn te maken en waarbij radioactiviteit een onzichtbaar gevaar lijkt.


19

• Een groot ongeval met een ouderwetse Russische centrale (Tsjernobyl in 1986) heeft grote gevolgen gehad. Falende bureaucratie, oude techniek en een bizar experiment waren de oorzaak, maar toch heeft dit het beeld van kernenergie blijvend veranderd. • Het opslaan van nucleair afval is technisch mogelijk maar op weinig plekken in de wereld reeds geregeld. Nucleair afval blijft nog langdurig (honderden jaren) radioactief en er moet een speciale locatie gevonden worden waarvan gegarandeerd wordt dat deze gedurende die tijd niet wordt verstoord door bijvoorbeeld een aardbeving. • De technologie om kernenergie op te wekken is verwant met de technologie om kernwapens te maken. Enerzijds maakt dat de beschikking over vreedzame kerntechnologie aantrekkelijk voor veel landen, anderzijds worden landen die zelf kerntechnologie ontwikkelen voor naar hun zeggen vreedzame doeleinden, vaak beschuldigd van andere bedoelingen. In landen zoals België en Nederland is dit aspect geen probleem. Landen in minder stabiele regio's beschikken tegenwoordig echter ook over de technologie voor kernenergie en kernwapens. Alleen grote druk vanuit de VN kan de ontwikkeling daarvan afremmen. Het non-proliferatieverdrag kent ieder land het recht toe kerntechnologie voor vreedzame doeleinden te gebruiken. Een potentieel probleem dat ook speelt in landen waarop niet de verdenking rust dat ze zelf kernwapens willen maken, is dat terroristen zouden kunnen proberen door een aanslag splijtbaar materiaal te verwerven om daaruit kernwapens of zogenaamde 'vuile bommen' te maken. Deze laatste zijn conventionele explosieve ladingen die radioactief materiaal verspreiden in de omgeving. Hierdoor zouden potentieel grote gebieden gevaarlijk radioactief kunnen worden besmet met alle fysieke gevolgen van dien, en daarnaast nog grote onrust onder de bevolking. Alleen al om deze reden dienen transporten van nucleair materiaal zwaar bewaakt te worden. • Een belangrijk deel van de milieubeweging wijst gebruik en ontwikkeling van kernenergie af. Wel is er de laatste tijd weer meer belangstelling voor kernenergie vanwege de dreigende tekorten aan fossiele brandstoffen en de afhankelijkheid van leveranciers van olie uit instabiele regio's. De sterk gestegen olieprijs op de wereldmarkt heeft tot een duidelijke verhoging van de belangstelling voor kernenergie in de media en bij regeringen geleid. Kernenergie draagt niet bij aan het broeikaseffect; er komt geen CO2 vrij. Wel is de winning van uraanerts een kostbaar, vervuilend en energie vretend proces, waarvan het energieverbruik echter in het niet zinkt vergeleken met de opbrengst van de geproduceerde brandstof.


20

• De brandstof voor kernenergie vormt een veel kleiner deel van de totale kosten ervan dan bij conventionele centrales; er gaat daarentegen meer geld naar beveiliging, afvalverwerking en ontmanteling van verouderde centrales. • De Belgische regering nam in 2002 een wet op de kernuitstap aan waarin staat dat "De nucleaire centrales bestemd voor de industriële elektriciteitsproductie door splijting van kernbrandstoffen, worden gedesactiveerd veertig jaar na datum van hun industriële ingebruikname en kunnen geen elektriciteit meer produceren". Hierdoor zullen tussen 2015 en 2025 alle Belgische kerncentrales sluiten. Om het verlies aan energieproductie op te vangen worden onder meer windturbines geplaatst op een zandbank in de Noordzee.

8. Voor- en nadelen op een rij Voordelen • relatief lage brandstofkosten Zo kan er met 1kg steenkool ongeveer 3kWh geproduceerd worden, met 1kg olie produceert men ongeveer 4kWh en met 1kg uranium 50.000kWh elektriciteit. Net omdat er slechts kleine hoeveelheden nodig zijn hebben de meeste kerncentrales een strategische uraniumvoorraad in bezit, die in de meeste gevallen voldoende groot is om gedurende één jaar elektriciteit te produceren • Leveringszekerheid van de brandstof (uranium) Aan het huidige consumptieniveau, volstaan de huidige economische (d.w.z. op rendabele wijze exploiteerbare) reserves voor een periode van minstens 50 jaar • Uraniumreserves zijn geografisch vrij goed gespreid • in vergelijking met de klassieke centrales zijn er slechts relatief kleine hoeveelheden brandstof nodig zijn. Hierdoor kan het transport en de opslag vrij eenvoudig georganiseerd worden. • Het belangrijkste voordeel van kernenergie is ongetwijfeld de zeer lage, zelfs bijna verwaarloosbare, uitstoot van klassiek lucht vervuilende stoffen zoals zwavel, stikstofoxides stofdeeltjes, broeikasgassen etc. Nadelen • In vergelijking met een klassieke centrale op steenkool of gas is een nucleaire centrale duur om te bouwen Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

21

• Naast het risico op een ernstig ongeval in een nucleaire centrale is de verwerking en de opslag van het nucleaire afval ongetwijfeld het meest gehoorde bezwaar tegen het gebruik van kernenergie.

Bronnen: • electrabel: www.Electrabel.be • wikipedia: http://nl.wikipedia.org/wiki/Kernenergie • Van Hevel, Johan. Dossier energie – de kerncentrale Hogeschool-Universiteit Brussel, 2007, pp 9 – 19 • http://www.kuleuven.be/ei/Public/publications/EIWP03-07.pdf WORKING PAPER SERIES n°2003-13 J. Eyckmans (EHSAL Brussel; K.U.Leuven) G. Pepermans (K.U.Leuven) November 2003 p6


22

Fiche 2: Gascentrale Bij een conventionele gasgestookte centrale wordt aardgas verbrand in de stoomketel, met de vrijkomende warmte wordt het water verdampt en verder opgewarmd tot oververhitte stoom. Naast de conventioneel gasgestookte centrales zijn er tevens centrales met gasturbines al dan niet ingericht als STEG-centrales. Een aantal kolencentrales hebben ook de mogelijkheid om bij gebrek aan kolen op aardgas te werken.

1. Aardgas In Europa wordt aardgas vooral in en rond de Noordzee aangetroffen onder andere onder het noorden van Nederland. Momenteel zijn voor de aardgas voorziening aangewezen op Rusland. Van de fossiele brandstoffen is aardgas de schoonste soort is. Methaan levert bij verbranding naar verhouding weinig kooldioxide en veel water op en bij steenkool is dat andersom.

2. De STEG centrale De technologie om elektriciteit te produceren, gebruikt in een STEG-centrale, is een relatief jong. Ze combineert als het ware een gasturbine met een klassiek thermische centrale en wekt tweemaal stroom op. Bij de stoom- en gascentrale of afgekort STEG-centrale worden dus twee turbines aangedreven. De eerste turbine is een gasturbine (2) en wordt aangedreven door het verbranden (4) van aardgas (3). De tweede turbine (15) (16) wordt aangedreven door stoom. Die stoom wordt gemaakt in een recuperatiestoomketel (9)door water te verhitten met de warmte van de gassen (6) afkomstig van de gasturbine (2).


23

Onder een hoge druk (ongeveer 180 bar) wordt het water uit aangevoerd. In verschillende onderdelen van de recuperatiestoomketel (9)wordt de temperatuur tot 540 °C opgevoerd en het water wordt omgezet in oververhitte stoom. Als de stoom uit de stoomketel komt wordt deze door de hogedruk stoomturbine geleid waar de druk en temperatuur flink afnemen. De energieinhoud van de stoom wordt omgezet in mechanische rotatie-energie waarmee een generator aangedreven wordt. De stoom verlaat de stoomturbine (16)en condenseert in een luchtcondensor (18) of in een met water gekoelde condensor. In een luchtcondensor gaat de stoom door een groot aantal buizen waarover koude omgevingslucht blaast, aangevoerd door grote ventilatoren (19). De stoom koelt af door het contact met de lucht en condenseert tot water dat terug naar de recuperatiestoomketel wordt gepompt. In een met water gekoelde condensor glijdt de stoom langs talrijke buizen met koud koelwater, opgepompt uit rivieren, kanalen of de zee. Het koelwater neemt de warmte van de stoom op en koelt daarna af in een koeltoren. In de grote hyperboolvormige koeltoren komt het water in contact met een opstijgende luchtstroom die ontstaat door natuurlijke trek (schoorsteenwerking van de koeltoren). Wanneer ventilatoren voor de luchtbeweging zorgen is de koeltoren kleiner. Het water koelt af en stort in de koeltoren als regen naar beneden. De opgewarmde lucht, verzadigd met waterdamp, verlaat de koeltoren als een witte damppluim. Het grootste deel van het afgekoelde koelwater wordt terug naar de condensor gepompt en hergebruikt. Slechts 1 à 1,5 % verdampt. Sommige STEG-centrales hebben geen koeltoren en lozen het koelwater terug in het oppervlaktewater. Het debiet van het oppervlaktewater is in dit geval groot genoeg om de temperatuurstijging te beperken. STEG-installaties die naast elektriciteit ook warmte leveren, worden warmtekrachtkoppelingen genoemd. Op deze wijze kan een centrale een hoog energie Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

24

rendement halen van zeker 80%. Ter vergelijking: een kolencentrale heeft een rendement van ongeveer 40%. Bij een kerncentrale is het rendement nog lager ca 25%, wat tot gevolg heeft dat een kerncentrale een grote hoeveelheid warmte via het koelwater in het milieu loost.

3. Gascentrales in België In België zijn er: • conventionele gascentrales te vinden in o.a. Ruien, Kallo, Lillo, Mol, Schelle, Amecoeur, Monceau, Peronnes, Baudour, Genk – Langerlo, Schaarbeek • STEG centrales zijn te vinden in Herdersbrug, Gent, Schaarbeek, Seraing.

4. Goed om te weten • STEG-centrales zorgen voor 18 % van de totale elektriciteitsproductie van Electrabel • Zeventig procent van de nieuwe productiecapaciteit die Electrabel in de periode 1998-2004 bouwde, bestaat uit STEG-centrales. • De hedendaagse STEG-centrales zetten meer dan 56 % van de energie in de brandstof om in elektriciteit. • Het hoge energierendement, het gebruik van aardgas en de aanwezigheid van speciale branders beperken de emissies door een STEG-centrale.

5. Voordelen & Nadelen Voordelen • bij de STEG-centrale wordt meer dan 56% van de brandstof omgezet in elektriciteit • gas is bij het verbranden milieuvriendelijker dan stookolie & steenkool Nadelen • aardgas is een fossiele brandstof: de voorraad is beperkt, er is uitstoot van broeikasgassen, enz. • voor onze aardgas zijn aangewezen op landen zoals Rusland Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

25

• de prijs van aardgas is onderhevig aan de schommelingen op internationale markten

Bronnen: • electrabel: www.Electrabel.be • wikipedia: http://nl.wikipedia.org/wiki/ • Van Hevel, Johan. Dossier energie – de aardgascentrale Hogeschool-Universiteit Brussel, 2007, pp 9 – 19


26

Fiche 3: Windturbine

Op dit moment, komt de meeste groene stroom uit wind, waterkracht en biomassa. De komende 20 tot 30 jaar zouden windmolens de enige techniek zijn waarmee veel groene stroom is op te wekken. Bijna alle deskundigen spreken de verwachting uit dat elektriciteit uit de zon, met zonnepanelen, nog wel 20 tot 30 jaar op zich zal laten wachten. Zo lang duurt het voordat de zonnepanelen goedkoop genoeg zijn geworden om de stroom in prijs te laten concurreren met stroom uit wind of gewone centrales die aardgas, steenkool of biomassa verstoken.

1. Windenergie Wind is bewegende lucht, en bevat dus bewegingsenergie. In de meest algemene betekenis is windenergie de energie die gewonnen wordt door deze bewegingsenergie om te zetten in een bruikbare vorm. Vroeger werd windenergie met windmolens direct omgezet in mechanische arbeid. Tegenwoordig wordt het woord windenergie vooral gebruikt voor de elektrische energie die met een windturbine uit de wind gewonnen wordt.

2. Windturbine Windturbine is de naam die wordt gebruikt voor moderne windmolens. Deze worden gebruikt om elektriciteit (groene stroom) op te wekken, soms in grote 'parken' met vele windturbines, bijvoorbeeld in Nederland op de Maasvlakte en in Vlaanderen aan de haven van Zeebrugge.


27

2.1 Opbouw van een moderne windturbine met horizontale as Een moderne windturbine met horizontale as bestaat van boven naar onder uit: • Rotor(bladen) • Gondel met daarin: • as • versnellingsbak of transmissie • generator • windsensor en krui-installatie • Mast met daarin: • kabels • Netaansluiting 2.1.1 Rotor(bladen) De wieken (of rotorbladen) van een windturbine worden samen de rotor genoemd. De rotor zet de bewegingsenergie van de wind om in een draaiende beweging van de as. Het gebruikt daarbij hetzelfde principe als een vliegtuigvleugel. In tegenstelling tot wat vaak gedacht wordt Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

28

is de opbrengst van een windturbine nauwelijks afhankelijk van het aantal wieken. In Nederland gebruikten fabrikanten in eerste instantie twee rotorbladen. Tegenwoordig gebruiken vrijwel alle fabrikanten drie bladen. Drie bladen belasten de mast gelijkmatiger en ogen veel rustiger. Bij oudere turbines stonden de rotorbladen vast ten opzichte van de as. Tegenwoordig kunnen de wieken draaien in hun lengteas. Daardoor kunnen ze bij elke windsnelheid de optimale stand hebben, waardoor een optimale opbrengst bereikt wordt. Bij windsnelheden boven windkracht tien kunnen de rotorbladen geleidelijk uit de wind worden gedraaid. Dat is minder belastend voor het elektriciteitsnet dan het plotselinge afschakelen van overtrekbeveiligde turbines en vergroot de opbrengst. 2.1.2 Tandwielkast De rotatiesnelheid van de rotor is eigenlijk te laag om de generator op de noodzakelijke 50 Hz te laten draaien. De meeste windturbines hebben daarom een tandwielkast. Deze tandwielkast werkt als een versnellingsbak. 2.1.3 Generator De generator zet de beweging van de as om in elektriciteit. 2.1.5 Krui-installatie De krui-installatie zorgt ervoor dat de rotor steeds naar de wind gericht blijft. Soms kan het voorkomen dat de wind een paar keer in dezelfde richting gedraaid is. Om te voorkomen dat de kabels in de mast dan teveel in elkaar draaien draait de gondel dan een paar keer om zijn as tot de kabels weer goed hangen. 2.1.6 Mast In Europa zijn vrijwel alle masten gesloten metalen cilinders..

3. Opgewekte hoeveelheid elektrische energie De opbrengst van een windmolen hangt af van de windsnelheid, het nominaal vermogen van de windmolen (bepaald door het rotoroppervlak), de tijd die een windmolen kan draaien en het rendement van de omzetting van windenergie naar elektriciteit door de windmolen.


