Debatforum



Designed by:

Hvad er Energi PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Tuesday, 30 March 2010 23:39

 

En laaaang, men spændende rejse i energiens verden.

 

Alle ved efterhånden, at energiens pris og tilgængelighed har større og større indflydelse på vores liv, på velfærd- og fremtidsmuligheder, på forurening og miljø, men også på krigs- og terrortrusler.

Derfor mener vi i SDE, at det ikke skal overlades til eksperterne og lobbyisterne at bestemme over den danske energipolitik. Men for seriøst at kunne deltage i debatten, er man nødt til at vide en hel del om energi, som desværre ikke hidtil har været alm. skolelærdom.

I gennem tiden er jeg gentagne gange, både af forbrugere og politikere blevet bedt om at skrive en let forståelig redegørelse for hvad energi er og hvilke muligheder og begrænsninger, der er i håndteringen af energi. En sådan beskrivelse er der tilsyneladende et stort behov for, og jeg vil derfor, efter bedste evne, prøve om jeg kan afhjælpe mangelen.

 

I termodynamikken (videnskaben om energi) taler man om 2 læresætninger.

Første læresætning siger: ”Energi er en konstant.”

 

Man skal altså først forholde sig til, at energi er til stede i en altid konstant mængde.

Den kan ændre form, den kan bruges, men den kan ikke for-bruges. Den kan heller ikke produceres, den erder bare.

 

El f. eks. kan laves af anden energi, men det er ”kun” en omformning, ikke en energiproduktion.

 

Det, man normalt kalder energiforbrug, er, når en energiform bruges til en proces og til slut omformes til varme, og denne varme ikke er det, man havde brug for og at man derfor slipper den fri. Energien (varmen) fordeler sig så ud i verdensrummet. Al energi vi håndterer ender som varme. Alt uden undtagelse.

 

Det man normalt kalder energitab er, når en energiform omformes til anden energiform og der opstår noget varme, som ikke bruges, eller når varme opvarmer ting/steder, vi ikke er interesserede i skal opvarmes.

 

En ting der ofte tages fejl af er måleenheden W (Watt) eller ganget med tusinde i kW (tusinder Watt) og måleenheden kWh.(kilo Watt timer (hour)).

 

Watt og kW (tusind Watt) bruges mest om den elektriske effekt (kraft), men for hver time det kan bruges eller modtages ganges det så med h (timer) og hedder f. eks. kWh., hvilket er målet for en mængde (energi).

 

Én gang til: kW er altså et mål på en effekt (kraft), og kWh målet på en mængde (energi).

Ligesom det at køre med hastigheden100 km i timen er en effekt (kraft man kører med), men 100 km er den mængde (km) man så kan køre på en time. Men 100 km kan godt køres på 2 timer med effekten 50 km/timen osv.

Man kan finde energi i mange former, men mængden af energi kan måles med samme måleenheder som varme og brændværdi. I Watt-timer (Wh.), i Jouel(J.), som er et watt-sekund og i calorier (cal.) som er den energi, der skal til at varme et gram vand een grad op.

(Vær her opmærksom på at hvis kalorier starter med k, menes der kilocalorier (tusinde calorier)(korrekt kcal.))

 

For dem alle gælder det at:

med et k (kilo) foran betyder det tusinder

med et M (Mega) foran betyder det millioner (tusinde k)

med et G (Giga) foran betyder det milliarder (tusinde M)

med et T (Terra) foran betyder det tusind-milliarder (tusinde G)

 

Et omregningsskema kan se således ud:

samme energi målt i:

Jeg vil mene, at det er nemmest at bruge kWh som måleenhed til sammenligninger, da det er det, vi måler el-forbrug i.

De forskellige energiformer benævnes efter den form energien "ligger bundet i" eller er til stede i.

