När jag i våras deltog i en konferens om klimatmodellering så var det en av deltagarna som talade om hur svårt det var att förklara olika företeelser för den stora allmänheten. Speciellt som han sa när olika storheter mäts med samma enheter. När jag frågade om exempel så nämnde han begreppen energi och exergi. Eftersom jag inte ville avslöja min egen okunnighet så gjorde jag som jag tror att de flesta skulle göra i motsvarande situation. Jag gick hem för att ta reda på vad som menas med exergi.
Ordet är som så många vetenskapliga ord ett grekiskt nyord, d.v.s. ett ord som tillverkats av beståndsdelar ifrån grekiskan, nämligen förstavelsen ex (yttre) och ergon (arbete), och det är ett mått på hur mycket mekaniskt arbete som kan utvinnas ur en given mängd energi. En viktig skillnad mellan energin och exergin är att energin är oförstörbar, medan exergin inte är det. När en viss energi förbrukas i en irreversibel process för att utföra mekaniskt arbete så beror irreversibiliteten på att systemet blir varmare och den förlorade exergin motsvaras av den värme som bildas.
Skillnaden mellan energi och exergi kan illustreras genom skillnaden mellan ett värmekraftverk och ett kraftvärmeverk. I ett värmekraftverk är målsättningen att utvinna mesta möjliga elektriska energi ur en given mängd bränsle, genom att först tillverka värme genom att oxidera bränslet och med värmen producera exempelvis ånga (under högt tryck) som sedan driver en turbin som till sist driver en generator. Den mängd elenergi som kan tillverkas beror av kvoten mellan förbrännings-temperaturen och kylmediets temperatur. Ju högre förbrännings-temperatur och ge lägre temperatur hos kylmediet, ju högre verkningsgrad.
I ett kraftvärmeverk så är syftet att producera exempelvis varmt vatten för ett fjärrvärmenät, men eftersom förbrännings-temperaturen är högre än temperaturen i det vatten som ska ut i nätet så finns det en exergi att utvinna ur förbränningen. Det innebär att man kan förutom värmen också utvinna elektrisk energi. Eftersom kylmediet nu ska vara varmt vatten så blir kvoten mellan förbrännings-temperaturen och kylmediet mindre, d.v.s. att man får ut mindre elektrisk energi, medan man naturligtvis använder mer av energin.
Det kan i detta sammanhang nämnas att biobränslen som regel ger en lägre förbrännings-temperatur vilket oavsett vilket verk vi har innebär att vi får ut mindre elektrisk energi. Detta även om den totala kemiska energin är densamma. Detsamma gäller f.ö. för etanol i en bilmotor.
För den som vill veta mer om exergi så kan som så ofta Wikipedia rekommenderas, speciellt för den som inte bara läser den svenska versionen utan också den engelska.
Mycket intressant inlägg Sten! Det handlar alltså om energikvalitet vilket begreppet exergi står för. Energi är oförstörbar och kan därför inte förbrukas, men däremot kan en energiform eller energislag omvandlas till nyttigt arbete. Om jag har uppfattat det hela rätt, så är exempelvis ved en form av energislag som vid förbränning skapar värme och aska. Askan är alltså en del av den oförstörbara energin liksom partiklar i röken som lämnar elden. Vedens exergi är alltså värme som kan användas för att värma vatten som i sin tur kan användas för att värma hus i ett vattenburet system.
Det intressanta är när man börjar jämföra olika energislag med varandra, för då inser man kärnkraftens höga energikvalitet vilket är något att fundera kring. Är det någon som kan ange ett värde på vindens energikvalitet? Alltså vilken exergi har vinden?
Jag har jobbat med energi av olika slag i nästan 40 år. Jag har aldrig hört talas om exergi.
Björn #1
Nu förstår jag inte vad du menar med kärnkraftens höga energikvalitet?
Kärnkraftverk jobbar med ångtemperaturer på 200-300 grader. För att få ut så hög verkningsgrad som möjligt så kyls ångan ner till 25-30 grader och har då ett tryck på 0.4 Bar. Det ger en verkningsgrad på drygt 30%.
