3728 TUE Eureka covers 09:Opmaak 1 12-01-2009 12:22 Pagina 2 projectorganisatie Technische Universiteit Eindhoven hoofdsponsor Universiteit Utrecht pilot HAVO-scholen Fontys Hogescholen High Voltage Transport Eureka!Cup Postbus 513 5600 MB Eindhoven telefoon 040 247 3127 e-mail info@eurekacup.nl Wat voor een hoogspanningsmast wil jij in je achtertuin hebben? De duurzame stad van de toekomst heeft natuurlijk elektriciteit nodig. Op dit moment wordt energie onder andere via hoogspanningsmasten getransporteerd. TenneT vraagt jullie om een nieuw ontwerp van de hoogspanningsmasten van de toekomst te maken. Hierbij moet je rekening houden met de veiligheid en het gewicht van de kabels. Het oog wil natuurlijk ook wat, dus de vormgeving van de masten moet passen in de duurzame stad van de toekomst. Eureka!Cup is een samenwerkingsproject van de Nederlandse universiteiten en Fontys Hogescholen, de Nederlandse Natuurkundige Vereniging en stichting FOM met het bedrijfsleven. Doel is om leerlingen van HAVO en VWO 1, 2 en 3 kennis te laten maken met techniek en toepassingen van natuurwetenschappen. www.eurekacup.nl Een opdracht van Eureka!Cup in samenwerking met #02.
Eureka!City De duurzame stad van de toekomst De burgemeester van Eureka!City heeft een nobel doel: zijn stad moet voorop gaan lopen in ontwikkelingen in de wereld van energie. Zo wil hij als eerste een duurzame energiecentrale bouwen, de beste hoogspanningsmasten plaatsen, energiezuinige auto s laten rijden, experimenteren met zonlicht om water te verwarmen en een groot windmolenpark in zee bouwen. Allemaal ambities die ervoor moeten zorgen dat het leven in Eureka!City gezonder, veiliger en aangenamer wordt. Eureka!City wil een voorbeeld zijn voor heel veel andere grote en kleine steden en hoopt dan ook dat jullie, als medewerkers van de bedrijven die met deze uitdagingen bezig zijn, een handje daarbij kunnen helpen. De burgemeester nodigt jullie dan ook van harte uit om eens een bezoek te brengen aan zijn stad. Op www.eurekacup.nl kun je door Eureka!City wandelen en rondkijken zoveel als je wilt. En dan kun je alvast dromen hoe de duurzame stad van de toekomst met jouw idee een stapje dichterbij komt. Een aantal vergezichten van de digitale stad Eureka!City. Vormgeving en opmaak binnenwerk: Hanneke Geurts van Kessel Studio eau, www.studioeau.nl in opdracht van Eureka!Cup 2
High Voltage Transport Ontwerp een hoogspanningsmast voor Eureka!City. Opdrachtgever Project Vooronderzoek Werkwijze De test 2 4 6 8 11 Dichtbij een energiecentrale zie je veel masten bij elkaar. (Bron: Studio eau) 1
Opdrachtgever Elektriciteit is vanzelfsprekend in ons dagelijks leven. Nederland heeft een goed functionerend systeem voor de elektriciteitsvoorziening. Het is de taak van TenneT TSO als Transmission System Operator om de Nederlandse elektriciteitsvoorziening en de leveringszekerheid te bewaken, 24 uur per dag, 7 dagen in de week. Naast het beheer van het landelijk transportnet en het bewaken van de betrouwbaarheid en de continuïteit van de Nederlandse elektriciteitsvoorziening houdt TenneT zich ook bezig met diensten en taken die tot doel hebben de elektriciteitsmarkt verder te ontwikkelen. Figuur 1: Mast in de natuur. (Bron: www. flickr.com) 2
3 Figuur 2: Deze krantenartikelen zijn ook na te lezen op www.eurekacup.nl
Project Eureka!City (de duurzame stad van de toekomst) moet van elektriciteit worden voorzien. Deze zal, net zoals dat nu gebeurt, via hoogspanningsmasten getransporteerd gaan worden. TenneT wil hiervoor graag nieuwe hoogspanningsmasten ontwikkelen en bouwen, die beter passen in de stad en in het landschap dan de huidige masten. TenneT vraagt jullie, als ontwerpers, om hiervoor een schaalmodel te maken. Op dit moment is er een nieuw ontwerp gemaakt, namelijk de Wintrack-mast (zie figuur 3), maar TenneT wil graag ook andere ontwerpen zien. TenneT heeft natuurlijk wel een aantal voorwaarden en wensen waaraan het schaalmodel moet voldoen. De verplichte voorwaarden zijn: De mast mag maximaal 50x30x20m (hxbxd) worden, het schaalmodel dient gemaakt te worden in schaal 1:100; Er moeten 2 circuits (een circuit bestaat uit 3 draden, die geleiders worden genoemd) aan de mast gehangen worden, er moet dus in totaal 2 x 3 ophangpunten (haakjes met een minimale diameter van 6mm) komen voor de geleiders. Figuur 3: Wintrack-mast (Bron: www.tennet.org) 4
