Elkraftsingenjör Claes-Erik Simonsbacka föreslår här olika möjligheter att effektivisera eldistribution och -konsumtion. Obs, i slutet kommer ett par reklamfilmer som illustration:
Hög tid att börja optimera vår elproduktion och elförbrukning!
Det är hög tid att allmänheten också börjar diskutera optimeringspotentialer i befintliga elproducerande baskraftsanläggningar och elanvändningen framför, att som nu helt acceptera subventionerade suboptimerade investeringar som endast skapar investeringsincitament i ny icke långsiktig hållbar elproduktion, som vindkraft, vilket dessutom medför att det nu inte generellt är lönsamt att investera i ny planerbar baskraft.
I stället för att slösa med skattebetalarnas pengar och kapitalförstöring i storskalig vindkraft i kallt och/eller kyligt klimat bör åtminstone, enligt min uppfattning, svenska staten skapa incitament och aktivt bidra utifrån svenska förhållanden med stimulering för optimering av elanvändning och för att skapa förutsättningar för utveckling t.ex. av produktionstekniker avseende storskalig tillverkning av supraledande material för, att därigenom få långsiktigt planerbara hållbara infrastrukturer för elproduktion, eltransmission och elenergilagring, med bl.a. hög tillgänglighet och leveranssäkerhet.
Att på ett miljömässigt långsiktigt hållbart sätt realisera elproduktionens och elkonsumtionens sparpotential, borde vara en av de viktigaste beståndsdelarna i energipolitiken. Därför måste EU och dess medlemsstater prioritera ökat sparande framför subventionerad utbyggnad av elproduktion med dålig energieffektivitet, som vindkraften, men detta är tyvärr ingenting som okunniga nationella politiska beslutsfattare förstått och förstår. De förstår dessutom inte heller vilka egenskaper styr elproduktionen och elförsörjningen. Dessa egenskaper är följande:
– Systemet måste ha en viss effekt som svarar mot det högsta elbehovet som kan uppstå vid ett tillfälle. Effekt är ett mått på förmågan i ett system. Om en bil inte orkar köra upp för en backe är motorn för svag, den har inte tillräcklig effekt. När våra elproduktionsanläggningar inte kan producera tillräckligt mycket effekt för att täcka konsumenternas behov, uppstår effektbrist.
– Systemet måste också ha tillräckligt med energi för att kunna leverera el under årets alla timmar. Energin kan alltså liknas vid systemets uthållighet. Om bensinen inte räcker fram till nästa bensinstation / tankning stannar bilen, den behöver mer energi.
Om en sparpotential på 20 procent skulle kunna realiseras till 2020, vilket motsvarar 390 miljoner ton oljeekvivalent, skulle det ge stora energi- och miljömässiga fördelar. Koldioxidutsläppen skulle minska mer än dubbelt så mycket som EU enligt Kyotoprotokollet måste minska utsläppen med. Med anledning härav borde det vara självklart för den svenska staten och EU att prioritera, stimulera och stödja riktade insatser i energitekniska effektiviseringsåtgärder framför, att kraftigt subventionera och bygga ut den icke långsiktigt hållbara, lågkvalitativa och kontraproduktiva storskaliga elenergiproducerande vindkraften. Den svenska staten och övriga EU-länder måste också skapa incitament och förutsättningar bl.a. för att stödja en utveckling av produktionsteknik avseende storskalig tillverkning av supraledande material och då framför allt för generatorkonstruktioner. En utvecklad vattenturbinteknologi med supraledande generatorkonstruktioner kan komma att generera upp till 30 procent mer eleffekt med samma mängd vatten.
Europeiska kommissionen förutspår trots allt, att effektiviteten i EU:s system för elmotor kan förbättras 20-30% till 2020. Elenergiförbrukningen minskas med 135 miljarder kWh i de 27 EU-länderna och CO2-utsläppen förutspås minska med 63 miljoner ton.
Elmotorerna i Sverige svarar för cirka 65 procent av industrins elenergiförbrukning och cirka 40 procent av Sveriges totala elenergiförbrukning. EU:s ekodesign-krav införd 2009 med klasserna IE1 (Standard Efficiency), IE2 (High Efficiency) och IE3 (Premium Efficiency). Förlusterna kommer att minska med ca 15 % – 20% mellan de olika IE-klasserna. Nu har även IEC-standarden 60034-30-1:2014 för IE4-klassen (Super Premium) antagits och publicerats. Ingen IEC-standard har ännu slutligt antagits och publicerats för IE5 (”Ultra Premium”) elmotorer. Inköpspriset för en ”Standard Efficiency” elmotor står ofta endast för ca 5 % av en motors livscykelkostnad, medan ca 90 % är elkostnader.