Barsebäck som jag jobbade på hade 280-290 graders ångtemperatur före turbinen och 30 grader vid kondensorn. Då har man fått en verkningsgrad
De biobränsleeldade kraftvärmeverken som jag kommit i kontakt med har haft en ångtemperatur på 500-550 grader. Ångtemperaturen i kondensorn för fjärrvärmen ligger på drygt 100 grader. Då får man verkningsgrad 30% på el + c:a 60 % på fjärrvärme.
Ivh, besök exempelvis Wikipedia, så anger de kvalitetsfaktorn 0.95 för kärnbränsle, varav 1 är det högsta värdet. Det hela handlar om på vilket sätt du tar till vara den exergi som ett energislag har.
lvh #2:
T.o.m med jag med min mediokra utbildning (4-årig maskinteknisk) vet vad exergi är.
Är aningen förvånad att du inte ens hört talas om det…
Ivh
Inom termodynamiken används bland annat begreppen entropi, entalpi och fri energi. Exergin påminner om den fria energin i det att förlorad exergi innebär ökad entropi. Exergin hos ett system är ett mått på hur mycket mekanisk energi som kan utvinnas och som du vet så är det för värmeenergi temperaturskillnader (eller snarare förhållanden mellan temperaturerna) som möjliggör utvinning av mekanisk energi. Eftersom det anses att ”all elektrisk energi” kan omvandlas till mekanisk så är det samma sak att tala om hur mycket elektrisk energi som kan utvinnas.
Det viktigaste vid överföring av ångans värme till en värmeväxlare oberoende av hur denna ser ut är att ångan kondenseras just där, ånga som kondenseras före eller efter värmeväxlaren ger stora förluster.
Producerar man ånga för både el och värme så är det oftast bäst med högtrycksånga till turbinerna och man flashar av kondensatet efter turbinerna till lågtycksånga som används till värmeväxlare.
Fast det där beror ju vilken prioritet man har på värme- och elproduktion.
Ett nytt inlägg i vindkraftsdebatten i SVD som ger vindkraftrörelsen nåt att bita i.
Citat:
” Sveriges elbehov varierar stort mellan sommar och vinter, och det som är avgörande är att kunna få ut mycket effekt under kalla perioder. Men det finns inga garantier för att det blåser vid kyla. Att bygga vind- och solkraft är därför att investera i sådant som inte behövs, men som ändå till slut ska betalas av elkunderna, skriver Lars Johansson och Lars Blomqvist, Svensk elbrukarförening. ”
http://www.svd.se/opinion/brannpunkt/vindkraftsdebatten-ar-en-pseudodebatt_6450442.svd
Jag ska erkänna att begreppet exergi är främmande för mig också. Det var inget som ingick i Teknisk Fysik-kursplanen när jag läste det, eller så var jag sjuk den dagen. För mig räcker det fortfarande med energi, entalpi och entropi.
Den där kvalitetsfaktorn i Wikipediaartikeln gjorde mig inte särskilt mycket klokare.
Snälla Sten, kan du inte ge oss kunskapstörstande gamlingar lite mer kött på benen?! Om exergi är lika med potentiell och rörelseenergi i mekaniska system så är jag nöjd.
Ivh: Jag har också arbetat på Bvt. Mellan 1983 och 1990.
Lite läsning för den intresserade:
http://en.wikipedia.org/wiki/Steam_engine
http://en.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joule
pekke # 7
”…..De kallaste vinterdagarna när det ska produceras mycket el varje timme är det samtidigt stor risk för att det inte blåser tillräckligt mycket överallt och alltför många vindkraftverk därför står stilla. ….”
Det behöver inte ens blir vinter för att blåsa lite . Ute på Nordsjön mäts vindhastigheten som behövs för VK
http://www.wilfriedheck.de/
2011-bisher kein windreiches Jahr – 2011-inte mycket vind.