29

3.1 Nominaal vermogen Moderne grote windmolens hebben een nominaal vermogen van 700 tot 5000 kilowatt (kW). Als vuistregel geldt dat een turbine van 750 kilowatt 500 huishoudens van stroom kan voorzien. a. Het nominaal vermogen bepaald door het rotoroppervlak Het afgegeven vermogen is evenredig met het kwadraat van de rotordiameter. Een standaard windmolen met 2 of 3 bladen, met een diameter van 40 m en een masthoogte van 50 m, kan bij een optimale windsnelheid (windkracht 6) 500 - 750 kW leveren. Een grotere windmolen met een rotordiameter van 60 m en een masthoogte van 70 m kan een vermogen hebben van 1 tot 1,5 MW (MegaWatt). Bij zeer grote rotordiameters neemt de efficiëntie niet af, maar wordt de windmolen ontworpen voor een lager toerental. In de periode 1980 - 2008 is de "standaard" windmolen steeds groter geworden. Als "meest verkocht model" als standaard wordt gehanteerd, dan is dat anno 2008 een windmolen met een masthoogte van 70 tot 100 m en een generator vermogen van 2 tot 3 MW. Types met een generator vermogen tot 6 MW worden al als serieproduct getest. De rotor diameter van een windmolen hangt af van het generator vermogen. de masthoogte en het windregime ter plaatse. Aan de kust waait het op 100 m wat harder dan in het binnenland. Daardoor hebben windmolens verder weg van de kust een hogere mast en/of langere wieken. b. De windsnelheid De windsnelheid wordt bepaald door: • de plaats van de windmolen: aan de kust en vooral boven open zee waait het meestal harder dan diep landinwaarts; • de hoogte van de turbine: op grotere hoogte waait het doorgaans harder, maar landinwaarts is de windsnelheid overdag onder ongeveer 90 meter gemiddeld hoger dan daarboven. • de tijd van de dag: boven land waait het overdag tot een hoogte van ongeveer 90 meter gemiddeld harder dan 's nachts; • het seizoen: in de winter waait het gemiddeld harder dan in de zomer. Het jaargemiddelde van de windsnelheid op een bepaalde plaats en ashoogte is redelijk in te schatten. De selectie van locaties gaat in eerste instantie via een windatlas, en in een latere fase via windmetingen. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

30

c. De tijd die een windmolen kan draaien • het deel van de tijd waarin de turbine kan draaien: een windmolen gaat draaien vanaf windkracht 2-3 en wordt stilgezet boven windkracht 10 tot 12(afhankelijk van het type) om overbelasting te voorkomen.

4. Neveneffecten Landschap Zeker met de toenemende masthoogtes zijn windturbines sterk in het landschap aanwezig. Tegenwoordig worden windturbines voornamelijk geplaatst in lijn- en clusteropstellingen die meer aansluiten bij bestaande elementen in het landschap zoals wegen en kanalen. Desondanks worden windturbine(parken) door velen als storend of lelijk ervaren. Men spreekt dan van horizon vervuiling. Geluid Het geluid van een windturbine heeft twee oorzaken: het mechanische geluid van de bewegende delen in de gondel en het zoevende geluid van het draaien van de rotorbladen. Bij moderne windturbines is de gondel goed geïsoleerd en is alleen de geluidsproductie van de rotorbladen van belang. De geluidsproductie van een windturbine neemt toe met de windsnelheid. Voor een moderne windturbine ligt de brongeluidssterkte in het bereik tussen 91 en 102 dB(A). Maar dit is lager bij nog modernere types die sinds 2004 op de markt zijn gekomen. Deze turbines hebben geen versnellingsbak meer tussen de rotor en de generator. Een belangrijke bron van lawaai en slijtage. Vanaf een afstand van 350 tot 400 m van een windturbine is de geluidshinder verwaarloosbaar. Het achtergrondgeluid overstemt dan het turbine lawaai. Het achtergrondgeluid neemt ook toe met de windsnelheid. Dit kan, zeker op grotere afstand van de turbine, het geluid van de rotorbladen maskeren. Ruimtebeslag Een windturbine park beslaat een grote oppervlakte. Van deze oppervlakte wordt slechts 1% ingenomen door de mastvoet en transformator huisjes. Hoge bebouwing van het gebied rond een windturbine (met een te korte mast) leidt tot een lagere opbrengst. Voor het overige, kunnen windturbine parken met bijna alle activiteiten en landschapstypen gecombineerd worden, als dat gewenst is. Agrarisch gebruik en industrieterrein komt het meest voor. Maar omdat de commercieel beschikbare masthoogte ook toeneemt komen ook bossen in Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

31

aanmerking voor een windpark locatie. Dan zijn ze tegelijk voor de korte en middellange afstand goed verstopt.

5. Windturbines in België 5.1 Historisch overzicht Jaartal Aantal turbines Opgesteld vermogen Jaarproductie MW GWh 1994 9 22 9 1995 9 22 86 1996 9 22 79 1997 9 22 79 1998 9 24 108 1999 11 28 127 2000 13 34 155 2001 17 44 347 2002 34 52 563 2003 56 62 589 2004 59 77 9504 2005 94 100 1544 2006 130 109 237 2007 127 157 309 5.2 Situatie in 2007 • Antwerpen, Zandvlietsluis: 2 x 2MW, E70 uitgebaat door VLEEMO • Beveren, Kallo: 1 x 0,6 MW, Turbowinds T-600, uitgebaat door GRC • Brugge, Pathoekweg: 9 (9 x 0,6 MW) Turbowinds T-600-windturbines, uitgebaat door Aspiravi Plus • Brugge, Herdersbrug: 7 (7 x 1,8 MW) Enercon E66-windturbines uitgebaat door Electrawinds • Brugge, Pathoekweg: 5 x 0,6 MW, uitgebaat door Electrabel • Diksmuide: 2 (2 x 0,8 MW) Enercon E-48-windturbines uitgebaat door de coöperatie BeauVent • Eeklo: 1 (1 x 1,8 MW) Enercon E66-windturbine uitgebaat door Aspiravi Plus Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

32

• Eeklo: 3 (2 x 1,8 MW en 1 x 0,6 MW) Enercon-windturbines uitgebaat door de coöperatie Ecopower • Gent, Oostakker: 3 x 2 MW, uitgebaat door Electrabel, op het terrein van Volvo Trucks • Gent, Rodenhuize: 2 x 2 MW, uitgebaat door Electrabel, op het terrein van Electrabel • Gent, Wondelgem: 2 x 2 MW, uitgebaat door Electrabel, op het industrieterrein Durmakker en de Vlaamse Dienst voor Arbeidsbemiddeling en Beroepsopleiding. • Gentse haven, meer bepaald het kluizendok: 11 (11 x 2 MW) Enercon-windturbines, gezamenlijk uitgebaat door Ecopower en SPE Power • Gistel langs de A18/E40 ten oosten van de afrit Gistel: 1 x 2 MW, uitgebaat door coöperatie BeauVent/Ecopower • Gistel, langs de E40: 1 x 2 MW, uitgebaat door Electrawinds • Gistel, langs de E40: 4 x 2 MW, Enercon E70-4, uitgebaat door Aspiravi • Halle: 1 x 1,65 MW, Vestas V66, uitgebaat door Colruyt • Hasselt, Godsheide langs Albertkanaal: 3 (3 x 0,4 MW) Turbowinds T-400windturbines, uitgebaat door Aspiravi. • Hoogstraten: 6 x 2 MW, uitgebaat door Electrabel • Kapelle-op-den-Bos, sluis Zemst - Kanaal van Willebroek: 3 (3x0.4 MW) Turbowinds T-400-windturbines, uitgebaat door Aspiravi. • Kasterlee (Lichtaart): 1 windturbine (0,66 MW) in Bobbejaanland uitgebaat door Electrabel • Kruibeke: 3 (3 x 2 MW) DeWind D8-windturbines uitgebaat door Fortech met participatie van cvba Wase Wind langs de E17 • Lanaken : langs Albertkanaal: 4 (4 x 2 MW Vesta V80),uitgebaat door Electrabel. Hoogte 100 meter, rotordiameter 80 m. • Lommel, op de terreinen van Umicore langs de J&R Vlegelstraat: 8 x 2MW (Vestas V80-100m), uitgebaat door Gislom. • Middelkerke, Lombardsijde: 1 x 0,66 MW Vestas V47 en 1 x 0,9 MW Neg Micon, uitgebaat door Aspiravi. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

33

• Puurs, langs het kanaal Brussel-Rupel, op grond van de Vlaamse Gemeenschap: 2 x 2MW, uitgebaat door Aspiravi. • Schelle: 3 x 1,5 MW, uitgebaat door Electrabel • Zedelgem: 1 (1 x 1,8 MW) Enercon E66-windturbine uitgebaat door Electrawinds • Zeebrugge, oostelijke strekdam en LNG-dam: 24 (2x0,6 + 12x0,4 + 10x0,2 MW) Turbowinds-windturbines, uitgebaat door Aspiravi. Dit windmolen park werd reeds gebouwd in 1987 en was daarmee een van de eerste in Europa. In aanbouw • In Zeebrugge worden sinds september 2008 de 24 kleinere turbines uit 1987 vervangen door 14 grotere turbines met veel hogere capaciteit. • In Ieper komen er ook windmolens langs de kaai. • Fortech bouwt in 2008, 2 bijkomende windturbines in Melsele (Beveren) langs de E17 • De bouw van een farshore windenergie park op de Thorntonbank, 27 à 30 km in de Noordzee is begonnen. De funderingen voor de eerste zes turbines werden geplaatst. Het park zou een geïnstalleerd vermogen van minimaal 216 MW en maximaal 300 MW krijgen. Dit komt op 60 windturbines van min. 3,6 MW tot max. 5 MW per turbine. De jaarproductie zou kunnen oplopen tot 1000 GWh In planning • Ook op een volgende zandbank, evenwijdig aan de Thorntonbank, de Noordhinder , plant men een windmolen park van 30 windturbines van elk 5 MW. Het project draagt de naam ELDEPASCO. • In totaal zullen de zeven projecten rond de Thorntonbank en de zandbank Noordhinder over een vermogen van 2.300 MW beschikken. Dit windmolen park zou 6% tot 10% kunnen leveren van de totale Belgische elektriciteit. Dit park zou, zolang een reusachtig Duits windmolen park in zee niet klaar is, het grootste windmolen park in zee ter wereld worden. • Hasselt plant de bouw van 5 windmolens ter hoogte van de Grenslandhallen • Voor eind 2009 zijn in totaal 45 nieuwe windturbines gepland met een bijkomend vermogen van 84,4 MW. 57 MW hiervan betreft de turbines in West-Vlaanderen, maar


34

ook in Antwerpen (14 MW) en Oost-Vlaanderen (13 MW) wordt het totale vermogen verhoogd.

6. Voor- en nadelen op een rij De belangrijkste voordelen van windenergie zijn: • de vermindering van milieuvervuiling door fossiele brandstoffen, • de duurzaamheid van windenergie • de verminderde afhankelijkheid van de olieproducerende landen. De belangrijkste nadelen zijn: • de hoge prijs (ongeveer anderhalf à drie maal zo duur als grijze stroom, wat momenteel door subsidies wordt opgevangen), • de variatie in het windaanbod en de invloed daarvan op de bedrijfszekerheid van het elektriciteitsnet, • inpassing van windmolens in het landschap die als lelijk kan worden ervaren • voor de productie van windmolens zijn staal en aluminium nodig waarvan het winnen een kostbaar, vervuilend en energie vretend proces is • elke windmolen doodt naar schatting gemiddeld 20 vogels per jaar. Vleermuizen komen om door de drukverschillen bij rotorbladen. • slagschaduw en geluidsoverlast voor omwonenden • Windturbines kunnen storingen op radarbeelden veroorzaken. Plaatsing in de buurt van radarstations is daardoor meestal niet mogelijk • Windturbines op zee vormen niet te verwaarlozen obstakels voor de scheepvaart, waardoor plaatsing in de buurt van drukbevaren routes risico's oplevert. • Door de turbulentie (wervelingen) achter een draaiende windturbine worden hogere en lagere luchtlagen met elkaar gemengd. Dat veroorzaakt vooral 's nachts een hogere windsnelheid (tot enkele m/s) en hogere temperatuur (in de ordegrootte van een graad) op grondniveau.


35

• Een windturbine park beslaat een grote oppervlakte. Van deze oppervlakte wordt echter slechts 1% ingenomen door de mastvoet en transformator huisjes.

Bronnen: • electrabel: www.Electrabel.be • wikipedia: http://nl.wikipedia.org/wiki/ • Van Hevel, Johan. Dossier alternatieve energie – windenergie Hogeschool-Universiteit Brussel, 2007, pp 9 – 19


36

Fiche 4: Zonnecellen

Een fotovoltaïsche zonnecel bestaat uit een halfgeleidermateriaal (bvb. silicium, germanium,...). Een halfgeleider heeft de speciale eigenschap dat, als licht er op invalt, elektronen een hogere energie krijgen waardoor er een spanningsverschil ontstaat tussen de twee contacten van de zonnecel. Met dit spanningsverschil kan men elektrische toestellen laten werken, een batterij opladen, enz.

1. De elektriciteitsproductie van de zonnecel Het hangt uiteraard af van de zonnestraling hoeveel een zonnecel produceert. In de winter wordt er minder elektriciteit geproduceerd dan in de zomer. Er kunnen goede “zonjaren” zijn, afgewisseld door slechte “zonjaren”. Gemiddeld echter genereert één vierkante meter zonnepaneel in onze streek jaarlijks ongeveer 111 kWh. Ter vergelijking: in Zuid-Europa kan dit het dubbele bedragen. Een gemiddeld gezin in ons land verbruikt jaarlijks ongeveer 3500 kWh. Dit betekent dus dat 1 m² zonnecel voor 3,2% van de elektriciteitsproductie zorgt van een gemiddeld gezin. Anders gezegd, een fotovoltaïsche installatie van ongeveer 32 m² zonnepanelen produceert evenveel elektriciteit als een gemiddeld gezin verbruikt.

2. Voor- en nadelen Voordelen • De aarde ontvangt op één dag meer dan voldoende zonne-energie om aan de wereldwijde energiebehoeften van één jaar te voldoen • Deze energiebron is oneindig, er is geen gevaar voor uitputting. • Zonne-energie is een energievorm die overal ter wereld kan aangewend worden • Met thermische en fotovoltaïsche zonne-energie zou elk land in z'n eigen energiebehoeften kunnen voldoen, zonder afhankelijk te moeten zijn van andere landen. • Fotovoltaïsche zonnecellen hebben het voordeel van geen geluidshinder of visuele hinder te veroorzaken, dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld windenergie. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

37

Nadelen • Zonne-energie is momenteel nog te duur. De productiekosten zijn te hoog in vergelijking met de opbrengst. • Een zonnecel produceert enkel elektriciteit als er licht is (als de zon schijnt), maar er is (ook) veel elektriciteit nodig als de zon niet schijnt bvb verlichting 's nachts. • Voor de productie van sommige zonnecellen zijn milieuvervuilende producten nodig.