Införandet av IE4-superpremium effektivitet är en logisk följd av den pågående snabba teknikutvecklingen samt det faktum att USA, Kanada och Mexiko redan har antagit och infört en ”Minimum Energy Performance Standard” (MEPS) för IE3-klassens elmotorer sedan år 2012. EU MEPS ställer krav på obligatoriska minimieffektivitetsnivåer för elmotorer som införs på de europeiska marknaderna. EU MEPS systemet omfattar de flesta enhastighets trefas asynkronmotorer upp till 375 kW vilket skall införas i tre etapper från och med juni 2011:
– Steg 1 den 16 Juni 2011: Motorer måste uppfylla verkningsgradnivå IE2
– Steg 2 den 1 januari 2015: Motorer med märkeffekt 7,5 – 375 kW måste uppfylla antingen verkningsgradnivå IE3 eller nivå IE2 med en frekvensomriktare.
– Steg 3 den 1 januari 2017: Motorer med märkeffekt 0,75 – 375 kW måste uppfylla antingen verkningsgradnivå IE3 eller nivå IE2 med en frekvensomriktare
Observera, att verkningsgradsnivån IE4 anges i IEC-standarden 60034-30-1:2014, men omfattas inte av EU MEPS. Tillverkare har redan i dag elmotorer för att möta IE4 super premium effektivitetskraven.
På Hannovermässan 2014 presenterade ABB en ny version av sin högeffektiva synkron reluktansmotor (SynRM) IE5 innan IEC slutligt har definierat standarden. Enligt ABB minskar förlusterna med 40% vid jämförelse med en IE2-klassad elmotor. Den nya versionen – kallad SynRM2 – innehåller ferrit magneter, i stället för dyra och sällsynta REE (jordartsmetaller), som normalt behövs i permanentmagnetmotorer (PM-motorer) för att uppnå hög effektivitet. ABB säger att den nya designens, SynRM, prestanda till nästan samma nivå som de bästa REE baserade PM-motorer. ABB grundar sitt IE5 anspråk på att en minskning av förluster 20% anses ofta vara skillnaden mellan IE klasser. SynRM och PM motor måste drivas med frekvensomriktare.
En asynkronmotor, eller induktionsmotor som den också kallas påverkar elnätet negativt genom att alltid konsumera reaktiv effekt, enheten för reaktiv effekt är voltampere reaktiv (VAR). Reaktiv effekt är ett begrepp som uppstår i växelspänningssystem där det är den delen av den skenbara effekten som inte ger upphov till nyttigt arbete och är ett mått på hur mycket fasförskjuten strömmen är i förhållande till spänningen. Den onyttiga reaktiva effekten kräver dessutom utrymme i eldistributionsnät.
Minskade magnetiseringsförluster i asynkronmotorer innebär lägre förbrukning av reaktiv effekt för, att kunna generera aktiv effekt. Minskat behov av reaktiv effekt innebär alltså ökat utrymme för överföring av aktiv effekt (W/kW) i eldistributionsnät.
Notera, att med en utvecklad vattenturbinteknologi, och mindre/små supraledande generatorer kan även mindre och lämpliga vattendrag, även i strömmande vatten, tas i drift och bidra till vår elproduktion. Dessutom kommer små vattenkraftverk som tagits ur drift återigen att bli lönsamma.
Supraledare kan vara, om insatser skulle prioriteras, på god väg att revolutionera bland annat generatorkonstruktioner. Detta alternativ beaktas inte alls i dagens diskussion om energipolitik, framtidens elbehov och elanvändning. Istället prioriterar regeringar, genom subventionerade instrument, investeringar i intermittent, väderberoende och icke planerbar elproduktion, som t.ex. från vindkraft. Exempelvis kan även nämnas en ny värmeprocess för icke järnhaltiga materiel (elektromagnetiska billetsugnar) för framställning av metallämnen baserade på supraledande material. Erfarenheter från dessa ugnar för aluminium har minskat elförbrukningen med upp till 50 procent och ökat produktiviteten (= produktionsresultat dividerat med uppoffring eller insatta resurser) med cirka 25 procent. Då ska man tänka på att värmeprocesser för metallprodukter förbrukar cirka tre procent av världens totala elproduktion.
ABB synchronous reluctance motor-drive package video, se:
http://www.youtube.com/watch?v=dALlcl6HC4E
Marathon Electric SyMAX video se:
Claes-Erik Simonsbacka
Elkraftsingenjör
Professor emeritus i filosofi. Forskningsinriktning är vetenskapsteori, teknikfilosofi och politisk filosofi. Huvudredaktör för Klimatupplysningen.