„….Von Anfang Januar bis Ende Juli mit abnehmender Tendenz. Das Diagramm mit fallender Trendlinie ist aus 30.529 10-minütigen Messwerten generiert, wobei 3.829 dieser 10-Minuten-Intervalle – in der Summe 638,17 h – unter der Windgeschwindigkeit von 4 m/s liegen. ….“
http://fino.bsh.de/index.cgi?seite=anmeldung_formular;cookie=1
Grafen visar 35.529 10 minuters mätningar av vind hastigheten vid mätstationen FINO 1
http://www.gl-garradhassan.com/assets/downloads/The_Fino3_Wind_Energy_Research_Platform_in_the_North_Sea_-_First_Results_and_Comparisons_to_Concurrent_FINO1_Data.pdf
Vid ca 4 m/s startar VK-anläggningen men först vid 13 m /s uppnås den installerade märkeffekt t.ex. hos en RE power 5M (http://www.besco.de/5m_de.pdf)
Medelvärdet under 2011 på ca 9.44 m /s ger således bara ca 3 MW hos RE power 5M
Slutkommentaren säger: ”Andelsägarna till VK-anläggningar behöver dock inte oroas över det då våra folkvalda politiker alltid ordnar med nya subventioner till VK.”
Känns det igen???
Att ingenjörer i kärnkraftindustrin inte känner till begreppet exergi förvånar mig inte. Jag minns inte om det ingick i min TeFy-utbildning, men alla som var seriöst aktiva på 70-talet inom energiområdet stötte på begreppet. Thomas B Johansson och andra tar upp det i en bok från 1981. ”Energi-till vad och hur mycket” En läsvärd bok!
Boken har som referens. ”Göran Wall, Exergi-ett användbart begrepp inom resursräkenskap”, Institutionen för teoretisk fysik vid CTH Gbg 1977.
I praktiken är det oftast materialproblem som begränsar verkningsgraden för värmemotorer. Den adiabatiska förbränningstemperaturen för fotogen i luft är t ex ca 2600 grader, men i jetmotorer begränsar man turbinutloppstemperaturen till högst ca 1700 grader eftersom det inte finns några material med tillräcklig hållfasthet som klarar högre värme. Anledningen till kärnkraftens relativt låga verkningsgrad är densamma, man arbetar av säkerhetsskäl med lägre tryck och temperatur än i fossileldade kraftverk.
Man kan även öka verkningsgraden genom att sänka sluttemperaturen i processen, alltså använda kallare kylmedia. Detta är en viktig anledning till att man om möjligt lägger värmekraftverk (inklusive kärnkraftverk) vid havet. Eftersom det är kvoten mellan de absoluta (grader Kelvin) begynnelse- och sluttemperaturerna som avgör verkningsgraden så kan bara ett par graders skillnad på kylmediat göra en avsevärd skillnad. Det är dock svårt att få ned sluttemperaturen under ca 290 Kelvin i ångbaserade kraftverk eftersom ångtrycket vid den temperaturen är så lågt att det råder ett ganska bra vakuum i kondensorn. Problemen med läckage tenderar att bli ohanterliga om man försöker gå lägre.
Att satsa på materialutveckling (t ex nya keramer) är med andra ord ett mycket lovande sätt att öka energitillgångarna, men säg den politiker som är intresserad eller ens vet det.
Exergi förefaller mig som ett begrepp som någon ljushuvud hittat på i förment pedagogisk syfte.
Björn. Ta om det där med vedspisen och askan!
István [13]; I princip är allt som skrivs om vår fysiska värld, skrivet i pedagogiskt syfte. Det mest extrema är formlerna med sina algebraiska uttryck och tecken. Om man inte lyckas att beskriva ett formelspråk genom omskrivning, blir kommunikationen från forskarna helt obegriplig. Den kommer även till stor del att bli obegriplig dem emellan också. En kunnig fysiker eller forskare kan också kommunicera på ett begripligt sätt sina teoretiska modeller och sammanfatta och tydliggöra sina resultat. Det räcker inte med att säga abra kadabra och vi skall acceptera det. I mångt och mycket är det lite abra kadabra över klimatforskningen. Den blir mer trovärdig om forskarna inte gömmer sig bakom sina många gånger diffusa resultat. I övrigt kan jag säga, att även fast begreppet exergi inte är flitigt använt, så uttrycker det något väsentligt, nämligen att skilja på energibegreppet i sig och det arbete som ett specifikt energislag kan uträtta. Man kanske kan uttrycka det som så att man frigör den potentiella energin som ett visst energislag innehåller, men denna frigörelse kan vara långsam eller snabb eller ett mellanting. Denna frigörelseprocess kan driva, värma eller på annat sätt utföra ett ”arbete” som kan graderas mer eller mindre effektivt. Frigörande av vedens potentiella energi och dess nyttiggörande, är dess exergi. Aska och sot är det som är kvar efter denna frigörelse.
