II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИЗУЧЕНИЕ ТРАДИЦИОННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Зарницын Д.А. 1

---

1МАОУ "Гимназия"

Шаверина О.А. 1

---

1МАОУ "Гимназия"

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

 ВВЕДЕНИЕ

Попробуйте прожить хотя бы один день без энергии. А это значит: без транспорта, без еды, приготовленной на газовой или электрической плите, без телевизора, телефона, радио, отопления и канализации, без воды и света. Я уверен, что этот день вы проживёте с жутким дискомфортом. Без энергии наша жизнь будет похожа на первобытное выживание. В наше время невозможно представить жизнь человека без энергии. Основным энергоносителем с XIX века является уголь. Сжигание угля приводит к росту выбросов дыма, сажи, копоти, золы, вредных газовых компонентов.

Выбросы вредных веществ влекут за собой страшную проблему – глобальное потепление. Глобальное потепление приведёт к тому, что ледники начнут стремительно таять, а это в свою очередь приведёт к затоплению планеты. Научное понимание причин глобального потепления со временем становится все более определенным. В четвёртом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата констатировалась 90-процентная вероятность того, что большая часть изменения температуры вызвана повышением концентрации парниковых газов вследствие человеческой деятельности – сжиганием углеводородов, то есть угля, нефти, газа. Загрязнение пресной воды в реках и озёрах. В пресной воде рек и озер много растворимых веществ, в том числе ядовитых, в ней могут быть болезнетворные микробы, поэтому использовать ее, а тем более пить без дополнительной очистки нельзя.

Эти ресурсы небеспредельны, что накладывает на человечество обязанность поиска новых альтернативных источников энергии. Дальнейшее активное употребление углеводородов приведёт к глобальному потеплению и их исчезновению, поэтому необходимо срочно переходить на экологически чистые, возобновляемые источники энергии.

Объект - источники энергии.

Предмет - экологически чистые источники энергии.

Цель - создание и апробация модели экологически чистого, возобновляемого источника энергии подходящего для условий Среднего Урала.

Задачи:

1. создать рабочую группу над проектом;

2. изучить источники энергии, которыми пользуется человек;

3. определить степень их воздействия на окружающую среду;

4. выявить возобновляемые источники энергии, не наносящие вред окружающей среде;

5. создать и апробировать модель альтернативного источника энергии, подходящего для Среднего Урала.

I ЭТАП. СОЗДАНИЕ РАБОЧЕЙ ГРУППЫ НАД ПРОЕКТОМ

Первым этапом моей работы является создание рабочей группы над проектом. В рабочую группу я набирал людей, которые могут помочь мне во всех областях знаний. После окончания работы над созданием группы, я собрал 4 разносторонних специалистов – консультантов: консультант-экономист, консультант инженер-физик, консультант практической части (Приложение 1).

II ЭТАП. ИЗУЧЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ,

КОТОРЫМИ ПОЛЬЗУЕТСЯ ЧЕЛОВЕК

Научившись добывать огонь, древние люди получили возможность сжигать древесину. С этого момента человечество получило возможность использовать большое количество энергии. Когда появились первые парусные суда, водяные и ветряные мельницы развитие человечества ускорилось. Несколько тысяч лет человек удовлетворял свои потребности за счёт энергии солнца, биомассы, энергии ветра и воды. Так продолжалось пока человек не научился преобразовывать тепловую энергию в механическую. Механическая энергия увеличила потребление энергии, но ускорила индустриальное развитие. Развивались энергетические технологии, основанные на использовании ископаемого топлива. Сначала человек использовал местные угольные месторождения, затем начал добывать нефть и природный газ в глобальных масштабах. Население планеты и его потребности растут. Человечество начинает задумываться о возвращении к возобновляемым источникам энергии [4].

2.1. Классификация источников энергии.

Источники энергии бывают возобновляемые и не возобновляемые. Возобновляемые – те, которые являются неисчерпаемыми. К возобновляемым относятся все виды энергии, непрерывно действующие в биосфере Земли. Энергия ветра, рек и водотоков. Энергия приливов и отливов, волн, геотермальная энергия, солнечное излучение. Рассеянная тепловая энергия - тепло воздуха, воды, морей, океанов и водоёмов, энергия биомассы. Всё выше перечисленное можно отнести к трём видам источников энергии: энергия солнца, земли, и энергия орбитального движения планет [5].

Не возобновляемые источники энергии – это ископаемые виды топлива, атомная и термоядерная энергии. Это основные источники энергии, используемые в наше время. К ископаемым видам топлива относятся: уголь, нефть, газ, уран. Они сформировались из остатков древнейших растений и животных, обитавших на Земле миллионы лет назад [6].

Для того чтобы быстро и эффективно собрать и изучить информацию об источниках энергии, я решил проводить своё исследование по 7 признакам – Краткая историческая справка, образование источника энергии, деление источника на виды и группы, количество получаемой энергии, пути добычи энергии, применение источника энергии в жизни и быту, химический состав.

2.2. Источник энергии - уголь.

1. Первые упоминания о каменном угле встречаются в сочинении знаменитого философа древней Греции Аристотеля в четвёртом веке до нашей эры. В 1789 году, благодаря Томасу Алва Эдисону и его изобретению – лампе накаливания началась эра электрификации. Для производства электроэнергии в больших количествах требовалось дешевое и легкодоступное топливо. Этим требованиям удовлетворял каменный уголь, и первые электростанции работали на угле.