3. De kostprijs van een fotovoltaïsche installatie / zonnepanelen Een fotovoltaïsche installatie van 3 kWp = 23 m² zonnepanelen kost ongeveer 16.500 € (excl. BTW). Dit is de prijs voor de volledige installatie, dus inclusief montage, invertoren, bekabeling, aansluiting... Dit komt dus overeen met zo'n 720 € per vierkante meter. Eén kWp (= 7,7 m² zonnepanelen) produceert men gemiddeld ongeveer 850 kWh elektriciteit, dus een fotovoltaïsche installatie van 3 kWp zonnecellen genereert per jaar gemiddeld 2.550 kWh. Elke vierkante meter zonnepaneel genereert dus jaarlijks 111 kWh. Een (te) eenvoudige berekening leert ons de kostprijs per kWh (exl. BTW): 0,323 € per kWh als de zonnepanelen een levensduur van 20 jaar hebben 0,259 € per kWh als de zonnepanelen een levensduur van 25 jaar hebben 0,216 € per kWh als de zonnepanelen een levensduur van 30 jaar hebben Ter vergelijking: elektriciteit die geproduceerd wordt met conventionele middelen (olie, gas, steenkool, nucleaire energie) kost ongeveer 0,05 € per kWh. Pas indien er rekening gehouden wordt met de subsidies, is het interessant om zonnepanelen te installeren.

4. De levensduur van een zonnepaneel. Men kan stellen dat zonnepanelen minstens 25 tot 30 jaar meegaan. Er is uiteraard een vermindering in rendement tijdens de jaren, maar elke leverancier garandeert een minimumrendement gedurende de zonnecel z'n levensduur. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

38

5. Soorten zonnecellen We beschouwen hier enkel de zonnecellen voor aardse toepassingen, en dus niet de zonnecellen die in de ruimtevaart gebruikt worden (bv. gebaseerd op galliumarsenide GaAs of germanium Ge). Van de zonnecellen die op daken liggen bestaan 95 % uit kristallijn silicium (Si). Er bestaan twee soorten: het monokristallijn silicium, waarbij de zonnecel uit één mooi kristal bestaat en er is het polykristallijn Si, waarbij de zonnecel uit vele verschillende kristalletjes bestaat. Het monokristallijne silicium heeft een hoger rendement (commercieel: 16 %), maar is dan ook duurder dan het polykristallijne Si, dat een commercieel rendement haalt van 13 %. Vier procent van de particuliere zonnepanelen bestaat uit amorf silicium. Hierbij is er helemaal geen sprake meer van kristallen, en de structuur is amorf, m.a.w. glazig (inderdaad, zoals glas). Amorf silicium heeft het voordeel dat het veel goedkoper is dan kristallijn Si, maar het rendement is veel lager. Commerciële panelen halen een efficiëntie van 9 à 10 %. De overige één procent wordt ingenomen door zogenaamde "dunnefilmzonnecellen". Deze zijn goedkoper, maar slechter in rendement. Vaak zijn het rare materiaalcombinaties, zoals bijvoorbeeld koperindiumgalliumselenide (CIGS).

Bronnen: • wikipedia: http://nl.wikipedia.org/wiki/zonne-energie • Van Hevel, Johan. Dossier alternatieve energie – zonne-energie Hogeschool-Universiteit Brussel, 2007, pp 9 – 19 • www.zonnecellen.be • http://www.argusmilieu.be/ONLINEDOCUMENTATIE/MF_OLD/Alles/ 2002/2002_5.htm


39

Fiche 5: Steenkoolcentrale

Deze klassieke centrale is een thermische elektriciteitscentrale die gestookt wordt met steenkool. De kolencentrales worden gezien als de meest schadelijke vorm van energiewinning voor het milieu door de hoge CO2-uitstoot.

1. Steenkool Steenkool is een fossiele brandstof die in grote afzettingen wereldwijd verbreid te vinden is en het is een belangrijke energiebron voor industriële processen en elektriciteitscentrales. Ook wordt het na ontgassing als cokes gebruikt in hoogovens als koolstof- en energiebron bij de productie van ijzer. Voor energieopwekking is het de laatste decennia steeds minder in trek. Bij de verbranding ervan ontstaat immers veel meer kooldioxide, een broeikasgas, dan bij de verbranding van aardolie of aardgas. Bovendien is het vaak vrij sterk verontreinigd met o.a. zwavel waardoor bij de verbranding ook het schadelijke zwaveldioxide als bijproduct ontstaat. Het blijft echter een van de goedkoopste fossiele brandstoffen.

2. Werking Bij conventionele centrales, dus ook kolengestookte centrales, wordt water onder een hoge druk (ongeveer 180 bar) in de stoomketel gepompt, en door middel van het opstoken van zeer fijn vermalen kool (poederkool) verhit. Het water wordt trapsgewijs verhit in een aantal verschillende delen van de stoomketel tot deze oververhitte stoom is geworden, met een temperatuur van ongeveer 540°C. Als de stoom uit de stoomketel komt wordt deze door de hogedruk stoomturbine geleid waar de druk en temperatuur flink afnemen.


40

De energie in de stoom wordt omgezet in rotatie energie waarmee een generator aangedreven kan worden. De stoom die uit de hogedruk stoomturbine komt wordt nogmaals door de stoomketel geleid om de energie inhoud weer te verhogen, en vervolgens in de midden- en lagedruk stoomturbines verder te expanderen en rotatie energie te leveren. Als de stoom volledig geëxpandeerd is, wordt deze door een condensor geleid. Hier wordt de rest aan stoom weer gecondenseerd tot water zodat de voedingwaterpomp de druk weer op kan voeren en het water de stoomketel weer in kan. Doordat in de kolen een aantal onbrandbare stoffen voorkomen blijft er in de stoomketel wat as achter en wordt er ook een hoop as meegevoerd met de afgevoerde rookgassen. De as die in de stoomketel achterblijft wordt afgevoerd en de as uit de rookgassen wordt met een elektrostatisch vliegasfilter opgevangen. De rookgassen bevatten ook stikstofoxiden. Deze worden verminderd door middel van reductie met een katalysator (SCR). Doordat steenkool zwavel bevat komt er bij de verbranding ook zwaveldioxide vrij. Deze wordt afgevangen in de Rookgas Ontzwavelingsinstallatie (ROI). Naast dit alles bevat het rookgaskanaal ook nog een luchtvoorverwarmer (LUVO) waar de warmte van de rookgassen wordt overgedragen aan de lucht die voor het verbranden van de kolen wordt gebruikt. Hierdoor verhoogt het rendement


41

3. Steenkoolcentrales in België In België zijn conventionele kolengestookte centrales te vinden in Langerlo, Kessel, Rozenhuize, Ruien, Amercoeur, Awirs en Monceau.

4. Voor- en nadelen op een rijtje Voordelen •steenkool is als brandstof goedkoop •steenkool ligt geografisch verspreid •de voorraden te ontginnen steenkool zijn groter dan deze van aardolie en aardgas Nadelen • bij de verbranding van steenkool komen broeikasgassen, stikstofoxiden, zwaveldioxide vrij • steenkool is fossiele brandstof en dus niet uitputbaar

Bronnen: • electrabel: www.Electrabel.be • wikipedia: http://nl.wikipedia.org/wiki/ • Van Hevel, Johan. Dossier energie – De steenkoolcentrale Hogeschool-Universiteit Brussel, 2007, pp 9 – 19


42

UITLEG BIJ DE PARAMETERS In het Energie Rijk spel worden een aantal parameters gebruikt. Deze zie je in de rechter bovenhoek van je scherm:

Energie GWh = Elektriciteitsproductie (GWh) De totale hoeveelheid geproduceerde elektriciteit in Energie Rijk in de loop van één jaar. De referentiesituatie van het spel is ruwweg gebaseerd op de Belgische situatie, d.w.z. een vraag naar elektriciteit van ongeveer 85.000 GWh op jaarbasis. Andere vervuiling = kostprijs andere vervuiling (miljoen €) Maatschappelijke kosten van de vervuiling die veroorzaakt wordt door de productie van elektriciteit. Deze rubriek houdt geen rekening met de uitstoot van CO2 omdat die apart wordt weergegeven. Wél inbegrepen zijn de eventuele uistoot van andere luchtvervuilende stoffen zoals zwaveldioxide, fijn stof enz. De kosten hiervan worden gemeten in miljoen € per jaar. MT CO2 vervuiling= CO2 uitstoot (MtCO2) Totale uitstoot van CO2 in de loop van één jaar als gevolg van de productie van elektriciteit. Deze hoeveelheid wordt gemeten in miljoen ton CO2. De uitstoot van CO2 wordt berekend op basis van de mix van elektriciteitscentrales die de speler gekozen heeft, en vaste CO2 emissie coëfficiënten per type centrale. Totale kost (milj €) Totale kostprijs van de productie van elektriciteit, gemeten in miljoen € per jaar. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

43

€/MWh = kostprijs per eenheid (€/MWh) Kostprijs per eenheid van het opwekken van elektriciteit. Deze kostprijs wordt gemeten in € per MWh en is een belangrijke component van de uiteindelijke prijs die de consument moet betalen voor zijn of haar stroom.


44

Didactische gedeelte EINDTERMEN EN LEERPLANDOELSTELLINGEN

Door Energie Rijk (begeleid) te spelen kan tegemoet gekomen worden aan het behalen van volgende eindtermen en leerplandoelstellingen:

1.#

Huidige eindtermen TO eerste graad

2 De leerlingen sommen enkele gevolgen op van de technische evolutie en van nieuwe technologieën op de leefomstandigheden en de leefwereld van de mensen, ook in ander cultuurgebieden. 3 illustreren met voorbeelden enkele manieren van opwekking, omvorming en gebruik van energie 4 leggen met een eenvoudig voorbeeld uit dat vaak nuttige energie verloren gaat.

2.#

Leerplandoelstellingen TO VVKSO

64 De wijze waarop elektriciteit wordt opgewekt en verdeeld toelichten (3) 65 Met behulp van enkele voorbeelden kunnen aantonen hoe energie wordt omgevormd in bruikbare en niet-bruikbare energie (3,4) 66 Het energieverbruik en de evolutie ervan in Vlaanderen (België) vergelijken met een derdewereldland en de impact op het milieu en de energievoorraad duiden. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

45

3.#

Leerplandoelstellingen TO Gemeenschapsonderwijs

Algemene doelstellingen Voorbeelden kunnen geven van de wederzijdse beïnvloeding van techniek en samenleving en deze in een historisch en cultureel perspectief kunnen plaatsen. Leren reflecteren over de mogelijkheden en beperkingen van techniek en de gevolgen ervan voor mens, milieu en samenleving

Techniek en energie 2.1 verschillende soorten energiebronnen onderscheiden 2.2 de betekenis van groene energie omschrijven 2.3 energieverlies bij energieomzetting met een eenvoudig voorbeeld aantonen 2.4 het verband leggen met het begrip rendement 2.5 de werking van een centrale begrijpen 2.7 de werking van zonnecellen verduidelijken 2.9 enkele eenvoudige voorbeelden van energieomzetting geven Gelinkt aan volgende eindtermen 3,4,5,15,17

4.#

Nieuwe eindtermen TO eerste graad

Kerncomponenten van techniek De leerlingen kunnen: 6 In concrete voorbeelden uit techniek het nut aantonen van de gebruikte hulpmiddelen zoals gereedschappen, machines, grondstoffen, materialen, energie, informatie menselijke inzet, geldmiddelen, tijd


46

7 in concrete voorbeelden van technische systemen uitleggen dat men voor de ontwikkeling en het gebruik keuzen maakt op basis van criteria 8 in concrete voorbeelden uit techniek illustreren dat energie een noodzakelijk hulpmiddel is en omgevormd kan worden 10 Technische systemen, het technisch proces, hulpmiddelen en keuzen herkennen in verschillende toepassingsgebieden uit de wereld van techniek waaronder energie, informatie en communicatie, constructie, transport en biochemie 22 in concrete voorbeelden aangeven wat de positieve en negatieve effecten van technische systemen zijn op het maatschappelijk leven en op de natuur 23 voorbeelden geven van maatschappelijke keuzen die bepalend zijn voor de ontwikkeling en het gebruik van nieuwe technische systemen 29 de wederzijdse beïnvloeding van techniek en samenleving illustreren in verschillende toepassingsgebieden uit de wereld van techniek waaronder energie, informatie en communicatie, constructie, transport en biochemie

5#

Vakoverschrijdende eindtermen eerste graad

Milieueducatie 1 Lucht, water en bodem De leerlingen: 1 kunnen voorbeelden geven van oorzaken van lucht-, water- of bodemverontreiniging en de gevolgen aangeven voor mens, plant en dier in de eigen leefomgeving. 2 kunnen voorstellen formuleren om in de eigen leefomgeving de kwaliteit van lucht, water of bodem te behouden of te verbeteren.

2 Levende wezens en milieu De leerlingen: 4 kunnen illustreren dat de verscheidenheid aan levende wezens samenhangt met en beïnvloed wordt door de landschapsstructuur en de menselijke benutting van het milieu. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

47

3 Samenleving en ruimtegebruik De leerlingen: 8 kunnen milieuproblemen en landschapsveranderingen in verband met het lokale ruimtegebruik kritisch onderzoeken.

ICT De leerlingen: 1 hebben een positieve houding tegenover ICT en zijn bereid ICT te gebruiken om hen te ondersteunen bij het leren. 2 gebruiken ICT op een veilige, verantwoorde en doelmatige manier. 3 kunnen zelfstandig oefenen in een door ICT ondersteunde leeromgeving. 4 kunnen zelfstandig leren in een door ICT ondersteunde leeromgeving. 6 kunnen met behulp van ICT digitale informatie opzoeken, verwerken en bewaren. 7 kunnen ICT gebruiken bij het voorstellen van informatie aan anderen. 10 zijn bereid hun handelen bij te sturen na reflectie over hun eigen en elkaars ICT-gebruik.


48

DIDACTISCHE ONDERSTEUNING

Infrastructuur Om het spel optimaal te kunnen spelen moeten de leerlingen beschikken over voldoende informatie en maximum per 2 leerlingen een computer.

Lesverloop – didactische tips

1. Inleiding Als leerkracht is het raadzaam om het spel degelijk in te leiden: Met een krantenartikel, een nieuwsbericht, een videofragment proberen de interesse van de leerlingen te wekken. Verder kan ook het doel van het spel toegelicht worden en kan je een tipje van de sluier lichten om de nieuwsgierigheid te activeren.

2. Informatie Het is wenselijk in een tweetal lesuren de werking van de verschillende elektriciteitcentrales, de windturbine en de zonnepanelen uit te leggen. De opsomming en bespreking van de vooren nadelen zorgt ervoor dat de leerlingen een goed beeld krijgen van de verschillende mogelijkheden. De powerpoint presentatie in bijlage kan hierbij gebruikt worden. Als de leerling een goede afweging maakt zal hij er wellicht sneller in slagen een “juiste” keuze te maken en hierbij tevens de vraag naar het waarom van zijn keuze beter kunnen beantwoorden. Als leerkracht kan je kort vooraf de personages en hun functie toelichten. De aandacht van de leerlingen moet tevens gevestigd worden op de help functie en het overlegmoment of de discussie die achteraf zal volgen. Het spel is niet zomaar een spel maar het heeft ook en vooral een educatieve waarde. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

49

3. Didactische werkvorm: zelfstandig begeleid werken/leren - groepswerk Als leerkracht kan je er ook voor opteren om de leerlingen de informatie over de klassieke en alternatieve manieren om elektriciteit op te wekken, op te laten zoeken. Dit kan bv. in een groepswerkje. Enkele gerichte vragen, de adressen van sites enz. zullen hier wellicht noodzakelijk zijn. In het deel “Zelfstandig begeleid werken” vind je hierover meer info. Om het werk te beperken kan er tevens voor geopteerd worden om de klas in 5 groepen in te delen. Elke groep bespreekt één manier om elektriciteit op te wekken en stelt deze voor aan de klasgenoten.

