KONSULENTOPGAVEN
Fase 3
lær om skolens elektricitetsforbrug
I har nu lært om de to former for energiforbrug, der er på en skole. I denne fase skal I kigge nærmere på den ene slags forbrug, nemlig elektricitetsforbruget. En stor del af en skolens samlede energiforbrug er i form af strøm. Når I skal energioptimere jeres skole, er det derfor en god idé at se nærmere på jeres skoles forbrug af strøm. I bør både se på, hvordan den brugte strøm produceres, og hvad strømmen bruges til. Men først skal I tilegne jer en grundlæggende viden om energi og strøm. I skal lære om fysikken bag energi, effekt og nyttevirkning, det danske elsystem, og hvordan man regner på det elektriske energiforbrug. Svar på spørgsmålene herunder. I finder svarene på opslagstavlen.
-
Der er ingen atomkraftanlæg i Danmark, men alligevel kommer ca. fem pct. af vores strøm fra atomkraft. Hvordan kan det være?
-
Vi får allerede op mod 45 pct. af vores strøm fra vindkraft og kun 20 pct. fra kul, olie og naturgas, som udleder CO2-gas. Så hvorfor kan vi ikke bare bygge flere vindmøller og helt slippe for den forurenende kul, olie og naturgas?
-
Hvilke fordele og ulemper er der ved at installere solceller på en skole?
-
En brødrister i skolekøkkenet bruger strøm med en meget højere effekt end standby-strømmen til computerskærmene i computerlokalet, men måske er computerskærmene en større strømsluger end brødristeren. Hvordan kan det være?
-
Hvorfor kan det ofte betale sig at udskifte gamle køleskabe med nye, selvom de gamle stadig virker?
-
Hvor meget elektrisk energi kan man spare ved at udskifte et almindeligt lysstofrør med LED-belysning?
OPSLAGSTAVLEN
elnettet i Danmark
Rundt i Danmark løber der en række højspændingskabler, som binder forskellige dele af Danmark sammen i et samlet elsystem. Det betyder f.eks., at strømmen fra vindmøller i nærheden af Esbjerg kan sendes helt til Fyn eller Nordjylland. Det danske elnet er også koblet sammen med både Tyskland, Norge, Holland og Sverige.
På den måde kan vi sende vindmøllestrøm til Tyskland, når vinden blæser kraftigt, eller modtage strøm fra vandkraft fra Norge, hvis vi har en vindstille dag i Danmark. Denne sammenkobling af elsystemer er således helt essentiel i forsøget på at mindske CO2-udledningen fra elektricitetsproduktionen. Det er også pga. denne sammenkobling, at noget af den danske strøm kommer fra tyske og svenske atomkraftværker.
På energinet.dk kan I se, hvordan strømmen transporteres rundt i Danmark i dette øjeblik, samt hvor meget vindmøller, solceller og kraftværker producerer. Da vindmøller og solcellers produktion afhænger af henholdsvis vind og sol, vil produktionen fra disse energikilder afhænge af vejret. Derfor vil I på siden kunne se, hvordan tallene ændrer sig fra dag til dag alt efter vejret.
Klik på kortet og se energiforsyningen i dette øjeblik.
energi og effekt
Når I skal til at undersøge og regne på strømforbruget og besparelsen for forskellige tiltag på jeres skole, skal I kende til nogle grundlæggende begreber fra fysik. Disse begreber er forklaret nedenfor.
Energi
Energi er i fysik evnen til at udføre arbejde eller opvarme noget. Når vi bruger strøm til at få en lampe til at lyse, sker der en omdannelse af elektrisk energi fra stikkontakten til lysenergi i lampen. Når vi skal spare på strømmen, er det således mængden af elektrisk energi, som vi skal spare på.
Energi måles i fysik som regel i enheden joule (J), men når vi skal regne på strømforbrug, er det nemmere at anvende enheden kilowatttimer (kWh).
Effekt
Effekt er et mål for den omsatte energi pr. tid. Det betyder, at effekten udtrykker, hvor meget energi der omdannes i løbet af et sekund, et minut, en time eller en anden tidsenhed.
Effekt måles i enheden watt (W).