De former vi er nødt til at kende er:

 

1. Lysstråler (de synlige)

2. Anden stråling (de usynlige)

3. Varme (den temperatur et stof har over det absolutte nulpunkt (minus 273 gr. celsius))

4. El

5. Kemisk energi (specielt Brændværdi)

6. Energien der bindes og frigives, når stof skifter form.

7. Atomenergi

8. Beliggenhedsenergi

9. Bevægelsesenergi (incl. vindenergi)

Type 1: Lysstråler er en energiform det er de fleste klar over, men at lys bliver til varme, når det rammer en uigennemsigtig flade, er de fleste ikke klar over, og det er nok fordi (kunstig) lys indeholder så lidt energi, at det ikke mærkes, når det bliver til varme. Kun lys fra solen findes i så stor mængde, at det kan mærkes, når det omformes til varme.

Type 2: Blandt den usynlige stråling findes f.eks. varmestrålerne, som de fleste kender og sikkert ved, at solens stråler og usynlige stråler fra en kakkelovn varmer de flader op de rammer. De synlige lysstråler og de mere usynlige varmestråler er i princippet ens (de har blot forskellig bølgelængde) men de reagerer forskelligt over for glas, der er gennemtrængeligt for lys stråler, men ikke for varmestråler.

Type 3: Varme. Vi er vant til at et stof/ting har en temperatur, men når denne temperatur er over verdensrummets temperatur, indeholder stoffet/tingen nogen varmeenergi.

Type 4: El kender de fleste ret godt. Man køber el i kWh og hvis man bruger en el-ting med effekt på 1 kW i 1 time har man brugt 1 kWh, og hvis effekten kun er f.eks. på 100 W, som en 100 W el-pære så kan den brænde i 10 timer før man har brugt 1 kWh. Det, som de fleste ikke er klar over, er, at uanset hvad man bruger el til, bliver der skabt varme af al den energi der er i el. Dvs. at udover den service (lys, tv, computer m.m.) som tit er det primære, får man som sidegevinst (gratis) varme af alt el-forbrug. Modsat hvad Elsparefonden siger, mener jeg ikke, det er så vigtigt, hvor meget el en lyskilde (el-pære) bruger, hvis bare vi også har brug for den varme, pæren også afgiver. Jeg mener at kvaliteten af lyset er vigtigere.

----Skifter man glødepærerne ud med sparepærer på et plejehjem, bliver ”de gamle” hurtigere trætte i øjnene af at læse og brodere. De går så tidligere i seng, og så kan der spares på aftenpersonalet. Mon det er derfor det hedder sparepærer?-----

Elsparefonden har desværre også været med til at give forbrugerne det indtryk, at 1 kWh sparet gav en besparelse på prisen på 1 kWh. Det er kun sjældent tilfældet. Har man ”gammeldags” el-varme, sparer man om vinteren intet ved at have sparepærer i stedet for alm. glødepære., El-varmen vil nemlig bruge den samme energi mere, som pærerne bruger mindre. Og som sagt, så trætter lyset fra sparepærerne øjnene mere end "gammeldags" lys. Man får med andre ord ingen besparelse, men en forringet service. Noget tilsvarende sker, hvis man følger Elsparefondens råd om at skifte oliefyrets cirkulationspumpe ud med en, der bruger mindre el. De kWh. man "sparer" i el, skal så købes mere i olie. Besparelser er altså ikke lig med de sparede kWh gange el-prisen, men kun den merpris, som el ligger over olie. At forureningen fra olie er større end f. eks. fra el-produktion fra en vindmølle "glemmer" man. Alt el-forbrug, også "stand-by systemet på TV-et giver varme, svarende til kW effekt-forbruget gange tiden.

SDE beder om ærlig oplysning om stigende andet forbrug og ulemper ved at "spare" på el.?

