Tilbake til oversikten over dagens seminar.
Oppgave 4/5. Tidsbruk: ca 15 min.
1. Termodynamikkens 1. lov
Et alternativ for å lagre energi fra uregulerbare energiressurser som sol og vind er å bruke trykkluft, der luft komprimeres når det er overskuddsenergi i systemet, og den komprimerte lufta driver en turbin for å produsere elektrisitet når det blir behov for det.
En utfordring med slike systemer er at lufta varmes opp når den komprimeres, og noe av denne varmen må hentes ut for at ikke systemet skal få for høy temperatur.
- I et trykkluftsystem gjør kompressoren et arbeid på 4,56 TJ på lufta, mens lufta avgir 4,11 TJ i form av varme til omgivelsene ved hjelp av kjølesystemet. Hvor mye endres den indre energien til lufta?
2. Termodynamikkens 2. lov og virkningsgrad
- En carnotmaskin, som er en maskin som opererer med den teoretisk maksimale virkningsgraden for en varmemaskin, arbeider mellom 235oC og 115oC og får tilført 63,0 kJ fra varmereservoaret.
- Finn virkningsgraden til maskinen.
- Hvor mye arbeid kan maskinen gjøre per syklus?
- En varmemaskin utfører et arbeid på 16,6 kJ samtidig som 9,70 kJ i form av varme avgis til det kalde reservoaret. Hva er virkningsgraden til maskinen?
Når luft utvider seg, synker temperaturen. I trykkluftsystemer for energilagring vil man derfor tilføre varme til lufta når den skal utvide seg og drive turbinen for å produsere energi.
- I trykkluftsystemet i eksempelet over tilføres 6,82 TJ i form av varme fra forbrenning av naturgass til lufta når den skal gjennom turbinen. Virkningsgraden til turbinen er på 85 %.
- Hvor mye elektrisk energi produseres i turbinen?
- Hva blir den totale virkningsgraden til energilagringssystemet?
- I mer avanserte systemer kan store deler av varmen som hentes ut fra kompresjonen lagres og brukes til å varme opp lufta gjennom turbinen. Her kan du anta at 72 % av varmen som hentes ut fra kompresjonen kan brukes til oppvarming, og at det ikke forbrennes noe naturgass.
- Hvor mye elektrisk energi produseres i turbinen?
- Hva blir den totale virkningsgraden til energilagringssystemet?