XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Использование альтернативных источников энергии для получения электроэнергии при помощи окружающей нас среды
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На территории Российского Государства находится множество субъектов, в каждом их них есть особые достопримечательности, культура и огромное разнообразие природных культур и конечно местности, на которой данные культуры расположены. Природные факторы у субъектов, конечно же различаются и чтобы улучшить данный регион или город нужно потратить множество усилий и времени, для того чтобы добиться высоких результатов в его улучшении.
Пензенская область один и регионов центрального Поволжья, природная местность данного региона самая разнообразная: великие просторы разнообразных лесов, болотистые местности, равнины и возвышенности. На территории Пензенской области огромное разнообразие культур и различных видов животных, которые благоприятно существуют на территории региона и трех ее заповедниках.
В самом центре региона находится город Пенза, у которого самая разнообразная местность, несколько зеленых парков, множество растений и различных видов деревьев, которые находятся во всех районах города, и способствуют благоприятной обстановке для жителей. Не так давно население города Пензы превысило один миллион жителей в связи этим, появляется некоторые трудности, связанные с нехваткой электроэнергии. Город питается электроэнергии за счет двух теплоэлектростанций, но их мощности с ростом населения начинает резко недоставать. Именно поэтому Пензенская область является импортером электроэнергии и получает ее по межсистемным связям 110, 220, 500 кВ из Саратовской и Ульяновской областей (от избыточных региональных энергосистем объединенной энергосистемы Средней Волги).
Для того чтобы решить проблему электроэнергии и решить проблему связанную с ее недостатком наша команда приступили к разработке новых, инновационных способов получения электроэнергии в нашем регионе и городе Пенза. Для большего погружения в проблему получения электроэнергии наша команда посетила главную теплоэлектростанцию города Пенза, где нам рассказали: сколько электроэнергии она вырабатывает, как распределяет ее по городу и какое количество электроэнергии необходимо для питания целого города и прилегающих к нему территорий.
После получения данной информации мы приступили к поиску современных решений данной энергетической проблемы, основываясь на природных факторах местности нашего региона и различных природных источниках энергии. Мы выяснили, что в альтернативной энергетике очень важно определить, какой запас энергии есть на той или иной территории в виде энергии солнца, ветра, малых рек и т.д. На деле использование только одного альтернативного источника энергии в большинстве регионов России неэффективно, так как не позволяет добиться гарантированного энергоснабжения. Исследование, проведенное в Поволжье, показало, что средняя скорость ветра не превышает 3-4 метра в секунду, а КПД солнечной энергии приблизительно составляет 20 процентов. Поэтому целесообразно разрабатывать проект комбинированной энергоустановки из различных источников энергии для большей эффективности.
Также когда мы рассматривали информацию об альтернативных источниках электроэнергии, мы нашли несколько абсолютно новых способов ее получения: за счет передвижения человека по тротуарным дорожкам, вращения различных устройств человеком и самое инновационное это – получение электроэнергии за счет роста и природных функций деревьев.
Рисунок № 1 – Модель нашего инновационного проекта.
Для демонстрации работы альтернативных источников энергии с которыми мы познакомились в процессе изучения проблем нашего региона нами была разработана модель инновационного проекта, которая использует одну и главных частей города Пензы – Олимпийскую аллею и ее огромные природные территории.
Как мы ее модернизировали и улучшили
Рисунок № 2 – Олимпийская аллея и ее территории.
Ее территории позволяют разместить все наши альтернативные источники электроэнергии и безопасно получать ее при помощи повседневных увлечений жителей города Пензы, а также всех ее посетителей.
Глава 1. Альтернативные источники энергии
Вопрос 1. Энергия ветра
Постоянно возрастающая потребность в электроэнергии вынуждает внимательнее присматриваться к дополнительным возможностям ее производства. Один из вариантов, доступный как для промышленного, так и частного воспроизводства электрического тока — ветроэнергетика.
В России этот метод используется редко и в мелких масштабах, но его возможности привлекательны, позволяют решать проблему с энергообеспечением самостоятельно.