Att spara på el har jag länge tyckt är viktigt, inte bara hemma i huset, utan också mera ”i det stora”. Jag har svårt att förstå t ex hur det kommer sig att alla gatlampor måste vara tända efter midnatt. Det är ytterligt få normala medborgare som är ute och rör sig då. Det är i stället så, att det har blivit en sorts rättvise- och trygghetsfaktor – det skall hålla ”busarna” borta, vilket det knappast gör i och för sig. Att hålla ”busarna” borta, det är en polisiär fråga, och då visar det sig att det inte finns resurser hos polisen. Därför får vårt energisystem dra en bit av det lasset också. I min närhet har det nyligen blivit så, att man stängt av gatlamporna och tagit bort stolparna i en liten byinfart, eftersom tidens tand farit illa fram med dom. Sicket liv det blev. Vi skall ha nya stolpar och nytt ljus! Behöver man gatljus där? Det hör inte hit! Det var vårt gatljus man tog bort! Så länge vi är där så blir det inget sparat heller. Att inte spara på el är dessutom jätteviktigt för alla exploatörer. Det motiverar att man kan gapa efter flera subventioner och bygga ut för sådant som inte behövs. Men sedan är det en annan sak också. Diskussionen ovan är initierad och väl beräknad, men vilken politiker kan ta den till sig? Dom är inte vana att läsa invecklad text och de flesta saknar högre utbildning och har därmed inte varken kunskap eller läsuthållighet för att förstå. I viktiga frågor styrs vi av personer som är helt inkompetenta, och som mest bara förstår slagord, och i den mån dom har experter till sitt förfogande, är de ofta redan från början försedda med någon form av agenda som gör att dom ser saker ensidigt. Därför skall man inte hoppas för mycket!
Svensk elproduktion och elförbrukning 2016/01/01 – 2016/10/31, se
http://www.friavindar.se/files/elproduktion.pdf
MVH,
Så trevligt, ett konstruktivt inlägg som visar på att det finns lösningar.
Tack Claes-Erik
Det är bra att nån kan sina saker och påskynda utvecklingen.
Vi vanliga konsumenter får tacksamt ta emot alla förbättringar som sker.
Bytte ut vår 20 åriga värmepump efter ett rörbrott , till en ny av samma fabrikat.
På 20 år har det skett en hel del! COP som beskriver värmeproduktion (KW) i förhållande till insatt el(KW) har ökat från typiskt 2,8 till 4,8 ( 0 grader köldkrets och 45 grader värmekrets). Otroligt bra-på pappret-återstår att se hur det ser ut i praktiken.
Kanske dax för ett miljöbidrag till alla pelletseldare? För det är ju luften som skall renas!
Tyvärr har få förstått hur viktigt det är med rätt dimensionerade elmotorer. Detta gäller i synnerhet vid fläktdrift.
Min erfarenhet är att varken staten eller industrin är intresserad av att energieffektivisera. Inte mer än lite lagom.
Bilden ovan visar en simpel, standard elmotor. Den arbetar med ca. 95 procents verkningsgrad.
Notera, inga kylflänsar.
Alltså låga värmeförluster.
Alltså all utveckling som är möjlig rör sig om att ro hem möjligast största delen av de återstående 5 procenten. Ett lovvärt ingenjörsarbete.
Samma gäller för vattenturbiner. Där kämpar man om de sista möjliga tiondelar av procent i förbättring av verkningsgraden.
Bert #5, instämmer med att det är viktigt att rätt dimensionera elmaskiner för pump- och fläktdrifter med kvadratisk moment karakteristik (kubisk effekt karakteristik) även om de är varvtalsreglerade för att minska elenergiåtgången. Det nämnda gäller också dimensionering av elmaskiner / elmotorer med högt startmoment.
Av egen erfarenhet vet jag att elmaskiner ofta överdimensioneras även vid investeringar i nya processindustrier som upphandlats med funktionsansvar inkluderande funktionsgaranti eftersom leverantören inte vill riskera, att inte uppnå garanterade processprestanda och som inte innefattar någon prestanda garanti för elförbrukning.
MVH,
Claes-Erik #7 Samma som när folk köper bilar med kraftigare motor än vad som behövs.
Hade vi satsat 100-tals miljarder på denna typ en effektiv energibesparing, istället för meningslösa sol- och vindkraftverk, hade vi faktiskt gjort något för miljön och samtidigt stärkt vår konkurrenskraft. Vi hade även behållit en marknadsstyrd effektiv energimarknad och därmed klarar välfärd och miljön.
Tyvärr har också MEPS-kraven också medfört en onödig byråkratisering.
Det finns i industrin många elmotorer som bara är igång intermittent, med drifttiden på kanske 10 tim/år, exempelvis motorer i en travers som enbart används sporadiskt.
Om och när dessa behöver bytas ut (ex.vis pga åldersskäl), går det inte att köpa en reservmotor som direkt passar. Ersättningsmotorn är större och tyngre. En energieffektivare motor innehåller oftast mer koppar (=mindre förluster).
Det finns inga undantag från MEPS för dessa motorer med intermittent drift, alla motorer omfattas oavsett drifttid per år, vilket verkar ogenomtänkt, att öka verkningsgraden från 0,85 till 0,93 för en motor som är i drift 10 tim per år går aldrig att räkna hem ekonomiskt. Man kan förstås använda frekvensomriktardrift (där motorerna inte omfattas av MEPS), men då är det inte längre fråga om en reservdelsmotor utan en ombyggnad.
