Rappel : Accélération de la pesanteur : g = 9,81 m.s Capacité ...

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cp, Primaire, CP Rappel : Accélération de la pesanteur : g = 9,81 m.s–2 Capacité calorifique de l'eau : cp =4185 J.kg –1 K –1 Chaleur de vaporisation de l'eau : Qv = 2248 kJ.kg–1 E1-1 : Quelques calculs (théoriques !) de quantité d'énergie... Rappels : Energie potentielle : € W = M .g.h Energie cinétique : € W = 1 2 M .
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Publié le : mercredi 28 mars 2012
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G. Pinson - Gestion de l'EnergieE1-TD/1Energie : gÈnÈralitÈs ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ð2 Rappel :AccÈlÈration de la pesanteur :g = 9,81 m.s Ð1 Ð1 CapacitÈ calorifique de lÕeauc:p =4185 J.kg K Ð1 Chaleur de vaporisation de lÕeau :Qv= 2248 kJ.kg
E1-1 : Quelques calculs (thÈoriques !) de quantitÈ dÕÈnergie... Rappels : Energie potentielle : W1M.g.h 12 Energie cinÈtique : W1M.v 2 QuantitÈ de chaleur : Q = M.c.D: chaleur massique)T (c Energie Èlectrique : W = U.I.t (en courant continu, avec C = I.t : quantitÈ  dÕÈlectricitÈ)
a- A quelle hauteur peut-on porter une masse de 100 kg avec 1 kWh ? b- Quelle est la vitesse (en km/h) dÕune masse de 100 kg dont lÕÈnergie cinÈtique vaut 1 kW)h ? c- Quelle est la masse dÕun vÈhicule circulant ‡ 100 km/h muni dÕune Ènergie cinÈtique de 1 kWh ? d- Quelle est la puissance dÕun appareil Èlectrique qui, allumÈ pendant 24 h, consomme 1 kWh ? e- Quelle quantitÈ dÕeau peut-on porter de 15 ‡ 100 ∞C avec 1 kWh ? f- Quelle quantitÈ dÕeau peut-on vaporiser avec 1 kWh ? g- Quelle est la capacitÈ en Ah dÕun accumulateur emmagasinant une Ènergie de 1 kWh et de tension nominale 12 V ? 36 V ?
E1-2 : …tude du rÈsumÈ duWORLD ENERGY OUTLOOK2008 1) On s'intÈresse auscÈnario de rÈfÈrencede l'AIE (page 5 version franÁaise du WEO 2008), pour les annÈes 2006 - 2030 (soit une durÈe de 24 ans). Remplir le tableau suivanetn dÈtaillant chaque Ètape de calcul. Indications : - pÈtrole : par convention, 1 tep»7,33 barils ; durÈe d'une annÈe : 365 jours production 2006»99% de la production 2007 - nuclÈaire : calcul effectuÈ par rapport ‡ la demande mondiale en Ènergie primaire - hydraulique : calcul effectuÈ par rapport ‡ la production mondiale d'ÈlectricitÈ : 12 production mondiale d'ÈlectricitÈ 2006» 17000 TWh[Tera = 10 ]production mondiale d'ÈlectricitÈ prÈvue en 2030»TWh 28000 - autres renouvelables : mÍme calcul - biomasse : tout le reste... (NB : arrondir tous les rÈsultats : pas de chiffres aprËs la virgule !)
Energie primaire
demande mondiale
charbon nuclÈaire h autres renouvelables biomasse
2006 [Mtep] 2006 [%]
2030 [Mtep] 2030 [%]
accroissement [Mtep]
htt
taux d'accrois-sement [%]
G. Pinson - Gestion de l'EnergieEnergie : gÈnÈralitÈs E1-TD/2 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2) L'AIE prÈcise ainsi les conventions adoptÈes pour les calculs concernant l'ÈlectricitÈ :
CONVENTIONS FOR ELECTRICITY Figures for electricity production, trade, and final consumption are calculated using the energy content of the electricity (i.e. at a rate of 1 TWh = 0.086 Mtoe). Hydro-electricity production (excluding pumped storage) and electricity produced by other non-thermal means (wind, tide/wave/ocean, photovoltaic, etc.) are accounted for similarly using 1 TWh = 0.086 Mtoe. However, the primary energy equivalent of nuclear electricity is calculated from the gross generation by assuming a 33% conversion efficiency, i.e. 1 TWh = (0.086 ˜ 0.33) Mtoe. In the case of electricity produced from geothermal heat, if the actual geothermal efficiency is not known, then the primary equivalent is calculated assuming an efficiency of 10%, so 1 TWh = (0.086 ˜ 0.1) Mtoe.
