Duurzame energie

Natuurkunde hoofdstuk 5
§1
Nulenergiewoning
Een nulenergiewoning produceert evenveel energie als die nodigt heeft met behulp van zonnecellen (4000 kWh per jaar), ramen aan zuidkant + afdak en 3 lagen glas, goed geïsoleerde muren en een warmtewisselaar.

Warmtewisselaar
Met een warmtewisselaar kun je een deel van de warmte van de vuile lucht terugwinnen, doordat de warme vuile lucht zijn warmte overdraagt aan de koude verse lucht.

Warmtetransport
Straling: hoe hoger de temperatuur, hoe meer straling, door spiegeling kan je het terugkaatsen. Zeer hete voorwerpen kun je zien.


Geleiding:warmte gaat door het materiaal (metalen geleiden goed) heen, de hard trillende moleculen geven de temperatuur door aan de naastliggende moleculen.
Stroming: vloeistoffen en gassen kunnen stromen. Temperatuurverschillen warmte naar boven. Stilstaande lucht kan niet stromen

Isolatie muur, afhankelijk van temperatuursverschil en oppervlakte muur
Huizen zijn tegenwoordig goed geïsoleerd denk bijv. aan het gebruik van glaswol, piepschuim, steenwol bij isoleren.
Isolatiewaarde: hoe goed het materiaal isoleert. Afhankelijk van oppervlakte en temperatuur.
Muur x2, temperatuur x4. X2 isolatiewaarden, :2 warmtestroom
Warmtestroom= (oppervlakte x temperatuurverschil):Rc

§2
Duurzame energie
Energie die niet opraakt is duurzame energie, bijv. :Bio-energie, windenergie, en zonne-energie

Bio- energie
Bio-energie is energie die wordt verkregen door het verbranden van biomassa.

Biomassa
Biomassa is de bron voor Bio-energie, bijvoorbeeld: mest, snoeihout, gft-afval, resten uit waterzuiveringsinstallaties.

Broeikaseffect
De koolstofdioxide in de lucht houdt de warmte (infrarode straling) vast. Hierdoor verdwijnt niet meteen alle warmte en is het leefbaar op aarde. De laatste jaren is er meer koolstofdioxide in de lucht gekomen, en wordt er dus meer warmte vastgehouden dit met als gevolg een versterkte broeikaseffect.


Kringloop CO2 bij bio-energie
De koolstofdioxide die nu in korte tijd verbrand is, is jaren geleden door de planten opgenomen.
Dit gebeurt ook bij Bio-energie, maar dan is de koolstofdioxide kortgeleden opgenomen.

§3
Windenergie
Energie opgewekt door de wind. Al eeuwen gebruikt bijv. boten, polders, graan malen.
Tegenwoordig windturbines.

Windsnelheid
20% duurzame energie windenergie. Nederland 2000 windturbines, vaak aan de kust.
Hoe sneller de wind, hoe meer energie. Ook windturbines boven zee, meer wind, meer ruimte.
2.5% totale energie windenergie.

Windturbine de werking
Wieken vangen wind, gaan draaien, dan gaat de hoofdas draaien de tandwielen gaan draaien, daardoor gaat de generator werken met spoelen erin.

Combinatie met bijv. waterkracht

Elektriciteit transport middel, kan niet opgeslagen worden.

Geen wind, geen windenergie.
Denemarken 20% totale energie windenergie, te veel energie, naar het net in Noorwegen/zweden. Geen energie krijgt energie Noorwegen/Zweden. Noorwegen en Zweden hebben waterkrachtcentrales die duurzame energie leveren.