4. Het spel Het is de bedoeling dat de leerlingen zo zelfstandig mogelijk werken. De taak van de leerkracht is beperkt tot het coachen van de leerlingen. Er moet vermeden worden dat leerlingen gaan gissen en missen (trail & error) een risico dat bestaat. De leerlingen dienen hun keuze goed te overwegen waardoor ze achteraf in staat zijn om te duiden waarom ze bepaalde keuzes hebben gemaakt. Leerlingen hebben vaak voldoende ervaring met computergames. Ze zullen dus wellicht snel en probleemloos doorheen het spel navigeren.

5. Differentiatie: Wat met leerlingen die snel “klaar” zijn? Omdat er meerdere oplossingen mogelijk zijn om tot een juiste verhouding te komen kan je hen aanzetten om naar een andere mogelijkheid op zoek te gaan. Als leerkracht kan je ook één of enkele voorwaarden voorzien, bv.: •Om de Kyotonorm te halen moeten de broeikasgassen verminderd worden met 20%. •De kern uitstap: Kunnen we zonder kernenergie. Probeer in de energiebehoefte te voorzien zonder het gebruik van kernenergie. •...


50

6. Achteraf - Discussie Het wordt pas echt interessant als je grotere groepen gaat vormen. Als leerkracht kan je de gevonden oplossingen naast elkaar op het bord noteren. Op basis van de gevonden oplossing ken je hen een letter, een cijfer, een kleur toe. Zo ontstaat bv. de groep van leerlingen die gekozen hebben voor 6 kerncentrales, de groep die gekozen heeft voor meerdere steenkoolcentrales, de groep die een voorkeur heeft voor alternatieve energievoorziening. Geef de leerlingen na het spel nog wat tijd om hun gegevens te bekijken en overleg te plegen met hun groep. De leerlingen moeten tot een gezamenlijke standpunt kunnen komen en dit daarna verdedigen t.o.v. de groep. Ook als leerkracht kan je een standpunt innemen. Zo kan je de opwekking van elektriciteit met steenkool, via windmolens, enz verdedigen en de discussie op gang brengen. Het discussiemoment moet de leerlingen nog wat meer inzicht geven in het hoe en waarom van de manieren waarop elektriciteit wordt opwekt.

Vragen die hierbij kunnen helpen: •Hoeveel kerncentrales, STEG-centrales, steenkoolcentrales, windmolens, zonnepanelen heb je geplaatst? Waarom? •Waarom moeten we kerncentrales plaatsen terwijl we geen raad weten met het nucleair afval? (grote opbrengst/rendement – weinig brandstof nodig, voorraden liggen verspreid) •Of: Waarom de keuze voor een aantal kerncentrales? •Waarom kunnen we het land niet vol plaatsen met windmolens en/of zonnepanelen waarbij er geen milieuvervuiling is. (Te weinig energieopbrengst) •Of: Waarom is het moeilijk aan de vraag naar elektriciteit te voldoen als we enkel gebruik maken van windturbines en zonnepanelen. •Waarom blijven we steenkoolcentrales gebruiken terwijl die toch erg milieubelastend zijn en de voorraad niet onuitputtelijk is. (Steenkool is goedkoop, grote voorraden, steenkoolcentrales en STEG-centrales kunnen relatief snel ingeschakeld worden bij een plotse piek in de elektriciteitsvraag) •Of: Waarom vermijden we het best het plaatsen van kolencentrales?


51

•De Kyotonorm halen is niet zo eenvoudig. Welke maatregelen kunnen we nemen om minder broeikasgassen de lucht in te sturen?

7. Eindconclusie - Eindevaluatie De Leerlingen leggen dus hun gegevens samen en ze trekken besluiten. Ze komen tot een gezamelijke verklaring en stellen die in de klas voor. Hierbij zijn de leerkracht en de andere leerlingen toehoorder en discutant.


52

ZELFSTANDIG BEGELEID WERKEN 1STE GRAAD - GROEPSWERK Didactische werkvorm: zelfstandig begeleid werken/leren - groepswerk Als leerkracht kan je er dus ook voor opteren om de leerlingen de informatie over de klassieke en alternatieve manieren om elektriciteit op te wekken, op te laten zoeken. Dit kan individueel of bv. in een groepswerkje. Bij deze laatste mogelijkheid willen we hier wat meer uitleg geven.

1. Samenstelling groep In groep informatie opzoeken en verwerken heeft diverse voordelen. Men kan er dus voor opteren om de klas bv. in 5 groepen in te delen. Elke groep bespreekt één manier om elektriciteit op te wekken en stelt het voor aan de klasgenoten. Het sterkt daarbij tot de aanbeveling dat je als leerkracht de groepen zelf en bij voorkeur zo heterogeen mogelijk samenstelt.

2 Werkwijze 2.1 Gegevens opzoeken Op het wereldwijde web is er heel wat informatie te vinden. Leerlingen uit de eerste graad zullen wellicht door het bos de bomen niet zien. Het lijkt ons daarom nuttig dat je als leerkracht de leerlingen enkele links geeft waarop ze de gegevens kunnen terug vinden. Enkele vragen kunnen ervoor zorgen dat er nog meer gericht gezocht wordt naar informatie die voor hen bruikbaar is. 2.2 Gegevens verwerken De informatie wordt verwerkt en de leerlingen bespreken onderling hoe ze het geheel willen presenteren. Als leerkracht dien je hierbij voldoende te coachen en te sturen.


53

2.3 Presentatie In de laatste fase stelt de groep zijn casestudy voor aan de klas. Hierbij moet er speciale aandacht uitgaan naar de werking en de vooren nadelen. 2.4 Beoordeling De wijze waarop het geheel kan geëvalueerd worden, wordt in het deel “Hoe evalueren” besproken.

3. Nuttige links www.Electrabel.be http://nl.wikipedia.org/wiki/Kernenergie http://nl.wikipedia.org/wiki/windenergie http://nl.wikipedia.org/wiki/zonne-energie www.zonnecellen.be http://www.argusmilieu.be/ http://www.electrabel.be/sustainable_development_corp/the_climat_challenge.aspx http://www.duurzame-energie.nl/ http://www.schooltv.nl/beeldbank/ (voor meer info zie punt nr. 5: Werken met videofragmenten uit schooltv.nl)

4. Voorbeeldvragen •Waarmee kan je de alternator in een elektriciteitscentrale vergelijken? •De turbines worden aangedreven door stoom. Stoom krijg je door water te verwarmen. Hoe verwarmt men het water in een klassieke thermische centrale? •Wat zijn fossiele brandstoffen? •Fossiele brandstoffen hebben enkele belangrijke nadelen. Wat zijn die nadelen?


54

•De turbines worden aangedreven door stoom. Stoom krijg je door water te verwarmen. Hoe verwarmt men het water in een kerncentrale? •Kernenergie heeft enkele belangrijke nadelen. Wat zijn die nadelen?

5. Werken met videofragmenten uit schooltv.nl Schooltv.nl is een site met een uitgebreide beeldbank. Hieronder vind je de categorie, de titel, de link en tekst uit de filmpjes om als leerkracht snel te kunnen bepalen of en voor welke leerlingen de links bruikbaar zijn.

1.!

Inleiding

1.1!

Elektriciteit uit kolen en gas - opwekking elektriciteit:

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20031210_energie01 Overal om ons heen zie je elektriciteit. Althans je kunt het resultaat, namelijk licht of bewegende apparaten, zien. In de clip zie je hoe we aan die elektriciteit komen. En waarom dat in de toekomst anders zal moeten. In ons moderne leven gebruiken we veel elektrische apparaten: wasmachines, lampen, televisies, computers.... Die apparaten gebruiken veel elektriciteit. Elektriciteit wordt opgewekt in elektriciteitscentrales. Daar staan deze turbines, te vergelijken met een dynamo van een fiets, en die worden aangedreven door stoom. Stoom krijg je door water te verwarmen. Dat doe je met vuur. En vuur kun je maken met kolen of gas. Kolen en gas zijn fossiele brandstoffen. Maar... fossiele brandstoffen raken op en zorgen voor vervuiling. Bij verbranding van fossiele brandstoffen komen gassen vrij die een deken om de aarde heen vormen. Dit heet het broeikaseffect. Hierdoor wordt het warmer op aarde, smelten de poolkappen en stijgt het water. Dit zorgt voor overstromingen. Daarom wordt er gekeken naar andere brandstoffen om elektriciteit mee op te wekken. Bijvoorbeeld wind en biomassa. 1.2!

Energiebronnen - hoe kun je energie opwekken?

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20051031_energiebronnen01


55

Energie ontstaat niet zomaar. Daar is een energiebron voor nodig. Er zijn verschillende soorten energiebronnen. Zonnepanelen, windmolens en waterkracht zijn milieuvriendelijk en kunnen met gas of steenkool gestookte elektriciteitscentrales vervangen. Maar James Watt heeft ook zijn steentje bijgedragen aan het opwekken van elektriciteit. Hij verbeterde de stoommachine. Want stoomkracht wordt nog steeds gebruikt in elektriciteitscentrales. Door met olie, gas of steenkool vuur te stoken krijg je stoom. Die stoom heeft de centrale nodig om een grote dynamo te laten draaien. Die dynamo wekt dan elektriciteit op voor de centrale. Maar ja? hoe lang nog? Een centrale heeft olie, gas of steenkool nodig. En dat raakt op! Gelukkig komen er andere energiebronnen. Hier, windenergie! Daar maakten ze vroeger al gebruik van. Maar moderne windmolens zetten geen raderen in beweging, maar een dynamo die elektriciteit opwekt. Waterkracht! Nog zo'n milieuvriendelijke energiebron die vroeger al werd gebruikt. Nu wordt er energie opgewekt met waterkracht. Ook hier kunnen ze water met kracht naar een soort waterrad laten stromen. En dat waterrad zit weer aan een dynamo vast. De zon! lelijke dingen die panelen, maar ze zetten wel warmte om in elektriciteit. Wat je nu ziet, werkt allemaal op zonne-energie.

2.!

Kernenergie

2.1!

Uranium - verrijking

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20061103_uranium Het uranium dat zich in de aarde bevindt bestaat voornamelijk uit het niet splijtbare Uranium 238. Voordat het naar de kerncentrales gaat moet uranium eerst een hoger gehalte Uranium 235 bevatten. Het lijkt erop, dat zonne-energie en kernfusie in de toekomst een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan het Energievraagstuk. Maar wat doen we tot die tijd? Energie kan ook verkregen worden door kernsplijting. Uranium 235 is een zwaar atoom dat hier erg geschikt voor is. Het uranium dat zich in de aarde bevindt, bestaat voornamelijk uit het niet-splijtbare uranium 238. Voordat dat naar een kerncentrale gaat, moet uranium eerst een hoger gehalte uranium 235 bevatten. Dat noem je "verrijking" en dat gebeurt hier: Eerst wordt het uranium gebonden aan fluor, zodat uraniumhexafluoride ontstaat. Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

56

Uraniumhexafluoride oftewel UF6 is in een container bij normale temperatuur een sneeuwachtige vaste stof. UF6 kan gemakkelijk gasvormig gemaakt worden. Dat gebeurt door de containers te verhitten. Vervolgens stroomt het bij normale temperatuur en in onderdruk naar de ultracentrifuges. Deze hightech-machines draaien meer dan 10 jaar lang onafgebroken met een enorme snelheid en zonder onderhoud. Dit is te vergelijken met een auto die meer dan 300 jaar op topsnelheid rijdt zonder ook maar 1 onderhoudsbeurt. In de sneldraaiende ultracentrifuge worden de zwaardere U 238-deeltjes dichter naar de rotorwand geduwd dan het iets lichtere U 235. De centrifugaalkracht die dit veroorzaakt is dezelfde kracht die je in je stoel duwt tijdens een ritje in de achtbaan. In de sneldraaiende ultracentrifuge is het gas vlakbij de wand van de rotor dus verarmd in de isotoop U 235, terwijl het gas dichterbij de as van de rotor licht verrijkt is in U235. Het verrijkingsproces van een enkele centrifuge is erg klein, daarom worden honderden ultracentrifuges aan elkaar gekoppeld. Het verrijkte UF6-gas gaat van de ene centrifuge naar de volgende om dan weer verder te worden verrijkt. Het percentage U235 in het uranium neemt toe van 0,7% naar ongeveer 4%. En dat is voldoende om onze huidige kernreactoren te laten werken. Bij de splijting van een uranium 235-kern komen 2 of 3 neutronen vrij die op hun beurt weer andere U 235-kernen op hun weg vinden en splijten. Zo ontstaat een kernreactie waarbij een grote hoeveelheid warmte vrijkomt. 2.2!

Werking van de centrale

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20060223_kernenergie01 2.3!

Wat is kernenergie – kernafval http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/

20060223_kernafval01 Als kernenergie gemaakt wordt komt er afval vrij. Dat afval moet natuurlijk wel veilig worden opgeborgen. Er zijn verschillende vormen van brandstof, steenkool, olie, gas en hout, maar er is nog een soort brandstof! Er zijn verschillende manieren om energie op te wekken Door gebruik van steenkolen, olie, gas, hout, of uranium. Van uranium wordt kernenergie Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

57

gemaakt. Dit apparaat zit vol met uraniumtabletjes. De atomen van het uranium worden in de kerncentrale gespleten. Dat gebeurt hier onder deze dikke metalen platen, want het splijten van de atomen is heel gevaarlijk. Op een veilige afstand wordt alles goed in de gaten gehouden. Maar nu hebben we nog geen energie. Bij het splijten komt heel veel warmte vrij. Daardoor ontstaat stoom en die stoom zet een grote dynamo in werking en daardoor krijg je dus energie. Net zoals op je fiets. Door het aandrijven van een dynamo krijg je dus licht. 2.4!

Opslag van radioactief afval - Radio-actief afval wordt opgeslagen in de nieuwe

HABOG http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20031030_kernafval01 Radioactief afval is het afval uit een kerncentrale. Dit afval is gevaarlijk en moet goed opgeslagen worden. Dat gebeurt sinds oktober 2003 in Vlissingen: in de HABOG. In Vlissingen staat een gebouw voor de opslag van radioactief afval. Afval dat uit Nederlandse kerncentrales komt, wordt daar opgeslagen. In een kerncentrale wordt elektriciteit gemaakt. Als je in een kerncentrale elektriciteit maakt krijg je niet alleen stroom maar er is ook afval. Dat afval kun je niet zien, horen of voelen. Maar het is wel heel gevaarlijk. Met radioactief afval uit kerncentrales moet je dan ook heel voorzichtig omgaan. Als je er namelijk mee in aanraking komt, dan kun je heel erg ziek worden of zelfs doodgaan. In het nieuwe opslaggebouw, wordt het radioactieve materiaal in buizen in de grond opgeslagen. Omdat radioactief afval heel heet is en zomaar kan gaan branden, wordt het gekoeld. Dat koelen wordt gedaan door lucht langs de buizen te laten stromen. In de opslagplaats is voldoende ruimte om het afval voor 100 jaar op te slaan. Men hoopt dat er dan een betere oplossing is voor het opslaan van het afval. 2.5!

