XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Зелёная энергия. Микроветрогенератор своими руками
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Однажды мы всей семьёй ездили за город и увидели очень близко высокую установку, похожую на вентилятор. Я спросила у папы, для чего нужна эта установка и почему она такая большая. Папа рассказал мне, что это ветрогенератор, который позволяет людям получать электрическую энергию и использовать её далее для своих каких-то бытовых или промышленных целей. Такие установки имеют большую высоту из-за того, что на больших высотах воздух движется намного быстрее.
Я спросила у папы, а сложно ли сделать такую установку. Он ответил, что такая большая установка очень сложна в изготовлении, но маленькую установку можно сделать и дома. Тогда я попросила его помочь мне сделать такую установку. Также он сказал, что построит мне домик, в котором будут небольшие лампочки. Эти лампочки будут работать от нашего ветрогенератора. Поэтому в этой работе для меня главной целью стало создание ветрогенератора небольших размеров (микроветрогенератора).
Цель проекта: создание микроветрогенератора в домашних условиях из доступных в быту материалов.
Задачи:
1.Познакомиться с историей возникновения ветрогенераторов.
2. Изучить принцип работы и устройство ветрогенератора.
3.Создать микроветрогенератор в домашних условиях.
Основная часть
История ветроустановок
В давние времена люди приравнивали любое природное явление к божественному. Считалось, что разные боги могут управлять какими-то стихиями и посылать в помощь или наказание людям разные явления (дождь, грозу, ураган и т.д.). Однако были люди, которые, несмотря на эти верования, проводили научные открытия и пытались «приручить» природные явления. И некоторым людям это удавалось. Примерами «приручения» природных стихий является использование ветряных и водяных мельниц. Ветряные и водяные мельницы – это первые установки, которые могли работать на энергии различных стихий.
Прародителями современных ветроустановок являлись ветряные мельницы. Где и когда появилась первая ветряная мельница до сих пор не известно. (Приложение А1)
В основном эти мельницы используются в производстве муки из различного вида зерна (пшеницы, ржи и т.п.). Такими мельницами владели различные феодалы, которые использовали труд населения, живущего на их землях. Несмотря на облегчение труда при перемалывании зерна, поскольку это делал механизм, работающий от энергии ветра, работа на этих мельницах была очень тяжёлой.
Как и любые отрасли человеческой деятельности, ветряные мельницы постоянно совершенствовались.
Научно-техническая революция (НТР) стала итогом накопления человечеством в течение многих столетий различных знаний, которые далее ложились в основу различных наук, зародившихся в XIX веке. НТР привела к появлению новых механизмов, устройств и т.д. В это время работали очень многие выдающиеся учёные, которые сделали возможным существование того мира, который мы имеем сейчас. Также открытия того времени сделали возможным появление и ветрогенераторов, вырабатывающих не просто механическую энергию (как в ветряных мельницах), а позволяющих получить электрическую энергию. Получение электрической энергии с помощью ветрогенераторов даёт возможность использовать эту энергию для различных бытовых и промышленных целей.
Ветрогенератор или ветроэнергетическая установка – устройство для преобразования энергии ветра в механическую и далее в электрическую энергию [1].
Представить нас сейчас без электрической энергии очень трудно. Если у нас, современных людей, её просто забрать, то большинству таких людей будет очень сложно жить. Но как это стало возможным?
Вскоре был создан промышленный вид электрогенераторов, который в дальнейшем могли быть использованы для получения электроэнергии в больших количествах, т.е. на электростанциях.
Страны, испытывающие проблемы нехватки энергоносителей, стали искать альтернативные способы производства энергии. С этого момента ветроэнергетика стала использоваться более широко.
Ветроэнергетика также развивается и в Республике Беларусь. По официальным данным БелЭнерго на территории Республики Беларусь установлено 47 ветрогенераторов разной мощности. Эти данные приходятся на конец 2017 года [6]. Новые установки в нашей стране появляются в разных областях. Наилучшими местами для установки ветрогенераторов, по оценкам наших учёных, являются: Новогрудский район, Могилёвский район, Дзержинский район, Слуцкий район и др. Самая крупная ветроустановка в Республике Беларусь построена в посёлке Грабники Новогрудского района Гродненской области.
Строение ветрогенератора
В интернет-источниках я нашла следующее описание устройства ветрогенератора. (Приложение Б).
