You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Elektrische</strong> <strong>energie</strong><br />
KHLim-Lerarenopleiding<br />
René Peeters
Leerstof<br />
• Leerstof: pagina 9 – 20 in Elektriciteit 1<br />
• Leerstof: pagina 53 – 57 in Elektra 1<br />
• Leerstof: pagina 54 – 56 in Elektriciteit A1<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 2
Enkele Definities<br />
• Wanneer bezit een lichaam <strong>energie</strong>?<br />
<br />
Een lichaam bezit <strong>energie</strong> als het arbeid kan leveren, dus als het<br />
een kracht kan verplaatsen.<br />
• Hoe verkrijgt een lichaam <strong>energie</strong>?<br />
<br />
Een lichaam verkrijgt <strong>energie</strong> door er arbeid op te leveren.<br />
• Hoeveel <strong>energie</strong> bezit een lichaam?<br />
<br />
F<br />
s<br />
Arbeid Kracht Afs tan d<br />
F s<br />
De hoeveelheid <strong>energie</strong> die een lichaam bezit in een bepaalde<br />
toestand is gelijk aan de arbeid die men moet leveren om het in die<br />
toestand te krijgen.<br />
W<br />
<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 3
Inleiding<br />
• Om een lichaam (toestel, machine, voertuig …)<br />
<strong>energie</strong> te laten leveren, moet je er eerst <strong>energie</strong><br />
instoppen.<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 4
Inleiding<br />
• Onze welvaart is bijna volledig afhankelijk van <strong>energie</strong><br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 5
Inleiding<br />
• Al deze <strong>energie</strong> is afkomstig van primaire en<br />
hernieuwbare brandstoffen<br />
• Primair (eindige voorraden in de tijd)<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Vaste brandstoffen (steenkool, bruinkool …)<br />
Aardolie en aardolieproducten<br />
Aardgas<br />
Kern<strong>energie</strong><br />
• Hernieuwbaar (onbeperkte hoeveelheden)<br />
<br />
Wind, water, zon, biomassa ….<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 6
Energie en haar verschijningsvormen<br />
• In welke bruikbare vorm zou je de primaire en<br />
hernieuwbare <strong>energie</strong> kunnen omzetten?<br />
Voorbeeld verwarmingsketel<br />
Aardgas <br />
warmte-<strong>energie</strong><br />
Welke andere <strong>energie</strong>vormen ken je?<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 7
Energie en haar verschijningsvormen<br />
• Energievormen<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>energie</strong><br />
Mechanische <strong>energie</strong><br />
Chemische <strong>energie</strong><br />
Warmte-<strong>energie</strong><br />
Kern<strong>energie</strong><br />
Licht<strong>energie</strong><br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 8
<strong>Elektrische</strong> <strong>energie</strong><br />
• <strong>Elektrische</strong> cellen<br />
- Leveren <strong>energie</strong> aan verplaatsbare apparaten.<br />
- Zetten chemische <strong>energie</strong> om in elektrische<br />
<br />
Primaire systemen = éénmalig gebruik (wegwerpsysteem)<br />
<br />
Secundaire of herlaadbare systemen<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 9
<strong>Elektrische</strong> <strong>energie</strong><br />
• <strong>Elektrische</strong> generatoren<br />
Zetten mechanische <strong>energie</strong> om in elektrische <strong>energie</strong><br />
Auto-alternator<br />
Mobiele generatorset<br />
Diesel generatorset<br />
Generatorset op aardgas<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 10
Mechanische <strong>energie</strong><br />
• Bewegings<strong>energie</strong>: een draaiende boor, de wind, het<br />
stromend water, een rijdende auto bezitten bewegings<strong>energie</strong><br />
of kinetische <strong>energie</strong> (<strong>energie</strong> als gevolg van de<br />
beweging).<br />
• Potentiële <strong>energie</strong>: een gespannen veer of boog, een<br />
opgeheven lichaam, water dat door een stuwdam op een<br />
hoog niveau wordt gehouden, een samengeperst gas<br />
bezitten potentiële <strong>energie</strong> (<strong>energie</strong> als gevolg van de<br />
toestand waarin ze zijn gebracht).<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 11