VÈrifier ces conventions pour le nuclÈaire avec les chiffres indiquÈs dans le WEO 2008 (page 5 version franÁaise).MÈthode :comparer les rÈsultats prÈcÈdents au calcul effectuÈ par rapport ‡ la production mondiale d'ÈlectricitÈ. Les ordres de grandeurs sont-ils respectÈs ? Conclusion.
3) RÈserves de pÈtrole. A partir des indications du WEO (page 9 version franÁaise), faire le bilan (en Gb = milliards de barils) des rÈserves de pÈtrole conventionnel(.NB : rÈserves "ultimes" = rÈserves "gÈologiques")
4) Le WEO annonce trois obstacles ‡ la croissance de l'approvisionnement mondial en Ènergie primaire. Lesquels ? DÈcrire, expliquer, commenter...
E1-3 : …TUDE duWORLD ENERGY OUTLOOK2009 L'Agence Internationale de l'Energie (AIE) publie chaque annÈe en novembre ses prÈvisions 1 concernant l'Èvolution de la demande mondiale d'Ènergie selon les diffÈrentes sources existantes (fossiles, nuclÈaire, renouvelables, etc). On s'intÈresse auscÈnario de rÈfÈrencede l'AIE, pour les annÈes 2007 - 2030 (soit une durÈe de 23 ans).
Notation :t0= 2007 ...t23= 2030 Rappels mathÈmatiques :progression gÈomÈtrique de raisonqet de premier termeu0: Termes consÈcutifs :u1u.q n n%1 n Terme de rangn:u1u.q n0 u n n Raison :q1 u 0 n#1 q%1 Somme des termes :S1u#u#...#u1u 0 1n0 q%1
1) Production mondiale. L'AIE donne les chiffres suivants : - production mondiale d'Ènergie primaire en 2007 = 12000 Mtep/an - production mondiale d'Ènergie primaire prÈvue en 2030 = 16800 Mtep/an
a) Calculer l'accroissement globalDla production mondiale prÈvue en 2030 par rapport ‡ celle de de 2007, en Mtep/an puis en %. b) En dÈduire le taux d'accroissement annuel de laproduction mondiale sur cette pÈriode. c) RÈsumÈ : complÈter le tableau suivant :
1 su
htt
G. Pinson - Gestion de l'EnergieEnergie : gÈnÈralitÈs E1-TD/3 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------P(2007) P(2030)D[Mtep]D[%]a [%] [Mtep] [Mtep] Ènergie primaire 12000 16800
2) PÈtrole : - production mondiale de pÈtrole en 2007 = 84 Mb/j (84 millions de barils par jour) - production mondiale de pÈtrole prÈvue en 2030 = 105 Mb/j
a) Exprimer laproduction mondiale de pÈtrole en 2007 puis en 2030 en Mb/an puis en Mtep/an. Par convention, durÈe d'une annÈe : 365 jours; 1 tep»7,33 barils. b) Exprimer cette production mondiale de pÈtrole en pourcentage de laproduction mondiale d'Ènergie primaire, pour 2007 et 2030. c) Calculer l'accroissement globalDde la production mondiale de pÈtrole prÈvue en 2030 par rapport ‡ celle de 2007, en Mtep puis en %. d) Calculer le taux d'accroissement annuelamondiale sur cette pÈriode.de la production e) RÈsumÈ :complÈter le tableau suivant :
P(2007) [Mtep]
P(2007) [%]
P(2030) [Mtep]
P(2030) [%]
D[Mtep]
D[%]
a [%]
f) On notePla production pÈtroliËre annelle, supposÈe Ègale ‡ la demande. On notReles rÈserves prouvÈes de pÈtrole conventionnel . On estime queRest de l'ordre de 1238 Gb en 2007. Calculer le ratioR/Pen 2007. g) Calculer la production cumulÈeQ2007 et 2030. En dÈduire les rÈserves restantes entre Ren 2030. En dÈduire la nouvelle valeur deR/P.En quelle annÈe les rÈserves seront-elles totalement ÈpuisÈes ? h)Question de cours :qu'est-ce qu'une "rÈserve prouvÈe" ? RÈsumer par un croquis les diffÈrentes dÈfinitions des rÈserves d'Ènergie fossile.
