XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
НЕТРАДИЦИОННЫЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Аннотация
Когда запасы традиционных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь, неумолимо уменьшаются и их стоимость достаточно высока, а использование приводит к образованию парникового эффекта на планете, все большее количество стран в своей энергетической политике, обращают свои взоры в сторону альтернативных источников энергии.
Вот почему изучение и использование нетрадиционных источников энергии является актуальным. Многие страны уже довольно широко используют нетрадиционные источники энергии. Учёные убеждены, что к 2030—2050 гг. нетрадиционные (возобновляемые) источники энергии будут основными, а традиционные потеряют своё значение.
Темой моего исследования является вопрос исследования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Мне стало интересно, какие нетрадиционные источники энергии может использовать человек, виды, а также плюсы и минусы данных источников. Более подробно меня заинтересовала ветроэнергетика и я решил собрать ветряную мельницу и посмотреть принцип ее действия.
Цель работы (гипотеза исследования) – познакомиться с нетрадиционными источниками энергии, их достоинствами и недостатками, а также изучить принцип работы одного из нетрадиционных источников энергии – ветряных мельниц и изготовить модель ветряной станции.
В ходе работы мы изучили виды нетрадиционных возобновляемых источников, их достоинства и недостатки; большое внимание уделили изучению ветроэнергетики. Рассмотрели принцип действия и устройство ветряной мельницы и изготовили модель ветряной мельницы.
В ходе исследования мы пришли к выводу, что использование возобновляемых источников энергии становится одной из самых актуальных задач человечества. В современно обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы использования энергии. Трудно переоценить значение и перспективы использования возобновляемых источников энергии в современном мире. Пока у нас есть солнечный свет, ветер и вода, у нас будет доступ к мощной энергии, заключённой в этих источниках. Чистая энергия солнца, ветра и воды — фундамент энергетики будущего, энергетики, основанной на ничтожно малых выбросах. Необходимо, чтобы государствам стало более выгодно использовать энергию чистых источников.
Возобновляемые источники энергии - единственная возможность сохранения планеты, ее богатств животного и растительного мира, климатического разнообразия, ландшафтных красот, чистого воздуха, воды, земли и недр.
В нашей стране, как и во многих технически развитых странах мира, использованию альтернативных источников энергии уделяется особое внимание. Это обусловлено большими территориями, на которых и в настоящее время нет централизованных источников энергии, а также общемировой тенденцией, связанной с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива. У России огромный потенциал для развития энергосберегающих технологий и альтернативных видов энергетики: 40% энергии может производиться с помощью возобновляемых источников.
В итоге, можно сказать, что нетрадиционные возобновляемые источники энергии могут примерно на 70% обеспечить человечество недорогим и чистым электричеством, но для их массового использования необходимо удешевлять технологии.
Содержание
Введение 2
Глава 1. Теоретическая часть 2
1.1. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии 2
1.2. Виды возобновляемых источников энергии, их преимущества и недостатки 2
1.2.1. Солнечная энергетика 2
1.2.2. Геотермальная энергетика 2
1.2.3. Биомассовая энергетика 2
1.2.4. Волновая энергетика 2
1.3. Ветроэнергетика 2
1.3.1. Ветряные станции (мельницы) 2
1.3.2. Принцип работы ветряных мельниц 2
Глава 2. Практическая часть 2
2.1. Создание модели ветряной мельницы 2
Заключение 2
Список литературы 2
Приложение 1 2
Приложение 2 2
Приложение 3 2
Приложение 4 …………………………………………………………………………25
Приложение 5……………..…………………………………………………………...26
Введение
Когда запасы традиционных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь, неумолимо уменьшаются и их стоимость достаточно высока, а использование приводит к образованию парникового эффекта на планете, все большее количество стран в своей энергетической политике, обращают свои взоры в сторону альтернативных источников энергии.
Вот почему изучение и использование нетрадиционных источников энергии является актуальным. Многие страны уже довольно широко используют нетрадиционные источники энергии. Учёные убеждены, что к 2030—2050 гг. нетрадиционные (возобновляемые) источники энергии будут основными, а традиционные потеряют своё значение.
Мне стало интересно, какие нетрадиционные источники энергии может использовать человек, виды, а также плюсы и минусы данных источников. Более подробно меня заинтересовала ветроэнергетика и я решил собрать ветряную мельницу и посмотреть принцип ее действия.
