Een blik op de toekomst:

Transcriptie

1 Behoefte aan energie Door de stijgende welvaart neemt ook het energieverbruik toe, vooral in de landen met een snelle economische ontwikkeling. Sommige Aziatische landen zijn er een voorbeeld van. De energiebehoefte loopt parallel met de toenemende economische activiteit In een ontwikkeld land wordt meer energie verbruikt (voor comfort, productie en transport) dan in een land in ontwikkeling. Controleer dit op onderstaande grafiek Bijna alle energie komt uit fossiele brandstoffen (aardgas, steenkool, aardolie) en delfstoffen (uranium). Binnen afzienbare tijd kunnen deze voorraden uitgeput geraken. Daarom is het nodig te zoeken naar energiebesparende maatregelen en alternatieve energiebronnen

2 Een blik op de toekomst: De uitbouw van controle- en sturingslagen en de inzet van enorme transistoren ('power electronics') maken elektriciteitsnet almaar intelligenter en daardoor betrouwbaarder en efficiënter. Draadloze elektrische oplading van kleine toestellen. Lineaire motoren vervangen meer dan 50% van de pneumatische en hydraulische systemen in lineair bewegende machines Courant gebruik van goedkope Tithium-polymeer-batterijen in consumenten- en voertuigtoepassingen LED's vervangen gloeilampen In steeds meer toepassingen, zoals verkeerslichten In 25% van de auto's en in de meeste draagbare toestellen zitten brandstofcellen. 25% van de energiebevoorrading komt uit fotovoltaïsche zonnecellen Windturbines zijn goed voor 15% van de wereldwijde elektriciteitsproductie. Er wordt een nieuwe generatie kerncentrales gebouwd Nanotechnologie doet zijn intrede in batterijen en batterijladers. De meeste verbrandingsmotoren slaan energie op bij het remmen op de motor Voor de verklaring van begrippen en termen, lees de teksten hierna

3 Het gaat hernieuwbare energiebronnen voor de wind. Er dringen zich technologieverbeteringen op voor het gebruik van wind- en zonne-energie evenals nieuwe technologieën voor nieuwe energiebronnen, liefst van hernieuwbare aard, Er wordt voor de nabije toekomst vooral gerekend op waterstof in brandstofcellen. Waterstof in brandstofcellen Velen beschouwen waterstof In brandstofcellen als een belangrijke nieuwe ontwikkeling. die zich 01 vanaf 2005 sterk zou kunnen manifesteren en meteen een aandeel van 1 % van de mondiale energiemarkt zou veroveren Waterstof uit aardgas en zuurstof uit de lucht reageren met elkaar en produceren zo schone en stille energie. Vooral het protonuitwisselingsmembraan (PEM) heeft als technologie veel kans op succes Dat vergt duur platina. maar de technologie weet stilaan de benodigde hoeveelheid sterk te beperken Energiedistributie raakt gedecentraliseerd Verwacht wordt dot het bij de waterstoftoepassingen (net als overigens bij andere hernieuwbare energiebronnen) om beperkte vermogens zal gaan. waardoor de uitbouw en het beheer van distributienetwerken cruciaal wordt voor het welslagen. Stilaan zou de vrij centralistische structuur van de energiemarkt met weinig producenten voor veel consumenten de baan ruimen voor meer gedistribueerde netwerken. waarin steeds meer consumenten ook energieproducenten zouden worden De Europese Unie wil tegen 2010 alvast een verdubbeling van het marktaandeel van milieuvriendelijke energiebronnen. die in Europa momenteel 6% bedraagt. Fotovoltaïsche zonnecellen evolueren Dankzij onderzoek worden wind- en zonne-energie almaar efficiënter Bij fotovoltaïsche cellen. die zonlicht In elektriciteit omzetten. breekt een nieuwe technologie door Halfgeleidende siliciumlagen gedrenkt in fosfor en borium maken elektronen vrij en wekken dus stroom op. Overtollige energie kan voortaan worden opgeslagen of op het elektriciteitsnet worden gebruikt. Emissies en lawaai afkomstig van de fotovoltaïsche installaties verdwijnen De fotovoltaïsche energie raakt ingeburgerd voor communicatiesatellieten. maar valt nog te duur uit om traditionele energiebronnen In gewone toepassingen te verdringen. Windenergie wordt efficiënter door lichtere materialen Windenergie zal in de komende jaren vooral gebaat zijn bij de ontwikkeling van nieuwe materialen die de onderdelen van de windmolens en windturbines een stuk lichter maken. Windmolens worden daardoor Zowel tijdens hun aanmaak en bij hun werking energie-efficiënter Windturbines veroveren stilaan 15% van de elektriciteitsmarkt aan productiezijde. Getijdenenergie in opmars Theoretisch kan getijdenenergie dubbel Zoveel elektriciteit opleveren als het huidige verbruik wereldwijd. Maar de weg naar een economisch rendabele exploitatie is nog lang Toch wordt ook hier vooruitgang geboekt. In november 2000 werd een eerste proefinstallatie gebouwd in Schotland Golven verplaatsen lucht in de installatie. die een turbine aandrijft. Deze kleine centrale levert op betrouwbare wijze 500 kilowatt. voldoende voor de energiebehoeften van 400 gezinnen De komende jaren verwacht men een gestage verfijning en uitbreiding van dergelijke installaties De komende decennia kan getijdenenergie uitgroeien tot een wezenlijke factor In de elektriciteitsproductie