3) Gaz : mÍmes questions 3 - production mondiale de gaz en 2007 = 3000 Gm (3000 milliards de mËtres cubes) 3 - production mondiale de gaz prÈvue en 2030 = 4300 Gm 3 - rÈserves prouvÈes de gaz = 180000 Gm On donne : 3 - densitÈ ÈnergÈtique du gaz naturel ‡ 1 atmosphËre : 9,9 kWh/ .m - 1 tep = 11660 kWh P(2007) P(2007) [%] P(2030) P(2030) [%]D[Mtep]D[%] [Mtep] [Mtep]
htt
a [%]
G. Pinson - Gestion de l'EnergieEnergie : gÈnÈralitÈs E1-TD/4 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------REPONSES E1-1 : calculs de quantitÈ dÕÈnergie W6 a-h1=3,6.10 /9,81/100»3670 m M.g 2W6 b-v1 1 Ö(2.3,6.10 /100) = 268 m/s = 967 km/h M 2W6 2 c-v»27,8 m/sÞM1 12.3,6.10 /27,8»9300 kg 2 v 1000 d-P1 »42 W 24 W6 e-V1 13,6.10 /4185/85»10 l r.c.DT p W6 f-V1 13,6.10 /2248»1,6 l r.Q v W g-C1 11000/12»83 Ah ; = 1000/36»28 Ah U
E1-2 : …tude du rÈsumÈ duWORLD ENERGY OUTLOOK2008 1) - Demande mondiale : D5280/11730 = +45% dÕaugmentation= 17010-11730 = 5280 Mtep ; vÈrification :
- PÈtrole : 6 5 5 6 1 Mb/j = 10 / 7,33»1,36.10 tep/jÞ1 Mb/j»3651,36.10 x »50.10 tep/an»50 Mtep/an Remarque : chiffre 2006»chiffre 2007 moins 1%Þ0,99 x 85 Mb/j x 50 = 4207 Mtep ; En 2030 : 106 Mb/j x 50 = 5300 Mtep Þ D= 5300 Ð 4207 = 1093 Mtep (soit +26 % dÕaugmentation)
- Gaz : rappel : un taux d'accroissement x par an pendant n annÈes conduit ‡ un accroissement total de n 10 (1+x).Exemple : +5% par an pendant 10 ansÞ1,05»1,63 soit taux global»63% 24 2030 -2006 = 24 ans ; 1,8% pendant 24 ans = 1,018 = 1,53 soit + 53% ; Production de gaz : 22% de 17010 (prod. mondiale) = 3740 Mtep ; En 2006, 3740/1,53 = 2446 Mtep ; D= 3740 - 2446 = 1296 Mtep ; vÈrification : 1296/2446 = +53% dÕaugmentation
24 - Charbon : vÈrification : 1,0»1,61 soit 61%
- Hydraulique : ÈlectricitÈ 2006 : 1 tep = 11660 kWhÞ1 Mtep = 11,66 TWhÞ17000/11,66»1458 Mtep Þhydraulique 2006 = 0,16 x 1457»233 Mtep autre calcul ÈlectricitÈ 2030 = 28000/11,66» 2400 Mtep Þhydraulique 2030 = 2400 x 0,14»336 Mtep htt
G. Pinson - Gestion de l'EnergieE1-TD/5Energie : gÈnÈralitÈs ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
- Autres renouvelables : 2006 : 0,01 x 1457»15 Mtep ; 2030 : 0,04 x 2400»96 Mtep
Energie primaire
demande mondiale
charbon nuclÈaire h autres renouvelables biomasse
2006 [Mtep] 2006 [%]
11730 4208 2446 3050 704 233 15 1075
100% 36% 21% 26% 6% 2% 0% 9%
2030 [Mtep] 2030 [%] accroissement taux d'accrois-[Mtep] sement [%] 17010 100% 5280 45% 5300 31% 1092 26% 3742 22% 1296 53% 4933 29% 1883 62% 850 5% 147 21% 336 2% 103 44% 96 1% 81 558% 1752 10% 677 63%
2) - NuclÈaire 2006 :15% de 17000 TWh = 2550 TWh / 11,66 = 220 Mtep taux de conversion en electricitÈ = 33%Þ220/0,33 = 660 Mtep (au lieu de 704ÞmÍme ordre de grandeur) - NuclÈaire 2030 :10% de 28000 TWh = 2800 TWh / 11,66 = 240 Mtep taux de conversion en electricitÈ = 33%Þ240/0,33 = 720 Mtep (au lieu de 850Þcalcul un peu moins prÈcis)
3) RÈserves en Gb : Production cumulÈe11100 ì(200 Gb pÈtrole non conventionnel exclu) R. prouvÈes = 1000...1100 ï ï R. ultimes13500í R. restantes12400íR. probables = 800(1/3 rÈserves restantes) ï ï ïR. possibles = 500...600(tout le reste...) î î
4) a) Pic pÈtrolier et pic gazier ; b) investissements nÈcessaires et dÈpendance accrue par rapport ‡ certains pays (Russie, Moyen-orient,...) ; c) CO2et rÈchauffement climatique. Pour les dÈtails, voir le cours !