Ronnie Liljegren # 1, håller med dig bl.a. i att ”vilken politiker kan ta den till sig? .. Därför skall man inte hoppas för mycket!”, då man utan överdrift kan påstå att det har saknats och att det fortfarande saknas en långsiktig el-energiplanering / el-effektplanering och el-energipolitik / el-effektpolitik i Sverige.
MVH,
#8
Thomas-helt rätt . Under förutsättning att de därefter kör med gasen intryckt och reglerar ner hastigheten med bromsen.
Jag vet inte om det är vanligt beteende när det gäller bilar?
Pumpenergi brukar ofta strypas bort eller försvinna i ledningsförluster. Men det brukar vara en eller flera tiopotenser lägre spill jämfört med värmesidans förluster. (pumpenergi jämfört med vattens värmeinnehåll)
#7
Det värsta fel man kan göra vid fläktdrifter är att välja en IE4-motor som är överdimensionerad. För att fullborda feltänket välj då en vektorstyrd inriktade..
Jag hävdar att om man måste ha en överdimensionerad motor – välj då en med LÅG verkningsgrad.
SatSapiente #10, Tyvärr föreligger också stor okunskap beträffande dimensionering av elmotorer för intermittenta driftarter.
MVH,
Det var många % siffror men hur mycket ökar verkningsgraden i absoluta värden? #6 Istvan ger ett exempel som kanske illustrerar vad besparingar i % kan innebära.
Bert!
I ventilation med värmeåtervinning, som är det normala, är det återvinningseffekten som är det väsentliga. Dvs. den energi man sparar. I det fallet är det en fördel att öka effektuttaget på fläktarna för att öka verkningsgraden på återvinningen. Det rör sig om 40-60% större energibesparing! Så ser tyvärr inte EU´s nya ditektiv 2001-01-01 ut därför att de lägger all vikt vid förhållandet fläkteffektuttag/luftvolym.
Mot dumheten kämpar Gudarna förgäves!
Visst skall vi ingenjörer konstruera smarta effektiva produkter.
Ledlampan innebär en revolution. Jag har bl.a konstruerat teaterstrålkastare i livet. Led lampan har ju en fördel i lumen/watt relationen, men det finns en stor fördel till som inte ofta nämns. Äldre glödlampor och halogenljus sprider ljus sfäriskt i rymden och mycket teknik fick användas för att rikta ljuset. Exvis linser och speglar. Dessutom fick man leda bort massa värme. Det blev en stor och dyr armatur runt ljuskällan. En led lampa sänder ut ljuset som sämst i en halvsfär, som bäst än mer riktat. Hela armaturen kan utgå. Ser fram emot en helt nya billiga armaturer framöver. Lumenvärdet berättar inget om rikt förmågan hos ljuskällan utan mäter allt ljus oavsett riktning.
Det vore synd att inte utnyttja led lampan till att dels spara energi men dessutom skapa mer ljus i vårt dystra vinterland. Släck inte ner. Sprid ljuset.
Riktigt glad kan man ännu inte vara. Åskoväder ställer till stora bekymmer för vår led gatubelysning. Förhoppningsvis kommer någon på en smart lösning så att inte eventuella överspänningsskydd äter upp hela vinsten.
Har bytt allt ljus i mitt hus till led och lagt till massor av ljus i vårt vardagsrum. Väsentligt billigare elräkning och en gladare fru tack vare ljuset.
#16
Sant, men kan man välja en tystgående fläkt med högsta verkningsgrad som är billigare så vad är då skälet till att inte göra det.
Intressant och informativt! Visserligen kan teknikevolutionen jämföras med den biologiska evolutionen, vilket innebär att de effektivaste överlever och därmed selekteras. Det ligger alltså i sakens natur att tekniken är självgenererande med avseende på funktion och effektivitet. Minskade maskinförluster kommer som ett brev på posten. Att forcera utvecklingen är inte bra som man nu gör på generatorsidan. Vi får dåliga och onödiga produkter som vindkraftverken. Men CO2-fobisterna saknar det andra förstår och kan, att välja modern teknik som inte bygger på medeltida teknik oh material.
Citat:
”En utvecklad vattenturbinteknologi med supraledande generatorkonstruktioner kan komma att generera upp till 30 procent mer eleffekt med samma mängd vatten.”
Fullständigt orimligt!
Menar du att vi kunde öka elproduktionen på våra vattenkraftverk upp till 30% bara genom att byta generatorer? Hör hemma i sagornas värld.
Det är god koll på verkningsgraden på ett modernt vattenkraftsverk. Inte upp till politiska bedömningar.
Input: Mängd vatten och fallhöjd, Output: MWh är mycket precist mätbara.
Det ger teoretiskt maximum, som man ligger mycket nära till. Ingen plats för grönt genombrott. Dessvärre.