4 Traditionele energiebronnen winnen nog aan rendement. Ook de niet-hernieuwbare energiebronnen, van verbrandingsmotoren tot kerncentrales, evolueren de komende jaren sterk, Opvallend is dat er een mooie toekomst voor kernenergie wordt verwacht en dat de kolenverbranding alles behalve uitgedoofd is, Nieuwe technologieën zorgen bij deze en bij andere energiebronnen voor meer efficiëntie en minder of geen kwalijke ecologische neveneffecten. Kernenergie bloeit De combinatie van een toenemende energievraag met strenge emissienormen maakt van kernenergie een aantrekkelijke energiebron voor de komende decennia, Nu reeds plannen een vijftiental landen de bouw van 36 nieuwe kerncentrales In de nabije toekomst, De bestaande waren in goed voor 16,2% van de wereldwijde energieproductie, Technologisch is er vooral aandacht voor de ontwikkeling van modulaire standaardinstallaties met een efficiëntere exploitatie en betere veiligheid Zeer hoog op de nucleaire agenda staat onderzoek & ontwikkeling inzake behandeling, opslag en recyclage van radioactief materiaal, Dat zou tegen vruchten moeten afwerpen De kernfusie probeert nog steeds haar technische haalbaarheid voor het opwekken van elektriciteit aan te tonen Smart power grid: het slimme elektriciteitsnet Het elektriciteitsnetwerk wordt aldoor intelligenter, De introductie van controlelagen en grote vermogenschakelaars (enorme transistoren die thuishoren in de vermogenselektronica) moet het mogelijk maken om elektriciteit efficiënter over netwerken te sturen Zo kan de capaciteit van bestaande netwerken omhoog Op termijn moeten dergelijke evoluties een volwaardig "gedistribueerd" elektriciteitsnetwerk mogelijk maken, waarbij decentraal aangemaakte energie ook vlot en efficiënt wordt 'verhandeld' Kolen krijgen efficiënte en schone verbranding Bij het gebruik van kolen gaat alle aandacht naar een efficiëntere omzetting in energie en de vermindering van de milieubelasting. Bepaalde nieuwe technologieën die aan deze vereisten beantwoorden, toonden hun commerciële haalbaarheid al aan, met name de wervelbedverbranding onder druk en de geïntegreerde kolenvergassing via gecombineerde cycli. Zij halen emissiewaarden die de helft lager liggen dan traditioneel en voldoen aan de recentste EU-normen. In de Verenigde Staten gaat men de komende tien jaar een derde van alle energiecentrales vervangen door dergelijke kolencentrales Brandstofflexibiliteit aan de orde Ook In de olie- en gasverbranding trachten ontwerpers de milieu-impact te beperken Zij streven ook naar diversificatie of brandstofflexibiliteit. Daarbij combineren de verbrandingssystemen meerdere traditionele brandstoffen. De meeste verbrandingsmotoren slaan over ruwweg tien jaar energie op bij het remmen op de motor. Verfijnde technieken en enorme nieuwe voorraden voor gas Vooral microgasturbines lijken een mooie toekomst te hebben. In vermogens van 10 tot 500 MW vergen zij geen zware investeringen en geen lange bouwtijd, terwijl zij zeer efficiënt en bijzonder schoon zijn Na toepassing in airco-installaties en elektrische voertuigen raakt hun gebruik veel breder verspreid. Er wordt ook heel wat verwacht van het gebruik van gas dat zich onder de vorm van methaanhydraten onder de oceaanbodem bevindt. Dit gas kan olie vervangen Er wordt onderzoek gedaan naar het winnen en vloeibaar maken van dergelijk gas, zodat het efficiënt getransporteerd kon worden Dit gas kon uitgroeien tot een milieuvriendelijkere en goedkopere brandstof voor verbrandingsmotoren