Изучив конструкцию этого ветрогенератора, мне стало ясно, что такая установка является весьма сложной, как и говорил папа. Изготовить такой ветрогенератор даже небольших размеров в домашних условиях невозможно. Для этого необходимы и специальные знания. Папа предложил сделать намного более простой ветрогенератор, в котором отсутствуют многие элементы больших ветрогенераторов и который можно собрать за 2 часа.
Изготовление микроветрогенератора в домашних условиях
Я решила с помощью папы построить микроветрогенератор в домашних условиях. Этот ветрогенератор будет снабжать электроэнергией миниатюрный домик, который мы сделаем. Папа также сделал в доме светодиодные лампочки. Мы с ним приготовили всё необходимое.
Для сборки ветрогенератора нам понадобились:
- гондола (заранее сделал папа),
- небольшой электрогенератор,
- деревянная башня, деревянная опора (заранее сделал папа),
- электрические провода,
- маленькие фонарные столбики,
-четыре спички,
- пластиковая бутылка,
- втулка от старого микровентилятора,
- акриловые краски,
- двухсторонний скотч, клей ПВА.
Шаг 1. Собираем деревянную конструкцию для ветрогенератора. Для этого в отверстие на деревянной опоре наливаем клей ПВА и вставляем в него деревянную башню. Далее заливаем в отверстие гондолы клей ПВА и соединяем посредством отверстия гондолу с деревянной башней. После склеивания тряпочкой или салфеткой обязательно убираем лишний клей. (Приложение Г1)
Шаг 2. После того, как клей высохнет, красим деревянную конструкцию ветрогенератора в белый цвет, который является традиционным цветом ветрогенераторов (именно для того, чтобы гигантские структуры максимально сливались с окружающей средой). (Приложение Г2)
Шаг 3. Из пластиковой бутылки вырезаем лопасти ветрогенератора.
(Приложение Г3).
Шаг 4. Вставляем вырезанные лопасти ветрогенератора во втулку от старого микровентилятора и приводной механизм электрогенератора готов
(Приложение Г4)
Шаг 5. После высыхания краски и сборки лопастей ветрогенератора приступаем к окончательной сборке нашей установки. Для этого просовываем провода от электрогенератора в заднее отверстие гондолы. Вставляем электрогенератор в гондолу и фиксируем его внутри гондолы при помощи четырёх спичек. После установки спичек обламываем их выступающие концы. На вал электрогенератора крепим втулку с лопастями. (Приложение Г5)
Шаг 6. Папа заранее сделал сам домик и подключил в нём светодиодные маленькие лампочки. Также папа сделал платформу, на которой мы будем устанавливать все наши элементы. Для приклеивания искусственной травы мы обклеили нашу платформу двухсторонним скотчем. Вместе с папой на платформу я установила небольшие фонарные столбики, которые будут работать от ветрогенератора. (Приложение Г6)
Шаг 7. Далее папа помог мне подключить наш ветрогенератор через пульт управления к нашему дому и уличным фонарикам. В конечном результате у нас получился проект, представленный в приложениях Г7-Г9.
Ветрогенератор собран и соединён с потребителями электрической энергии (освещением дома и уличными фонарями). В опытах мы проверим работоспособность нашей установки.
Опыт №1. Проверка на работоспособность ветрогнератора
Для того, чтобы привести в работу наш ветрогенератор в домашних условиях, мы решили использовать фен, который может создать достаточно большую скорость ветра.
Подключив фен в электрическую сеть и установив на самую большую мощность, направляем фен на лопасти нашего ветрогенератора. При попадании потока воздуха от фена на лопасти они начинают вращаться. Включаем сначала освещение внутри нашего домика. В результате этого включения на двух этажах домика загораются лампочки. На первом этаже загораются лампочки белого цвета, а на втором этаже – синего цвета.
Далее выключаем освещение внутри домика и включаем освещение уличных фонарей.
Также пульт управления позволяет включить одновременно освещение внутри домика и уличные фонари. (Приложение Г10)
Таким образом, в этом опыте мы проверили работоспособность нашего ветрогенератора как энергетической установки, а также работоспособность нашего проекта в целом.
Опыт №2. Испытание ветрогенератора на улице при естественном ветре
Имитация ветра с использованием фена показала работоспособность нашего проекта. Однако нам хотелось бы также проверить, может ли ветер возле нашего дома также заставить работать наш ветрогенератор.