Beregning af energi
Energi og effekt hænger således sammen i formlen
E=P·t
Hvor E er energien, P er effekten og t er tiden. Formlen betyder, at vi kan udregne, hvor meget elektrisk energi et apparat bruger ved at gange apparatets effekt med, hvor lang tid det er tændt. Hvis vi f.eks. forestiller os, at en projektor i et klasselokale er tændt seks timer om dagen og bruger elektrisk energi med en effekt på 100W, vil projektorens energiforbrug i løbet af en dag være
E=P·t=100W·6h=600Wh=0,6kWh
Når vi bruger enheden kWh, kan vi således beregne energiforbruget ved at gange effekten i W med antallet af timer, apparatet er tændt, og til slut dividere med 1000 for at få det i kWh i stedet for Wh.
Nyttevirkning
Når man arbejder med energioptimering og energiforbrug, er nyttevirkning et vigtigt begreb. Nyttevirkningen udtrykker, hvor stor en del af den brugte strøm der går til det ønskede formål. Hvis vi ser på en lampe, udtrykker nyttevirkningen, hvor meget af den elektriske energi der omdannes til lysenergi. Hvis lampen har en nyttevirkning på 2,5 pct., betyder det, at 2,5 pct. af den elektriske energi bliver til lysenergi, mens 97,5 pct. går til spilde i form af varme.
Hvis en anden lampe har en nyttevirkning på 15 pct., vil den således være seks gange mere effektiv og kunne lyse lige så kraftigt som den første lampe, men bruge væsentligt mindre elektrisk energi. Når vi vil energioptimere, handler det derfor i høj grad om at sørge for, at alle apparater på skolen har så høj nyttevirkning som muligt, hvilket gør, at de udnytter den elektriske energi bedst muligt.
Nyttevirkningen skrives i fysik med det græske bogstav eta
𝜂 og beregnes med formlen:
hvor E er energien og P er effekten.
energikilder i danmark
Når vi tænder for en computer eller sætter telefonen til opladning, tænker vi normalt ikke så meget over, hvor den strøm, vi får fra stikkontakten, kommer fra. Der er dog stor forskel på, hvor miljøvenlige forskellige elektriske energikilder er.
Figuren viser sammensætningen af en gennemsnitlig dansk kilowatttime fra 2019. Det fremgår, at 45 pct. af strømmen kom fra vindmøller, mens 5 pct. kom fra atomkraft. Der er ikke atomkraftværker i Danmark, men Danmark er forbundet til både Sverige og Tyskland, som har atomkraftværker, så af og til får vi strøm fra disse lande. Kilde: energinet.dk
Når man taler om miljøpåvirkningen fra de forskellige energikilder, inddeler man ofte energikilderne i:
1) vedvarende energikilder som vindmøller, solceller og vandkraftværk
2) fossile energikilder som kul, olie og naturgas.
Forskellen er, at produktionen af elektricitet ved hjælp af. kul, olie og naturgas bygger på afbrænding af disse stoffer. Ved afbrænding af stofferne udledes der CO2-gas til atmosfæren, som bidrager til den globale opvarmning.
Vindmøller, solceller og vandkraftanlæg udleder derimod ingen CO2-gas, mens de producerer elektricitet. Fordelingen af de forskellige energikilder i produktionen af vores elektricitet er derfor afgørende for, hvor stor klimapåvirkning vores elektricitets forbrug har.
Figuren herover viser, hvor stor CO2-udledning pr. kWh forskellige energikilder har. Det ses, at landvind udleder 11 g CO2-gas pr. kWh, selvom vindmøllerne i sig selv ikke udleder CO2-gas. Dette skyldes, at produktionen, opsætning og skrotning af vindmøller udleder CO2-gas. Denne udledning er således medregnet i figuren. Kilde: Danmarks Naturfredningsforening
Figuren herover viser, hvor meget CO2-gas der frigives pr. produceret kilowatttime for perioden 2010-2019. Det ses, at strømmen er blevet meget grønnere i løbet af de seneste 10 år. Kilde: Energinet.dk
prisen på strøm
Når man som energikonsulent skal motivere elever og lærere til at spare på strømmen eller investere i nye energivenlige apparater, er der to vigtige argumenter:
1) Det ene handler om at gøre skolen mere miljøvenlig. Hvis vi sparer på strømmen, sparer vi også på CO2-udledningen og bidrager til at mindske den globale opvarmning. Dette argument er idealistisk og meget vigtigt, men det kan nok være svært at få lov til at bruge penge på energirigtige investeringer på skolen, hvis det eneste argument er at mindske den globale opvarmning.