Type 5: Kemisk energi er energi, der frigives/bindes når grundstoffer henholdsvis slutter sig sammen eller skilles ad ("gifter sig" eller "bliver skilt".) Det vi skal forholde os til i det daglige, er brændværdien. Det er når grundstoffer som kul (C), og brint (H) slutter sig sammen med ilt (O), dvs. brænder og bliver til CO2 og vand (H2O), så frigøres der energi i form af varme. Energien stammer her fra ”gammel” solenergi, som grønne planter har opfanget og brugt til at skille vand i brint og ilt og skille CO2 i kul og ilt. Planter bruger alt kullet og alt brinten, men ”kun” 1/3 af ilten til at vokse af (danne træstof, fedt, mel, sukker, protein). Resten af ilten slipper de løs i luften. Helt korrekt er det hos ilten energien er bundet, da ilt kun kan eksistere ren, hvis den bærer en mængde energi i sig. Denne energi frigives som varme, når ilten igen forenes med et passende stof, som kul eller brint er.

Kulstof og brint findes i de ting vi kender som brændsel (kul, olie, gas, træ) men også i fedt, mel, sukker, protein. At man i nogle sammenhænge normalt taler om brændværdi i kWh. (1000 Wh.) og i andre taler om kilo-calorier (1.000 calorier) (i slankekurene kaldet kalorier) er kun af gammel vane. (Se omregningstabellen). Men det er vigtigt her, at være opmærksom på, at et menneske varmer med den energi de spiser. Det betyder, at hvis man spiser og forbrænder 2100 Kcal. /døgn svarer det til en 100 watts pære, der brænder et døgn. Dvs. at både pæren og mennesket afgiver ca. 2,4 kWh til omgivelserne på 24 timer. Det får betydning, når man skal tænke i opvarmningsbehov og isolering af huse.

Type 6: Den type energi, jeg tror, det er sværest at forstå, er den energi, der bindes/frigives når stof (atomer eller samlinger af atomer (molekyler)) ændrer form f. eks. mellem vand-væske og vand-damp. Alle ved, at hvis man er våd, og står hvor det blæser, kommer man hurtigt til at fryse. Det skyldes, at vandet hurtigt fordamper i vinden og jo så skal skifte form vand-væske til vanddamp og så skal det bruge energi (varme) fordi damp indeholder mere energi end væske. Det de fleste ikke tænker over, er at energien "blot" er bundet til dampen og når den senere skifter form til vand-væske igen, så frigives der nøjagtig samme mængde energi (varme). Det kaldes kondenseringsvarme. Energien er konstant tilstede et eller andet sted, den kan nemlig ikke for-bruges, kun bruges.

Det er det princip der i dag bruges i køleskabe (og varmepumper), hvor man flytter et stof frem og tilbage imedens det skifter form.

Vi vender nu tilbage til Brændværdi (før omtalte type 5): Når man brænder olie eller gas, så dannes der varme. Det ved enhver, men hvor meget? 1 liter olie svarer meget nær til 1 m3 gas i brændværdi, så vi kan behandle dem ens. Olie og gas består af brint og kulstof, og når de to stoffer forener sig ("gifter sig") med ilt fra luften (brænder) frigives der energi (varme). Men hvor meget og hvor bliver den af? I de gamle lærebøger (der vist stadig bruges alt for meget i Energi-styrelsen) står der, at der er ca. 10 kWh. brændværdi i 1 liter olie og i 1 kubikmeter gas og at olie og gasfyr kun kan udnytte ca. de 7kWh. Men det er ikke rigtigt, der er faktisk 11 kWh i hver, og gode fyr udnytter væsentlig mere end 7kWh tit mellem 9 og 10kWh.

Hvorfor er der nu pludselig mere energiindhold?

Jo, i gamle dage forestillede man sig, at "slutproduktet" fra afbrændingen skulle op igennem en skorsten. Det var som CO2 og Vanddamp. Men olien var jo væske, og ikke særlig varm, mens vanddampen og røgen var ret varm. Hvis man forlanger at slutproduktet svarer til startproduktet, så kommer energien fra at ændre damp til væske tilbage som kondenseringsvarme. Der er sikkert nogen, der har bemærket, at der findes naturgasfyr, der påstås at udnytte energien i gassen 103 %, og oliefyr, der kan udnytte olien 101 %. Det er naturligvis noget vrøvl, for det er i procent af et forkert tal. Vi ved jo nu, at energiindholdet i olie og gas er 10 % større end hidtil påstået.