Björn och Jan-Erik S.
Jag tog examen 1972 och har inte hört talas om Exergi tidigare.
När jag läser Wikipedia förstår jag vad som menas.
Exergin för vindkraft borde sättas till 1.
S. Andersson #8
Jag var anställd på Sydkraft 1972-1982. Jag var utlånad Barsebäck 1978-1982. Jag jobbade då med eldistribution. När omröstningen för kärnkraft var, 1980, så var jag aktiv för Linje 1. Ett argument som vi använde flitigt i vår propaganda var att kärnkarft inte släppte ut något miljöfarligt i luften.
Att ni som arbetade på Barsbäcksverket, då debatten var het, inte har läst om exergi är inte förvånande.
Jag citerar Thomas B. i företalet till boken jag nämnde ovan.
”Framtidsstudierna på energiområdet startade 1974 då studien Energi och Samhälle påbörjades inom Sekretariatet för framtidsstudier. Studien avslutades med boken Sol och eller Uran – att välja energiframtid”
Ni som var aktiva ”för kärnkraft” var minst lika enögda som de som var ”mot kärnkraft”. Så är det även i dag. ”Debatten” påminner om en fotbollsmatch där supportrarna skriker på sitt lag. Vi som gillar fotboll, ser båda lagen, och uppskattar en lirare oavsett vilket lag han/hon spelar i!
Ivh #15: ”Jag tog examen 1972 och har inte hört talas om Exergi tidigare. När jag läser Wikipedia förstår jag vad som menas.
Exergin för vindkraft borde sättas till 1.”
Direkt ur min energibok jag hade i mitten på 70-talet (4-årig T) beskrivs exergi enligt följande:
Energi = Exergi – Anergi där anergi är den del som man inte kan ta tillvara ur den tillgängliga energi då man omvandlar den till exergi vilket bör ses som ”nyttig” energi.
I fallet vindkraft är den tillgängliga energi vinden som blåser och den nyttiga energi man kan använda elkraften som fås ur ”snurrans” generator. Om du sätter exergifaktorn till 1 innebär det att du omvandlar hela tillgängliga vindenergin som träffar ”vispens” yta, tror du verkligen själv på det?
Christer Löfström #16: Din sista paragraf sammanfattar utmärkt allt som jag tycker är (och var) felaktigt och egendomligt med kärnkraftsdebatten. Just den här inställningen att det finns två sidor som man kan ”heja på”, reducerar en komplicerad teknisk/politisk fråga till en känslomässig tvålopera. Med den inställningen kan man inte längre argumentera, man blir bara beskylld för att vara ”enögd” och man ska tvingas att se problemet ur andras synvinkel.
Det är det som är skillnaden mellan kärnkraft och fotboll. Fotboll är en känslomässig historia där det inte finns rätt eller fel, det bästa laget idag kan få på nöten i morgon. Jag hejar t ex på MFF av helt irrationella skäl.
I kärnkraftsdebatten fanns det förvisso två sidor, den ena med irrationella och känslomässiga argument, den andra med rationella, analytiska argument. Just det du skriver syftar till att jämställa dessa arguementationsprinciper och det tycker jag är fel. Självklart har alla en rätt att tycka, och i just kärnkraftsdebatten fick ju alla tycka så mycket att hälften hade räckt, men det finns en absolut sanning och den gick förlorad någonstans mellan Tage Danielsson och Åsa Domeij.