Цель проекта – познакомиться с нетрадиционными источниками энергии, их достоинствами и недостатками, а также изучить принцип работы ветряных мельниц и изготовить модель ветряной станции.
Задачи:
Изучить виды нетрадиционных возобновляемых источников, их достоинства и недостатки;
Более подробно изучить ветроэнергетику;
Изучить принцип действия и устройство ветряной мельницы;
Изготовить модель ветряной мельницы.
Методы:
анализ литературы, изучение различных источников
работа с фотоматериалами и документами;
подбор текстов, научных статей;
работа в сети Интернет;
консультации с руководителем.
Глава 1. Теоретическая часть
Нетрадиционные возобновляемые источники энергии
Нетрадиционные источники энергии (альтернативные) – это экологически чистые, возобновляемые ресурсы, при преобразовании которых, человек получает электрическую и тепловую энергию, используемую для своих нужд. Это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. К нетрадиционным, возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная, ветровая, геотермальная энергия, энергия морских волн, энергия биомассы, древесины, торфа и др.
Возобновляемая энергия – это энергия, получаемая из природных источников, которые пополняются со скоростью, превышающей скорость ее потребления. Примерами таких постоянно пополняемых источников являются солнечный свет и ветер. Возобновляемые источники могут обеспечить огромное количество энергии и окружают нас повсюду.
Увеличение населения Земли требует больших энергетических затрат. Запас полезных ископаемых, представляющих традиционные источники, не бесконечен. Поэтому ученые ищут пути решения энергетической проблемы. Переход на использование природных источников является важным шагом в развитии человечества.
1.2. Виды возобновляемых источников энергии, их преимущества и недостатки
В зависимости от источника энергии, который в результате преобразования позволяет получать человеку электрическую и тепловую энергии, используемые в повседневной жизни, альтернативная энергетика классифицируется на несколько видов, определяющих способы ее генерации и типы установок служащих для этого.
Солнечная энергетика
Геотермальная энергетика
Биомассовая энергетика
Волновая энергетика
Ветроэнергетика
Рассмотрим более подробно эти источники энергии, их преимущества и недостатки
1.2.1. Солнечная энергетика
Этот нетрадиционный источник энергии только весьма относительно может называться «нетрадиционным». Причина только лишь в том, что в настоящее время технология использования солнечной энергии на Земле не слишком развита: сказывается загрязненность атмосферы, да и фотоэлементы до сих пор стоят очень недешево. Космос – иное дело. Солнечные батареи имеются на всех космических кораблях и исправно обеспечивают их оборудование бесплатной энергией. Не нужно предполагать, будто этот «нетрадиционный» источник энергии привлек внимание людей только в наше время. Солнце – это бесплатный источник тепла с древнейших времен. Еще цивилизация Шумера использовала ёмкости на крышах домов, в которых вода нагревалась жаркими летними днями.
В принципе, с тех пор ситуация изменилась не сильно: эффективно развивают это направление энергетики только в тех странах, где есть пустынные и жаркие районы. Так, большая часть Израиля и Калифорнии в США получает энергию, выработанную посредством солнечных батарей. Преимуществ у этого метода хватает: современные фотоэлементы отличаются повышенным КПД, так что с каждым годом мир сможет вырабатывать все большее количество совершенно чистой и безопасной энергии. К сожалению, цена технологии до сих пор высока, а при производстве батарей используются столь токсичные элементы, что говорить о какой-то экологии вообще становится бессмысленно.
Несколько иначе поступают японцы, широко применяющие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии на практике. Конечно, солнечные батареи более-менее интенсивно используются и в Японии. Но в последние годы они вернулись к практике с тысячелетней историей: на крышах домов устанавливаются резервуары и трубы черного цвета, вода в которых нагревается солнечными лучами. Учитывая тяжкое положение с энергоносителями в этом островном государстве, экономия средств получается существенной. На данный момент аналитики считают, что уже к 2025 году солнечная энергия займет социально значимые позиции в большинстве стран мира. Словом, использование нетрадиционных источников энергии в ближайшие 50-70 лет должно стать массовым. (Приложение 1)
Солнечная энергетика — это источник жизни на пашей планете. Планета Земля и все живые организмы, существующие на ней, получает энергию солнца в виде солнечного света и тепла.
Достоинства солнечной энергетики заключаются в общедоступности и неисчерпаемости источника, в полной безопасности для окружающей среды, это экологически чистый источник энергии, что очень важно именно теперь.