Det är 100 års mödosam utvecklingsarbete som ligger bakom. Vattenturbinteknologin är redan utvecklad. Förbättringar på senare decennier rörde sig om tiondelar av procent!
Även om generatorns redan mycket höga verkningsgrad på ett trollslag skulle öka till 100%, så skulle det inte påverka totaleverkningsgraden mer än ett par procent.
Fram till idag har mycket av den reaktiva effekten genererats i synkrongeneratorer, genom att de körts övermagnetiserade. Detta har lett till minskad produktion av aktiv effekt och överföringsförluster i elnät och transformatorer. Genom den storskaliga vindkraftsutbyggnaden som bl.a. ägs av produktionsbolag med eltekniskt okunniga verksamhetsutövare, eldistributionsnät ägs av nätbolag och säljbolag som säljer elenergi till kunderna. Allt detta tillsammans aktualiserar problemet med den reaktiva effektbalansen / verkningsgrader och nödvändigheten av att faskompensera olika delar av elnäten. Alla maskiner och apparater som erfordrar magnetfält för att fungera förbrukar reaktiv effekt.
Ex. på elkvalitetsrelaterade konsekvenser pga. av den storskaliga vindkraftsetableringen:
– Sämre verkningsgrad i elnät = Sämre överföringsförmåga.
– Högre förluster pga. större överföringsavstånd av reaktiv effekt.
– Fler driftstörningar pga överbelastade anläggningarna.
– Spänningsvariationer pga. stora och snabba flödesändringar av reaktiv effekt. Reaktiv effekt styr spänningen och aktiv effekt styr frekvensen.
Ex. på ökade elkvalitetsrelaterade kostnader pga. den storskaliga vindkraftsutbyggnaden:
– Överföring av reaktiv effekt orsakar förluster som kostar pengar. Hur mycket beror på mängden reaktiv och överföringslängder.
– Transformatorer och ledningsnät/kabelnät belastas av reaktiv effekt och dessa förluster leder till förkortade livslängder.
– Produktionsstörningar kan uppkomma framförallt vid stora och snabba flödesändringar av reaktiv effekt som orsakar så stora spänningsfall, att åtminstone någon del av en anläggning löser ut eller inte kan producera för fullt.
MVH,
”Även om generatorns redan mycket höga verkningsgrad på ett trollslag skulle öka till 100%, så skulle det inte påverka totaleverkningsgraden mer än ett par procent. / Istvan #20
Målsättningen i ett utländsk utvecklingsprojekt är att öka ett vattenkraftsverks elproduktionen, som de säger, upp till 30 %, med samma mängd vatten, med en supraledande generatorkonstruktion vars termiska temperaturbegränsning i det närmaste elimineras helt. Dvs. säga nästan all mekanisk energi omvandlas till elektricitet. Effektiviteten i en supraledande generators spolar blir ca. 99 procent.
Vad man egentligen kan komma att uppnå med supraledande generatorkonstruktioner i vattenkraftsanläggningar återstår dock att se. Varje procents elproduktionsökning i våra vattenkraftsanläggningar blir av stor betydelse för vår framtida baskraftförsörjning!
MVH,
Mycket läsvärt. Det är alltid roligt att lära sig något nytt. Jag tycker detta slag av inlägg är en bra nisch för klimatbloggen.
Förtydligande.
”Även om generatorns redan mycket höga verkningsgrad på ett trollslag skulle öka till 100%, så skulle det inte påverka totaleverkningsgraden mer än ett par procent. / Istvan #20
Målsättningen i ett utländsk utvecklingsprojekt är att öka ett vattenkraftsverks elproduktionen, som de säger, upp till 30 %, med samma mängd vatten, med en integrerad turbin- och en supraledande generatorkonstruktion vars bl.a termiska temperaturbegränsning i det närmaste elimineras helt. Dvs. säga nästan all mekanisk energi omvandlas till elektricitet. Effektiviteten i en supraledande generators spolar blir ca. 99 procent och då supraledarna har väsentligt mindre tvärsnittsarea än kopparledare får det plats med fler varv i spolen, och magnetismen blir därmed kraftigare. En mångpolig supraledande generator kan tänkas ge dubbelt så hög effekt.
Vad man egentligen kan komma att uppnå med supraledande generatorkonstruktioner i vattenkraftsanläggningar återstår dock att se. Varje procents elproduktionsökning i våra vattenkraftsanläggningar blir av stor betydelse för vår framtida baskraftförsörjning!
MVH,
#24
Vattenturbiner är envisa prylar. Låter sig inte digitaliseras, etc. Inga 2.0 versioner är möjliga.
Inga supraledande/ friktionslösa vattenvägar är möjliga, samt kan man inte sänka vattnets hastighet till noll på avloppssidan för att krama ur all energi, av det enkla skälet att vattnet faktiskt måste masa sig undan.
