2.3 Lämpö energiansiirrossa
FY02 Fysiikka, ympäristö ja yhteiskunta
Voiko voimalaitoksen polttoaineella vaikuttaa tuotetun energian määrään?
Mitä hyötyjä kaukolämmöllä saavutetaan?
Vaikuttaako polttoaine tuotetun energian määrään?
Lämpö energiansiirrossa
- Sähkön lisäksi energiaa voidaan siirtää lämmön avulla
- Lämpötilaerot tasoittuvat itsestään
- Lämpöenergiaa siirtyy kuumasta kylmään
- Kuuman aineen sisäenergia pienenee ja kylmän aineen sisäenergia kasvaa
- Lämpö voi siirtyä kolmella tavalla
- Johtuminen: erilämpöiset kappaleet ovat kosketuksissa ja lämpö siirtyy kappaletta pitkin
- Kuljettuminen: kuuma aine siirtyy paikasta toiseen ja lämpöä siirtyy aineen mukana
- Säteily: kappaleiden ei tarvitse olla kosketuksissa, vaan energiaa siirtyy sähkömagneettisena säteilynä
-
Sähköntuotannossa hyötysuhde ei ole koskaan 100 %
- Hyötysuhde kasvaa, jos voimalaitoksessa lämmitettävän veden sisäenergia saadaan hyödynnettyä kaukolämpö
Lämpöarvo
- Palamisreaktiossa palava aine reagoi hapen kanssa
- Samalla vapautuu energiaa
- Aineen kykyä vapauttaa energiaa polttoprosessissa kutsutaan lämpöarvoksi H
E = Hm
[H] = \frac{\text J}{\text {kg}}
- Ilmaisee vapautettavissa olevan energian määrän massayksikköä kohti
Kts. MAOL-taulukot
Esimerkki 1
Vantaan jätevoimalassa poltetaan jätettä 550 000 tonnia jätettä vuodessa.
a) Sekajätteen lämpöarvon suuruusluokka on 10 MJ/kg. Kuinka paljon energiaa vapautuu jätteen poltossa?
b) Kuinka suuri on sekajätteen polton aikaansaama maksimiteho jätteenpolttolaitoksessa? Miksi todellinen teho on pienempi kuin edellä saatu tulos?
\text{jätteen massa} \ m = 550 \ 000 \ \text t = 550 \cdot 10^6 \ \text {kg}
\text{jätteen lämpöarvo} \ H = 10 \ \text {MJ/kg} = 10 \cdot 10^6 \ \text {J/kg}
a) Polttoprosessissa vapautuva energiamäärä on
E = Hm
E = 10 \cdot 10^6 \ \frac{\text J}{\text {kg}} \cdot 550 \cdot 10^6 \ \text {kg}
E = 5,5 \cdot 10^{15} \ \text {J}
E = 5,5 \ \text {PJ}
b) Voimalaitoksen maksimiteho on
P = \frac{E}{t}
P = \frac{5,5 \ \cdot \ 10^{15} \ \text {J}}{365 \ \cdot \ 24 \ \cdot \ 60 \ \cdot \ 60 \ \text s}
P = 1,74404 \cdot 10^8 \ \text W
P \approx 170 \ \text {MW}
Miksi todellinen teho on kuitenkin pienempi?
Esimerkki 2
Mökkiä lämmitetään polttamalla puuta uunissa. Laske, kuinka paljon puuta tarvitaan, jotta voidaan vapauttaa energiaa 110 MJ.
Liittyykö puun polttoon mitään haittoja?
Kirjataan lähtöarvot.
\text {vapautunut energia} \ E = 110 \ \text {MJ}
\text {puun lämpöarvo} \ H = 18 \ \frac{\text {MJ}}{\text {kg}}
Puun poltossa vapautuva energia on
E = Hm
Puunpoltto tuottaa pienhiukkasia, jotka voivat olla terveydelle haitallisia. Poltossa syntynyt musta hiili on ilmastonmuutosta kiihdyttävä saaste.
m = \frac{E}{H}
m = \frac{110 \ \text {MJ}}{18 \ \frac{\text {MJ}}{\text {kg}}}
Ratkaistaan lauseke massalle ja sijoitetaan lukuarvot.
m = 6,11111 \ \text{kg}
m \approx 6,1 \ \text{kg}
Energian hinta
- Omakotitalon vuotuinen energiankulutus ilman sähkölämmitystä on 7000–8000 kWh, sähkölämmityksellä noin 2x
- Voimalaitoksista tuleva energia ei ole ilmaista
- Tuotanto, tuotannon ylläpitäminen, siirto
- Hinta koostuu siirtomaksusta, myyntihinnasta ja veroista
- Uusiutuva energia toistaiseksi ollut kalliimpaa kuin uusiutumaton
2.3 Lämpö energiansiirrossa
By pauliinak
2.3 Lämpö energiansiirrossa
FY02 Fysiikka, ympäristö ja yhteiskunta