5 Energiewinning Wat is energie? Energie is de mogelijkheid om arbeid te leveren. Arbeid wil zeggen dat je een bepaald voorwerp in beweging zet, vervormt of verandert. Er is sprake van eindige energie als de voorraden beperkt aanwezig zijn, zoals steenkool, aardolie en aardgas. Oneindige energie vind je in bronnen met een ongekende voorraad zoals zonne-, wind- en waterenergie. Het gebruik van dergelijke alternatieve energie zorgt ervoor dat eindige energiebronnen (steenkool en gas) gespaard worden door oneindige (zon, aardwarmte, windenergie) te gebruiken. Energie kan voorkomen in verschillende vormen zoals warmte, straling, beweging en elektriciteit maar ook als chemische en kernenergie. Wanneer je van de ene energievorm naar de andere overgaat, spreek je van energieomvorming. Bv. in een strijkijzer gebeurt de omzetting van elektrische naar warmte-energie Rendement Het is belangrijk dat tijdens het omvormingsproces zo weinig mogelijk energie verloren gaat. Eigenlijk gaat energie nooit verloren, maar ze is dikwijls niet praktisch bruikbaar. De verhouding tussen de aangevoerde en de nuttige energie is het rendement. Hoe hoger het rendement, hoe lager de verliezen en hoe hoger de nuttige energie Nuttige energie X 100 Rendement (in %)= aangevoerde energie De nieuwe stookolieketels met Optimaz-label zijn hoogrendementsketels. Wat betekent dit? Een spaarlamp van 15 W geeft evenveel licht als een gloeilamp van 100 W. Zij verbruikt minder, geeft minder warmte af en heeft dus een hoger /lager rendement Opwekken van elektriciteit Voor meer uitleg verwijzen we je door naar de cursus technieken basis elektriciteit

6 De verwarming van de woning Een van de basisfuncties van de woning is je beschermen tegen de wisselvalligheden van het klimaat: regen, wind, koude. Soms is dit niet voldoende: als de buitentemperatuur aanzienlijk onder de 20 C daalt, wil je liefst de leefruimte bij verwarmen. Je kan dit op vele manieren doen: een open haard of een kachel aanmaken, de centrale verwarming hoger zetten... Elke vorm van verwarming is een energieverbruiker. ]e kan deze energie halen uit elektriciteit of uit de verbranding van gas, kolen, hout, stookolie e.d. Warmteverlies Eigenlijk verwarm je de lucht in de woning. Warme lucht heeft de neiging te ontsnappen naar een koudere zone en zich te vermengen met koude lucht. Een eerste voorwaarde om doeltreffend een leefruimte te verwarmen is ze goed afsluiten van de buitenlucht. Spleten en kieren van slecht sluitende ramen en deuren zijn een bron van warmteverlies.]e mag echter niet overdrijven met het luchtdicht afsluiten van een woning. Je hebt zelf voldoende zuurstof nodig en ook de woning moet kunnen "ademen". Warmte kan ook ontsnappen via warmtegeleidende materialen. Op een heel eenvoudig manier kan je te weten komen of materiaal en sterk warmtegeleidend zijn. Materialen die gemakkelijk warmte geleiden voelen bij aanraking koeler aan (omdat ze onmiddellijk je lichaamswarmte afvoeren!). Rangschik met de handproef volgende materialen in de juiste kolom: beton, geribd karton, glas, isomo (piepschuim), kassei, hout, metaal, tapijt, ytong (gasbeton), wol. Goede warmtegeleiders (voelen koel aan) Slechte warmtegeleiders (voelen warm aan) Als je een woning bouwt of bekleedt met materialen die de warmte slecht geleiden, koelt de woning minder snel af bij koud weer. Je noemt dit isoleren. Isoleren is de warmte uitwisseling tussen twee ruimtes kleiner maker door ze van elkaar te scheiden met materialen die weinig warmte geleiden.