Trotts detta uppnådde Lilla Edets kraftverk med sin Kaplanturbin sensationella 92 % verkningsgrad.
Detta i herrans år 1926. Alltså 90 år sedan. Löphjulet har för övrigt snurrat på i 60 år och finns att beskådas i Järnvägsparken i Kristinehamn. Ett stycke lysande svensk industrihistoria!
Med målmedvetet ingenjörsarbete har man sedan jobbat på. Turbinfolk blir upphetsade för varje tiondels % förbättring.
Så ursäkta, men jag blir alltid ytterst skeptisk till alla inflations siffror på procentuella förbättringar jag ser.
Oftast är det osanning eller relativa %, som dock lämpar sig väl för okunnig grön retorik.
https://sv.wikipedia.org/wiki/Kaplanturbin
#25 István. Håller med dig. Redovisa absoluta värden och inte %.
Istvan #24, förstår att du är ytterst skeptisk! Själv jämförde jag verkningsgrader för flera storlekar av tunga (stor massa) kopparlindade elmotorer från 1930-talet med standard elmotorer upp till början av 2000 -talet. Fick upp en badkarskurva som visade att vi först i början av 2000-talet började komma upp till samma verkningsgrader som de gamla 1930-40 tals elmotorerna.
MVH,
När vi pratar om supraledare så kan man titta på denna föreläsning om ett fusions-projekt på MIT. Ger lite hopp om framtiden.
https://www.youtube.com/watch?v=KkpqA8yG9T4
Teknisk information Standarden IEC 60034-2-1 om metoder för mätning av verkningsgrad hos AC-motorer för lågspänning. – Utdrag
”Hur mäts motorverkningsgrad?Verkningsgraden hos en motor definieras som förhållandet
mellan utgående (mekanisk) effekt och inkommande (elektrisk) effekt. Förhållandet kan mätas eller fastställas direkt eller indirekt.”
”Direkt mätning innebär mätning av inkommande effekt utgående från spänning och ström till motorn, och beräkning av uteffekt utgående från axelns varvtal och vridmoment.”
”Indirekt mätning innebär mätning av inkommande effekt och beräkning av uteffekt baserat på förlusterna i motorn.”
Läs mer på:
https://library.e.abb.com/public/c662a85a85ff2e73c12578ab00277290/TM018%20SV%20Rev%20B%202009.pdf
MVH,
Det görs många fel i industrin vid beräkning av verkningsgrad.
1: man mäter upp ström och spänning, multiplicerar dessa värden med roten ur 3, helt korrekt. Men sedan tittar man på skylten och multiplicerat ned det cos fi värde som står på skylten. Helt fel men tyvärr vanligt.
2: man tittar på det värde för verkningsgrad som står på skylten och multipliceras det med det felaktiga värdet som de fått enligt 1. Få här nån hamnat helt utanför alla vettiga värden.
Hur ska man göra? Mät effekten med ett riktigt instrument. Helst ett som mäter alla tre faserna. Mät sedan varvtalet. Det finns ett varvtal som är det nominella vid nominell spänning och nominell last. Sällan man har nominell Kate och därmed ett högre varv tal än det stämplade. Antag en tvåpolig motor, 10 kR och det stämplade avtalet är 2900 rpm.
Då ” väger” varje varvtal 100 W. Du mäter upp 2950 rpm och har då en axeleffekt på 5 kW och ett cos fi på 0.6. Verkningsgraden går sjunkigt från stämplat 90 % till ca 60. Detta gäller om du har en fläktlast. Jag försöker så gott jag kan att lära industrin och högskolor detta.
Bert!
Så enkelt är det inte. Fläktenergiförlusterna i ett utvecklat ventilationssystem med återvinning är ca 1% av den återvunna energin. EU-direktivet fokuserar bara på det s.k. SFP-värdet och att detta skall vara så lågt som möjligt. Men i mitt CATARSIS-system så använder jag dimensionsmässigt ett SFP-värde som överstiger det enligt direktivet godkända trots att vår energibesparing är 40-60% större.
Nu vet jag inte vad du svarar på. Jag har endast berört motoreffekten och hur verkningsgraden ska beräknas.
Om man drar med varv talet på en fläkt till hälften så sparar man ca halva effekten men sparar så mycket mer genom att uppvärmningsbehovet minskar med mycket större tal.
Hörde just TV-hallåans annonsering om Dokument utifrån senare i kväll: ”Nu är vind och sol billigare än kol och olja”.
”Målsättningen i ett utländsk utvecklingsprojekt är att öka ett vattenkraftsverks elproduktionen, som de säger upp till 30 %, med samma mängd vatten, med en supraledande generatorkonstruktion vars termiska temperaturbegränsning i det närmaste elimineras helt. Dvs. säga nästan all mekanisk energi omvandlas till elektricitet. Effektiviteten i en supraledande generators spolar blir ca. 99 procent.”