Scheikundige of chemische <strong>energie</strong><br />
• Chemische <strong>energie</strong>: dit is de totale <strong>energie</strong>-inhoud van<br />
een stof. Deze <strong>energie</strong> is opgeslagen in de bindingen<br />
tussen de atomen en de elektronen in de atomen van een<br />
molecule<br />
Algemene fysica<br />
Kernfysica<br />
Bouw van de materie<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 12
Voorbeeld 1 – Koken op aardgas<br />
<br />
Uit aardgas is chemische <strong>energie</strong> te winnen door het te<br />
verbranden. Als aardgas (ook geldig voor de andere primaire<br />
brandstoffen) wordt verbrand vindt er een <strong>energie</strong>omzetting plaats;<br />
van chemische <strong>energie</strong> (opgeslagen in het gas) naar thermische<br />
<strong>energie</strong> (warmte).<br />
Koken op aardgas verbruikt het minst <strong>energie</strong><br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 13
Voorbeeld 2 – Loodaccu (auto)<br />
<br />
Een batterij zet chemische <strong>energie</strong> om in elektrische. Tijdens de<br />
ontlading van een lood-zwavelzuurcel verandert de chemische<br />
samenstelling van de batterij. Dit proces verloopt in omgekeerde<br />
richting tijdens het laden.<br />
Opgeladen accu Ontlading Volledig ontladen accu<br />
Pb = lood PbO 2 = looddioxide H 2 SO 4 = zwavelzuur<br />
H 2 O = water PbSO 4 = loodsulfaat<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 14
Kern<strong>energie</strong><br />
• Kern<strong>energie</strong> is <strong>energie</strong> opgewekt door kernreacties, de<br />
reacties waarbij atoomkernen zijn betrokken. Kern<strong>energie</strong><br />
komt beschikbaar in de vorm van warmte, die in een<br />
kerncentrale op conventionele manier (via stoom, turbines<br />
en generatoren) in elektriciteit kan worden omgezet.<br />
• 54% van onze huidige elektriciteitsproductie gebeurt door<br />
kern<strong>energie</strong>.<br />
• Het Belgisch parlement besliste in 2003 een geleidelijke<br />
uitstap uit kern<strong>energie</strong> voor elektriciteitsproductie.<br />
• Enkele ons omringende landen zoals Finland, Frankrijk en<br />
Groot-Brittannië willen kern<strong>energie</strong> behouden en zelf<br />
uitbreiden.<br />
• Hoe gaan we dit oplossen?<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 15
Warmte-<strong>energie</strong> of thermische <strong>energie</strong><br />
• Thermische <strong>energie</strong> bekomt men door het verbranden van<br />
b.v. aardolieproducten, aardgas, steenkool, hout of<br />
biobrandstoffen (biodiesel, dierlijke vetten, plantaardige<br />
oliën ….).<br />
1 lit Benzine 32,6 MJ<br />
1 m 3 LPG 24,4 MJ<br />
1 m 3 Aardgas 31,7 MJ<br />
1 kg Waterstof 120,8 MJ<br />
1 kg Steenkool 29,3 MJ<br />
1 kWh Elektriciteit 3,6 MJ<br />
1 kg Uranium 235 80.000.000 MJ<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 16
Licht<strong>energie</strong><br />
• In een gloeilamp wordt het wolframdraadje zodanig verhit<br />
totdat het lichtstralen begint uit te zenden.<br />
• Er zijn stoffen die licht<strong>energie</strong> kunnen afgeven in het<br />
donker, veiligheidsvestje, partybenodigdheden.<br />
Fluo veiligheidsvestje<br />
Fluo nagellak en haargel<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 17
Andere <strong>energie</strong>vormen<br />
• Wind<strong>energie</strong><br />
• Zonne-<strong>energie</strong><br />
• Waterkracht<strong>energie</strong><br />
• Geothermische <strong>energie</strong><br />
• Getijden<strong>energie</strong><br />
• Elektromagnetische <strong>energie</strong><br />
• Elektrostatische <strong>energie</strong><br />
• Stralings<strong>energie</strong><br />
• …….<br />
Zijn te herleiden tot de vorige basisvormen of een<br />
combinatie van deze basisvormen.<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 18
Energie-omzettingen<br />
• Wet van behoud van <strong>energie</strong><br />
<br />
Energie uit het niets laten komen of zomaar laten verdwijnen is<br />
onmogelijk.<br />
• Energie-omzetting<br />
<br />
Bij iedere <strong>energie</strong>-omzetting blijft de totale <strong>energie</strong>hoeveelheid<br />