Daarnaast heeft de opdrachtgever de volgende wensen, die niet verplicht zijn, maar wel meetellen bij de beoordeling: De mast moet de geleiders kunnen dragen; Om de elektro-magnetische velden rond die geleiders te verminderen (dit in verband met mogelijke gezondheidsrisico s voor mensen) moet je proberen de geleiders zo dicht mogelijk bij elkaar te hangen, rekening houdend met de minimale afstanden. Zie figuur 4 voor een schematische weergave; De mast moet een fraaie vormgeving hebben, zodat hij goed past in Eureka!City. Minimum afstand geleiders tot mastdelen: 4,5 m. Minimum afstand geleiders van hetzelfde circuit onderling: 4,5 m. Minimum afstand geleiders van verschillende circuits onderling: 6,5 m. Minimum afstand geleider t.o.v. maaiveld: 23 m. Doorhang van de geleider: 11 m. Afstand mast tot mast: 350 m. Figuur 4: Afmetingen van de mast. (Bron: Studio eau) 5
Vooronderzoek Deelonderzoeken Voordat je begint met het bouwen van je product is het verstandig om eerst een goed vooronderzoek te doen. Deelonderzoek 1: Verschillende masten TenneT wil graag en fotoverslag van 4-6 verschillende masten. Van elke mast is een toelichting aanwezig. De toelichting gaat over de volgende onderwerpen: de constructie van de mast; de manier waarop de geleiders hangen; de inpassing van de mast in het landschap. Deelonderzoek 2: Constructie-analyse TenneT wil graag een serie van 4 detailonderzoeken voor elk van de volgende onderwerpen: manieren om de mast sterk te maken; manieren om de geleiders dichter bij elkaar te hangen. Deelonderzoek 3: Onderzoek naar inpassing in Eureka!City TenneT wil graag een viertal ontwerpen hebben van hoogspanningsmasten. Van elke mast is aangegeven waarom deze goed in Eureka!City past. Om een beter beeld te vormen van de omgeving, kun je een plattegrond en een driedimensionale animatie van de stad downloaden. Deze vind 6
je op de site van de Eureka!Cup (www.eurekacup.nl). Je kunt door deze 3d-animatie zweven. Om de plaats te vinden waar de mast gebouwd zal worden klik je op de toets L. De locatie van de mast wordt dan rood opgelicht. Nu kun je naar die plek toegaan om de omgeving te verkennen. Uiteindelijk vraagt Tennet je om 1 ontwerp uit te kiezen en deze mast op schaal te bouwen. Figuur 5: Afbeelding en plattegrond van Eureka!City, met in het midden de locatie 7
Werkwijze Team Dit project voor TenneT voeren jullie uit in een team van 4 of 5 klasgenoten. Jullie docent is jullie begeleider, bij hem of haar kun je altijd met vragen terecht. Plan van aanpak Voor elk deelonderzoek van het project is het goed om een plan van aanpak te maken. Dit is maximaal een A4 tje waar overzichtelijk de volgende dingen op staan: de naam van het project; voor welk onderdeel dit het plan van aanpak is; welke werkzaamheden jullie uit gaan voeren; hoe jullie de taken verdelen; wanneer de werkzaamheden uitgevoerd gaan worden en hoelang je hierover gaat doen; welke materialen er nodig zijn; wanneer jullie als team overleggen en waarover dat zal gaan. Tijdsplanning De planning van het project over een periode van 5 of 6 weken ziet er als volgt uit: Week 1: Maken van het plan van aanpak voor deelonderzoek 1. Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 1. 8
Figuur 6: Een dubbele mast. (Bron: Studio eau) Week 2: Maken van het plan van aanpak voor deelonderzoek 2. Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 2. Week 3: Maken van het plan van aanpak voor deelonderzoek 3. Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 3. 9
Week 4: Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 3. Maken van het plan van aanpak voor het bouwen van het uiteindelijke product. Week 5 en eventueel week 6: Uitvoeren van het plan van aanpak van het maken of bouwen van het uiteindelijke product. Afronden van het project en voltooien van het rapport. Materialen Voor het maken van jullie schaalmodel hebben jullie verschillende materialen nodig. Voor deze materialen zorg je zelf. Alleen als het echt niet lukt, kun je hulp aan je docent vragen. Informatiebronnen Voor delen van het vooronderzoek zullen jullie informatie van andere bronnen nodig hebben. Dit kunnen bijvoorbeeld de bibliotheek en het internet zijn. Op internet is www. eurekacup.nl een goede plek om te beginnen met zoeken. Daar vind je een aantal stukjes theorie en handige links die betrekking hebben op jullie project. Je kunt natuurlijk ook zelf zoeken naar nuttige internetpagina s. Model De opdrachtgever verwacht ook een model van het door jullie ontworpen product, zie daarvoor de projectomschrijving. Dit model wordt getest in jullie klas, en ook op de finaledag. Succes! 10
