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?

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

E = Hm

[H] = \frac{\text J}{\text {kg}}

Kts. MAOL-taulukot

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?

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}

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