Detta är med förlov sagt rent nonsens. Verkningsgraden i en konventionell generator ligger på ca 99% och ingen supraledning i världen kan få den över 100%. Däremot går det att göra en del indirekta vinster i verkningsgrad som i praktiken nog är större. En supraledande generator kan t ex operera vid en mycket högre spänning och därmed i princip eliminera upptransformeringen mellan generatorn och högspänningsnätet vilket innebär minskade förluster (fast transformatorer har också en mycket hög verkningsgrad, typiskt 95-98% vid fullast).
Lägg märke till att de procenttal som man slänger sig med i dessa sammanhang oftast gäller minskade förluster. Om man med en supraledande generator kan öka verkningsgraden från 99 % till 99,5 % så har man minskat förlusterna med 50% men ökat verkningsgraden med 0,5 % (och elproduktionen med 0,505 %).
Detta är inte någon kritik mot supraledande generatorer per se. De har många andra fördelar (de blir t ex mycket mindre och lättare, och troligen på litet sikt också billigare än konventionella generatorer). Man måste dock också komma ihåg att en del av effektvinsten går förlorad för att framställa, hantera och cirkulera det kryogeniska kylmedlet (t ex flytande kväve).
Det bästa sättet att öka verkningsgraden hos vattenkraftverk är nog att köra dem på en hög och jämn effekt. Verkningsgraden är nästan alltid bäst vid full belastning. Tyvärr innebär mera vind- och solkraft i systemet därför med stor säkerhet att verkningsgraden i vattenkraften i praktiken kommer att sjunka.
Egentligen fånigt det här med att snåla och gneta. Vi har gott om energi: kol och kärnkraft. Brassa på bara. Framtidens generationer kommer med förundran att blicka tillbaka och undra varför vi inte gödslade jordens åkrar med koldioxid och varför vi återgick till väderkvarnarnas tidevarv istället för att använda den outsinliga kärnenergin som Einstein postulerade 1905 i formeln E=mc2.
#33
Såg just det programmet. Mycket intressant.
Känns som det blir mycket svårt att hindra en utveckling mot förnyelsebart när priserna blivit så konkurrenskraftiga i förhållande till kol och olja. Och fort verkar det gå.
#36 Kurt Persson
Med reservation för att jag bara slötittade på en del av programmet, är jag skeptisk. En massa människor med egna fingrar i syltburken fick oemotsagda bre ut sig. Lät mest som TV-version av de till reportage förklädda annonser som blir allt vanligare främst på tidningarnas nätvarianter. Eller Nordkoreas senaste nyhetssändning om den store ledaren 18 hole-in-one på samma golfrunda och testflygningar med honom vid spakarna.
Om sol och vind nu är så ”konkurrenskraftiga”, då kan omedelbart alla frikostiga subventioner till dessa slopas då? Det verkar i alla fall inte den svenska vindindustrin hålla med om, med en stor debattartikel häromdagen om att vindindustrin går under inom kort om inte redan generösa bidrag höjs rejält ännu mera. Skriven av deras egna höjdare i vindindustrin och vindlobbyn.
El Hierros försök att bli självförsörjande på ”förnybart” misslyckades ju faktiskt, något som inte framgick i TV-reportaget.
#36 kurt persson
sök på El Hierro i sökruten här eller använd nedan adress:
http://klimatsans.com/2016/03/07/fornybart-pa-el-hierro-ett-fullskaleprov/
lita inte för mycket på public service (alls)
Vad det gäller hustak och att använda elbilars batterier till lagring finner jag
det hela rena tramset.
#35 Greger
Håller med till 100%
#34 tty reagerade också på denna skrivning:
”Målsättningen i ett utländsk utvecklingsprojekt är att öka ett vattenkraftsverks elproduktionen, som de säger upp till 30 %, med samma mängd vatten, med en supraledande generatorkonstruktion vars termiska temperaturbegränsning i det närmaste elimineras helt. Dvs. säga nästan all mekanisk energi omvandlas till elektricitet. Effektiviteten i en supraledande generators spolar blir ca. 99 procent.”
Förklaring saknas på hur elproduktionen kan öka med 30%. Menas att elproduktionen ökar från 70% till 100% eller från 70% till 91%? tty beskriver klar att enbart en supraledande generator inte kan förklara 30% ökning. Vilken är förklaringen eller är det endast en lek med ord?
Metalliskt väte. Vad tror ni om det som ett framtida sätt att energieffektivisera?
Kolla denna videosnutt från Harvard:
https://www.youtube.com/watch?v=1qitm5fteL0
”Vilken är förklaringen eller är det endast en lek med ord? / Ivar Andersson #40.
I mina gamla underlag har jag noterat följande:
En 1,25 MW generatorer ersätts med en generator på 1,7 MW som har en supraledande rotor. Trots den trettio procent högre effekten är den nya generatorn betydligt mindre än sin föregångare.