Figuur 7: (Bron: Studio eau) De test Op de finaledag Eureka!Day gaat TenneT jullie schaalmodellen beoordelen. Op deze dag staat een testopstelling zoals in figuur 8 (pagina 12). De middelste gestippelde mast wordt natuurlijk de mast die jullie gebouwd hebben. Deze hoeft totaal niet te lijken op de mast in de tekening. Je mag zelf de mast plaatsen in deze testopstelling. De testopstelling zal 7 meter lang zijn en in het midden daarvan zullen jullie je mast plaatsen. Daarna hang je alle 6 de geleiders in de haakjes van je mast. De mast moet het gewicht van de geleiders kunnen houden. De geleiders zullen gemaakt zijn van een soepele staalkabel met een gewicht van 82 gram per meter, dit komt neer op een totaal gewicht 3,45kg van alle kabels samen. 11
Testopstelling Tijdens de finaledag let de jury op de volgende zaken: In hoeverre voldoet het ontwerp aan de voorwaarden die TenneT gesteld heeft; De originaliteit van het ontwerp. Figuur 8: De testopstelling 12
Eureka!Cup Watt s Going On? 2009 Toen James Watt in 1769 de stoommachine uitvond, had hij nooit kunnen weten hoe de wereld hierdoor zou gaan veranderen. Al die machines die het leven van de mens makkelijker maken hebben iets gemeen: ze zetten energie om naar een andere vorm. In een auto zet je verbrandingsenergie van benzine om in bewegingsenergie, een zonnecel zet energie uit licht om in elektrische energie en een waterkoker kan die elektrische energie weer gebruiken om er warmte van te maken. Energie kun je niet zien, maar is er in vele vormen. Een wereld zonder energie is onmogelijk: energie is er altijd al geweest, en zal ook nooit verdwijnen. Energie mag er dan wel altijd zijn: het is een grote uitdaging om deze op een goede manier te kunnen gebruiken. Want hoe zet je elektrische energie het beste om in licht? Hoe kun je energie transporteren naar de plek waar je het nodig hebt? En hoe zorg je ervoor dat een vrachtwagen die van een berg afrolt niet tevéél bewegingsenergie krijgt? Bovendien helpt het begrip energie om vanalles te kunnen verklaren. Bijvoorbeeld waarom je op een röntgenfoto je botten ziet, welke snelheid een balletje krijgt dat van een berg afrolt en waarom het toch zo moeilijk is om water te splitsen in waterstof en zuurstof. En dan rest er nog een belangrijke vraag: waar moeten we de warmte, de bewegingsenergie en de elektrische energie die we nodig hebben vandaan halen wanneer we in de toekomst geen fossiele brandstoffen meer hebben? Zonder technische kennis zouden we de wereld zoals die nu is nooit gekend hebben. Op school krijg je vakken als natuurkunde, scheikunde, techniek en biologie. Je ervaart dan hoe belangrijk energie is in ons leven. Maar ook waarom sommige mensen met een bril op beter kunnen zien, waarom een boot niet zinkt of waaruit afwasmiddel bestaat. Wat je nu op school leert, zie je terug in heel veel vakgebieden die technisch zijn, en meestal ook een maatschappelijke kant hebben. Je leert in die vakgebieden op een verantwoorde manier problemen uit de natuur en techniek op te lossen. Vaak zijn deze oplossingen de basis voor nieuwe uitvindingen en ontwikkelingen. Niet alleen op het gebied van energie, maar in bijna alles wat je om je heen ziet. De Eureka!Cup is een project dat je op een andere en leuke manier kennis wil laten maken met techniek en toepassingen van natuurwetenschappen. We willen laten zien hoe belangrijk en hoe leuk het is om met technische uitdagingen bezig te zijn. In de derde klas zul je een profiel gaan kiezen. We hopen dat dit project je helpt met nadenken hierover, zodat jij een goede keuze voor jezelf kunt maken. We wensen je veel succes en een leuke en leerzame Eureka!Cup. 13