Vannkraftverket Furefoss
Rett ved den store Furefossen ligger et vannkraftverk, Furefoss vannkraftverk. Her produseres elektrisk energi ved hjelp av potensiell vannfallsenergi. Vannet kommer fra et vannmagasin, også kalt dam. Et vannmagasin kan være en naturlig innsjø i fjellet eller et vassdrag som er demmet opp. Et vannmagasin skal ikke tappes til under laveste regulerte vannstand, LRV, eller fylles mer enn til høyeste regulerte vannstand, HRV. Ved produksjon av vannkraft brukes vannvolumet mellom LRV og HRV. Furefoss vannkraftverk har et vannmagasin som dekker . LRV er 142 m, mens HRV er 162 m.
Det må være stor høydeforskjell mellom der hvor vannet går inn i kraftverket, og der hvor vannet forlater kraftverket. Differansen kalles fallhøyde, h, og er uavhengig av vannstanden i magasinet. Fallhøyden ved Furefoss vannkraftverk er 85 meter. For å beregne potensiell energi brukes formelen
der m er massen til et objekt og h er objektets høyde over bakken. Tyngdeakselerasjonen g varierer i forhold til breddegrad og høyde over havet alt etter hvor vi er på kloden, men her brukes 9,81 som en gjennomsnittsverdi for g. Når massen er oppgitt i kg og høyden i meter, vil svaret for den potensielle energien ha benevningen , som er det samme som J (joule).
Oppgave 1
Beregn massen til vannvolumet som kan brukes til vannkraft i Furefoss vannkraftverk.
Vis fasit
Vi beregner volumet av vannet mellom HRV og LRV:
Massen er vekten av vannvolumet:
Oppgave 2
Hvor mye potensiell energi er lagret i vannmagasinet?
Vis fasit
Effekten til Furefoss kraftverk
Effekten gir oss arbeid per tidsenhet eller energi per tidsenhet og måles i watt (W). 1 W blir det samme som å bruke 1 joule per sekund (1 J/s). 1 000 W er 1 kilowatt (kW) og 1 000 kW er 1 megawatt (MW). 1 000 000 kW er 1 gigawatt (GW).
Formel for å beregne effekten av energiproduksjon, , er:
står for slukvannføring og angir hvor mye vann som strømmer gjennom et gitt sted per tidsenhet. Her viser hvor mye kubikkmeter vann som strømmer gjennom et sluk per sekund. Virkningsgrad, , forteller hvor stor andel av energien som blir utnyttet av vannkraftverket der betyr at all energien blir utnyttet. Virkningsgraden til Furefoss Vannkraftverk angis som , og slukvannføringen er . Massetettheten, , til vann er 1 000 . Dersom alle enhetene er som over og høyden er i meter, vil svaret for effekten ha benevningen , som er det samme som J/s eller W.
Oppgave 3
a) Hvor stor er effekten til Furefoss vannkraftverk i MW? Gi et avrundet svar.
Vis fasit
Vi bruker formelen for å beregne effekten av energiproduksjonen :
b) Regn ut årsproduksjonen av energi ved Furefoss vannkraftverk angitt i kWh. Siden vannkraftverket ikke produserer maksimalt hele tida, antar vi her at årlig produksjonstid er 4 000 timer.
Vis fasit
I oppgave 3a) beregnet vi effekten og fikk 40 MW. Det er 40 000 kW.
Årsproduksjonen blir
c) Hvor mange ganger skiftes vannet i magasinet ut i løpet av ett år med den oppgitte slukvannføringen?
Vis fasit
Vi må regne ut den totale mengden vann som går gjennom kraftverket i løpet av et år. Vannføringen er. Vi må multiplisere dette tallet med antall sekunder i de 4 000 timene det er energiproduksjon i et år. Vannføring per time er
.
Vannføring per år blir
Dette er det totale volumet av vann som går gjennom kraftverket i løpet av et år. Så må vi regne ut hvor mye vann det er i vannmagasinet mellom høyeste og laveste nivå.
Vi dividerer den totale vannmengden per år på volumet av vann i vannmagasinet:
Vannet i magasinet skiftes ut cirka 24 ganger i løpet av et år.
Oppgave 4
a) Vannkraftverket Bingsfoss er et elvekraftverk ved Glomma. Vannet har lav fallhøyde, kun 5 meter, men kraftverket har en stor slukvannføring på Hvor stor er effekten til Bingsfoss kraftverk i MW? Vi bruker samme virkningsgrad som i forrige oppgave.
Vis fasit
b) Regn ut årsproduksjonen av energi ved Bingsfoss kraftverk og angi svaret i kWh. Siden vannkraftverket ikke produserer maksimalt hele tida, antar vi her også at årlig produksjonstid er 4 000 timer.
Vis fasit
c) Vi regner med at en husstand bruker 20 000 kWh energi per år. Hvor mange husstander kan få energi fra Bingsfoss vannkraftverk i løpet av et år?
Fasit
Cirka 6 600 husstander kan få energi fra vannkraftverket.
d) Vi går ut ifra at en elbil i gjennomsnitt kjører 10 000 km i året. Det blir et strømforbruk på cirka 2 000 kWh i året. Hvor mange elbiler kan få energi fra Bingsfoss vannkraftverk i løpet av et år?
Fasit
Ca. 66 000 elbiler kan få energi fra vannkraftverket.
Oppgave 5
Hvilket kraftverk forsyner din husstand med elektrisitet? Hva er årsproduksjonen til det kraftverket?