Из-за относительно небольшой величины солнечной постоянной для солнечной энергетики требуется использование больших площадей земли под электростанции (например, для электростанции мощностью 1 ГВт это может быть несколько десятков квадратных километров). Поток солнечной энергии на поверхности Земли сильно зависит от широты и климата. В разных местах среднее количество солнечных дней в году может различаться очень сильно. Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках.
1.2.2. Геотермальная энергетика
Геотермальная энергетика — это энергетика, основанная на использовании тепловой энергии недр Земли для производства электрической энергии на геотермальных электростанциях, для отопления или горячего водоснабжения.
Энергия недр нашей планеты, ее тепло, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность.
Такое тепло можно использовать практически в любом районе, но затраты окупаются только там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры. Это районы активной вулканической деятельности и гейзеров, например, Камчатка, Курилы, острова Японского архипелага, Исландия, Новая Зеландия. В нашей стране, этот вид энергетики, в силу ее особенностей, распространен на Дальнем Востоке. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций установленной мощностью 80,1 МВт, три из которых расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская) и по одной на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).
Источники геотермальной энергии могут быть двух типов:
Первый тип — это подземные бассейны естественных теплоносителей — горячей воды (гидротермальные источники), или пара (паротермальные источники), или пароводяной смеси. По существу, это непосредственно готовые к использованию «подземные котлы», откуда воду или пар можно добыть с помощью обычных буровых скважин.
Второй тип — это тепло горячих горных пород. Это даёт возможность получить пар или перегретую воду для дальнейшего использования в энергетических целях. Но в обоих вариантах использования главный недостаток заключается в очень слабой концентрации геотермических аномалий, где горячие источники или породы подходят сравнительно близко к поверхности и где при погружении вглубь на каждые 100 м температура повышается на 30—40°С, концентрации геотермальной энергии могут создавать условия и для хозяйственного её использования.
Преимущества геотермальных источников.
Во-первых, их запасы практически неисчерпаемы. По оценкам конца 70-х годов до глубины 10 км они составляют такую величину, которая в 3,5 тысячи раз превышает запасы традиционных видов минерального топлива. Возможно, что эта цифра в последнее время изменилась в сторону увеличения.
Во-вторых, геотермальная энергия довольно широко распространена. Концентрация её связана в основном с поясами активной сейсмической и вулканической деятельности, которые занимают 1/10 площади Земли. А это не так уж и мало.
Недостатки геотермальных источников
Главная проблема заключается в необходимости обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности, так как эти вещества оказывают губительное действие на всё живое на земле. (Приложение 2)
1.2.3. Биомассовая энергетика
Биомассовая энергетика — это производство энергии из биотоплива различных видов. Биоэнергетикой считается производство энергии как из твердых видов биотоплива (гранулы, лузги, соломы и т.д.), биогаза, и жидкого биотоплива различного происхождения.
Биогаз – это древнейший тренд! Все крупные людские поселения с незапамятных времен сталкивались с одной общей проблемой - отходами. Целые реки нечистот стали еще больше, когда человек приручил скот и свиней и начал массово его выращивать. Когда отходов было еще не так много, они могли использоваться для удобрения полей. Но в тот момент, когда поголовье тех же свиней начало исчисляться миллионами, нужно было как-то решать вопрос. Дело в том, что фекалии этого вида животных в свежем виде попросту токсичны для растений. Чтобы сделать их полезными, нужно выдерживать навозную жижу, аэрировать ее и частично использовать препараты для стабилизации уровня рН. Это очень дорого.
Ученые достаточно быстро обратили внимание на опыт Древнего Китая и Индии, где еще до нашей эры люди начали использовать метан, полученный при перегнивании домашних отходов. Тогда его использовали чаще всего для приготовления пищи. Потери газа были очень большими, но для упрощения домашней работы его хватало. Кстати говоря, в этих странах подобные решения активно используют и по сей день. Таким образом, биогаз как нетрадиционный источник энергии имеет большие перспективы, если подойти к вопросу с использованием современных технологий.
