Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Greenpeace Energy gaat in Noord-Duitsland overtollige elektriciteit uit een windpark gebruiken om water met elektrolyse om te zetten in waterstof. De installatie zal met 1,0 MW vermogen en met een rendement van 70% ongeveer 230 kuub waterstofgas per uur kunnen produceren.
Gasunie injecteert het waterstofgas in het aardgasnet. Het gasbedrijf zal zorgen dat de concentraties waterstofgas in het aardgasnetwerk laag blijven en dat het aardgas binnen de door de Duitse overheid gestelde specificaties blijft.
Opgaven:
Door de elektriciteit van de windmolens te gebruiken om waterstofgas te maken wordt een belangrijk probleem van elektriciteit uit windenergie opgelost.
a) Leg dat uit.
b) Toon met een berekening aan dat de verbrandingswarmte van het waterstofgas gelijk is aan 11 x 106 J/m3.
Het waterstofgas wordt bijgemengd met (gronings) aardgas in het aardgasnet. Door bijmengen van het waterstofgas verandert de totale verbrandingswarmte van het gemengde gas.
c) Beredeneer of de verbrandingswarmte van het gemengde gas hoger of lager is dan van het nog niet gemengde aardgas.
De verbrandingswarmte mag maximaal 2% variëren, waardoor er maar weinig waterstofgas bijgemengd mag worden.
d) Geef een reden waarom het belangrijk is dat de verbrandingswarmte zo constant mogelijk is.
Uitwerking vraag (a)
Windmolens leveren ook elektrische energie op momenten dat er niet zo veel elektriciteit nodig is. Deze elektrische energie is moeilijk in grote hoeveelheden op te slaan. Met gas kan dat makkelijker.
Uitwerking vraag (b)
Met 1,0 MW aan elektrisch vermogen wordt met een rendement van 70% in één uur 200 m3 geproduceerd.
1,0 x 106 x 0,70 x 3600 = 2,52 x 109 J/h.
Dit levert 230 m3 gas op, dus 2,52 x 109/230 = 1,1 x 107 J/m3.
Uitwerking vraag (c)
De verbrandingswarmte van Gronings aardgas is 32 x 106 J/m3. De verbrandingswarmte van waterstofgas is met 11 x 106 J/m3 bijna 3 keer zo laag. Door het mengen zal de verbrandingswarmte omlaag gaan.
Uitwerking vraag (d)
Als de verbrandingswarmte veel verandert, verandert het vermogen van gasapparaten heel erg. Bovendien meet de gasmeter het volume van het geleverde gas, niet de hoeveelheid energie die het gas bevat. Bij verandering van de verbrandingswarmte ga je dus direct meer of minder betalen.
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