SDE arbejder på at få det lavet om, så basistallene bliver rigtige.

Type 7: Atom-kraft eller Kerne-kraft. Ordene ligner desværre Atom-våben og Kerne-våben, men det har ikke ret meget med hinanden at gøre. Jern er det grundstof, der ligger ”i midten” og indeholder mindst energi. Alle grundstoffer ”stiler” imod at blive til jern. Vejen imod jern afgiver energi, men ofte skal der midlertidigt tilføres en del energi, før end processen kan gå i gang. På solen er trykket så stort, og derved temperaturen så høj, at det giver det energitilskud der skal til at få brintatomer til slå sig sammen som heliumatomer. Den atomproces, kaldet en fusions- (sammenslutnings-) proces, afgiver en masse energi (div. stråling som lys, varme mv.) og det er grundlaget for alt liv på Jorden.

Fra den anden ende af grundstofsystemet stiler de ”tunge” atomer også imod at blive til jern. Det gør de ved at ”henfalde”. Dvs. at de afgiver energi som radioaktiv stråling og langsomt ændrer sig til stoffer der ligger lidt nærmere jern. Nogle af den slags stoffer udsender i denne proces nogle partikler.

Fissions-proces: I atomkraftsværker ”spærrer” man så så meget af en sådan type stof, der afgiver partikler inde så tæt, at de løse partikler rammer andre atomer og spalter dem. Ved denne spaltning frigives yderligere partikler og en ”kædereaktion” er i gang. Ved at sænke stoffer ned imellem ”brændslet”, der bremser partiklerne, kan man styre tempoet. Atomspaltningen afgiver energi, det kan man bruge til at lave el på. Det system kaldes en fissions- (spaltnings-) proces. Ulempen ved atomkraft er, at værkerne skal holdes i balance og at der til slut er et restprodukt, der udsender radioaktiv stråling og derfor skal deponeres forsvarligt. Risiciene er dog nok ikke så store, som de fleste forestiller sig. Mængden af reststoffer er faldet ret kraftigt på de nyeste typer værker og ulykken på Tjernobyl skyldes faktisk ”kun”, at man havde slået sikkerhedssystemerne fra, fordi man havde fået besked om at lave nogle forsøg. Og den type værk som Tjernobyl var, bygges ikke mere. F.eks. kunne Barsebäck ikke løbe løbsk på samme måde, fordi den brugte et andet, mere moderne bremsemateriale og system. Så modstanden imod atomkraft skyldes nok mere uvidenhedens angst end reel viden om farer ved den. Måske er det bedre at gå ind for at udskifte gamle værker med nogle nye og sikrere, end ”blot” at sige: ”Atom-kraft, nej tak”.

Ad. Fusions-proces: Der forskes også i at efterligne kerneprocesserne på solen, fordi den proces ikke er radioaktiv og ikke kan løbe løbsk. Men der er desværre nok lang vej til det kan gøres kommercielt, om nogensinde.

Type 8: Beliggenhedsenergi: Det er overvindelse af tiltrækningskraft. Når vand f.eks. fordamper og stiger til vejrs ved hjælp af solenergi, så kan det falde ned på et bjerg som regn. Jorden tiltrækningskraft trækker det nedad og når man lader det falde ned igennem en turbine kan den energi der bragte vandet op laves om til el via en turbine. (Vandkraft/hydropower). Type 9: Bevægelsesenergi: Det er den energi der skal tilføres et objekt for at få det til at bevæge sig. Den energi beholder objektet til noget bremser det og ved opbremsningen, frigives energien igen som varme. Men normalt er luftmodstanden det, der bremser, men mange ved sikkert at søm bliver varme når der bliver slået på dem med en hammer. Sømmet bremser hammeren. Bevægelsesenergi kan via et tungt svinghjul bruges til at udjævne udsving i tilførsel af anden energiform. Vindenergi: Hvad vindenergi er, er også svært at forstå. Det er indirekte solenergi. Når solen opvarmer luftlagene over jorden ændrer de vægt, og sker det uens begynder luften at flytte sig. Det skaber noget vind, der indeholder bevægelsesenergi og den kan som sagt overføres til det, der forsøger at bremse bevægelsen. Det kan være en el-vindmølle. Problemet med vind-el er ”blot”, at vi ikke kan bestemme over vinden og at vi får enormt store tab, hvis vi vil lagre el-energi, da det jo skal ske i anden energiform. Vi bør ikke lave mere el, end vi kan bruge med det samme.

