Duurzame Energie (zonder de gebakken lucht) Modelleren op een bierviltje Jeroen Spandaw j.g.spandaw@tudelft.nl

David MacKay: TED Talk (YouTube) https://www.youtube.com/watch?v=E0W1ZZYIV8o

https://www.withouthotair.com/

Verband met ontwerpen?

Doelen Leerligen leren ruwe schattingen te maken “op de achterkant van een bierviltje” Het belang van dergelijke ruwe schattingen De lol van dergelijke ruwe schattingen Dit toepassen op ons energieprobleem: schatting ‘productie’ duurzame energie schatting ‘energieverbruik’ & ‘energiebesparing’

Inhoud Voorbeeld van een ruwe schatting Didactiek Nog twee ruwe schattingen (energie) Didactiek & Ervaringen met lesmateriaal in v3 Antwoorden op brandende energievragen

“Fermi-problemen” Hoeveel pianostemmers zijn er in Nederland? 8 miljoen huishoudens ½ miljoen piano’s gestemd per jaar pianostemmer: 20 per week, 800 per jaar  ∼ 600 pianostemmers

Schatten wordt onderschat

Delftse Pre-NLT-module Passen alle Nederlanders op het eiland Texel? Leerlingen bedenken zelf ook zulke vragen. Orde van grootte schatten Over- en onderschatten Valideren van schattingen ‘Productie’ van duurzame energie

Fermi op Open University YouTube https://www.youtube.com/watch?v=0YzvupOX8Is

Inhoud Voorbeeld van een ruwe schatting Didactiek Nog twee ruwe schattingen (energie) Didactiek & Ervaringen met lesmateriaal in v3 Antwoorden op brandende energievragen

Getijdenenergie NL Waddenzee? 𝐸∼𝑚𝑔 Δℎ iedere 12 uur: Δℎ∼2 m Opp. ∼150×20 k m 2 𝑚∼2×3⋅ 10 9 × 10 3 kg 𝐸∼ 10 14 joule Rendement getijden-installaties? NL verbruikt 10 15 J / dag

Uit David MacKay: Sustainable Energy without the Hot Air 𝑃= 250⋅ 10 9 J/s = 2⋅10 16 J/etmaal Als dit helemaal ‘geoogst’ zou kunnen worden met rendement van 100%, dan gaf dit 80% van totaal ‘verbruikte’ energie in VK 200 keer onze schatting voor NL Waddenzee

Dimensieanalyse (eenhedenalgebra)

Breedte b biobrandstofstrook voor snelweg (1 strook) Welke gegevens nodig? 𝑣∼ 100 km / uur 𝐶∼ 1 L / 20 km 𝑑∼100 m 𝑌∼1000 L / ha⋅jaar 𝑏∼ ?

Breedte b biobrandstofstrook voor snelweg (1 strook) 𝑣∼ 100 km / uur 𝐶∼ 1 L / 20 km 𝑑∼100 m 𝑌∼1000 L / ha⋅jaar 𝑏∼𝑣 𝑏∼𝐶, 1 𝑑 , 1 𝑌 𝑏∼(𝑣⋅𝐶) / (𝑑⋅𝑌) dimensie: (𝐿 3 /𝑇)/( 𝐿 4 / 𝐿 2 𝑇) = lengte (klopt!) 5 L uur 10 5 L⋅m 10 4 m 2 ⋅jaar = 5 10 m× 10 4

Breedte b biobrandstofstrook alternatieve aanpak 𝑣∼ 100 km / uur 𝐶∼ 1 L / 20 km 𝑑∼100 m 𝑌∼1000 L / ha⋅jaar 𝑣∼30 m/s 𝐶∼ 1 20 ⋅ 10 −3−3 m 3 /m 𝑌∼ 1 m 3 10 4 m 2 32⋅ 10 6 s =0.3⋅ 10 −10 m s 𝑏∼(𝑣⋅𝐶) / (𝑑⋅𝑌) 1.5⋅ 10 −5 3⋅ 10 −9 =5× 10 3 m

Breedte b biobrandstofstrook ‘eenvoudigste’ berekening? 𝑣∼ 100 km / uur 𝐶∼ 1 L / 20 km 𝑑∼100 m 𝑌∼1000 L / ha⋅jaar 100 m, permanent 1 auto 2400 km/24 u = 10 6 km/jr → 5⋅ 10 4 L brandstof / jr 𝑏 0 =100 m → 1 ha opp. → 1000 L / jaar Dus 50 keer zoveel nodig Dus 𝑏=5 km

Inhoud Voorbeeld van een ruwe schatting Didactiek Nog twee ruwe schattingen (energie) Didactiek & Ervaringen met lesmateriaal in v3 Antwoorden op brandende energievragen

Overlappende projecten

Ervaringen in vwo 3

Ervaringen in vwo 3 Topmoment schooljaar: Hoeveel docenten werken in Nederland? ‘We hebben het aantal met een factor 2 onderschat…” “Dat komt misschien omdat veel docenten in deeltijd werken…”

Inhoud Voorbeeld van een ruwe schatting Didactiek Nog twee ruwe schattingen (energie) Didactiek & Ervaringen met lesmateriaal in v3 Antwoorden op brandende energievragen

Oppervlakte nodig om te leven van duurzame energie Bron: David MacKay, Sustainable Energy without the Hot Air

Oppervlakte nodig om te leven van duurzame energie Bron: David MacKay, Sustainable Energy without the Hot Air

Oppervlakte voor duurzame energie als we 90% energie besparen…

Samenvatting Leerlingen in vwo 3 kunnen leren ruwe schattingen te maken m.b.v. Delftse pre-NLT-module Nauwkeurige Onnauwkeurigheid Dit bevordert creativiteit & realiteitszin! Niet alleen toepasbaar op energievraagstuk. Om onze energiebehoefte duurzaam te ‘produceren’ moet heel veel gebeuren. Alle kleine beetjes helpen? Helaas niet!

j.g.spandaw@tudelft.nl