Marko Mäenpää
9. luokka
FY
sähkön siirto sähkön tuottaminen
Muistiinpanot:
Sähköntuotanto.
-Sähkö pitää tuottaa joka hetki yhtä paljon, kuin sitä kulutetaan. Sähköä on hyvin kallista varastoida suuria määriä.
->Nopeasti muuttuvaa sähköntuotantoa (tuuli, aurinko) varten pitää olla nopeaa säätövoimaa (vesivoima, kaasuturbiini, kivihiili).
Energialähteiden jako uusituviin ja uusitumattomiin ei kuvaa kovinkaan hyvin tilannetta ilmastonmuutoksen kannalta. Tällöin energianlähteet on hyvä sen mukaan tuottavatko ne hiilkidioksipäästöjä vai eivät.
| CO2 päästäjä | Ei CO2 päästöjä | Huomioita päästöttömistä |
| Kivihiili | Ydinvoima | radioaktiivinen jäte |
| Maakaasu | Vesivoima | Jokien ekosysteemi kärsii, tekojärvi tuottaa metaanipäästöjä, vaatii usein ihmisten pakkosiirtoja. |
| Öljy | Tuulivoima | Maisema muuttuu, melu, Vaihtelee paljon |
| Biomassa | Aurinkosähkö | Vaatii harvinaisia metalleja, Vaihtelee paljon |
| Turve | Geoterminen | Sopivat paikat harvassa |
| Vuorovesi | " | |
| Aaltoenergia | " |
Miten ydinvoima toimii:
Puolesta:
Vastaan:
http://www.st1.fi/uutiset/tiedotteet/st1-n-geolampolaitoshanke-otaniemessa-etenee-aikataulussa
Intian Torium-voimala Kalpakkam
Raudan polttaminen energiaksi ja toinen video
Global Energy Production by Source 1860 - 2019 - YouTube
Parityö:
Sähköntuotanto: Työpareittain selvittävät ja piirtävät vihkoonsa sähköntuotantoketjun. voimalasta kuluttajalle. Kukin pari valitsee jonkun sivun 283 tuotantomuodoista. Samaa ei voi olla. Tämän jälkeen pareittain työskennellen laaditaan lyhyt tiivistelmä vihkoon ko. tuotantomuodosta esim matkapuhelimia apuna käyttäen (atk-luokat varattuna).
-osuus sähköntuotannossa maailmassa ja Suomessa
-Vaikutukset hiilidioksisipäästöihin
-muita ympäristövaikutuksia
-pidetäänkö kalliina/halpana
-Suurimmat haasteet/ongelmat
-Mitä kiistanalaisia eriäviä näkökulmia löytyy?
Ne esitetään ensi viikolla minulle ja toisille ryhmille.
Tässä on korjattu taulukko, jossa öljyn sijoitus on nyt asetettu tuulivoiman jälkeen osuuden nykytuotannossa mukaan:
| Sähköntuotantotapa | Osuus nykytuotannosta | Hiilidioksidipäästöt | Osuus ihmisen CO2-päästöistä | Hyvät puolet | Huonot puolet | Muut päästöt ja ympäristöongelmat | Soveltuvuus säätövoimaksi |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hiilivoima | 36% | Kyllä | 30% | Tehokas, edullinen | Korkeat hiilidioksidipäästöt, ilmansaasteet | Rikkidioksidi, typen oksidit, raskasmetallit, happosateet | Hyvä, helppo säätää |
| Maakaasu | 23% | Kyllä | 20% | Vähemmän päästöjä kuin hiilellä, nopeasti säädettävissä | Hiilidioksidipäästöt, metaanivuodot | Metaani vuodoissa, typen oksidit | Erinomainen, nopea säätö |
| Vesivoima | 16% | Ei | <1% | Uusiutuva, tasainen tuotanto | Vaikutukset vesistöihin ja ekosysteemeihin | Eläimistön häiriintyminen, sedimenttien kertyminen, tulvariski | Hyvä, nopeasti säädettävissä |
| Ydinvoima | 10% | Ei | <1% | Ei hiilidioksidipäästöjä, vakaa tuotanto | Ydinjätteen käsittely, onnettomuusriskit | Radioaktiivinen jäte, ydinonnettomuuden riski | Huono, vaikea säätää |
| Tuulivoima | 5% | Ei | 0% | Uusiutuva, ei päästöjä | Tuotannon vaihtelevuus, visuaalinen ja meluhaitta | Rakennusvaiheen ympäristövaikutukset, linnut ja lepakot | Vaatii säätövoimaa, tuotanto vaihtelee |