Данный вид энергоресурсов не так широко распространен, как традиционные виды топлива или гидроэнергетика. Тем не менее, в связи с тем, что в нашей стране развита лесная и деревообрабатывающая промышленности и большие территории заняты выращиванием сельскохозяйственных культур, то и на этот вид энергетики обращается все большее внимание. Последние годы построено большое количество заводов по переработке отходов древесины, из которых изготавливаются топливные брикеты и гранулы (пеллеты). Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии. Из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо для дизельных двигателей и установок, где они сжигается, в результате чего осуществляется производство тепловой и электрической энергий. Данный вид топлива не получил широкого распространения в нашей стране, но тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.
Преимущества электростанций на биомассе:
При ответственной переработке биомассы в энергию двуокись углерода (СO2) не загрязняет атмосферу, поскольку новые растения в процессе роста поглощают всю двуокись углерода, выделяющуюся во время сжигания топлива. При использовании топлива, полученного из биомассы, выделяется незначительное количество загрязняющих атмосферу окислов серы (SO) даже в случае прямого сжигания этого топлива. В целом выделение окислов серы при использовании биотоплива любого вида ниже, чем при использовании традиционного природного топлива (угля, нефти, газа). Крупные электростанции на биотопливе способны работать непрерывно, в отличие от солнечных и ветряных электростанций, которые зависят от солнца и ветра соответственно. Метан можно производить на небольших компостных установках. Для его получения не обязательно использовать исключительно централизованные источники. Это способствует обеспечению энергобезопасности, так как позволяет рассредоточить энергетические ресурсы, что снижает риски от природных катастроф и воздействия «человеческого фактора». Некоторые растения —источники древесной биомассы (прутьевидное просо — сорго, в частности) способствуют снижению эрозии и формируют пригодную для обитания диких животных среду.
Недостатки электростанций на биомассе:
Сжигание биомассы все же приводит к выбросу некоторого количества различных (в зависимости от типа используемой биомассы) загрязняющих атмосферу веществ. Наиболее распространены окислы азота (NO).
При прямом сжигании древесины может выделяться значительное количество окислов углерода и пыли (дисперсных частиц). Бесконтрольная заготовка топлива из биомассы для электростанций наносит вред природе.
Транспортировка биомассы к компостным заводам или топкам сопровождается потреблением энергии — обычно в форме природного топлива для грузовиков и поездов.
Производство биогаза путем компостирования может сопровождаться неприятными запахами. Существуют также опасения, что без должного контроля этот процесс может привести к размножению и распространению болезнетворных микроорганизмов
Контейнеры, в которых хранится биогаз, требуют регулярных проверок и сертификации, проводимой квалифицированным и лицензированным персоналом. Это может быть неудобно и затратно, но является строжайшим условием эксплуатации таких контейнеров, обеспечивающим безопасность людей, живущих и работающих рядом с хранилищами биогаза. (Приложение 3)
1.2.4. Волновая энергетика
Волновая энергетика – это один из видов гидроэнергетики, использующей энергию морских и океанических волн и течений. Волновая энергетика является одним из перспективных секторов возобновляемых источников энергии.
Волновые электростанции помогают использовать колоссальную энергию океанов, морей и рек. Существуют разные типы волновых электростанций (ВЭС), но в основе каждой лежит преобразование механического действия волн. Кинетическая энергия волн просто огромна. К примеру, на шотландском побережье они смогли выломать и сдвинуть каменный блок весом 1350 т. При ударе о побережье длиной 10 миль волн высотой 1 м за 10 секунд вырабатывается более 35 тыс. л. с. мощности. Кинетическую энергию используют двумя способами. В основе обоих методов лежит один принцип – применение энергии колеблющегося столба воды. При регуляции потока делают так, чтобы он проходил через турбину только в одном направлении. Плюс таких ВЭС в том, что скорость воздушного потока легко изменить в большую сторону. Этого достигают за счет уменьшения диаметра проходного канала. В результате даже медленные волны заставляют турбины вращаться с высокой частотой.
Преимущества волновых электростанций
У разных волновых электростанций свои плюсы и минусы, но можно выделить несколько общих пунктов. Ученые считают, что именно за волновыми электростанциями будущее. Тому есть веские причины: Станции гасят волны, чем обеспечивают безопасность портов, гаваней и береговых сооружений от разрушений. Можно уменьшить воздействие воды на опоры мостов, если устанавливать на них небольшие волновые генераторы. Волновая энергетика выгоднее, чем ветровая, поскольку удельная мощность волн выше, чем ветра.