Soorten energie
Chemische energie:verbranding van materiaal (bio-energie)
Bewegingsenergie: bewegende energie (windenergie)
Elektrische energie: transportmiddel (windenergie in windmolen naar elektrische energie)
Zwaarte-energie: energie door zwaartekracht (stuwmeer)
Stralingsenergie: lichtenergie
Warmte:

§4
Zonne-energie
Zonne-energie kan je op manieren gebruiken:
Je kan gebruik maken van de straling afkomstig van de zon of juist de warmte om het in bruikbaar energie om te zetten.
Zonnecel, zonnecollector, thermische zonnecentrale
Zonnecel:straling omzetten in elektrische energie, PV-panelen

Zonnecollector: koud water door buizen die opgewarmd worden door de zon.
Thermische zonnecentrale, warmte spiegelen naar 1 punt. Allen in (sub)tropische gebieden mogelijk
Aantal zonuren
In 3 kwartier zendt de zon de benodigde energie voor een jaar naar de aarde. Energie dus genoeg andere nadelen.
Zonnecentrales alleen toepasbaar op plaatsen waar de zon veel en intens schijnt, het kost veel energie om de zonnecellen te maken.
Verwachting prijs halveren komende 5 tot 10 jaar.
2005 meer zonne-uren dan normaal op de bilt.

Rendement
Zonnecel heeft weinig rendement, 10%.
Gloeilamp 5%
Spaarlamp 25%.
Rendement = gewenste energie (maximale energie): totale energie x 100% Waterkracht
Waterkracht is wereldwijd de belangrijkste duurzame energie. In Nederland vind je ze bij sluizen en stuwen in rivieren.

Geothermische energie
is energie opwekken met aardwarmte.
Het is de 3e belangrijkste duurzame energiebron te wereld (bio-energie is 2). Hoe dieper je komt hoe warmer het wordt. In IJsland worden alle huizen met geothermie verwarmd, want daar zit heet water vlak onder het oppervlakte. Maar ook in Nederlands zijn er mogelijkheden.

Kernsplijting
Bij kernsplijting wordt er een neutron afgeschoten op de uranium, die vliegt dan uiteen en er ontstaat warmte, het proces gaat constant door, omdat er steeds nieuwe neutronen afscheiden. Kernsplijting is niet duurzaam, doordat er radioactief afval overblijft, en er nog uranium voor ongeveer 50 jaar.


Kernfusie
Kernfusie is het samensmelten van waterstofkernen.
Een waterstof kern met 1 neutron smelt samen met een waterstofkern met 2 neutronen, direct daarna spatten ze weer uiteen in 2 aparte brokstukken, een neutron en een heliumkern. Hierbij komt een grote hoeveelheid bewegingsenergie vrij.
De nadelen hiervan zijn dat je een hoge temperatuur nodig hebt en dat ze moeilijk zo dicht bij elkaar komen. Het is dan ook voor 2050 geen optie. De verwachting is dat het rond 3000 20% van de wereldenergie produceert.
In 2005 is de eerste fusiecentrale gestart met de naam ITER. In het midden wordt alles zwevend gehouden door heet reactorgas.
Waterstof is de brandstof, en dat komt in water voor wat onuitputtelijk is.

§5
In 2050 zullen olie en gas alleen nog maar gebruikt worden, waar alternatieve tekort schieten.
Toekomst 3 dingen
Gebruik van energie moet zuiniger en efficiënter, meer duurzame energie en tekort moet aangevuld worden met fossiele brandstoffen.
Besparen kan door het goed afstellen van cv’s. In de theorie zou de besparing de vraag kunnen overtreffen.

Warmtekrachtkoppeling (wkk)
2/3 deel van de elektriciteit wordt wereldwijd verspild. Voorbeelden zijn.
Met afvalwarmte buurten verwarmen, maar ook in een ziekenhuis wordt tegelijkertijd elektriciteit en warmte op gewekt.

De gasmotor drijft een generator aan, die gasmotor wordt gekoeld met water, dat warme water gaat dan naar het ziekenhuis. Als ze meer produceren dan ze nodig hebben gaat at naar het elektriciteit net. Andersom gebeurt het ook.
Nederland loopt voor het gebied van wkk’s. alle stroom zou er door opgewekt kunnen worden.
Waterstof als brandstof: brandstofcel
In een brandstofcel kan uit waterstof of zuurstof elektriciteit geproduceerd worden, afval is zuiver water.
Nu al rijden er bussen op die manier. De elektriciteit drijft dan een elektromotor aan.
Hoe maak je waterstof?
Waterstof haal je uit aardgas, of door elektrolyse uit water.
Verwachting is dat in 2050 het de brandstof in het verkeer wordt.