Om man blickar tillbaka så får man nog konstatera att den västerländska (inklusive Japan) kärnkraften har hållit vad den lovat. Allvarligare incidenter har varit ytterst sällsynta och avfallsfrågan hanteras på ett ansvarsfullt sätt i de flesta länder (inte Japan). Återstår att se vad Fukushima innebär långfristigt.
Det som blev den kvarvarande effekten av politiserandet av kärnkraften blev att all diskussion kring energiproduktion instrumentaliserades av det politiska etablissemanget för att uppnå politiska resultat (=bli omvald). Det ser vi nu med vindkraften som ju byggs ut inte på tekniska/ekonmiska meriter utan enbart på politiska. Detta har medfört en svajig energipolitik som saknar långsiktiga mål
Därför ogillar jag ditt argument och det mildras inte av att du ”uppskattar en lirare oavsett vilket lag han spelar i”. De båda lagen spelar nämligen inte samma spel och följer inte samma regler.
Toprunner #17 – på taket till huset för Maskinteknik på KTH finns en minimal, men pinsam vindsnurra – den roterar med full fart så fort det blåser – dvs ingen elenergi tycks utvinnas ur den överhuvudtaget … Ingen bra reklam – trots att den tydligen har reklamsyfte …
Ska just gå dit och äta lunch
Kärnkraftföerspråkarna hävdar ofta att motståndarna är känslomässiga och skanar kunskap och vettiga argumnet. I Danmark påstås att motståndarna vann därför de hade musiken.
Den som gillar lirare, och var med i systemet, såg hur industrin sjöng falskt. På måndagen efter valet kom en kollega upp för spiraltrappan sjungande internationalen. (ironi) Nu hade man blivit av med sossehelvetet. Nu skulle Torbjön (Fälldin) talas till rätta. Det gick en månad. Sen hängde mungiporna i höjd med skolsulorna. Karjäveln går ju inte att tala med. Kärnkraftfrågan användes av Svensk Industri för att störta Palme, och man fick dumheten.
På senare år har samma industri försökt få tillbaka kärnkraften på dagordningen genom att utnyttja klimatnojan.
Vit man tala med kluven tunga!
Christer Löfström #20: Allt är bättre än Palme, han var liksom ett sänke som sakta men säkert drog ner Sverige.
Har du för övrigt hört Solveig Tärnström argumentera?
Tack Björn.
Läste man sin termodynamik på 60-talet, har man klarat sig utmärkt ”exergi” förutan.
Vi har t.ex. kunnat skilja på värmeinnehållet i en skyffel kol, och det mekaniska arbete / elenergi man kunde utvinna ur densamma.
Det kan skilja stort, beroende på vilken teknik man använder, men alltid underkastad Carnot`s grymma lag.
Någon kvarvarande aska ingick inte i våra ekvationer.
Skall man hitta på nya namn på gamla begrepp, så borde dessa rimligen underlätta kommunikationen. Göra saker mera lättförståeliga. Det kan ibland vara bra, bara man inte inbillar sig att man kan undvara den grundläggande förståelsen av bakomliggande fysik.
Det har många gånger påpekats att politiker och ”korrupta” forskare har stökat till svensk energi- och miljödebatt. Företrädare för Svensk Industri’s roll i eländet har ingen skrivit om.
Om man studerar de två KTH – forskarna Peter Silbs och Pehr Bjönbom kommer man att finna att Pehr har haft fördel av industrins agerande, inte för att han är en bättre forskare än Peter, utan för att han gillat läget, och verkat inom den politiskt korrekta området. (tills det inte spelade någon roll)
Hur man hanterar känslomänniskor har jag ingen åsikt om.
Men den som säger, ”ja,ja vi behöver inte ljuga , men vi behöver inte berätta allt vad vi vet”, den står inte högt i kurs hos mig. Sagt av en professor (inte Pehr) med megamultum finasiering inom energiområdet, med stark position hos svenska energiföretag.
Christer #23. Du har rätt vad gäller industrins rädsla att ta en fight. Du ser det nu när Volvo gav 1.5 miljoner till Schellnhuber för hans fantastiska klimatforskning. Jag antar att de tror att de ska kunna få tyst på honom med lite pengar men i mina ögon ser det illa ut.