Недостатки ВЭС
На ВЭС приходится около 1% всей вырабатываемой электроэнергии, хотя они имеют большой потенциал. Ограничение в использовании связано с ценами на электроэнергию. В сравнении с 1 кВт, сгенерированным на АЭС или ТЭС, тот же киловатт на ВЭС будет стоить в разы дороже. К недостаткам относят и следующее:
- при покрытии преобразователями значительных площадей акватории можно нанести вред экологии, ведь волны важны для газообмена атмосферы и океана;
- некоторые типы волновых генераторов опасны для судоходства, что может уменьшить количество рыбаков в крупных рыбопромышленных зонах.
Учитывая достоинства и недостатки волновых электростанций, можно сделать вывод об их эффективности. Сегодня ВЭС нашли свое применение для обеспечения электроэнергией сравнительно небольших объектов. К ним относят автономные маяки, маленькие поселения, береговые сооружения и буровые платформы. Специалисты продолжают работать над улучшением конструкции ВЭС с целью снизить стоимость получаемой энергии. (Приложение 4)
Среди энергоустановок, использующие возобновляемые источники энергии, самое широкое распространение нашли ветроэнергетические установки (ВЭУ), поэтому мы решили рассмотреть ветроэнергетику более подробно.
1.3. Ветроэнергетика
Ветроэнергетика — это энергетика, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в другие формы энергии, удобные для использования в хозяйстве. С этим нам помогают такие агрегаты как: ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию.
Первую ветроэнергетическую установку построил шотландский профессор Джеймс Блайт в 1887 году. Это был десятиметровый ветряк, установленный на участке его дома, использовался для зарядки аккумуляторов, от которых дом питался электроэнергией.
Человечество научилось использовать энергию ветра на ранней стадии своего развития. Ветряные электростанции производят электроэнергию только тогда, когда дует достаточно сильный ветер. Современный ветряк — сложное устройство. В нём запрограммирована работа в двух режимах — слабого и сильного ветра и остановка двигателя, если ветер станет очень сильным. Недостатком ветряных двигателей являются шумы, которые производят лопасти пропеллера во время вращения. Если ветряк мощный, то шумовое загрязнение делает опасным длительное пребывание людей в зоне работы установки. Наиболее оправданы небольшие ветряки для обеспечения дешевой и экологически безопасной электроэнергией отдельных ферм, дачных участков.
К числу передовых стран по использованию энергии ветра относятся: Германия, Дания (47% потребляемого электричества идет от ВЭС), Испания и Португалия (20%), США. В России за последние 5 лет построено несколько ветроэнергетических установок: в Башкирии, в Калининградской области, на Командорских островах, в Мурманске. Перспективно использование ветроустановок в Калмыцких степях, граничащих с Волгоградской областью, так как там ветры дуют, как правило, постоянно и только в одном направлении. В настоящее время там довольно широко используются ветроустановки для обеспечения электроэнергией небольших населённых пунктов Колмыкии.
Простейший способ использования энергии ветра впрок состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накапливает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока.
Недостатки ветровой энергетики
Прежде всего, ветроустановки неблагоприятно влияют на работу телевизионной сети. Другая особенность ветровых установок проявилась в том, что они оказались источником достаточно интенсивного инфразвукового шума, неблагоприятно действующего на человеческий организм, вызывающего постоянное угнетенное состояние, сильное беспричинное беспокойство и жизненный дискомфорт.
Достоинства ветровой энергетики
Отсутствие влияния на тепловой баланс атмосферы Земли, потребления кислорода, выбросов углекислого газа и т. д. Возможность преобразования в различные виды энергии (механическую, тепловую, электрическую). Непредсказуемые изменения скорости ветра в течение суток и сезона.
Помните Дон Кихота с его «великанами»? Идея использования силы ветра издавна будоражила умы ученых, а потому очень скоро они нашли выход: ветряные мельницы стали исправно обеспечивать быстро растущее городское население первоклассной мукой. Разумеется, когда появились первые генераторы электрического тока, умами ученых вновь завладела та же идея. Как же не захотеть использовать безграничную силу ветра для получения бесплатного тока?