2) Det andet er økonomiske argumenter. Der vil ganske simpelt være penge at spare ved at spare på den elektriske energi. Man betaler omkring 2,40 kr. for hver kWh strøm, man bruger. Det betyder, at for hver kWh, I kan spare skolen for, vil skolen spare 2,40 kr. på elregningen. Kilde: se.dk
Spar på strømmen
Man kan selvfølgelig spare på strømmen ved at huske at slukke for elektriske apparater som f.eks. lyset, computeren eller projektoren i klassen. Ofte er det dog nødvendigt at have lys eller bruge computeren. I de tilfælde, hvor det elektriske apparat er nødvendigt og ikke kan slukkes, handler det om at have et så energieffektivt apparat som muligt.
Man kan f.eks. se på belysningen på skolen. Moderne LED-lyskilder vil være mere effektive end ældre lysstofrør, som findes mange steder på skolerne. Man kan derfor f.eks. udskifte et lysstofrør med en effekt på 36W med et LED-rør med en effekt på 18W. De to lyskilder giver omtrent den samme mængde lys, men LED-røret har en væsentlig bedre nyttevirkning. Hvis et sådant lysstofrør er tændt i otte timer på en dag, vil udskiftningen således kunne spare energien:
E=P·t=(36W−18W)·8h=144Wh=0,144kWh
pr. dag lampen er tændt. Man kan så gange dette tal op med antallet af lysstofrør og antallet af dage på et år, hvor de er tændt for at finde den årlige besparelse.
Andre elektriske apparater, det kunne være interessant at se nærmere på, er f.eks. køleskabe og frysere. Sådanne hvidevarer har en energimærkning, som fortæller, hvor meget energi de bruger om året. Jo bedre energimærke, jo mindre energi bruger apparatet.
De senere år er der sket en udvikling i energieffektiviteten af sådanne apparater, så nye apparater bruger væsentligt mindre strøm end gamle. Dette kan betyde, at det måske kan betale sig at udskifte gamle køleskabe eller frysere med nye, fordi de nye bruger væsentligt mindre strøm.
Læs mere om energimærkningen og energiforbruget fra køleskabe og frysere på sparenergi.dk
Solceller
Som regel er installation af solceller den eneste praktisk mulige måde, som en skole selv kan lave grøn vedvarende elektricitet på. Solceller omdanner sollyset til elektricitet. I fysik vil vi sige, at der sker en omdannelse af strålingsenergien til elektrisk energi i solcellerne.
Denne miljøvenlige produktion af strøm er klart en fordel for miljøet. Udfordringen er dog, at solcellerne kun producerer strøm, når der er sollys. Dette gør, at produktionen svinger i løbet af året, døgnet og alt efter, hvordan vejret er. Det ville være svært at få en hverdag på skolen til at fungere, hvis strømmen til computere, projektorer osv. forsvinder, så snart der går en sky for solen. Derfor lader man skolen forblive forbundet til elnettet, selvom der installeres solceller. Når solcellerne så producerer mere strøm, end skolen bruger, sælges strømmen til elnettet.
Omvendt køber skolen strøm fra elnettet, når solcellerne ikke producerer nok strøm. De præcise priser og vilkår for, hvordan man afregner både produktion og forbrug af strøm, er avancerede og har de senere år flere gange ændret sig. Det er derfor svært at lave klare beregninger på økonomien i solcelleanlæg på skoler uden at sætte sig ind i avancerede selskabs-, afgifts- og regnskabsregler.
I nogle private solcelleanlæg kommer man udenom at skulle købe og sælge strømmen ved at installere batterier, som kan oplades i løbet af dagen og så bruges om aftenen og natten. Sådanne batterier er dog dyre og næppe en god løsning til en skole.