Kernfusie - Hoe werkt een kernfusiereactor?

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20061221_kernfusie01 Michiel neemt een kijkje in de JET in Engeland. Dat is de grootste kernfusiereactor van de wereld. Iedere dag bereiken ze op JET condities waarbij kernfusie plaatsvindt. Bijvoorbeeld een temperatuur van 150 miljoen graden Kelvin. Dat is warmer dan op de zon! Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

58

Hier in Culham, in Engeland, staat 's werelds grootste kernfusiereactor: de Joint European Torus, ofwel: JET. In de JET fuseren isotopen van waterstof, nl.: deuterium en tritium. Hierbij ontstaat helium en er komen neutronen vrij, en heel veel energie. Om de fusiereactie op gang te houden is een temperatuur nodig van 150 miljoen Kelvin, nog warmer dan op de zon! Bij deze temperatuur gaan de elektronen en kernen los van elkaar bewegen en vormen een gas van geladen deeltjes. En dat gas noem je "plasma". En dat ken je bijvoorbeeld van de plasma-tv een tl-buis. Hier blaast het plasma normaalgesproken doorheen. Dat plasma mag de wand niet raken, want dan zou het afkoelen en zou het fusieproces stoppen. Daarom wordt het in bedwang gehouden met enorme magneten. Plasma in een buis heeft een begin- en een eindpunt. En dan treedt er dus ook eindverlies op en dat hebben ze hier opgelost door het plasma in dat magnetisch veld in een donutvorm te sluiten. Een simpele oplossing, want je hebt geen begin meer en geen einde. Om kernfusie te optimaliseren worden er elke dag allerlei experimenten gedaan. En hier bevindt zich het hart van die experimenten: de controlroom. Kunnen wij even een kijkje nemen? Ja, ook nu worden er experimenten gedaan, dus we moeten een beetje stilletjes zijn, oké? Dus het bewijs is er: kernfusie werkt? Ja, kernfusie werkt echt. En elke dag bereiken we hier op JET condities waarbij kernfusie plaatsvindt. Elke dag bereiken we hier temperaturen van 150 miljoen graden Kelvin. Alleen is het zo hier op JET, dat het nog erg veel energie kost om die temperatuur te bereiken: meer dan de fusieprocessen opleveren. Het doel is nu om een reactor te bouwen die netto energie gaat opleveren en dat wordt ITER die we in Zuid-Frankrijk gaan bouwen. ITER wordt 2½ keer zo groot en zal een vermogen 15 keer zoveel opwekken. Dat is genoeg om het plasma zelf in stand te houden. Bestaat er de kans, dat de toren onder zo'n druk komt te staan dat ie ontploft? Bij 150 miljoen graden Kelvin, dat is een hoge temperatuur, maar het aantal deeltjes wat we hebben is wel een miljoen keer zo laag als in lucht en druk is het product van temperatuur maal het aantal deeltjes, en dan komen we toch weer gewoon op een Atmosfeer uit. En dat kan niet ontploffen. Wat is nou het voordeel van kernfusie? Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

59

Er zijn een aantal voordelen. Een groot voordeel is, dat er geen CO2, kooldioxide, opgewekt wordt, dus er is geen bijdrage aan klimaatverandering. Een ander voordeel is, dat de brandstof, deuterium en tritium, erg wijdverbreid beschikbaar is. En nog een ander voordeel is: kernfusie inherent veilig. Er kunnen geen ontploffingen ontstaan zoals we net al besproken hebben.

Ik kan me bijna niet voorstellen, dat er geen nadelen zijn? Het grootste nadeel is natuurlijk, dat kernfusie nog niet op commerciële schaal beschikbaar is. En daarom doen we hier ook onderzoek. En een ander nadeel is de radioactiviteit. Nu is het bij kernfusie zo, dat bij de reactie zelf geen radioactiviteit wordt opgewekt, want het product is namelijk helium en helium is niet radioactief. Wat er wel gebeurt is, dat de reactorwand zelf radioactief wordt. Nu kunnen we die wand zo kiezen, dat als die radioactief wordt, dat ie maar van korte tijd radioactief blijft. En we kunnen het zo doen, dat ie binnen 100 jaar weer teruggevallen is tot een niet-radioactieve wand. Ben je er echt van overtuigd, dat kernfusie de energiebron van de toekomst is? Nou, als kernfusie gaat werken op commerciële schaal, zal het zeker een zeer belangrijke rol spelen in de toekomst. De energie die geproduceerd wordt bij de fusiereactie zal gebruikt worden om de temperatuur zo hoog mogelijk te houden. De neutronen die vrijkomen gaan door de wand heen en worden afgeremd in water. Hierbij ontstaat stoom en daarmee kunnen we weer elektriciteit opwekken.

3.!

STEG-centrale

3.1!

Ontstaan aardgas - Van plant naar steenkool naar aardgas

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20030623_aardgas02 Aardgas is ongeveer 300 miljoen jaar geleden al ontstaan. Omdat de werelddelen toen nog met elkaar verbonden waren, lag het Nederland van nu dichter bij de evenaar dan tegenwoordig. Er groeiden dan ook tropische planten. Toen die planten doodgingen, bleven ze op de grond liggen en veranderden langzaam in steenkool. Hierbij kwam gas vrij.


60

Nederland lag miljoenen jaren geleden op een andere plek op aarde, met een ander klimaat. Het was er moerassig met tropisch oerwoud. Als bomen en planten dood gingen, kwamen ze in het moeras terecht. Daar bleven ze liggen en langzaam rotten ze weg. Zo ontstond een dikke laag dode plantenresten. Later kwam daar zand en klei op. De laag plantenresten werd samengeperst. Op die manier ontstond er een laag steenkool. Dat steenkool uit plantenresten is ontstaan, kun je zien aan dit soort afdrukken van planten; dat zijn fossielen. Door de druk van de dikke lagen klei en zand werd de steenkool steeds warmer. Daardoor kwam er langzaam aardgas uit de steenkool. Gas is licht en wil opstijgen. Maar door de ondoorlatende laag klei op de poreuze zandlaag kon het aardgas niet weg en bleef in de open ruimtes tussen de zandkorrels bewaard 3.2!

Aardgaswinning in Nederland http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/

20030623_aardgas01 In Nederland is veel aardgas te vinden; op land en in de zee. We hebben boorplatforms en boortorens nodig om het kostbare gas uit de bodem te halen. Geen gemakkelijke klus, maar goed voor de economie van Nederland. Elke dag gebruiken we een heleboel aardgas, bijv. bij het koken. Aardgas zit in de bodem van de Noordzee. Op een booreiland wordt dat aardgas omhoog gehaald. Zo'n booreiland wordt niet op zee, maar op het vaste land gebouwd. Als het eiland klaar is, worden de poten omhoog getrokken. Zo kan het gaan drijven. Op de goede plek aangekomen, worden de poten naar beneden gelaten en staat het gevaarte vast. Een boor gaat kilometersdiep de zeebodem in. Tot in de laag met aardgas. En dan wordt het gas omhoog gehaald. Vanaf de booreilanden gaat het gas, via grote pijpleidingen, onder water, naar de kust. Op twee plaatsen in Nederland komen die pijpen aan land: in Callantsoog en Uithuizen. Als het gas eenmaal aan land is, wordt het eerst op kwaliteit gecontroleerd en gereinigd. Want er kan ook zand mee naar boven zijn gekomen. Hier zie je de enorme gasleidingen boven de grond komen. Het is een gevaarlijke plek, want gas is erg brandbaar. Vanaf deze plek wordt het gas verder het land in gestuurd. Niet alleen in zee, maar ook in de Nederlandse bodem zit aardgas. Bijvoorbeeld in Slochteren, in Groningen. Daar werd in 1959 de grootste gasbel van Nederland gevonden. Er wordt hier nog steeds gas uit de bodem gehaald. Daarvoor moet er dwars door zachte en keiharde aardlagen geboord worden. Het duurt dan ook weken voordat het gas bereikt wordt. Dan wordt het gas omhoog gepompt. Men verwacht dat er tot 2015 geboord kan worden in Slochteren.


61

3.3!

Opsporen van aardgas http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/

20030623_aardgas03 Je kunt aan de oppervlakte niet zien of er diep in de grond aardgas zit. Men heeft na jarenlang onderzoek wel een vermoeden, maar dat is niet genoeg. Daarom voert men seismologisch onderzoek uit. Dat is onderzoek dat met geluidsgolven werkt. In Nederland wordt nog steeds gezocht naar aardgas. Het opsporen daarvan gebeurt natuurlijk niet door op goed geluk maar wat te boren. Ze onderzoeken eerst hoe de aardkorst er tot op kilometers diep uitziet. Op de plek waar ze denken dat gas zit, plaatsen ze microfoons in de grond. Die moeten de echo%u2019s van kleine ontploffingen in de grond opvangen. Een computer neemt alles op. Dan plaatsen ze springstof. Als die ontploft zorgt de knal dat er geluid de grond in gaat. In deze animatie kun je zien wat er onder de grond met het geluid van de knal gebeurt. Net als bij een echo wordt het geluid door de aardlagen weerkaatst. Dat weerkaatsen kost tijd. Hoe dieper de grondlaag, hoe meer tijd er zit tussen de knal en het opvangen van de echo door de microfoon. Met een computer wordt dan nauwkeurig bepaald hoe de aardkorst er uit ziet. En of er aardgas in zit. Op deze manier is een groot deel van de bodem in Nederland in kaart gebracht. Er zijn veel gebieden ontdekt waar aardgas zit. Maar dan weet je nog niet hoeveel gas er is en of het wel de juiste kwaliteit heeft. Dat kun je alleen met een proefboring bepalen. Voor een proefboring moeten er enorme installaties gebouwd worden. En met deze grote boren en boorkoppen wordt er kilometers diep de grond in geboord. Als de hoeveelheid en de kwaliteit van het gas goed zijn, gaat de boortoren weg. Er worden pijpen in het boorgat geplaatst. Het gas kan dan omhoog en wordt opgevangen. Aan het oppervlak wordt het gas via een enorm netwerk verder getransporteerd naar de rest van Nederland. 3.4!

Transport van aardgas http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/

20030623_aardgas04 Om het gas bij alle huishoudens te laten komen, is er in Nederland een netwerk van leidingen aangelegd: 11.500 kilometer in totaal. Dat is ongeveer vier keer zo veel als alle wegen bij elkaar. Vanuit deze hoofdleidingen komt het in kleine leidingen terecht. Door elke straat loopt wel een gasleiding, die het aardgas bij jou thuis brengt. In Nederland liggen wel duizenden kilometers gasleidingen om ervoor te zorgen dat er in alle huizen aardgas komt. Vanuit Groningen lopen er hoofdleidingen naar tussenstations in de rest van het land. En daarvandaan lopen er weer kleinere leidingen naar de steden. En als een Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

62

stad of dorp wordt uitgebreid, dan moeten er weer nieuwe buizen worden gelegd. De leidingen liggen niet zo diep, maar een paar meter in de grond. Het leggen van een gasleiding is erg nauwkeurig werk. Er mag namelijk geen barst of deuk in komen. Want als het gas zou ontsnappen, is dat erg gevaarlijk. Gas is zeer brandbaar. Daarom worden de pijpleidingen voordat ze onder de grond gaan met speciale apparaten gecontroleerd op gaatjes of barsten. Als alles veilig is, gaan de buizen in de grond en zien we er niets meer van. Zo liggen er in heel Nederland gasleidingen. Daar wordt bijna elk huis op aangesloten. Op die manier heeft elk huishouden in Nederland verwarming en kan er op het gasfornuis gekookt worden.

4.!

Kolencentrale

4.1!

Ontstaan steenkool -Van plant naar steenkool naar aardgas

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20030623_aardgas02 Aardgas is ongeveer 300 miljoen jaar geleden al ontstaan. Omdat de werelddelen toen nog met elkaar verbonden waren, lag het Nederland van nu dichter bij de evenaar dan tegenwoordig. Er groeiden dan ook tropische planten. Toen die planten doodgingen, bleven ze op de grond liggen en veranderden langzaam in steenkool. Hierbij kwam gas vrij. Nederland lag miljoenen jaren geleden op een andere plek op aarde, met een ander klimaat. Het was er moerassig met tropisch oerwoud. Als bomen en planten dood gingen, kwamen ze in het moeras terecht. Daar bleven ze liggen en langzaam rotten ze weg. Zo ontstond een dikke laag dode plantenresten. Later kwam daar zand en klei op. De laag plantenresten werd samengeperst. Op die manier ontstond er een laag steenkool. Dat steenkool uit plantenresten is ontstaan, kun je zien aan dit soort afdrukken van planten; dat zijn fossielen. Door de druk van de dikke lagen klei en zand werd de steenkool steeds warmer. Daardoor kwam er langzaam aardgas uit de steenkool. Gas is licht en wil opstijgen. Maar door de ondoorlatende laag klei op de poreuze zandlaag kon het aardgas niet weg en bleef in de open ruimtes tussen de zandkorrels bewaard.

5.!

Aardolie

5.1!

Boren naar aardolie

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20030623_aardolie03 Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

63

Zowel op land als in de zeebodem zit aardolie. Om aardolie uit de bodem van de zee te krijgen hebben we booreilanden nodig. Op land gebruiken we de jaknikkers. Olie wordt uit de grond gehaald door te boren. Je moet dan natuurlijk wel op de juiste plaats boren. Want anders vind je water, of je komt gas tegen. Maar op sommige plekken zit olie, zonder gas erboven, drijvend op het water van een oude zee. Soms komt de olie vanzelf naar boven. Dat komt omdat het gewicht van de aardlagen bovenop de olie zo groot is, dat de olie naar boven wordt gedrukt. Meestal moet je pompen om de olie naar boven te krijgen. Dat gebeurt met deze machines, de jaknikkers. Vroeger zag je die heel veel in Nederland. Maar omdat er niet meer zoveel aardolie in onze bodem zit, zijn ook de jaknikkers verdwenen. 5.2!

Van plankton naar aardolie http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/

20030623_aardolie02 Kleine diertjes en plantjes in de zee hebben miljoenen jaren geleden gezorgd voor het ontstaan van aardolie. Dat gebeurde doordat op de laag plankton een dikke laag zand en klei kwam. De bewegingen van de aarde, de temperatuur en de druk van de dikke laag zorgden ervoor dat plankton veranderde in aardolie. Voor het ontstaan van aardolie moeten we miljoenen jaren terug. Het gebied dat we nu Nederland noemen, bestond toen uit zee. En in die zee leefden allerlei plantjes en diertjes, plankton. Als dat plankton dood ging, zakte het naar de bodem. Zo ontstond er een dikke laag dood plankton. Daar bovenop kwam zand en klei. Die vormden een dikke ondoorlatende laag. Deze laag drukte op de laag plankton. Daardoor veranderde het plankton langzaam in aardolie. En omdat onze aardkorst langzaam op en neer beweegt, kwam de aardolie in sommige gebieden in plooien terecht. Vaak zit er ook water tussen de aardlagen. De aardolie drijft op dat water. Want olie is lichter dan water en komt daardoor bovenop. Miljoenen jaren bleef de aardolie en het water zo bewaard. Totdat de mensen de aardolie ontdekten en gingen boren. 5.3!