Идея эта достаточно быстро была претворена в жизнь, а потому в Японии, Дании, Ирландии и США сейчас немало районов, снабжение которых электричеством на 80 и более процентов осуществляется путем применения ветряков. В США и Израиле сегодня уже есть не один десяток фирм, которые разрабатывают и ставят ветряные генераторы - это весьма перспективный нетрадиционный источник энергии. Определение «нетрадиционный» здесь не слишком уместно, так как ветряная энергия имеет давнюю историю. Проблем в их случае также хватает. Конечно, электричество получается бесплатным, но для установки ветряка опять-таки нужна пустынная местность, где большую часть года дует ветер. Кроме того, стоимость изготовления и установки мощного генератора (с высотой мачты несколько десятков метров) исчисляется десятками тысяч долларов. А потому позволить себе «бесплатное» электричество могут далеко не все страны, в которых сама возможность генерации тока силой ветра вполне реальна. (Приложение 5)
1.3.1. Ветряные станции (мельницы)
Люди использовали ветряные мельницы в течение сотен лет. Самое раннее письменное упоминание о ветряных мельницах пришло из Персии (современный Иран) в 644 году до нашей эры. Позднее они появились в Китае. Две страны, скорее всего, придумали ветряную мельницу отдельно. Однако некоторые полагают, что ветряные мельницы в Китае были впервые построены персами, которые попали туда в качестве пленников Чингисхана.
Ветряные мельницы — механизмы, которые выглядят как огромные вентиляторы — их использовали для получения энергии и помола зерна. Раньше мельницы применяли, чтобы делать муку, распиливать бревна, отжимать масло, производить бумагу.
В наше время множество гигантских ветряков с лопастями длиной до 60 м стоят на обдуваемых ветрами склонах гор и вырабатывают электрическую энергию.
Электростанция, работающая при помощи ветра, это практически совершенно чистый объект в плане экологии. Кроме того, ветряная станция не может навредить окружающей среде даже в случае ее разрушения, что нельзя сказать о гидроэлектростанции или о станции атомной. Ветряная электростанция не производит выбросов в окружающую среду, она не изменяет ландшафт, не нарушает природную экосистему. Никаких вредных воздействий ни на территорию, ни на озоновую оболочку Земли нет.
Топливо или источник энергии у ветряной станции – возобновляемое. Это ветер, который не нужно где-либо добывать и транспортировать на место расположения.
1.3.2. Принцип работы ветряных мельниц
Представьте себе парусник. Без хорошего ветра он будет практически беспомощен. Но первый сильный порыв понесет лодку по волнам на десятки километров. Наличие ветра в ваших парусах означает мотивацию и стремление что-либо сделать. Люди использовали эту фигуру речи в течение длительного времени. И она вдохновлена не только парусниками! Ветер является важной частью множества других процессов. Взять хотя бы погоду. Или воздушные шары. Или даже ветряные мельницы.
Как именно работают ветряные мельницы? Как и многие лодки, первые ветряные мельницы опирались на паруса. Когда паруса подхватывали ветер, лопасти ветряной мельницы вращались, перемещая карданный вал, который был связан с механизмами и жерновами.
Самые ранние ветряные мельницы были пост-мельницами. У них было четыре лезвия, соединенные с центральным постом. Позже башенные мельницы стали популярными в 1400-х годах. Они включали вращающуюся крышу, чтобы паруса могли лучше ловить ветер. Позже, в 1500-х годах, у коптильной мельницы было шесть или восемь сторон, вместо принятой ранее цилиндрической формы.
Многие годы люди использовали мельницы для измельчения зерна. Ветряные мельницы также помогали с поливом и другими потребностями сельского хозяйства. Позднее паровая энергетика и электричество заменили многие ветряные мельницы.
Сегодня ветряные мельницы снова набирают популярность, но уже в виде турбин. Турбины — это ветряные мельницы, которые используют энергию ветра для производства электричества. Принцип работы следующий: лопасти соединяются с валом, который вращается при достаточном ветре. Затем вал подключается к генератору для выработки электроэнергии.
Во многих уголках мира можно встретить большие группы ветряных турбин, так называемые ветряные электростанции. Ветряные электростанции наиболее распространены в областях с сильными ветрами, будь то равнины, или вблизи больших водоемов.
Традиционные ветряные мельницы могут быть не такими распространенными, как раньше, но некоторые фермы до сих пор используют их для измельчения зерна и воды для животных. И конечно, многим нравится посещать старые ветряные мельницы. Они могут быть впечатляющим зрелищем, даже если больше не используются.