Несмотря на большое количество ГЭС, действующих в России, есть немало населенных пунктов, не имеющих подключения к централизованным сетям. Выходом из положения являются дизельные электростанции, но они требуют топлива и ремонта. Как постоянный источник электроэнергии такой вариант затратен и несамостоятелен. Кроме того, мощность дизельной электростанции ограничена, из-за чего появление новых потребителей затруднено.
Одним из наиболее привлекательных направлений альтернативной энергетики является ветроэнергетика. Она имеет массу преимуществ, основным из которых следует считать неограниченность источника, независимость от времени суток или сезона. Мы решили использовать данный вид альтернативного источника электроэнергии в своем регионе, но не для того чтобы сделать его основным, а для получения дополнительного вида производства электроэнергии в нашем регионе. Наш регион достаточно обширен и на нем множество равнин и возвышенностей, на которых мы предлагаем и воздвигнуть сеть ветрогенераторов.
Рисунок № 3 – Использование ветрогенераторов.
В нашем проекте сеть ветрогенераторов расположена за территорией города Пензы, на одной из возвышенностей, откуда электроэнергии поступает при помощи электросетей в наш город, а также там находится хранилище избыточной электроэнергии, в котором можно получить дополнительные энергетические элементы, если таковы необходимы, для питания выездных мероприятий на природе или электрических автомобилей.
Вопрос 2. Энергия солнца
Солнечная выработка электроэнергии представляет собой чистую альтернативу электроэнергии из добываемого топлива, без загрязнения воздуха и воды, отсутствием глобального загрязнения окружающей среды и без каких-либо угроз для нашего общественного здравоохранения. Всего 18 солнечных дней на Земле содержит такое же количество энергии, какая хранится во всех запасах планеты угля, нефти и природного газа. За пределами атмосферы, солнечная энергия содержит около 1300 ватт на квадратный метр. После того, как она достигнет атмосферы, около одной трети этого света отражается обратно в космос, в то время как остальные продолжают следовать к поверхности Земли.
Усредненные по всей поверхности планеты, квадратный метр собирает 4,2 киловатт-часов энергии каждый день, или приблизительный энергетический эквивалент почти барреля нефти в год. Пустыни, с очень сухим воздухом и небольшим количеством облачности, могут получить более чем 6 киловатт-часов в день на квадратный метр в среднем в течение года.
В нашем регионе использование солнечных панелей как основной вид получения электроэнергии был бы не достаточно эффективен для питания целого города, но внедрение таких панелей для освещения улиц заметно бы снизило расход электроэнергии на город в целом.
Рисунок № 4 – Солнечные панели.
Мы предлагаем оборудовать Олимпийскую аллею нашего города освещением за счет солнечных панелей, которые будут, находятся на фонарных столбах. Из-за того, что на аллее не расположены крупные здания, солнечный свет будет поступать постоянно, а специальные датчики будут регулировать включение освещения, когда это необходимо жителям города.
Глава 2. Инновационные источники энергии
Вопрос 1. Энергия вращения
Явление электромагнитной индукции позволяет легко получать электроэнергию, гибко распределять, транспортировать и преобразовывать ее обратно в механическую и другие виды энергии. Все это происходит с очень высокой эффективностью.
Явление магнитной индукции сегодня используется во многих сферах нашей жизни: индукционные печи, нагревательные элементы, электромоторы, трансформаторы, металлоискатели, но именно движению постоянного магнита в катушке уделяется не так много внимания. В нашем проекте механизмом, который приводит в движение магнит, является каждая карусель, которая расположена на Олимпийской аллее.
Рисунок № 5 – Механические карусели.
Каждый день аллею посещают несколько тысяч человек, при этом огромное количество детей которые постоянно играют и катаются на различных каруселях. Безопасное и одновременно веселое получение энергии таким способом может заметно снизить потребление электроэнергии аллеи от электростанций, так как вращение каруселей будет вырабатывать и накапливать энергию в специальном хранилище, которую затем можно использовать для питания кафе и различных устройств посетителей аллеи.
