Hoofdstuk 6 Paragraaf 4

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 3

Duurzame energie

Hoofdstuk 6

Paragraaf 4

HV3

Maar eerst een paar oefen-vragen

Deze elektrische flessenwarmer heeft een vermogen van 80 W. Het duurt 8,5 minuten voor de temperatuur van 200 g melk in de zuigfles is gestegen van 7 C° tot 37 C°. De melk heeft dan 23.400 J aan energie opgenomen. Bereken het rendement van de flessenwarmer.

In een elektrische waterkoker (2 kW) wordt 800 g water opgewarmd van
12 C° tot 100 C°. Het water heeft 295680 J nodig om op te warmen. Bereken hoe lang de waterkoker daarover doet. Ga er van uit dat er geen energie verloren gaat

Je hijst een kist met stenen met een touw omhoog. De spankracht bedraagt 150 N en verricht bij het hijsen een arbeid van 350 KJ. Bereken hoe hoog de kist omhoog wordt gehesen.

Bereken de snelheid van een auto van 1200 kg, die een bewegingsenergie van 240 kJ heeft.

Blauwbaard houdt jonge vrouwen gevangen in zijn toren. Sommige van hen zijn slimme dames. Ze proberen vanuit de toren een steen (m = 250 g) te laten vallen op Blauwbaard, op het moment dat hij beneden staat. Ze willen berekenen met welke snelheid de steen op de grond komt. Met een digitale afstandsmeter meten zij dat de hoogte van de toren gelijk is aan 120 m. De dames kunnen hiermee de eindsnelheid vanaf de toren berekenen; zij verwaarlozen de invloed van de luchtwrijving.
TIP: Ez = Ek

Leerdoelen

1. Je kan voor- en nadelen noemen van grijze- en groene energiebronnen.​
   
2. Je kan de belangrijkste pijlers van het energievraagstuk benoemen.​
   
3. Je kan uitleggen hoe een hoger rendement lager energieverbruik kan opleveren.​
   
4. Je kan uitleggen hoe een warmtekrachtkoppeling zorgt voor een hoger rendement.​ 
5. Je kan verschillende groene energiebronnen noemen en uitleggen hoe wij de energiebron kunnen gebruiken voor nuttige energie.

Noem een voorbeeld van duurzame energie

Fossiele brandstoffen

Fossiele brandstoffen zijn voorbeelden van grijze energie bronnen​

Fossiele brandstoffen: Aardolie, aardgas, steenkool​

Deze bronnen kunnen op en ze stoten bij verbanding broeikasgassen uit​

Het voordeel is dat ze goedkoop zijn en ze leveren gemakkelijk heel veel energie​

​ 

Vanaf 2050 zullen fossiele brandstoffen niet meer de belangrijkste brandstoffen zijn

Welke oplossingen zijn om het energie tekort voor de groeiende wereldbevolking op te lossen?

De oplossing rust op 3 belangrijke poten:

1. Er moet minder energie worden gebruikt
   
2. De energie die we gebruiken, moeten we efficiënter gebruiken (apparaten met een hoge rendement)
   
3. We moeten meer energie uit duurzame bronnen halen
   

Minder energie gebruiken

Er zijn allerlei mogelijkheden voor mensen om minder energie te gebruiken:

• Huis goed isoleren
• Openbaar vervoer i.p.v. de auto nemen
• De verwarming minder hoog zetten
• Minder lang douchen

Al deze maatregelen besparen al snel veel energie

Efficiënter energie gebruiken

Een voorbeeld van efficiënt energie gebruik is een warmtekrachtkoppeling (WKK)

• Bij het opwekken van elektriciteit ligt het rendement normaal op 40%
  
• Veel warmte gaat bij de verbranding via gassen en via het koelwater verloren als ‘afvalwarmte’
  