Ветроэнергетика использует кинетическую энергию движущегося воздуха с помощью больших ветряных турбин, расположенных на суше или в море. Энергия ветра используется на протяжении тысячелетий, однако за последние несколько лет технологии наземной и морской ветроэнергетики эволюционировали в направлении максимального увеличения объема производимой электроэнергии за счет более высоких турбин и большего диаметра вращающейся части.
Глава 2. Практическая часть
2.1. Создание модели ветряной мельницы
Подробно изучив ветроэнергетику мы решили собрать ветряную мельницу, с помощью деталей из лего-техник. Мой продукт работает по принципу всех ветряных мельниц: ветряки преобразуют ветер в электроэнергию, потоки воздуха крутят лопасти, и они вращаются в вертикальной плоскости, благодаря этому наш груз сможет подниматься и опускаться.
Модель «Ветряная мельница» собирается из базового конструктора Лего. Устройство представляет собой аналог настоящей модели мельницы. По специальной инструкции мы смогли собрать макет мельницы, она состоит из скрепляющихся между собой деталями, сверху на мельнице стоят лопасти, они помогают нам преобразовать ветер в электроэнергию, для этого мы возьмем фен и с помощью него будем регулировать силу воздуха, на задней части мельницы есть рукоятка, ей можно поднимать и опускать груз вручную, но нам нужно показать как это может сделать ветер. Прибор оснащен пропеллером с подвижными лопастями, при этом уровень скорости вращения можно регулировать самостоятельно, сильным или слабым напором воздуха.
Основные этапы сборки модели:
• Сборка основания и стойки мельницы.
• Установка передач.
• Сборка и установка крыльев.
Заключение
В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы использования энергии. Трудно переоценить значение и перспективы использования возобновляемых источников энергии в современном мире. Пока у нас есть солнечный свет, ветер и вода, у нас будет доступ к мощной энергии, заключённой в этих источниках. Чистая энергия солнца, ветра и воды — фундамент энергетики будущего, энергетики, основанной на ничтожно малых выбросах. Необходимо, чтобы государствам стало более выгодно использовать энергию чистых источников.
Использование возобновляемых источников энергии становится одной из самых актуальных задач человечества. Возобновляемые источники энергии - единственная возможность сохранения планеты, ее богатств животного и растительного мира, климатического разнообразия, ландшафтных красот, чистого воздуха, воды, земли и недр.
В нашей стране, как и во многих технически развитых странах мира, использованию альтернативных источников энергии уделяется особое внимание. Это обусловлено большими территориями, на которых и в настоящее время нет централизованных источников энергии, а также общемировой тенденцией, связанной с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива. У России огромный потенциал для развития энергосберегающих технологий и альтернативных видов энергетики: 40% энергии может производиться с помощью возобновляемых источников.
В итоге, можно сказать, что нетрадиционные возобновляемые источники энергии могут примерно на 70% обеспечить человечество недорогим и чистым электричеством, но для их массового использования необходимо удешевлять технологии.
Список литературы
«Нетрадиционные возобновляемые источники энергии», диссертация, Л.М. Четошникова. Издательский центр ЮУрГУ, учебное пособие, 2010 г.
Библиотека энергоэффективности и энергосбережения. - Серия 3 Возобновляемая энергетика , ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА – Москва 2014, П.П Безруких, П.П Безруких(мл.), С.В Грибков, МЭИ.
https://bank.nauchniestati.ru/primery/nauchnaya-statya-na-temu-netradiczionnye-vozobnovlyaemye-istochniki-energii-imwp/Научная статья на тему «Нетрадиционные (возобновляемые) источники энергии»
https://fb.ru/article/147614/netraditsionnyiy-istochnik-energii-i-ego-primenenie статья «Нетрадиционный источник энергии и его применение»
https://alter220.ru/news/alternativnye-istochniki-energii.html#i-16 - статья «Альтернативные источники энергии»
Энергетические ресурсы мира. Под редакцией Непорожнего П.С., Попкова В.И. — М.: Энергоатомиздат. 2005 г.
Приложение 1
Рисунок 1. Солнечная энергетика
Рисунок 2. Солнечные батареи в космосе
Рисунок 3. Принцип работы солнечной энергии
Приложение 2
Рисунок 4. Геотермальная энергетика в Исландии
Приложение 3
Рисунок 5. Биомассовая энергетика
Приложение 4
Рисунок 6,7 Волновая энергетика
Приложение 5
Рисунок 8-9 Ветроэнергетика
Рисунок 10 Ветряные электростанции в Мурманской области