E1-3 : …TUDE duWORLD ENERGY OUTLOOK2009 1) Production mondiale : a)D= 16800-12000 = 4800 Mtep ; 4800/12000 = 40 % 23 b) 1, 411, 015Þa»1, 5% c) P(2007) P(2007) [%] P(2030) P(2030) [%] [Mtep] [Mtep]
Ènergie primaire
12000
100
16800
100
D[Mtep]
4800
htt
D[%]
40%
a [%]
1,5%
G. Pinson - Gestion de l'EnergieE1-TD/6Energie : gÈnÈralitÈs ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2) PÈtrole :
a)P(2007)= 84.365 = 30660 Mb/anÞP= 30660/7,33 = 4183 Mtep/an P(2030) =105.365 = 38325 Mb/anÞP= 38325/7,33 = 5228 Mtep/an b)cf e) c)D= 5230 - 4183 = 1046 Mtep»25 % d'accroissement. VÈrification : (105-84)/84 = 0,25. 23 d) 1, 25»1, 01Þa»1% e) P(2007) P(2007) [%] P(2030) P(2030) [%]D[Mtep]D[%]a [%] [Mtep] [Mtep] Ènergie primaire 12000 100% 16800 100% 4800 40% 1,5% pÈtrole 4183 35% 5228 31% 1045 25% 1,0%
f)R/P (2007)= 1238/30,66»40,4 ans ; 24 u(1, 01%1) 0 g)S1 126, 9.uo 1, 01%1 ÞQ= 26,9.30,66» 827 GbÞR»1238 Ð 827 = 411ÞR/P= 411/38,3»10,7 ans ÞRÈserves ÈpuisÈes en» 2041 h)
RÈserves gÈologique ("ressources en place")
Production cumulÈe
RÈserves prouvÈes
exploitÈes
RÈserves restantes
RÈserves probables
inexploitÈes
RÈserves possibles
ressources ultimes
Lesressourcesultimescomprennent : la production cumulÈe depuis le dÈbut de l'exploitation des gisements, 100% des rÈserves restantes prouvÈes, une fraction des rÈserves probables (50%) et des rÈserves possibles (25%)
3) Gaz 9 a)P(2007)= 3000.10 .9,9/11660 = 2547 Mtep/an 9 P(2030) == 3651 Mtep/an4300.10 .9,9/11660 b-c-d)cf e) e)
htt
G. Pinson - Gestion de l'EnergieE1-TD/7Energie : gÈnÈralitÈs ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------P(2007) P(2007) [%] P(2030) P(2030) [%]D[Mtep]D[%]a [%] [Mtep] [Mtep] Ènergie primaire 12000 100% 16800 100% 4800 40% 1,5% gaz 2547 21% 3651 22% 1104 43% 1,6%
f)R/P (2007)= 180000/3000»60 ans ; 24 u(1, 016%1) 0 g)S1 128, 9.uo 1, 016%1 3 ÞQ= 28,9.3000» 86600 GmÞR»180000 Ð 86600 = 93400ÞR/P= 93400/3651»26 ans ÞRÈserves ÈpuisÈes en» 2056
htt
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