Вопрос 2. Энергия шага
Каждому человеку рекомендуется ежедневно совершать по 10 000 шагов, и многие пытаются следовать этому совету. Из этой полезной привычки тоже можно извлечь электрическую энергию. Олимпийская аллея нашего города это место где люди занимаются спортом, прогулками с детьми и просто приятным провождением времени. Ежедневно по аллее проходят несколько тысяч человек энергию, которых можно собрать и затем использовать на необходимые нам нужды: питание электронных устройств, сооружений аллеи, освещения и просто накопление дополнительной энергии.
Все это можно реализовать при помощи специальных тротуарных плиток, каждая из которых производит электричество. Когда на плитку наступают люди, она немного прогибается, за счет чего кинетическая энергия человека передается в специальное хранилище.
Рисунок № 6 – Тротуарные плитки.
Данная технология в дальнейшем сможет вырабатывать огромное количество электроэнергии в целом, которую затем можно пустить на питание целого жилого района или даже города. А пока что, данная технология будет использоваться в нашем проекте Олимпийской аллеи города Пенза.
Вопрос 3. Энергия от деревьев
Когда наша команда рассматривала информацию про различные источники энергии, мы рассматривали различные научные статьи ученых всей нашей планеты и выяснили, что способов получения электроэнергии достаточно много и бывают даже те, которые смогут не только давать электричество, но и улучшать атмосферу окружающей нас среды.
Данный источник электроэнергии достаточно сложен в смоем исполнение, но эффективности в нем гораздо больше, чем во всех остальных. Так как большая часть территории нашего государства и региона покрыта различными видами растений и деревьев, мы предлагаем использовать данный вид получения электроэнергии из деревьев в нашем проекте. Из научных статей и других источников информации, которую мы рассмотрели, мы выяснили, что деревья могут давать до 2 Вт постоянного тока. Если создать безопасную среду, в которой деревья смогут спокойно расти, то энергия от их роста будет передаваться в специальное хранилище, из которого на необходимые нам нужды. Чем больше деревьев войдут в данную сеть, тем больше электроэнергии мы получим, при этом на данной территории будут спокойно существовать все обитатели данной среды: животные, птицы и другие.
Рисунок № 7 – Деревья как источник энергии.
В нашем проекте данная территория расположена на Олимпийской аллее и огорожена от посещений людьми, но для того чтобы показать как все это функционирует и что все это безопасно, забор полностью прозрачен. Каждый посетитель сможет увидеть, как же каждое дерево дает электроэнергию и как все обитатели этой местности спокойно существуют в гармонии с данным источником энергии.
Заключение
Когда наша команда приступили к рассмотрению проблем связанных с нашим регионом, мы выяснили что крупнейшая из них - это проблема получения электроэнергии для нашего города Пенза. В нашем городе расположено несколько теплоэлектростанций, но производимой ими электроэнергии не хватает для питания целого города.
Для того чтобы решить данную проблему, мы приступили к разработке собственного инновационного проекта, который сможет продемонстрировать как наш регион можно модернизировать альтернативными и инновационными источниками энергии.
Рассмотрев множество различных источников и информационных ресурсов, мы выяснили, какие источники энергии подойдут для нашего региона, а также будут в нужном нам количестве вырабатывать электроэнергию для питания определенной территории.
Для демонстрации работы нашего инновационного проекта мы выбрали одно из важнейших мест нашего города – Олимпийская аллея. Каждый день ее посещает несколько тысяч человек. При выборе источников энергии мы использовали климат и структуру данной алее, все выбранные нами источники энергии гармонируют с окружающей средой и не воздействуют на нее отрицательным образом, но при этом электроэнергии вырабатывается и накапливается постоянно, так как все источники связаны между собой и едином образом отправляют электроэнергию в специальное хранилище. Откуда в дальнейшем она поступает для питания Олимпийской аллеи и электронных устройств ее посетителей.
Список используемые источников и литературы
https://svpressa.ru/energy/
https://istochnikienergii.ru/drugie/tipy-istochnikov-energii
https://ru.wikipedia.org/wiki/Энергетика_России
https://energoseti.ru/articles/energetika-rossii
https://pnzreg.ru/penza-region-for-all/about-the-region/
http://welcome2penza.ru/about-the-region/пeographical-locatio/
http://priroda-pnz.ru/nature
https://world-weather.ru/archive/russia/penza/
https://www.universalinternetlibrary.ru/book/potapov/4.shtml