| Öljy | 3.5% | Kyllä | 3.7% | Nopea käynnistys ja säätö | Korkeat hiilidioksidipäästöt, kustannukset | Rikkidioksidi, typen oksidit, hiukkaspäästöt | Hyvä, nopea säätö mutta kallis |
| Aurinkoenergia | 3% | Ei | 0% | Uusiutuva, ei päästöjä | Tuotannon vaihtelevuus, suuri tilantarve | Harvinaisten maametallien louhinta, paneelien kierrätyshaasteet | Vaatii säätövoimaa, tuotanto vaihtelee |
| Biomassa | 1.8% | Kyllä (mutta kierto) | 1.5% | Uusiutuva, voi käyttää jätteitä | Päästöt, riippuvuus raaka-aineesta | Hiilidioksidi, typen oksidit, partikkelit, maa-alan käyttö | Kohtalainen, hitaampi säätää kuin kaasu |
| Geoterminen energia | 0.5% | Harvoin | <0.1% | Uusiutuva, vakaa tuotanto | Rajallinen saatavuus, mahdolliset maanjäristysriskit | Rikkivety, joskus hiilidioksidi päästöjä paikallisesti | Hyvä, vakaa tuotanto |
| Biokaasu | 0.2% | Kyllä (mutta kierto) | <0.1% | Uusiutuva, jätehyödyntäminen, energian varastointi | Riippuvuus jätteestä, rajoitettu saatavuus | Hiilidioksidi (pienet määrät), mahdolliset hajuhaitat | Kohtalainen, varastoitavissa |
| Aaltovoima | <0.1% | Ei | 0% | Uusiutuva, ei päästöjä | Teknologian kypsyys, rakentamisen haasteet vedessä | Vaikutukset merieläimiin ja -ekosysteemeihin | Vaatii säätövoimaa, tuotanto vaihtelee |
| Vuorovesivoima | <0.1% | Ei | 0% | Uusiutuva, ennustettava tuotanto | Rakentamisen ja ylläpidon kustannukset, alueellinen saatavuus | Vaikutukset merivirtoihin ja -eläimiin | Hyvä, ennustettavissa oleva tuotanto |
Nyt taulukko on järjestetty osuuden nykytuotannossa mukaan laskevaan järjestykseen, ja öljy on sijoitettu oikealle paikalleen tuulivoiman jälkeen.
Alla on taulukko, jossa on esitetty sähkön varastointimenetelmiä niiden nykyisen käytön mukaan järjestettynä, sekä kuvattu kunkin menetelmän hyviä ja huonoja puolia:
| Sähkön varastointimenetelmä | Hyvät puolet | Huonot puolet |
|---|---|---|
| Pumppuvoimalaitokset | Hyvä hyötysuhde, nopea käynnistys, suuri kapasiteetti | Vaatii paljon tilaa, ympäristövaikutuksia |
| Litiumioniakut | Korkea energiatiheys, nopea lataus ja purku | Kalliit, rajallinen käyttöikä, harvinaisten metallien tarve |
| Lyijyakut | Edullisempi vaihtoehto, laajasti saatavilla | Painavat, alhaisempi energiatiheys, ympäristöongelmat |
| Kiertävä massavarasto | Pitkä käyttöikä, hyvä tehokkuus | Rajoitettu kapasiteetti, suuri tilantarve |
| Superkondensaattorit | Erittäin nopeat lataus- ja purkausajat | Alhainen energiatiheys, korkeat kustannukset |
| Vedyn varastointi | Mahdollistaa suuren energiamäärän varastoinnin | Vaatii erikoistilat, onnettomuusriskit, kallis |
| Lämpövarastointi | Voidaan käyttää teollisuusjätteen hyödyntämiseen | Vaatii eristetyn ympäristön, tehon menetyksiä |
| Paineilmavarastointi | Edulliset perustamiskustannukset, hyvä skaalautuvuus | Energiahävikki purkautuessa, tarvitsee maanalaisen tilan |
| Kinetinen varastointi | Voi reagoida sekunnin murto-osissa, hyvä tehokkuus | Vaatii huoltovapaata tekniikkaa, suuri alkuinvestointi |
| Virtuaalivoimalat | Joustavuus, optimoi eri energialähteiden käytön | Teknologian monimutkaisuus, vaatii kehittyneen hallinnan |
Tämä taulukko auttaa ymmärtämään, miten eri sähkön varastointimenetelmät toimivat ja millaisia etuja ja haasteita niihin liittyy. Sähkön varastointi on keskeinen osa nykyaikaista energiajärjestelmää, erityisesti uusiutuvan energian yleistyessä, jolloin tarvitaan keinoja tasata tuotannon vaihteluita.