gelijk. De nieuwe <strong>energie</strong> is onder een andere vorm beschikbaar.<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 19
Energie-omzettingen<br />
• Voorbeelden<br />
<br />
Gloeilamp<br />
<strong>Elektrische</strong><br />
<strong>energie</strong><br />
Licht<strong>energie</strong><br />
Warmte-<strong>energie</strong><br />
<br />
<strong>Elektrische</strong> motor<br />
<strong>Elektrische</strong><br />
<strong>energie</strong><br />
Mechanische <strong>energie</strong><br />
Warmte-<strong>energie</strong><br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 20
Energie-omzettingen – Oefening 1<br />
Multiple Choice: Welke <strong>energie</strong>vormen zet<br />
deze verbrandings-motor om? Kies het juiste<br />
antwoord.<br />
1. Potentiële in kinetische <strong>energie</strong>, zie verbrandingskamer H<br />
2. Thermische in potentiële <strong>energie</strong>, zie verbrandingskamer H<br />
3. Thermische in kinetische <strong>energie</strong>, zie cilinder F<br />
4. Kinetische in mechanische, zie krukas D<br />
5. Druk<strong>energie</strong> in kinetische <strong>energie</strong>, zie cilinder F<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 21
Energie-omzettingen – Oefening 2<br />
True/False: Een stoomturbine in een elektriciteitscentrale<br />
zet thermische <strong>energie</strong> om in elektrische <strong>energie</strong>.<br />
Waar of niet waar? Antwoord = ………<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 22
Opwekking van elektrische <strong>energie</strong><br />
• Proefneming - Fietsdynamo<br />
<br />
Een dynamo zet mechanische <strong>energie</strong> om in elektrische <strong>energie</strong> en<br />
wrijvings<strong>energie</strong> (warmte).<br />
Mechanische<br />
<strong>energie</strong><br />
Warmte-<strong>energie</strong><br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>energie</strong><br />
• Projectwerk:<br />
<br />
Is het mogelijk om met een fietsdynamo genoeg <strong>energie</strong> op te<br />
wekken om een draagbare muziekspeler MP3 te doen spelen of<br />
opladen zolang de dynamo werkt? Werk praktisch uit.<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 23
Opwekking van elektrische <strong>energie</strong><br />
• Principe elektriciteitscentrale<br />
<br />
Primaire brandstof warmte stoomturbine generator <br />
elektriciteit<br />
<br />
Hernieuwbare <strong>energie</strong> turbine generator elektriciteit<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 24
Opwekking van elektrische <strong>energie</strong><br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 25
Huidige situatie elektriciteitscentrales<br />
Kerncentrale<br />
Klassieke centrale<br />
Turbojet<br />
Aalter 1, Beerse 2, Buda 3, Cierreux 4,<br />
Deux-Acren 5, Elsene 6, Langerbrugge 7,<br />
Noordschote 8, Schaarbeek 9, Turon 10,<br />
Zedelgem 11, Zeebrugge 12<br />
Gasturbine<br />
In aanbouw of ter studie<br />
Doel<br />
12<br />
Indaver<br />
Rodenhuize<br />
11 7<br />
Isvag<br />
8 1<br />
Gent<br />
Drogenbos<br />
Harelbeke<br />
9<br />
Ruien<br />
6<br />
5<br />
Péronnes<br />
2<br />
Kallo<br />
3<br />
Schaarbeek<br />
Amercoeur<br />
Monceau<br />
Mol<br />
Awirs<br />
Tihange<br />
(F) Chooz<br />
Langerlo<br />
Monsin<br />
10<br />
4
Klassieke thermische centrale<br />
2<br />
10<br />
3<br />
7<br />
1<br />
4<br />
6<br />
8<br />
5<br />
9<br />
11<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 27
Klassieke thermische centrale<br />
Bekijk deze animatie op: http://www.kta1-hasselt.be/<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 28
Kerncentrale<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
8<br />
1<br />
7 9<br />
6<br />
10<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 29
Riviercentrale<br />
Riviercentrale: werkt op groot volume doorstromend water, weinig hoogteverschil<br />
Legende: 1. Kaplan turbinerad - 5. Alternator<br />
Bron: www.spe.be<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 30
Pompcentrale<br />
Opslaan van <strong>energie</strong> tijdens daluren, leveren van <strong>energie</strong> tijdens piekuren<br />
bovenbekken<br />
alternator<br />
Potentiële <strong>energie</strong><br />