 

SDE arbejder for, at vi kan indrette vores elforbrug efter produktionen.

Energiens konstans. En ting, som man bliver nødt til at forstå, ved energiens konstante eksistens er, at køling og opvarmning er to sider af samme sag. Begge dele består i, at man omformer eller flytter energi, som er uforanderlig i mængde. Et køleskab flytter den energi (varme), der er i madvarerne ud af skabet, og slipper den fri på bagsiden som varme "på et andet niveau". Dertil skal skabet også af med den energi, der er i den el, motoren bruger til flytningen, men den bliver også til varme. Derfor kan køleboksene i et supermarked faktisk levere (gratis) varme til opvarmning af forretningslokalerne (eller nabo-svømmehallen), men gør det sjældent, fordi skattesystemet tidligere gjorde, at der skulle betales samme afgift ved brug af egen spildvarme som ved køb af anden varme. Det er heldigvis lavet om for nylig, men det er tit for dyrt at bygge systemerne om, så det varer nok nogen tid før det slår igennem.

Samme teknik (i modsat retning) er nu ved at vinde indpas i form af Varmepumper.

Varmepumper er ”omvendte køleskabe”. De køler noget udenfor huset (f.eks. luften, jorden eller en sø), den varme man herved indfanger flyttes ind i huset og frigives her. ”Pumpningen” af varme kræver også her en pumpe, der f. eks kan drives af el, men den energi, der er i den el, frigives også i huset. Varmepumpers evne til at indfange varme måles i det der kaldes COP. En COP angiver, hvor mange gange så meget varme, pumpen kan levere i forhold til den energi dens pumpe skal have tilført.

Den højeste COP jeg har set er på 5,93 ved en udendørs luft temperatur på minus 20 gr. Det vil sige, at for hver kWh el pumpen bruger, leverer den ca. 6 kWh varme indendørs. Det sætter prisen på varme i relief i forhold til el-prisen.

 

Såkaldt energiforbrug.

Det, der normalt kaldes energiforbrug er altid varmeenergi, der ”slipper fra os”. Det er der ikke noget forkert i. Al den energi, der hver dag kommer fra solen, skal væk fra jorden igen, men den energi vi en gang har fanget, skal vi bruge bedst muligt og passe på ikke undslipper vores kontrol, før end den har tjent os mest mulig.

Det simpleste energibrug er opvarmning af vores boliger, og der skal vi være opmærksomme på at alt energibrug i huset bidrager til husets opvarmning. Det gælder standby el, det gælder el til lys og det gælder også den energi, der er vores mad. Derfor kan man kun ”rigtig” spare på energien inde i huset (efter Elsparefondens systemer) om sommeren.

I opvarmningssæsonen er regnestykkerne mere indviklede end Elsparefonden vil være ved.

Det var et forsøg på, at lede jer igennem den første læresætning ”Energi er en konstant”, nu skal vi se på”Den anden læresætning”: ”Al energi vil stræbe imod at fordele sig mest mulig på det ”laveste niveau.”

Det er let at forstå at energiformen varme fordeler sig. Alt i et rum får med tiden samme temperatur.

Men hvad med ”på det laveste niveau? Hvad betyder det?

Jo først må man forstå, at ikke alle energiformer ”er lige.” Der er tale om niveauer.