Kappale 1. Sähkövaraus ja sähkökenttä
Kappale 1.Virtapiiri
- Osaat piirtää kytkentäkaavion suljetusta ja avoimesta virtapiiristä, jossa jännitelähde, katkaisija, vastus tai lamppu tai molemmat.
-Osaat liittää virtamittarin virtapiiriin.
-Ymmärrät mitä sähkövirta on ja mitä vaikutuksia sillä on (Huom. kirjan sivulla 221 mainittujen 4 vaikutuksen lisäksi kirjoitimme vihkoon viidennen (Puolijohdevaikutuksen). Pystyt antamaan esimerkit näiden vaikutusten hyödyntämisestä.
-Osaat käsitteet johde, eriste ja puolijohde
Kappale 2. Jännitelähde
-Osaat selittää mihin jännitelähdettä tarvitaan ja mitä eroa on AC ja DC- jännitelähteillä?
-Osaat liittää jännitemittarin virtapiiriin.
-Osaat laskea yhteen paristojen jännitteen sarjaankytkennässä ja ymmärrät mitä eroa rinnankytkennässä on käytännön kannalta.
Kappale 3. Resistanssi.
-Osaat selittää mitä resistanssi tarkoittaa ja sen mitkä tekijät vaikuttavat johtimen resistanssiin (materiaali, pituus, poikkipinta-ala, lämpötila)
-Osaat laskea Ohmin lain (U=RI) avulla jonkun kolmesta muuttujasta kahden muun avulla. R=U/I, I=U/R kirjan esimerkit 1-3
-Jos osaat laskea vastusten sarjaan- ja rinnankytkennän, se on bonustaJ
-Ymmärrät mistä suprajohtavuudessa on kyse ja mihin suprajohtavuutta käytetään jo nykyään. Mitä merkitsisi, jos suprajohtavuus saavutettaisiin ja korkeammissa lämpötiloissa?
Kappale 4. Sähköteho ja sähköenergia.
-Osaat selittää mitä eroa on eri tehoisilla laitteilla ja selittää sähköenergian.
-Osaat laskea sähkötehon kaavasta tehon P=UI ja tarvittaessa kaksi muuta suuretta U=P/I tai I=P/U (esimerkit 1-2 s.247-248)
-Ymmärrät, että sähköenergiaa mitataan epäkäytännöllisen pienen joulen (J) sijaan kilowattitunteina (kWh).
-Osaat muuntaa watit kilowateiksi, 1000W=1kW, 100W=0,1kW, 10W=0,01kW jne..
-Osaat laskea laitteen kuluttaman sähköenergian hinnan, kun tiedät laitteen tehon ja käyttöajan sekä kilowattitunnin hinnan. (esimerkit 3-4 s.248-249)
-Ymmärrät mistä kotitalouden sähkönkulutus muodostuu ja paljonko keksimäärin kotitalous kuluttaa sähköenergiaa vuodessa.
Yleisesti:
-Osaat sähköopissa käytetyt suureet (I; U, R, P, E, t), niiden tunnukset ja yksiköt.