Aardolie voor twee weken – de aardolietanker http://www.schooltv.nl/beeldbank/

clip/20030623_aardolie01 Nederland heeft maar een beetje aardolie in de bodem. Dat is lang niet genoeg. Daarom wordt uit verschillende gebieden in de wereld aardolie naar Nederland gebracht. Bijvoorbeeld uit Iran, Saoedi-Arabië, Rusland, Nigeria en Venezuela. De olie komt met mammoettankers naar Nederland. Het zijn enorme schepen. Dus het binnenvaren in de haven van Rotterdam is niet zo gemakkelijk. Daar komt heel wat bij kijken. Zo moet er een loods aan boord van het schip Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

64

komen. Dat is iemand die de ondiepe en gevaarlijke plaatsen in de zee goed kent, er moeten sleepboten uitvaren om de tanker naar binnen te slepen en er moet gecontroleerd worden of het schip wel veilig de haven kan invaren. Het binnenvaren is alleen maar mogelijk bij vloed, als het hoog water is. Want door de enorme hoeveelheid olie in de tanker, ligt het schip wel twintig meter diep. Dat is ongeveer zo diep als een flat met zeven verdiepingen hoog is. Een mammoettanker is zo groot als vier voetbalvelden achter elkaar. Dat is dus niet makkelijk te besturen. Het aanleggen is een nauwkeurig karwei. Het is passen en meten. Al met al duurt het uren voordat de tanker uiteindelijk op de plaats van bestemming ligt. En er mag niets misgaan. Want als de olie in zee komt, is dat een grote ramp voor het milieu.

6.!

Windturbines

6.1!

Luchtstromen op aarde - Van hoge- naar lagedrukgebied http://www.schooltv.nl/

beeldbank/clip/20060209_luchtstromen01 Als het waait in Nederland, komt de wind meestal uit het zuidwesten. In Midden-Amerika komt hij meestal uit het noordoosten. Als je wilt weten waarom dat is en hoe wind ontstaat, moet je deze clip bekijken. Het weer op aarde wordt voornamelijk bepaald door lucht die zich verplaatst. Lucht stroomt namelijk van gebieden met hoge druk naar gebieden met lage druk. Of iets een lage- of een hogedruk gebied is, hangt af van de zon. Bij de evenaar zijn de zonnestralen het warmst. Hete vochtige lucht stijgt op en dat veroorzaakt daar een lage luchtdruk. Boven aangekomen, stroomt de lucht weg naar het noorden en zuiden. Eenmaal afgekoeld wordt de lucht zwaarder en zakt weer naar beneden. Op de plek waar die lucht naar beneden komt - in de subtropen - ontstaat een hoge luchtdruk. Een deel van die gedaalde lucht stroomt terug naar de evenaar. Een ander deel gaat de andere kant op, richting de polen. Op zo'n 60 graden noorder- en zuiderbreedte botst de wárme lucht uit de tropen op kóude lucht van de polen. De warme lucht wordt dan omhoog geduwd en zo ontstaat er op die plek weer een lage drukgebied. Een deel van de lucht stroomt terug richting subtropen, en een deel gaat richting de polen. Daar koelt het af, zakt naar beneden en veroorzaakt op de polen een hogedruk gebied. Als je al die luchtstromen op aarde bekijkt, dan zie je dat die bestaan uit een aantal ronddraaiende cellen. Binnen die cellen stroomt de lucht altijd van gebieden met hóge luchtdruk naar gebieden met láge luchtdruk. Maar er is nog iets aan de hand. De aarde draait


65

namelijk om haar as. En door die draai stroomt de lucht niet gewoon recht van hoge naar lage druk, maar diagonaal. Op het noordelijk halfrond naar rechts, en op het zuidelijk halfrond naar links. Dit is de manier waarop de belangrijkste windstromen op aarde ontstaan. 6.2!

De Turbie - Een verbeterde windmolen

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20071113_turbies01 Je kent ze wel: die grote windmolens met enorme wieken. Er is nu een nieuwe windmolen ontworpen - de turbie - die veel voordelen heeft. Hij draait altijd - welke wind er ook waait. En hij vraagt ook veel minder onderhoud. Meer weten? Bekijk deze clip Wat ben je aan het doen? Ik ben de test Turbie aan het voorbereiden voor zo meteen. Maar hij draait niet? Eh, nee, dan moeten we 'm eerst even aan gaan zetten. Maar Martijn, hoe kwam je op dit idee? We wouden een windturbine hebben die je in de bebouwde omgeving kunt toepassen. Ja, er zijn een paar eisen: hij moet trillingsvrij zijn en hij moet geluidsarm zijn. We zijn dus gaan kijken van wat voor soort technieken zijn er dan beschikbaar en we kwamen vrij snel op een verticale - as turbine. En oude modellen zagen er een beetje uit als slagroomkloppertje. En die hadden 2 nadelen: heel veel trillingen en veel geluidsproductie. En dat wilden jullie juist niet? En dat willen wij nou net niet. Nee. Toen hebben wij dus gekeken van: "waar komen die trillingen en het geluid nou vandaan?". En dat dachten wij te begrijpen en daarmee zijn we aan de slag gegaan, en daar is dit ontwerp uiteindelijk uitgekomen. Maar dit is het klassieke model windmolen hè, zoals we het eigenlijk allemaal kennen? Ja, dit is een horizontale windmolen. Maar wij hebben voor onze toepassing niet gekozen voor dit soort windturbines. Waarom niet? Onderhoud. Vergt zo'n turbine dan minder onderhoud? Turbie is 20 jaar onderhoudsvrij en daarom hebben we maar 2 sluitende delen in de turbine Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

66

zitten en dat zijn de lagers. Hoe zit dat met de techniek? De techniek van de turbine zelf? Ja. Nou, dat kan ik je hier een beetje moeilijk laten zien, maar dat kun je mooi in de fabriek in Zutphen even gaan bekijken. Okay. Goedemiddag. Hallo. Hallo. Ja, ik heb begrepen, dat u me kunt vertellen wat dé techniek achter de Turbie is. Hij staat altijd goed in de wind, je hebt geen toestanden nodig die 'm zo doen draaien. Hij draait altijd? Hij.., hij draait van ongeacht uit welke richting de wind komt, hij draait altijd. Maar als de wind plotseling zwaait, wat ie in de bebouwde omgeving nog wel eens wil doen trekt zo'n turbine zich daar niets van aan. Het is totaal onverschillig van welke kant de wind komt.

7.!

Zonnecellen

7.1!

Zonnepanelen -Van zonnestraal naar elektriciteit

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20060411_zonnepaneel01 Met zonlicht kun je energie opwekken. Panelen met zonnecellen kunnen het zonlicht omzetten in elektriciteit. Deze blauwe plaat of module is gemaakt van een stof die silicium heet. De groeven zijn de geleiders. Dat glanzende is het silicium. Een zonnepaneel is eigenlijk een aantal aan elkaar gesoldeerde panelen. Het soldeerdraad wordt verhit. De modules worden op een speciale steun gezet. Na het solderen worden de modules in heet water met de trillingen van ultrageluid schoongemaakt. Dat geluid is zó hoog dat je het niet kunt horen. Na het drogen kunnen de brandschone platen aan elkaar worden gezet. Nu worden ze aan elkaar gesoldeerd. Met zogenaamd 'flux' wordt het soldeersel steviger. Zo ontstaat er een paneel van vier rijen met negen modules. Zesendertig dus. De modules worden in strips aan elkaar vastgemaakt. Heel voorzichtig, want ze zijn erg breekbaar. Met een voltmeter wordt gekeken of de module het juiste voltage heeft. Als het nodig is, kan er nu nog iets veranderd worden. Als het voltage klopt, komt de volgende stap. De modules worden met zuignappen opgetild om ze Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

67

schoon en heel te houden. De modules worden op hun plaats gelegd. Dan worden ze met een metalen strip aan elkaar gezet. De modules worden aan de metalen strip vast gesoldeerd. Het geheel wordt op een ruit van gelaagd glas geplaatst. Die doorzichtige, maar stevige laag glas houdt de modules op hun plaats. Het paneel moet nu nog 'gelamineerd' worden met plastic. Dit zorgt voor een grotere stevigheid. Dat gebeurt door een laag beschermende folie over het paneel te doen. Het laminatieproces vindt plaats in een vacuümoven. Daar gaat het paneel een kwartier lang in, bij 80 graden Celsius. Door het vacuüm in de oven wordt het paneel als het ware luchtdicht verpakt. Het paneel is klaar. Alle onderdelen zitten stevig aan elkaar vast. Nu moet nog getest worden. Daarvoor gaat het paneel in een zonnesimulator. Op de plus- en minpolen van het paneel wordt een voltmeter gezet. Het paneel gaat de simulator in en wordt met een sterke lamp beschenen. De voltmeter geeft aan of de panelen de juiste hoeveelheid stroom leveren. Hier wordt een ander soort zonnepaneel gemaakt, van zogenaamd amorf silicium. De onderdelen komen uit Europa en Azië. Dit zijn de plus- en minverbindingsdraden van het zonnepaneel. Het paneel wordt vastgelijmd in een kunststof frame. Het frame wordt vastgeschroefd, zodat het paneel niet gaat schuiven. Het zonnepaneel wordt dan op nog een kunststof frame bevestigd. Nu is het klaar. Het duurt één uur om zo'n paneel te maken. Deze fabriek maakt er zes per dag.

8.!

Extra’s

8.1!

groene energie

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20051031_groeneenergie01 Meer groene energie! En dat komt van die vette varkens hier! Liever gezegd: van die varkenspoep. Die poep wordt op de boerderij bewaard in die grote silo. Daar wordt al die varkensmest omgezet in? biogas! Met dat gas zet je een machine in werking die stroom opwekt. Kunnen ze op de boerderij ook goed gebruiken om de pasgeboren biggetjes warm te houden. Dit hoort ook bij groene energie, al is het knalgeel. Koolzaad! Van al dat zaad uit die bloemen wordt brandstof gemaakt. Er zit olie in, dat uit het koolzaad wordt geperst. En die goudgele olie is een prima brandstof voor auto's. Veel goedkoper dan benzine, veel schoner dan dieselolie. Deze auto zorgt voor heel wat minder luchtvervuiling. Want er wordt toch veel smerigs de lucht ingeblazen met al dat verkeer. Gelukkig hebben ze nu voor auto's ook een andere energiebron gevonden. Superschoon en goed voor het milieu. Deze auto rijdt op water.


68

Op waterstofgas! En die bus ook. Uit deze uitlaten komen waterdruppels! Straks maken we stroom uit waterstof!

8.2!

Een duurzame vorm van energiewinning - Met hout en koeienstront energie maken

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20031210_biomassa01 Omdat onze fossiele brandstoffen kolen en gas opraken en erg milieuvervuilend zijn, gebruiken we tegenwoordig andere materialen om energie op te wekken in elektriciteitcentrales. Bijvoorbeeld hout of mest. Hout en mest zijn voorbeelden van biomassa. Biomassa is de verzamelnaam voor biologische materialen, hout, mest, cacaodoppen of bermgras, die door de natuur worden voortgebracht en die gebruikt kunnen worden om energie op te wekken. Als je materialen verbrandt, komt er onder andere kooldioxide, CO2, vrij. Dat gebeurt ook bij biomassa. Alleen neemt biomassa op tijdens de groei ook CO2 op. Dit proces heet fotosynthese. Uit biomassa kun je op verschillende manieren energie halen. Je kan het verbranden, zoals hout, cacaodoppen of bermgas. Dan heet het verbranding En je hebt vergisting. Dan wordt het biologische materiaal afgesloten bewaard, zodat het gaat rotten en het brandbare gas methaan ontstaat. Dit gebeurt vaak met drijfmest, koeienstront. In Nederland is niet genoeg hout. Daarom wordt er ook veel uit het buitenland gehaald. Uit Canada bijvoorbeeld, waar hout in bossen geproduceerd wordt volgens bepaalde regels. Dat betekent dat voor elke boom die gekapt wordt er een nieuwe geplant wordt. Deze bossen zijn dus eigenlijk een soort houtfabrieken. Naast dit hout, wordt er ook resthout van zagerijen en snoeihout gebruikt. Resthout zijn vaak de ronde buitenste delen van bomen waar geen planken van gezaagd kunnen worden. En snoeihout komt vaak uit bossen en parken in Nederland. Zo wordt biomassa gebruikt om elektriciteit op te wekken. En dit noemen we de groene stroom. 8.3!

De toekomst van onze energievoorraad

http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20060712_energievoorraad Er wordt al jaren gezegd dat de olie- en gasvoorraad op de wereld opraakt. Maar wanneer is het eigenlijk zover? Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

69

Noé van Hulst, strategiedirecteur voor het Internationaal Energie Agentschap (IEA) in Parijs: Je kan eigenlijk maar heel moeilijk zeggen: er is maar voor zo en zoveel jaar aan reserves als het gaat om olie, omdat je ten eerste ziet dat als de prijzen hoger zijn dan is er een enorme prikkel voor producenten om meer te gaan boren. En olie op te pompen uit gebieden waar men anders niet aan zou komen bij lagere prijzen omdat het te duur zou zijn en ten tweede heb je ook een enorme technische ontwikkeling in deze industrie. Waardoor er nu olie geboord kan worden in gebieden ver onder de zeebodem waar dat tien jaar geleden nog voor onmogelijk werd gehouden. Er is dus voor de komende 50 jaar dus nog genoeg olie en gas, maar de CO2 uitstoot die vrijkomt bij verbranding van die fossiele brandstoffen zal een veel groter probleem zijn. Greenpeace woordvoerder Femke Bartels: Dus we moeten echt radicaal onze wijze van energievoorziening omgooien en dan redt je het niet met een paar initiatieven hier en daar.De oplossing voor de toekomst zal gaan liggen in een mix van energiebesparing en toename van het gebruik en de ontwikkeling van alternatieve energiebronnen. 8.4!

Nulenergie-woningen

Welke energiebesparende maatregelen zijn er? http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20031210_energie02 Dit zijn nulenergie-woningen. Huizen die zelf energie kunnen winnen op verschillende manieren. Als ze net zoveel energie verbruiken als dat ze winnen, zijn het nulenergiewoningen. De balans is nul. Energie winnen kan bijvoorbeeld door zonnepanelen op je dak te plaatsen. Zonne-energie wordt dan omgezet in elektriciteit. Een andere manier is zonneboilers. Dat zijn zwarte panelen, waar water door stroomt. Door de zwarte kleur wordt veel zonneenergie opgenomen. Naast energiewinning kun je ook op verschillende manieren energie besparen. Door natuurlijke lichtinval en dus veel zon in huis, kan de verwarming lager worden gezet worden en het licht overdag uit worden gelaten. Dubbele ramen isoleren veel beter dan enkele. Dat komt doordat er stilstaande lucht tussen die twee ramen zit. Stilstaande lucht heeft een laag warmtegeleidingscoëfficiënt. Dat wil zeggen dat er weinig warmte door verdwijnt. Met glaswol of ander isolatiemateriaal kun je muren, plafonds en vloeren isoleren, zodat warmte niet onnodig wegstroomt. Er kan ook veel energie bespaard worden door zuinige apparatuur te gebruiken. Dat begint al bij zuinige spaarlampen. Maar ook een Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

70

apparaat als een warmtepomp is energiebesparend. Die zorgt voor de verwarming in huis. In een warmtepomp wordt koude lucht samengedrukt en die wordt dan warm. Een warmtepomp is zuiniger dan een ketel op gas. Een warmtemuur is een alternatief voor verwarmingsradiatoren. Een hele muur straalt warmte uit omdat er buizen doorheen lopen die gevuld zijn met warm water. De ruimte is snel warm met minder energie. Een nieuwe vorm van energiebesparing is het werken met sensoren. Die zien waar wel of geen mensen aanwezig zijn in huis. De computer kan dan de verwarming en het licht uit doen in gedeeltes van het huis waar niemand is.