elektriciteit<br />
Kinetische <strong>energie</strong><br />
(stromend water)<br />
benedenbekken<br />
turbine
Stuwdamcentrale Bütgenbach (B)<br />
Stuwdamcentrale: stuwdam dient als spaarbekken, werkt op groot hoogteverschil<br />
Onderaan de stuwdam (H = 23 m L = 140 m) staat de elekticiteitscentrale.<br />
De stuwdam van Bütgenbach regelt tevens het peil van het meer van Robertville.<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 32
WKK voor gebouwverwarming<br />
WKK = warmtekrachtkoppeling<br />
gebouwverwarming<br />
Gasmotor<br />
alternator<br />
warmtewisselaars<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 33
WKK-gasmotor met cogeneratie<br />
Cogeneratie = warm water (of stoom) voor procesdoeleinden +<br />
elektriciteit voor eigen gebruik of distributienet<br />
2 WKK-modules in parallel voor de productie van warm water<br />
http://www.ge-energy.com<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 34
STEG (Stoom en gascentrale)<br />
1 e x elektriciteit = aardgas gasturbine alternator<br />
2 e x elektriciteit = aardgas stoom stoomturbine alternator<br />
turbine +<br />
alternator<br />
alternator<br />
+ gasturbine<br />
recuperatiestoomketel<br />
luchtcondensor<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 35
Windturbine<br />
1. rotorblad<br />
2. rotornaaf<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
2<br />
1<br />
3. mast<br />
4. rotoras<br />
5. tandwielkast<br />
10<br />
6. schijfrem<br />
7. generator<br />
8. koelsysteem<br />
3<br />
9. windmeetsysteem<br />
10. krui-aandrijving
Elektriciteit uit drijfmest in Peer<br />
Vergister<br />
mestverwerking<br />
Gasmotor + alternator<br />
Opslagtank<br />
drijfmest<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 37
Elektriciteit uit drijfmest in Peer<br />
Methaangas<br />
Gasmotor<br />
Opslagtank<br />
Vergister<br />
Groene<br />
elektriciteit<br />
Mestverwerking<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 38
Transport en distributie van elektriciteit<br />
• Doel van het hoogspanningsnet<br />
<br />
<br />
Connectie tussen elektrische centrales<br />
Koppelnet indien er regionaal een onevenwicht ontstaat tussen<br />
vraag en aanbod in België<br />
• Lange afstandtransport<br />
<br />
<br />
<br />
Spanning beperkt door het isolatieniveau<br />
Stroomsterkte beperkt door de toegelaten stroomdichtheid<br />
West-Europa = 400 kV hoogspanningsnet<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 39
380 kV-Koppelnet in België<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 40
Productie van elektriciteit in België<br />
Bron: http://statbel.fgov.be/nl<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 41
Productie van elektriciteit in België<br />
Uitstap uit kern<strong>energie</strong><br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 42
Globale <strong>energie</strong>balans België<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 43
Beschikbare <strong>energie</strong>bronnen in België<br />
In volgorde: aardolie (40%), aardgas (25%), kern<strong>energie</strong> (21%), steenkool (8%), hernieuwbare (5%)<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 44
Maandelijkse evolutie van het verbruik<br />
Verklaar de hoogste en laagste piek in het verbruik<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 45
Wekelijkse evolutie van het verbruik<br />
Verklaar de hoogste en laagste piek in het verbruik<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 46
Maximale en minimale piekdagen<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 47
WWW-links<br />
• http://energy.exide.nl/<br />
Batterijen<br />
• http://www.varta.be/<br />
Batterijen<br />
• http://www.duracell.com/<br />
Batterijen<br />
• http://www.scholieren.com<br />
Website voor en door leerlingen opgezet<br />
• http://www.ge-energy.com<br />
Turbocompressoren, expanders en turbines<br />
• http://www.manturbo.com/<br />
Turbocompressoren, expanders en turbines<br />
• http://statbel.fgov.be/nl/statistieken/cijfers/index.jsp<br />
Statistieken en cijfers van België<br />
KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 48
Change language