7 Werking: zon vangen met glas Glas laat zonnestralen goed door. De zon kan ongehinderd de lucht achter het glas opwarmen. Deze warmte is nu gevangen, want de afkoeling van de lucht via het glas gaat trager dan de opwarming. Je noemt dit het serre-effect. Dit principe wordt inderdaad toegepast om vroege groenten te kweken in een zogeheten koude kas, dit is een serre die geen andere verwarming heeft dan de zonnestralen. Toepassingen Je kan ervoor zorgen dat de ramen van de living uitgeven op het zuiden. Je kan ook een stap verder gaan en een veranda tegen de woning aanbouwen. Met heel weinig stookkosten kan je hier in het tussenseizoen een aangenaam klimaat scheppen. Welke maatregel tref je om de afkoeling via het glas nog te vertragen? Probleem: teveel zon. Zon vangen is mooi, maar wat doe je als een tropische zon aan de hemel brandt? Je kan verscheidene dingen doen om de zon buiten te houden: o een zonnescherm plaatsen; o schaduw maken met behulp van een overstekend dak; o schaduw maken met behulp van loofbomen. Waarom plaats je het zonnescherm best aan de buitenkant van de veranda? Waarom is een loofboom interessant als schaduwmaker? (Denk aan de situatie in de winter...) Waarom houdt een overstekend dak 's zomers de middagzon tegen en het hindert de zon nauwelijks in de winter?

8 Lokaal verwarmen Lokale verwarming staat tegenover centrale verwarming. Het betekent dat je warmte produceert op de plaats die je wil verwarmen. Je kan lokale verwarming indelen in twee groepen: - verwarmen door verbranding - elektrische verwarming Verwarmen door verbranding De meest gebruikte brandstoffen zijn hout, kalen, stookolie, gas. Voordelen o Het opwarmen gebeurt snel; o Deze warmtebronnen geven een gezellige warmte af; o Je verwarmt enkel de ruimte die je wil. Nadelen Alle vormen van verbranding verbruiken zuurstof; Moeilijke temperatuurregeling; Bij verbranding ontstaan ongewenste nevenproducten: rook en schadelijke gassen zoals het levensgevaarlijke koolstofmonoxide (CO). Je moet dus bij elke warmtebron een goed trekkend rookafvoerkanaal hebben of een schouw; Het rendement of de nuttige warmteproductie is vaak laag omdat nogal wat warmte meegezogen wordt door de schouw; Je hebt heel wat omzien naar hout- en kolenkachels: kolen of hout toevoegen,as verwijderen, zuurstoftoevoer regelen enz. Elektrisch verwarmen Je kan een onderscheid maken tussen 2 soorten: directe verwarming: een verwarmingselement zet elektrische energie om in warmte en verwarmt rechtstreeks de omgevingslucht bijvoorbeeld via een radiator of via een stralingsplaat; accumulatieverwarming: de warmte wordt opgeslagen in een accumulator en geleidelijk aan vrijgegeven. Deze techniek staat toe om 's nachts warmte op te slaan bij een goedkoper elektriciteitstarief. Voordelen: De meeste nadelen van verwarming door verbranding zijn afwezig: geen zuurstofverbruik, geen schadelijke gassen, een vrij hoog rendement en een gemakkelijke temperatuurregeling. Nadelen:. Elektrische verwarming is vrij duur in verbruik;. Er is schijnbaar geen vervuiling. Deze gebeurt evenwel op de plaats waar de elektriciteit geproduceerd wordt.

9 Centraal verwarmen Zoals de naam laat vermoeden, produceer je bij deze techniek alle warmte in een centrale stookplaats en verdeel je die dan naar alle ruimten waar warmte nodig is. Het verdelen gebeurt via een drager (medium): water of (warme) lucht. centrale verwarming romeinen Verwarmen met water Dit is de meest gebruikelijke vorm van centrale verwarming. Een verwarmingsketel warmt water op. Een circulatiepomp stuurt dit verwarmde water door een buizenstelsel naar de te verwarmen ruimtes. Hier geeft het water zijn warmte af aan de lucht via radiatoren, convectoren of vloerverwarming. Het afgekoelde water stroomt terug naar de ketel. Het is dus een gesloten circuit. Voordelen o Het stoken gebeurt op 1 plaats; o Bij gebruik van hoogrendementsketels zijn er weinig energieverliezen. Dergelijke ketels dragen een Optimaz-label (stookolie) of HR-label (gas); o De temperatuur is automatisch regelbaar met een kamerthermostaat en thermostatische kranen. Dit is comfortabel en zuinig. o Je kan dezelfde installatie ook gebruiken om warm sanitair water te produceren. Nadelen o De installatie valt prijzig uit, vooral in een bestaande woning. o De radiatoren en/of convectoren zijn meestal hinderlijk en zelden 'mooi'. o Bij vloerverwarming heb je deze hinder niet, maar vloerverwarming is heel traag in het opwarmen.