71

HOE EVALUEREN Uiteraard bepaalt elke leerkracht hoe en wat hij of zij zal evalueren. We willen hier toch de raad geven om naast het cognitieve ook de attitudes te evalueren. Een dergelijke evaluatie wordt vooropgesteld door de pedagogische begeleidingsdienst en is een noodzaak volgens het leerplan en de eindtermen. Op de site van de stuurgroep van technologisch opvoeding West-Vlaanderen http:// www.sip.be/dpb/tech/12/inhoud%2012.htm vind je onder de rubriek “1A-2A Elektronisch snelevalueren (TOeval 2.0)” een Excel-bestand waar je op eenvoudige wijze punten kan geven op attitudes. Het programma berekent automatisch het gemiddelde en zet dit om in procenten. We kennen slechts drie punten toe namelijk 1,2 of 3. Standaard staat altijd 2 ingevuld. Op de eerste bladzijde vind je de nodige informatie over het gebruik van het programma, het ingeven van punten, de tabbladen enz. Dit rekenblad is een idee van gewezen pedagogisch begeleider dhr. Jan Jacobs. Dhr. Jan Van Dingene heeft, met medewerking van dhr. Francis Bleus, dit evaluatieprogramma verder uitgewerkt.

Wat evalueren? 1. Cognitief Hier wordt de vraag gesteld of de vooropgestelde doelstellingen op het vlak van kennis worden gehaald. Op de meest klassieke manier wordt achteraf een overhoring voorzien. Het is echter ook mogelijk om de presentatie van de leerlingen te beoordelen. Criteria die hierbij kunnen beoordeeld worden: •is er een afdoende antwoord op de vragen die vooraf gesteld werden? •kunnen de leerlingen de werking, de vooren nadelen, enz. van de manier om elektriciteit op te wekken voldoende duidelijk maken •is de presentatie gestructureerd, geïllustreerd, duidelijk, ... Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

72

2. Attitude In team kunnen werken is vandaag de dag niet onbelangrijk. Leerlingen moet vaak geleerd worden hoe ze echte teamplayers kunnen worden. In het groepswerk kunnen een aantal zaken die hiertoe bijdragen geëvalueerd worden: •Is de inbreng van elk lid even groot? •Is er voldoende samenwerking? •Is er een goede sociale verstandhouding tussen de verschillende leden? •Heeft ieder lid van de groep een duidelijk taak? Ook bij het spelen van het spel zijn doorzetting, inzicht, zelfstandig werk, motivatie en inzet, belangrijk. Ook deze elementen kunnen meegenomen worden in de totale evaluatie van de leerling.

Elektronisch snelevalueren (TOeval 2.0) 1. Algemeen Je hoeft geen Excel talent te zijn om met dit evaluatieblad te kunnen werken. Met dit rekenblad kan je snel punten geven en automatisch uitrekenen. Vaardigheden en attitudes kunnen zelfs tijdens of op het einde van de les in een mum van tijd ingevoerd worden. 2. Downloaden Ofwel download je telkens opnieuw het programma van het internet, met als voordeel dat je altijd over de verbeterde versie beschikt. Ofwel werk je met het sjabloon, omdat het sneller werkt ( zie onder op deze pagina). 3. Opslaan Eerst en vooral kies je bij “opslaan in” voor de map waarin je de gegevens wil opslaan. Bij “Bestandsnaam” kies je best een naam waarin de klas en het thema voorkomt, vb. 1Aa Elektr. Op die manier kan je alle cijfers van alle klassen en thema's mooi ordenen.


73

4. Gebruik van het programma Vooreerst moet je op het blad "gegevens" 1 maal een aantal gegevens invullen, zoals leerlingnamen, e.d. Die gegevens worden dan automatisch in het gehele rekenblad overgenomen. Als je niet precies weet wat je in een bepaalde tabel moet invullen hou je de muis even stil op de titel van de tabel (kolomkop) en dan krijg je rechts van de tabel extrauitleg over die tabel. Deze gegevens kunnen steeds aangevuld of gewijzigd worden. Vervolgens ga je via de gekleurde knoppen of de tabbladen naar het werkblad "cijfers" en je vult je cijfers in. Ook de cijfers kan je steeds aanvullen en bijwerken. Je kan alleen de cellen invullen die nodig zijn; de andere cellen zijn beveiligd, zodat je niets verkeerd kan doen. Alle andere werkbladen worden automatisch ingevuld. 5. Punten ingeven Kennis: je kan de punten gewoon intypen; de totalen had je reeds op het gegevens-tabblad ingevuld; de rest wordt automatisch aangevuld. Vaardigheden en attitudes: Er staat reeds overal het gemiddelde cijfer 2, zodat je in een mum van tijd enkel waar nodig een 3, een 1 of een A kunt intypen 3 > zeer goed / geen problemen 2 > goed, maar … 1 > minder goed / veel opmerkingen A > afwezig De juiste context voor ieder item kan je naast de tabel aflezen en zelfs naar eigen goeddunken aanpassen. 6. Tabbladen Als gegevens en punten zijn ingevoerd zie je de overzichten op de volgende tabbladen: •Klas rapport: de klas grafisch voorgesteld, waarbij kennis, vaardigheden en attitudes procentueel verdeeld zijn volgens het rapport (afhankelijk van invoer op het tabblad "gegevens"). •Klas competenties: hier zie je voor welk item elke leerling het sterkst is. •Leerling individueel: rapport per leerling met grafische voorstelling van zijn / haar sterkste/zwakste onderdeel (kennis, vaardigheden, attitudes) en zelfs een voorlopig Energie Rijk: Lesmap leerkrachten

74

studie-advies. Dit studie-advies kan je naar eigen goeddunken bijsturen op het tabblad "gegevens" , maar ook achteraf aanpassen op het rapport van een individuele leerling, als er zich een speciaal geval voordoet. 7. Formulebalk Mocht je de formulebalk (bovenaan je scherm met die soms lange formules) storend vinden, dan kan je die uitschakelen via beeld > formulebalk.# 8. Werken met sjablonen# Het voordeel van sjablonen is dat je ze niet per ongeluk kan overschrijven bij het opslaan, zodat ze onbeschadigd blijven voor een volgende klas en je kan telkens een nieuw, leeg sjabloon nemen binnen excel zelf. Sjabloon downloaden# Rechtsklikken op het Toeval-icoon op de website en vervolgens “Doel opslaan als” kiezen. Sla dit bestand voorlopig op in een of andere map en open het vervolgens. Vervolgens kiest je Bestand > Opslaan als. Onderaan in dit venster kies je voor opslaan als: Sjabloon. Automatisch kiest Excel voor de map sjablonen. klik op opslaan en het sjabloon wordt opgenomen in Excel. Sluit Excel. Sjabloon openen Om met een nieuwe klas te beginnen kies je telkens in Excel: Bestand > nieuw. In office 2000 kies je nu voor TOeval 2.1 . In office XP kies je in de rechterkolom op je scherm bij bestaande sjablonen voor TOeval 2.1 9. Support Mocht je fouten ontdekken (in dit rekenblad zitten honderden formules) of vragen hebben, graag een seintje:#

#

#

[email protected] Updates (te herkennen aan een nieuw nummer) kan je downloaden op onze website: www.wico.be/vakken/Technologie/TO-forum/TO.htm


75


76

PANELGESPREK Het wordt pas echt interessant als je na het spelen van het spel grotere groepen gaat vormen. Als leerkracht kan je de gevonden oplossingen naast elkaar op het bord noteren. Op basis van de gevonden oplossing ken je de leerling een letter, een cijfer, een kleur toe. Zo ontstaat bv. de groep van leerlingen die gekozen hebben voor 6 kerncentrales, de groep die gekozen heeft voor meerdere steenkoolcentrales, de groep die een voorkeur heeft voor alternatieve energievoorziening. Geef de leerlingen na het spel nog wat tijd om hun gegevens te bekijken en overleg te plegen met hun groep. De leerlingen moeten tot een gezamenlijke standpunt kunnen komen en dit daarna verdedigen t.o.v. de groep. Leerkracht en andere leerlingen zijn toehoorder en geven hun oordeel. Dit kan eerst schriftelijk gebeuren om te vermijden de presentatie om de haverklap onderbroken wordt voor een vraag of een opmerking. Ook als leerkracht is er de mogelijkheid om een standpunt in te nemen. Zo kan je de opwekking van elektriciteit met steenkool, via windmolens, enz.. verdedigen en de discussie op gang brengen. Het discussiemoment moet de leerlingen nog wat meer inzicht geven en een antwoord vragen zoals: •Waarom kunnen we moeilijk zonder kernenergie? •Waarom blijven we gebruik maken van klassieke thermische centrales zoals steenkoolcentrales?


77

Bijlagen PRESENTATIE


78

HUB

Wereldenergieverbruik



Productie van elektriciteit

Hogeschool-Universiteit Brussel Hevel Energierijk

J. Van 1

HUB

Elektriciteitscentrales

Elektriciteitscentrales

• De meeste elektriciteitscentrales wekken elektriciteitsenergie op door water in een stoomketel te verwarmen door middel van het verbranden van (fossiele) brandstoffen.

Verschillende manieren om elektriciteit op te wekken.

Verschillende manieren om elektriciteit op te wekken.

Klassiek • Kolencentrale • Gascentrale • STEG -centrales • Kerncentrale • aardoliecentrale • Biomassacentrale • Vuilverbrandingscentrale

Alternatief • Windturbines • Zonne-energie • Waterkrachtcentrale • Getijdencentrale • Spaarbekkencentrale • Golfslagcentrale

Steenkoolcentrale

Steenkoolcentrale - Voordelen

• Een kolencentrale is een elektriciteitscentrale die gestookt wordt met steenkool, een fossiele brandstof. • De kolencentrales worden gezien als de meest schadelijke vorm van energiewinning voor het milieu door de hoge CO2-uitstoot.


• steenkool is als brandstof goedkoop • steenkool is op diverse plaatsen in de wereld te vinden. • de voorraden te ontginnen steenkool zijn groter dan deze van aardolie en aardgas

J. Van 2

HUB

Steenkoolcentrale - Nadelen

Steenkoolcentrales in België

• bij de verbranding van steenkool komen broeikasgassen, stikstofoxide en zwaveldioxide vrij. • steenkool is een fossiele brandstof en dus niet onuitputtelijk

• In België zijn conventionele kolengestookte centrales te vinden in Langerlo, Kessel, Rozenhuize

Het broeikaseffect!

Het broeikaseffect! Wat? • Het broeikaseffect is het effect dat ontstaat als gevolg van de aanwezigheid van broeikasgassen in de atmosfeer. • Die broeikasgassen zorgen ervoor dat de warmte die de aarde van de zon ontvangt wordt vastgehouden.

Het broeikaseffect! Wat? • Het effect is genoemd naar de broeikas waar een glazen of plastic overkapping de uitstraling van warmte tegenhoudt en zo de temperatuur in de broeikas laat oplopen.

Het broeikaseffect! Oorzaken! Menselijke oorzaak broeikaseffect bewezen BRUSSEL -- De mens veroorzaakt mee de opwarming van de aarde. Het is de eerste keer dat wetenschappers dat met zekerheid durven beweren. Tot nu toe spraken ze in voorzichtige termen als ,,het is zeer waarschijnlijk dat menselijke activiteit bijdraagt aan het broeikaseffect''. Die conclusies waren meestal gebaseerd op klimaatmodellen, die nog een grote onzekerheid met zich meebrengen. Uit “De Standaard” van dinsdag 02 april 2002


J. Van 3

HUB

Het broeikaseffect! Oorzaken! • Aan de basis van het broeikaseffect liggen volgende oorzaken: –De stijgende behoefte aan energie –Het verkeer –De ontbossing –methaan

Het broeikaseffect! Oorzaken o Elektriciteitscentrales, industriële produktieprocessen en verwarming van huizen en gebouwen zijn voor een groot deel verantwoordelijk voor de alsmaar toenemende uitstoot van broeikasgassen.

Het broeikaseffect! Oorzaken • De ontbossing – Er worden bomen gekapt voor allerlei doeleinden. Hele bossen veranderen in kale vlakten. – Bomen kunnen nochtans CO2 omzetten in zuurstof. Tropische regenwouden worden niet voor niets “de groene longen van de aarde” genoemd.


Het broeikaseffect! Oorzaken • De vraag naar energie o De voornaamste oorzaak is de steeds stijgende behoefte aan energie. o De geïndustrialiseerde landen zijn verantwoordelijk voor meer dan driekwart van het totale energieverbruik, dat voor 90% door fossiele brandstoffen wordt geleverd.

Het broeikaseffect! Oorzaken • Het verkeer – Het aantal auto’s op onze wegen blijft stijgen. Meer en langere files zorgen voor meer uitstoot van broeikasgassen. – De uitlaatgassen van auto's zijn: koolmonoxyde, kooldioxyde (CO2), zwaveldioxyde en stikstofoxyde.

Het broeikaseffect! Oorzaken – Dat betekent dat wanneer die massale ontbossingen doorgaan de CO2 op onze aarde zal blijven stijgen.. – Daarnaast veroorzaken bosbranden de uitstoot van miljoenen tonnen CO2.

J. Van 4

HUB

Het broeikaseffect! Oorzaken • Methaan – Het methaangehalte in de atmosfeer is de laatste 200 jaar verdubbeld. – Dit broeikasgas wordt vooral geproduceerd door koeien en komt ook vrij bij aardgaswinning en rijstbouw. – Elk methaanmolecuul is 32 maal zo schadelijk als een koolstofdioxydemolecuul.

De Stoom- en gascentrale

Het broeikaseffect! - Gevolgen • De gemiddelde wereldtemperatuur stijgt • De zeespiegel stijgt • Meer hittegolven • Meer droogtes • Meer orkanen en stormen • Meer overstromingen • …

De Stoom- en gascentrale aardgas

• STEG is de afkorting van Stoom- En Gascentrale. • Een STEG centrale is een elektriciteitscentrale die gestookt wordt met aardgas, een fossiele brandstof.

De STEG centrale

• Aardgas is één v/d fossiele brandstoffen. • In Europa wordt aardgas vooral in en rond de Noordzee aangetroffen onder andere onder het noorden van Nederland. • Veel van ons aardgas komt uit Rusland. • Van de fossiele brandstoffen is aardgas de schoonste soort.