Мы с папой установили наш стенд на столике возле дома. Кроме того, мы определили направление ветра и поставили наш ветрогенератор таким образом, чтобы на его лопасти ветер попадал наилучшим образом.
После такой установки лопасти ветрогенератора стали вращаться, и мы произвели такие же включения и выключения, как и в предыдущем опыте.
Выводы:
Изготовление микроветрогенератора в домашних условиях из общедоступных и недорогих материалов возможно. Наш микроветрогенератор прост в применении, а затраты на его производство совсем небольшие.
Заключение
В этом проекте я с помощью папы изготовила микроветрогенератор, способный производить электрическую энергию. Производимая с его помощью энергия была использована для создания искусственного освещения внутри миниатюрного домика, а также искусственного уличного освещения.
Я думаю, что ветроэнергетика и в дальнейшем будет успешно развиваться и находить всё большее применение в разных странах мира, а также и на моей любимой Родине – Республике Беларусь.
Использование ветроустановок является очень экологичным, т.к. эти установки вообще не используют при своей работе ископаемого топлива и, следовательно, не выбрасывают вредные газы в окружающую среду.
На сегодняшний день во многих странах мира применяются ветрогенераторы. Эти установки прочно вошли в нашу жизнь, и с каждым годом их будет становиться всё больше и больше.
Список используемых источников
1. Электронный ресурс. Код доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ветрогенератор#Крупнейшие_производители.
2. Электронный ресурс. Код доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_генератор.
3. Электронный ресурс. Код доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Vestas.
4. Электронный ресурс. Код доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Нефтяной_кризис_1973_года.
5. Электронный ресурс. Код доступа: https://energo.house/veter/strana-lider-ves.html.
6. Электронный ресурс. Код доступа: http://www.energo.by/content/infocenter/news/razvitie-vozobnovlyaemykh-istochnikov-energii-v-respublike-belarus__10275/?sphrase_id=12446.
7. Электронный ресурс. Код доступа: https://www.youtube.com/watch?v=WN4I2TdMtJI.
8. Электронный ресурс. Код доступа: https://www.vestas.com/en/products/enventus_platform/v162-5_6_mw/
ПРИЛОЖЕНИЕ А1
МЕЛЬНИЦЫ СРЕДНЕВЕКОВЬЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А2
ВЕТРЯНАЯ МЕЛЬНИЦА С ПОВОРАЧИВАЮЩЕЙСЯ БАШНЕЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ А3
ВИД СОВРЕМЕННЫХ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
УСТРОЙСТВО ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ В
УСТРОЙСТВО ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
|
Деталь микроскопа |
Назначение |
|
лопасти винта |
воспринимают энергию ветра, в результате чего ротор начинает вращаться |
|
ротор |
вращающийся вал, на котором крепятся лопасти |
|
трансмиссия |
изменяет количество оборотов ротора генератора |
|
тормозная система |
останавливает установку при больших скоростях ветра |
|
электрогенератор |
преобразует энергию вращения в электрическую энергию |
|
гондола |
внешняя оболочка, внутри которой находятся электрогенератор, тормозная система, трансмиссия |
|
поворотный механизм |
необходим для расположения лопастей навстречу ветру |
|
башня |
полая стальная конструкция для поддержания гондолы на нужной высоте |
|
силовой шкаф |
нужен для подключения установки к энергосистеме |
ПРИЛОЖЕНИЕ Г1
СБОРКА ДЕРЕВЯННОЙ КОНСТРУКЦИИ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г2
ПОКРАСКА ДЕРЕВЯННОЙ ОСНОВЫ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г3
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛОПАСТЕЙ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г4
СБОРКА ЛОПАСТЕЙ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г5
ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ СБОРКА ВЕТРОГЕНРАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г6
РАБОТА ПО ОФОРМЛЕНИЮ ПРОЕКТА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г7
ВНЕШНИЙ ВИД ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ
ПРИЛОЖЕНИЕ Г8
ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ВИД ГОНДОЛЫ С ГЕНЕРАТОРОМ
ПРИЛОЖЕНИЕ Г9
ОБЩИЙ ВИД ПРОЕКТА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г10
ИСПЫТАНИЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ
уличное освещение
освещение внутри домика и уличное освещение