Man kan forstille sig en stige, hvor de forskellige energiformer står på forskellige trin. De ”der kan mest” står øverst og de ”ringere” står længere nede og det er umuligt at ændre en energiform til en på højere niveau uden at der opstår varme, som er laveste niveau.

På en måde er deres niveau derfor knyttet til deres forhold til varme. En energiforms ”kvalitets-niveau” afhænger af hvor høje temperaturer den kan frembringe.

Vi mennesker bør også lære at værdsætte energiformerne efter deres niveau. Og for os drejer det sig om, hvad vi kan bruge den til. El er sikkert den bedste energiform for os, fordi den kan omformes til så meget, men den kan ikke lagres i egen form. Den er derfor ikke en primær energiform, den er nærmere en transportform for anden energi.

1 kWh. energi, liggende i f.eks. olie, kan uden energitab lagres og den kan med dagens teknik laves om til ½ kWh. el og ½ kWh. varme, ved ret lav temperatur. Derfor er oliens niveau-værdi lig med summen af ½ af hver af de 2 andre.

Der er 2 typer af solens stråling, der især har betydning for os mennesker i vores energihåndtering: lysstråler og varmestråler. Lysstråler er på ”højt niveau” og varmestråler er på lidt lavere niveau. Når lysstråler rammer en flade omformes en del af dem til varme i materialet og resten til ny farve i lysstråler, der kastes tilbage. Men hvis de ledes igennem en linse eller kastes tilbage af et hulspejl, kan de bringes op på meget høje temperaturer. Lysstråler kan styres af glaslinser, hvilket varmestråler ikke kan. De kræver hulspejle.

For os mennesker deler energiklasserne sig i praksis ved nogle grænser, der afgøres af:

1. Kan det drive en computer o. lign.?

2. Kan det bruges til at smelte metal?

3. Kan det drive en motor?

4. Kan det fordampe vand (og lave damptryk)?

5. Kan det ”kun” bruges til opvarmningsformål.

I forbindelse med energiomformninger fremstilles der ofte varme i vand, men uanset hvor meget 80 gr. varmt vand, man har til rådighed, kan man med dagens teknik ikke gøre de 4 første ting, og derfor skal vi være påpasselige med de energiformer, der kan det.

F.eks. kan gas (både natur, gylle og bio) laves om til ca. ½ el og ½ varmt vand. Da el indeholder en ”højklasse” energi, der kan bruges til alle de 4 første ting, skal vi undlade at bruge gas direkte til opvarmning. Vi skal bruge gassen til at lave el på, og helst kun varme op med ”spild/affalds-varmen”. Er dette ikke muligt, bør vi opvarme med varmepumper, hvor vi nu kan få op til 6 gange så mange kWh varme, som vi bruger af kWh el.

Et eksempel på 2 måder anvendelse af naturgas til opvarmning på.

Skal man bruge 18.100 kWh varme i et hus (Energistyrelsens standard hus) så kan ca. 1.800 m3 naturgas gøre det i et godt gasfyr. Men ved i stedet for at lade de samme 1.800 m3 gas tage turen igennem et kraft/varmeværk vil samme gas kunne blive til 9.000 kWh fjernvarme og 9.000 kWh el. Den el kan så med en varmepumpe (bare med faktor 4) opvarme med 36.000 kWh. Så i alt kan samme mængde gas altså opvarme 2½ hus med samme forbrug. Bruger vi de helt nye varmepumper med COP 6, kan der opvarmes 3½ hus.

Eksemplet viser, at det er vigtigere at bruge energiformerne rigtigt, end at spare på energien.

At spare vil ofte give serviceforringelser, men rigtig brug kan yde mere for det samme input.

Derfor bør forbrugerne have mere viden og mere direkte medbestemmelse på energiområdet!

Det kan ske via SDE.

Forbrugerne kommer under alle omstændigheder til at betale, hvad det koster at lave fejl.

Med venlig hilsen fra

Mogens Bülow

 

Last Updated on Friday, 09 April 2010 13:49