STEG centrale - Voordelen • bij de STEG-centrale wordt veel (meer dan 56%) van de brandstof omgezet in elektriciteit • gas is bij het verbranden milieuvriendelijker dan stookolie & steenkool


J. Van 5

HUB

De kerncentrale

STEG centrale - Nadelen • aardgas is een fossiele brandstof: de voorraad is beperkt, er is uitstoot van broeikasgassen, enz. • voor onze aardgas zijn we aangewezen op een beperkt aantal landen zoals bv. Rusland • de prijs van aardgas is onderhevig aan de schommelingen op internationale markten

De kerncentrale

• het werkingsschema van een kerncentrale lijkt sterk op dat van een klassieke centrale. • Enkel de manier om warmte op te wekken is anders: kerncentrales gebruiken splijtstof; klassiek, thermische centrales gebruiken aardgas, steenkool of stookolie. • In een kerncentrale ontstaat de warmte door een splijtingsproces in de splijtstofstaven die in een reactor staan.

De kerncentrale – het splijtingsproces • Alle materie bestaat uit atomen die opgebouwd zijn uit een kern waaromheen negatief geladen elektronen draaien. • De kern zelf heeft positief geladen protonen, naast neutronen zonder lading.

De kerncentrale – het splijtingsproces


• In een kernreactor komt energie vrij door het splijten van de kernen van zware atomen, zoals uranium. Die splijting komt er door de kern te beschieten met neutronen (1).

• Door het opslorpen van een neutron, dat afgeremd wordt door het water (2) en zo de juiste snelheid heeft, spat de uraniumkern in twee brokstukken (3) uiteen. • Bij die splijting komt een grote hoeveelheid warmte energie (4) vrij.


J. Van 6

HUB



• Omdat er bij de splijting enkele neutronen vrijkomen, veroorzaken die op hun beurt weer nieuwe splijtingen. Zo ontstaat een kettingreactie die zichzelf onderhoudt.

• In een kerncentrale controleert de mens deze kettingreactie: – het starten en stoppen, – het sturen: door gebruik te maken van controlestaven in de reactor die de kettingreactie afremmen al naargelang van de behoeften, enz.

De kerncentrale – uranium

De kerncentrale

• De splijtstof is de brandstof van een kerncentrale. • Meestal wordt hiervoor natuurlijk uranium uit uraniummijnen gebruikt dat eerst is verrijkt, zeg maar geconcentreerd.

• Dat verrijkte uranium wordt in keramische tabletten geperst en vervolgens in lange metalen stiften gestoken: de splijtstofstaven. • Een aantal van die staven samen vormt een splijtstofelement.

De kerncentrale • Het zijn deze elementen die in de reactorkern van een kerncentrale komen. • In reactorkernen vinden de splijtingen plaats.


J. Van 7

HUB

De kerncentrale

De kerncentrale

De kerncentrale

De kerncentrale - Radioactieve straling

• Bij de kerncentrale komen volgende zaken vrij: Warmte-energie (1kg = 50.000kWh) Radioactieve straling

De kerncentrale – ongevallen?! • Directe effecten van straling kunnen zeer ernstig zijn en in het ergste geval dodelijk. • Niet goed beveiligde kerncentrales kunnen leiden tot rampen zoals in Tsjernobyl Gelukkig gebeurt dit maar zelden!


• De straling kan DNA-moleculen beschadigen, waardoor lichaamscellen kunnen veranderen. • Dit kan gezondheidseffecten op de lange termijn tot gevolg hebben, met name kanker.

Nucleaire installaties in België • Doel • Tihange • Chooz (F)

J. Van 8

HUB

Kernafval

Kerncentrale - Voordelen

Het radioactiefafval wordt: • gerecycleerd in bv.La Hague (Frankrijk) • Definitief opgeslagen in kleilagen

Kerncentrale - Nadelen

• relatief lage brandstofkosten • de uraniumreserves zijn groter dan die van aardolie en aardgas • het uranium is op diverse plaatsen in de wereld te vinden. • zeer lage uitstoot van luchtvervuilende stoffen zoals zwavel, stikstofoxides, stofdeeltjes, broeikasgassen enz.

De kerncentrale - links

• In vergelijking met een klassieke centrale op steenkool of aardgas is een nucleaire centrale duur om te bouwen. • Er is het risico op een ernstig ongeval in een nucleaire centrale. • Het nucleaire afval, dat gedurend een zeer lange tijd gevaarlijk blijft, moet worden opgeslagen of verwerkt.

• http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/2006 0223_kernenergie01 • http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/2006 0223_kernafval01

Alternatieve energie - Inleiding • Groene stroom is elektriciteit opgewekt met duurzame energiebronnen.

Alternatieve energie


J. Van 9

HUB

Alternatieve energie - Inleiding

Windenergie

Er zijn verschillende manieren waarop groene stroom opgewekt kan worden: •Met wind, met windmolens •Met zonne-energie •Met waterturbines •Met biomassa, bijvoorbeeld snoeiafval of afvalhout •...

Windenergie

Windenergie - voordelen

• Vroeger werd windenergie met windmolens direct omgezet in mechanische arbeid. • Tegenwoordig wordt het woord windenergie vooral gebruikt voor de elektrische energie die met een windturbine uit de wind gewonnen wordt.

• de vermindering van milieuvervuiling door fossiele brandstoffen, • de duurzaamheid van windenergie • de verminderde afhankelijkheid van de olieproducerende landen.

Windenergie - nadelen • de hogere prijs van de geproduceerde elektriciteit • de variatie in het windaanbod: er is niet altijd wind • elke windmolen doodt naar schatting gemiddeld 20 vogels/jaar • een windturbinepark beslaat een grote oppervlakte.


• het ruimtebeslag: grote molens hebben veel plaats nodig

J. Van 10

HUB

Windenergie - Opgewekte hoeveelheid elektrische energie

Windenergie - nadelen • Landschapsvervuiling • Geluidshinder (vanaf een afstand van 350 tot 400 m van een windturbine is de geluidhinder verwaarloosbaar) • slagschaduw

Windturbines in België

• Moderne grote windmolens hebben een nominaal vermogen van 700 tot 5000 kilowatt (kW). • Als vuistregel geldt dat een turbine van 750 kilowatt 500 huishoudens van stroom kan voorzien.

Zonne-energie - De zon

• Lommel, Zeebrugge , Eeklo, Zedelgem, Diksmuide, Gent en Gent zeehaven, Halle, Kruibeke, Brugge, Kasterlee, Hoogstraten, Schelle, Beveren, Middelkerke, Hasselt, Kapellen-Op-Den-Bos, Puurs. • In aanbouw op de Thortonbank

• De zon is een ster op ca. 150 miljoen kilometer afstand van de aarde.

Zonne-energie - Gebruik door de mens

Zonne-energie - Zonnecellen

De zon geeft ons warmte en licht. Beide kunnen we gebruiken om te voorzien in onze energie behoefte. • De zonneboiler: de warmte gebruiken • Zonnecellen: het licht gebruiken

• Een andere manier om gebruik te maken van zonlicht is door middel van zonnepanelen met fotovoltaïsche cellen . Die zetten het licht direct om in elektriciteit.


J. Van 11

HUB

Zonnecellen - Werking

Zonnecellen - Werking

• Een fotovoltaïsche zonnecel bestaat uit een halfgeleidermateriaal (bvb. silicium,...). • Een halfgeleider heeft de speciale eigenschap dat, als licht er op valt, elektronen een hogere energie krijgen waardoor er een spanningsverschil ontstaat tussen de twee contacten van de zonnecel. • Met dit spanningsverschil kan men elektrische toestellen laten werken, een batterij opladen, enz.

De zonnecel -Voordelen o De aarde ontvangt op één dag meer dan voldoende zonne-energie om aan de wereldwijde energiebehoeften van één jaar te voldoen! o Deze energiebron is oneindig, o Zonne-energie kan overal ter wereld aangewend worden. o Fotovoltaïsche zonnecellen veroorzaken geen geluidshinder of visuele hinder

De zonnecel -Nadelen o Zonne-energie is momenteel nog te duur. De productiekosten zijn te hoog in vergelijking met de opbrengst. o Een zonnecel produceert enkel elektriciteit als er licht is (als de zon schijnt), maar er is (ook) veel elektriciteit nodig als de zon niet schijnt bvb verlichting 's nachts. o Voor de productie van sommige zonnecellen zijn milieuvervuilende producten nodig.


Energie Rijk Het spel

J. Van 12

HUB

Einde

De zonneboiler • De meest gebruikte toepassing is het verwarmen van water door zonnewarmte. Dit gebeurt door zonneboilers (of zonnecollectoren), die zonlicht gebruiken om water verwarmen.

Extra info


J. Van 13

HUB

De zonneboiler - Principe


• Een zonneboiler bestaat uit een zonnecollector en een voorraadvat. • De zonnecollector vangt zonlicht op.


• Zo'n collector bestaat uit een donker gekleurd buizenstelsel dat is afgedekt met een vlakke glasplaat.

De zonneboiler

• De vloeistof die door het buizenstelsel stroomt (bijvoorbeeld water) wordt verwarmd door het zonlicht. • De temperatuur van die vloeistof kan bij fel zonlicht oplopen tot 90 ° Celsius.

Zonne-energie - CSP

Zonne-energie - CSP

• Daarom moet de energie over een vrij groot oppervlak 'geoogst' worden om tot praktische resultaten te komen. • Voor landen waar de zon bijna de hele dag schijnt bestaat een goede technologie om zonne-energie te oogsten: geconcentreerde zonneenergie (CSP: Concentrating Solar Power).


• Hierbij worden de zonnestralen door middel van spiegels samengebracht op een klein oppervlak, waar een hoge temperatuur ontstaat. • Met die hoge temperatuur wordt stoom gemaakt, waarmee net als in een gewone centrale elektriciteit wordt opgewekt.

J. Van 14

HUB

Zonne-energie - CSP

De zonnetoren

• De CSP-technologie is goedkoper dan de PVtechnologie. • In Californië functioneren sinds de jaren 80 een aantal CSP-centrales met een gezamenlijk piekvermogen van 350 MWe naar volle tevredenheid.

• Een zonnetoren is een duurzame vorm van energie opwekken. In Australië wordt er momenteel een zonnetoren gebouwd die een vermogen van 200 MW zal hebben.

De zonnetoren– het principe

De zonnetoren– het principe

• Lucht wordt opgewarmd door zonnewarmte onder een laag cirkelvormig doorschijnende collector dat aan de rand open is. • Zo vormt het doorschijnende dak samen met de grond een opslagruimte voor door de zon opgewarmde lucht. • In het midden van de cirkel staat een verticale toren, die aan de basis een grote doorsnede heeft.

De zonnetoren– het principe • Overdag warmen deze op en ’s nachts geven ze hun warmte af. Zo is er sprake van een constante stroom veroorzaakt door zonnewarmte. • De energie die ontstaat bij deze opwaartse stroom lucht wordt door windturbines omgezet in mechanische energie en met generatoren wordt deze mechanische energie omgezet in elektrische energie.


• Omdat hete lucht lichter is dan koude lucht, stijgt deze op door de toren. • De toren zuigt meer lucht aan en er wordt nieuwe koude lucht aangevoerd aan de rand van de opslagruimte. • Een continue stroom van lucht kan bereikt worden door met water gevulde tubes onder het dak te plaatsen.

Getijdencentrale • Eb en vloed zijn getijden, • Om energie uit eb en vloed te halen gebruiken men getijdencentrale. • Als het vloed wordt dan stroomt het water door buizen heen naar een reservoir achter de centrale. • In deze buizen zitten turbines die door het stromende water worden geactiveerd.

J. Van 15

HUB

Getijdencentrale

Getijdencentrale

• De turbines zetten generatoren aan die stroom leveren. • Wanneer het weer eb wordt stroom het water de andere kant op en hetzelfde wordt weer herhaald.

• De turbines zijn zo gebouwd dat ze altijd draaien of het water nu de ene of de andere kant op stroomt. • In België en Nederland zijn zulke centrales niet geschikt omdat het verschil tussen eb en vloed te laag is en de scheepvaart zou onmogelijk worden.

Golfslagenergie

Golfslagenergie

• Golfslagenergie is energie die te winnen is uit de snel wisselende waterhoogte op zee door aanwezigheid van golven. • Dit wordt tot op heden niet veel gedaan omdat de kosten de baten meestal nog overstijgen.

• Mechanische corrosie en stormbestendigheid van dergelijke apparaten blijven problematisch. • Er zijn vaste en drijvende installaties te onderscheiden.

Aardwarmte

Aardwarmte • De temperatuur in de binnenkern van de aarde bedraagt naar verscheidene schattingen 4500 °C tot 6500 °C. • Van onze planeet is 99 procent warmer dan 1000°C; van de rest is nog altijd 99% warmer dan 100°C.


J. Van 16

HUB

Aardwarmte

Aardwarmte

• Bijna overal heeft de bodem op één kilometer diepte een temperatuur van 35°C tot 40°C. • Onder bijzondere geologische omstandigheden, zoals bijvoorbeeld in huidige of voormalige vulkaangebieden, ontstaan geothermische anomalieën. Hier kan de temperatuur vele honderden graden Celcius bereiken.

Aardwarmte

• Ook in Nederland en België is deze techniek in opkomst, met name voor de temperatuurregeling in gebouwen. • Grondwater, vaak op een diepte van zo'n 100 m, wordt opgepompt en 's winters gebruikt als (basis-)verwarming van gebouwen waarna het weer de bodem wordt ingepompt. In de zomer kan het grondwater dienen als koeling.

Waterkracht

• Aardwarmte kan zowel direct gebruikt worden, bijvoorbeeld om te verwarmen en te koelen, maar ook voor de opwekking van elektrische stroom of in een warmtekrachtkoppeling

Waterkracht

Waterkrachtcentrales

• Waterkracht energie die ontstaat door gebruik te maken van een hoogteverschil of door gebruik te maken van de stroomsnelheid van water. • Tegenwoordig wordt waterkracht gebruikt om elektriciteit op te weken; in het verleden werd de opgewekte mechanische energie ook wel meteen gebruikt, bijvoorbeeld in een watermolen.


• Waterkrachtcentrales of hydraulische centrales zijn elektriciteitscentrales die stromend of neerstortend water gebruiken om een turbine in beweging te brengen. • Ze bevinden zich op stromen en rivieren, met al dan niet een kunstmatige dam.

J. Van 17

HUB

Waterkrachtcentrales - pompcentrale

A - reservoir, B - krachtcentrale, C - turbine, D - generator, E - inlaat, F - leiding, G – hoogspanningskabels, H - rivier

Waterkrachtcentrales - pompcentrale • Bij een pompcentrale of spaarbekkencentrale wordt water in de daluren opgepompt naar hoger gelegen bekkens. • Tijdens de piekuren stroomt het water terug en drijft de turbines aan. • Pompcentrales staan in Vianden, Coo-TroisPonts en Silenrieux


Riviercentrale • Een riviercentrale heeft geen waterreserve om de schommelingen in het debiet op te vangen. Riviercentrales staan op de Maas te Andenne, Neuville, Monsin.

J. Van 18

Energie Rijk. Lesmap Leerkrachten

Recommend Documents