Om det är någon stake i Schellnhuber så kommer han att tacka nej.
Christer Löfström #23
När jag var aktiv i kärnkraftsfrågan för linje 1 i folkomröstningen så var jag anställd av Sydkraft även min arbetsplats just då var Barsebäck. Vi fick hjälp av Sydkraft att ta fram för- och nackdelar med olika sorters elproduktion. Att kärnkraften hade nackdelar redovisade vi, men de nackdelarna bedömde vi var otroligt mycket mindre än kolkraft som då var det enda storskaliga realistiska alternativet till kärnkraft, Vi som jobbade med energifrågor då såg att det fanns en ganska stor men begränsad potensial i biobränslen.
Kärnkraftsdebatten lärde mig mycket, inte minst om alternativa energikällor. För att på ett effektivt sätt kunna använda biobränslen så måste fjärrvärmen byggas ut. Jag har varit en aktiv del i utbyggnaden av fjärrvärmen sedan slutet på 80-talet.
Bara för lite information hur vi la upp kampanjen för kärnkraft 1980.
Kärnkraft har nackdelarna att avfallet är radioaktivt och att det då inte var beslutat om hur det skulle tas om hand. Det finns alltid risker för olyckor och det värsta som kan hända är en härdsmälta.
Kolkraftens största nackdel är svavelutsläppen. för samma mängd el som ger 1 hg högradioaktivt avfall får man 1500 ton svavel ut luften. Dessutom så påverkar koldioxiden klimatet.
Biobränslen kan bli en stor sak i framtiden, men det tar 20-30 år att bygga ut det.
Vindkraften var för dyr då.
Prisjämförelser vi gjorde då gällande nybyggda kraftverk:
Vattenkraft 10 öre/KWh
Kärnkraft 15 öre/KWh
Kraftvärme Kol 15 öre/KWh
Kraftvärme Biobränsle 20 öre/KWh
Kraftvärme olja 20 öre/KWh
Kolkondens 30 öre/KWh
Biobränsle kondens 40 öre/KWh
Oljekondens 40 öre/KWh
Vindkraft 80 öre/KWh
Elpriset på den tiden var ungefär 10 öre/KWh exkl skatter. Prisregleringen som fanns då gjorde att gamla vattenkraftverk bara fick 6-7 öre/KWh.
Jag anser fortfarande att kärnkraft är bättre än kolkraft. Man skall utnyttja vatten vind och biobränslen så långt det räcker. Sedan måste man fylla på med kondeskraft och då tycker jag det skall vara kärnkraft.
S. Andersson # 24
” Du ser det nu när Volvo gav 1.5 miljoner till Schellnhuber för hans fantastiska klimatforskning…”
Är det inte fantastiskt vilka motiveringar det finns att dela ut 1.5 milljoner.
http://www.environment-prize.com/content/view/72/107/
Schellnhuber:
“…..During this period he has built PIK into one of the most visionary and productive centres around the world for research on the operation of planet Earth, the ways in which human activities are influencing the Earth System, and the policy tools and approaches that can meet contemporary environmental challenges….”
Ivh #25
Jag är inte kärnkraftmotståndare.
Om du kollar Ny Teknik på nätet så ser du att kamraterna på OKG inte direkt gör god reklam för ingenjörskonsten. (Siemens och Alstom)
Priset för ny elkraftproduktion från Kärnkraft och Kolkondens är fortfarande lika. Inga problem att elda kol miljömässigt riktigt. Modern miljöteknologi är så bra att ”clean stacks” och ”zero emission” är realistiska utryck. (om man inte har klimatnoja förståss)
Christer Löfström #25
Jag har jobbat med koleldad fjärrvärme och kraftvärme som hade den modernaste reningsteknik som fanns för 20 år sedan. När kolet byttes ut mot biobränslen så märktes det direkt när man tvättade bilen. Det svarta sotet som var belagt på bilen och nästan omöjligt att få bort fanns inte längre.
Det som jag mest blev förvånad över när jag började jobba med koleldning var att utsläppen av radioaktivitet var mångdubbelt högre i relativa tal än vad kärnkraften släppte ut.