10 Verwarmen met lucht Lucht wordt opgewarmd en met behulp van ventilatoren via een stelsel van luchtkanalen en roosters in de woonruimtes geblazen. De klimaatregeling gebeurt met thermostatisch gestuurde kleppen. Mits een uitbreiding om ook lucht te koelen, kan je dezelfde installatie in de zomer ook gebruiken om de temperatuur te verlagen. Een installatie waarmee je de lucht kan koelen en verwarmen noem je luchtbehandelingssysteem of air conditioning. Voordelen o Je hebt maar een stookruimte en desgevallend maar 1 rookafvoer; o Luchtverwarming is vrij nauwkeurig te regelen; o Je hebt geen hinderlijke toestellen in de woonruimtes; Nadelen o Luchtverwarming kan aanleiding geven tot droge lucht; o Er is altijd luchtverplaatsing in de woonruimtes. Deze lucht kan ook huisstof en allerlei kiemen meevoeren. Allergische personen kunnen hiervan last hebben; o Als de warmeluchtproductie stopt, volgt onmiddellijk afkoeling.

11 Alternatieve warmtebronnen De zonnecollector Je kan de zonnewarmte rechtstreeks aanwenden om water op te warmen. Je doet dit met een zonneboiler of zonnecollector (letterlijk: een verzamelbak voor zonnewarmte). In een bak die op de zon gericht staat, loopt een stel buizen gevuld met water. De bak is afgedekt met dubbel glas. De zonnestralen warmen het water in de buizen op. Deze buizen zijn best donkerkleurig of zwart, zodat ze de zonnestralen maximaal absorberen. Het opgewarmde water kan bijvoorbeeld dienen voor de verwarming van een zwembad. Via een warmtewisselaar kan het ook zijn warmte afgeven aan sanitair water of aan het water van de centrale verwarming. Is dit een toepassing van het serre-effect? Werkt een zonnecollector ook in de winter? ja/neen ja/ja maar minder /neen

12 De warmtepomp Om de werking van de warmtepomp te begrijpen, kijk je best naar de werking van een koelkast. In een koelkast wordt warmte onttrokken aan de koelruimte en afgegeven aan de omringende lucht (voel maar eens hoe warm het is achter een koelkast!). Dit onttrekken van warmte gebeurt door het achtereenvolgens samenpersen en laten ontspannen van een gas. Voor deze bewerkingen heb je (elektrische) energie nodig. De warmtepomp doet precies hetzelfde. Ze onttrekt warmte aan de buitenlucht of aan het grondwater en geeft deze af aan water. Voordelen Het is een vrij propere vorm van energiewinning; Het rendement is enorm hoog: 300%. Dit betekent dat je driemaal zoveel warmte krijgt dan bij een traditionele elektrische verwarming voor een gelijk energieverbruik! Nadeel Een warmtepomp is zeer duur in installatiekost.

13 Andere warmtebronnen o.gisting van mestvaalten en organisch afval gaat gepaard met gas- en warmteontwikkeling. Als het om grote installaties gaat, is het de moeite waard om het gas en de warmte op te vangen en te gebruiken. Dit is een voorbeeld van omzetting van chemische energie in warmte-energie. o Restwarmte uit het koelwater van stoominstallaties van grote bedrijven en kerncentrales kan gerecupereerd worden. o.waar het natuurlijk fenomeen van geisers of warmwaterbronnen zich voordoet, hebben de omwonenden gratis 'aardwarmte'.( Ijsland) Besparen Op verwarmingskosten Het is duidelijk dat het ideale verwarmingssysteem niet bestaat. Aan elk systeem zijn voor- en nadelen. Alle verbruiken ze in mindere of meerdere mate energie. Door oordeelkundig gebruik kan je echter heel wat energie en kosten besparen. Wat is R.E.G? Rationeel Energie Gebruik! Wist u dat... Het sluimerverbruik van sommige TV-toestellen een jaarlijkse kost meebrengt van al gauw 20 EUR? De waakvlam van sommige gaskachels of boilers jaarlijks voor 50 EUR aan aardgas verbruikt? Gloeilampen slecht voor 10 % licht produceren en voor 90 % warmte? Een rijmlaag in uw diepvries van 2 mm voor een meerverbruik van ongeveer 10 % zorgt?