• De afvalwarmte in het koelwater kan via een WKK huizen verwarmen
  
• De afvalwarmte in de gassen kan in de CV ketels van huizen water verwarmen
  
• Het rendement komt dan op 80% – 90% te liggen
  

Duurzame energie

Duurzame energiebronnen zijn bronnen die niet op kunnen en ook geen schadelijke stoffen uitstoten:

• Windenergie
  
• Zonne-energie
  
• Waterkracht
  
• Geothermische warmte
  
• Biomassa
  
• Voor de toekomst: Kernfusie
  

Voor- en nadelen van grijze- en groene energiebronnen

Wind energie

De wind zal altijd blijven waaien en is daarom duurzaam

• Windmolens kunnen door de wind gaan draaien
  
• Binnen in de molen zit een generator, die via de draaibeweging elektriciteit opwekt
  

Nadelen: 

• Het waait niet altijd even goed waardoor windenergie weinig oplevert
  
• Veel mensen vinden windmolens lelijk en beschouwen windmolens als ‘visuele vervuiling’
  

Hoeveel energie zet een windmolen om?

Een grote windmolen (+/- 100 m hoog) levert bij een goede wind ongeveer 7,5 MW aan energie

• 7,5 MW = 7,5 MegaWatt = 7.500.000 Watt = 7.500.000 J/s

Een gemiddelde elektriciteits centrale levert ongeveer 1000 MW

• Er zijn 135 windmolens nodig om evenveel te produceren
  
• Bij weinig wind zijn er nog veel meer nodig
  

Zonne-energie

• De zon zal altijd blijven schijnen, daarom is de zon duurzaam
• Zonne-energie kan met behulp van zonnepanelen (linker plaatje) omgezet worden in elektrische energie
• Zonnecollectoren zijn panelen/buizen gevuld met water (rechter plaatje). Het water wordt door de zon opgewarmd en het warme water kan in huis gebruikt worden.

Zonnecentrale

• Hier zie je een zonnecentrale
  
• Alle spiegels weerkaatsen het zonlicht naar één punt waar een zeer hoge temperatuur wordt behaald
  
• Op dit punt wordt water tot stoom gebracht en drijft, net zoals in een thermische centrale, een generator aan die elektrische energie produceert
  

Biobrandstoffen

• Biobrandstoffen haal je uit plantenresten zoals hout en plantaardige olie
  
• Deze brandstoffen kunnen niet op raken omdat je uit bijvoorbeeld landbouw altijd plantenresten zal hebben
  
• Ze stoten wel CO2 uit maar omdat de planten tijdens het groeien zelf CO2 omzetten, is de netto uitstoot minder dan bij fossiele brandstoffen
  

Verdieping: Biomassa bevindt zich in de huidige koolstofkringloop. Ze nemen tijdens het groeien CO2 op en stoten zelf ook weel CO2 uit. Fossiele brandstoffen nemen helemaal geen CO2 meer op maar stoten het wel uit. Daarom zitten die niet in de koolstofkringloop

Waterkracht

• Wereldwijd is waterkracht de belangrijkste groene energiebron
  
• Stuwdammen zetten gigantische hoeveelheden bewegingsenergie (stromend water) om in elektrische energie
  
• Ze zijn wel slecht voor het milieu omdat bij de aanleg grote gebieden onder water komen te staan
  
• Nederland is hiervoor niet geschikt omdat we niet genoeg reliëf hebben in het land.
  
• We gebruiken wel waterkracht bij getijdecentrales, die wekken elektriciteit op met behulp van eb en vloed.
  

Drieklovendam

Hier zie je de grootste stuwdam van de wereld

De dam is gebouwd in China

Hij levert 22,5 GW. Dit is evenveel als 22,5 kolencentrales

(22,5 GW = 22.500.000.000 J/s)

Geothermische energie

• Diep onder de grond is veel warmte aanwezig
• Je kan koud water de grond in pompen en warm water weer oppompen waarmee je huizen kunt verwarmen.
• In landen met veel vulkanisme is het water heet genoeg om elektriciteit op te wekken, zoals op IJsland

Huiswerk paragraaf 6.4