Den kompaktare konstruktionen är just finessen med supraledningen. Eftersom supraledarna har väsentligt mindre tvärsnittsarea än kopparledare får det plats med fler varv i spolen, och magnetismen i motorn blir därmed kraftigare. Generator har 28 poler och ger linjespänningen 5 250 volt vid ett varvtal på 214 varv i minuten. Lindningarna består av första generationens supraledare som består av supraledande keramiska fibrer inbäddade i silver.
En mångpolig supraledande generator kan ge dubbelt så hög effekt, hävdar engelska Converteam, (Acquired by General Electric GE 2011) som leverat vattenkraftgeneratorn. Turbinen är en Francis dubbelturbin.
Med General Electrics nya generator ”Hydrogenie”, byggd med supraledare, kan effektiviteten från vattenkraftturbiner i vissa fall öka med 12 procent.
http://www.nyteknik.se/energi/ge-revolutionerar-med-ny-generator-6404052
#42 Claes-Erik Simonsbacka
Tack för svaret. Nu har 30% blivit 12% för den supraledande generatorn vilket verkar rimligt. Att en 1,25 MW generator ersätts med en generator på 1,7 MW med supraledning leder till frågan vad man kan få ut för effekt om man hade satt in en modern generator utan supraledning inom befintligt utrymme?
Med tanke på att energi som är säker och inte belastar miljön är en obegränsad resurs och elkraft långt under 20% av den energi en svensk medborgare använder (i form av importvaror, semesterresor och inhemsk användning av drivmedel processvärme och elkraft) är det idiotiskt att använda dyrare resurser (skatte och avgift rensat) för att minska billigare elenergianvädning.
Svensk energi och klimatpolitik handlar inte om att maximera resursskapandet, minimera miljöbelastning eller ens maximera välståndet för människor djur och natur.
Det handlar enbart om makt.
Ikke sant Claes Erik?
#42, 43
Att sätta in en generator med större kapacitet ger tyvärr inte större elproduktion eftersom det också måste bli en större turbin som i sin tur behöver mera vatten. I dagsläget har alla tre leden i ett vattenkraftverk turbin, generator och transformator var och en för sig som regel en effektivitet över 90%.
Jag är rädd att du har gjort det klassiska politikermisstaget att blanda ihop märkeffekt och produktion.
Med en supraledande generator kan möjligen tranformatorsteget elimineras helt vilket kan ge typ 2-5% större produktion. Generatorn i sig ger högst någon enstaka procent. Turbiner har idag verkningsgrader på 80-95 % (de lägre siffrorna gäller mindre turbiner och låga flöden). Turbindelen i kraftverket kan av uppenbara skäl aldrig nå 100% verkningsgrad eftersom vattnet måste ha kvar tillräckligt mycket rörelseenergi för att packa sig ur vägen och lämna plats åt mera vatten efter att ha passerat turbinen. Detta är skälet till att verkningsgraden blir sämre vid låga flöden och små fallhöjder, man måste ”lämna kvar” en större andel av rörelseenergin.
Observera att den teoretiskt maximala verkningsgraden 59% som gäller vindkraftverk inte gäller för vattenturbiner eftersom vatten är ett (nästan) inkompressibelt medium och man därför kan optimera strömningen genom profilen på vattenkanalen.
Om vi antar att ditt framtida suprakraftverk har 95% turbinverkningsgrad och 99,5% generatorverkningsgrad och helt saknar transformatorsteg blir den totala verkningsgraden 94,5 %. Om detta skall innebär 30% ökad elproduktion med samma vattenmängd så måste verkningsgraden i kraftverket det ersätter vara max 73 %, det vill säga medelverkningsgraden i de tre stegen måste vara under 90% (0,9^3 =0,729), det vill säga att det måste nog vara ett ganska så gammalt, ganska så litet och ganska så dåligt kraftverk.
”Svensk energi och klimatpolitik handlar inte om att maximera resursskapandet, minimera miljöbelastning eller ens maximera välståndet för människor djur och natur. Det handlar enbart om makt. Ikke sant Claes Erik?” / Gunnar Littmarck
Visst handlar det om den politiska överhetens maktkoncentrationer och enväldiga handlande mot långsiktigt hållbar nationell elenergi-/eleffekt- och klimatpolitik.
MVH,
#42
Ett litet påpekande. De upp till 12 procenten ökad verkningsgrad gällde alltså bara när verket går på dellast. Då tror jag nog det kan vara uppnåeligt. Men å andra sidan så kräver den aktuella generatorn heliumkylning, och inte flytande kväve vilket gör mig skeptisk. Helium är dyrt och svårhanterligt och det är extremt svårt att undvika läckage så jag misstänker att det kommer att ta tid att få fram en kommersiellt användbar produkt.
#45 och 47 tty. Tack för dina klarläggande som säger mer än Claes-Erik Simonsbackas artikel och kommentarer. Jag blev misstänksam med alla %-tal som inte förklarades och du har gett lite mer kött på benen.