2. Великий русский учёный М.В. Ломоносов первый пришёл к выводу, что каменный уголь образовался из древних торфяников. Залежи каменных углей образовывались в каменноугольный, пермский, юрский, третичный периоды жизни планеты Земля.

3. По химическому составу, внешним признакам и другим особенностям ископаемые угли делятся на бурые, каменные и антрациты.

4. Калорийность бурых углей – 2000 - 6200 калорий. Каменных – 6600 – 8750 калорий. Антрацитов – до 8650 калорий [9].

5. Уголь добывают открытым и подземным способами. Открытый способ – в карьерах или разрезах, а подземный – в шахтах. Уголь образуется из торфа.

6. Тепло угля обогревает наши дома, даёт энергию пароходам, превращается в электричество в турбинах электростанций. Без угля нельзя выплавить металл из руды и приготовить цемент. Из угля делают жидкое топливо, смолу, пластмассы, светильный газ, аммиак, смазочные масла, краски, чернила, и многие сотни других ценных продуктов. Уголь ничем не пахнет, а из него приготавливают духи и разные пахучие сиропы для конфет и пирожных. Уголь совсем непрозрачный, а из него производят самое лучшее стекло — лёгкое, крепкое, чистое. А ещё из угля делают удобрения, от которых лучше плодоносит земля и растут фрукты, овощи, пшеница и рожь. Из угля можно добыть даже витамины. Также из каменного угля при переработке в промышленных масштабах извлекают такие редкие металлы, как ванадий, германий, галлий, молибден, цинк, свинец, а также серу.

Путем переработки каменного угля можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых в 20-25 раз выше стоимости самого угля.

7. Химический состав угля: углерод – 50-96%

кислород – 25-37%

водород – 3-6%

азот 0-2,7%

2.3. Источник энергии – нефть.

1. Нефть известна человеку с древнейших времен. Люди уже давно обратили внимание на черную жидкость, сочившуюся из-под земли. Есть данные, что уже 6500 лет назад люди, жившие на территории современного Ирака, добавляли нефть в строительный и цементирующий материал при строительстве домов, чтобы защитить свои жилища от проникновения влаги. Древние использовали ее в строительстве и для освещения. Нефть также использовалась для герметизации лодок и как составная часть мумифицирующего вещества.

Примерно 750 лет назад известный путешественник Марко Поло в описании своих путешествий на Восток упоминает использование нефти жителями Апшеронского полуострова в качестве лекарства от кожных болезней и топлива для освещения.

2. Существуют две теории образования нефти.

Теорию № 1 называют биогенной. Согласно ей, процесс образования нефти осуществлялся из органических остатков различных животных и растений на протяжении 50-350 млн. лет. И проходит несколько стадий. Эту теорию впервые выдвинул знаменитый русский ученый Ломоносов М.В. [8].

Теорию № 2 называют абиогенной. Основоположником данной теории стал Д.И. Менделеев. Однажды, навестив Баку, он познакомился со знаменитым геологом Германом Абихом, который с ним поделился своими мыслями насчет того, как образовалась нефть. Абих заметил, что все большие месторождения указанного ископаемого расположены в основном рядом с трещинами и разломами земной коры. Приняв к сведению данную информацию, Менделеев создал собственную теорию о том, как образуется нефть в природе. Она гласит, что поверхностные воды, которые проникают вглубь коры земной через трещины, вступают в реакцию с металлами и их карбидами. В результате этого образуются углеводороды. Они поднимаются постепенно по тем же самым трещинам в земной коре. Со временем в этих местах образуется нефтяное месторождение. Этот процесс длится не более 10 лет. На сегодняшний день проводятся работы по выявлению новейших доказательств истинности абиогенной теории. Известный московский ученый показал, что если нагреть до 400 градусов любой углеводород, который обладает полинафтеновой составляющей, то будет происходить выделение чистой нефти. Это является достоверным фактом [2].

3. Нефть – это полезное ископаемое, представляющее из себя маслянистую жидкость. Это горючее вещество, часто черного цвета, хотя цвета нефти в разных районах различаются. Она может быть и коричневой, и вишневой, зеленой, желтой, и даже прозрачной. В зависимости от количественного соотношения различных углеводородов, составляющих нефть, ее свойства также различаются. Нефть бывает прозрачной и текучей как вода. А бывает черной и вязкой [9].

4. Калорийность нефти –11137 калорий, чаще встречается 10000-10500 калорий. Зависит от сорта нефти.

5. Так же существует несколько способов добычи нефти.

Фонтанный способ – применяется, когда в залежах нефти высокое давление. Практически фонтанирование только под действием давления встречается очень редко. В большинстве случаев вместе с нефтью в пласте находится газ, и он играет главную роль в фонтанировании скважин. В нефтяных залежах, где давление насыщения нефти газом равно пластовому давлению газ делает двойную работу: выделяясь в пласте, он выталкивает нефть, а в трубах поднимает ее на поверхность. В этом случае нефть фонтанирует, поднимаясь на поверхность.

Газлифтный способ – способ, при котором в скважину вводят сжатый газ. Принцип заключается в уменьшении забойного давления посредством уменьшения веса столба жидкости. Газ закачивается по затрубному пространству и проходит через клапан в насосно-компрессорные трубы.

Насосный способ - извлечение нефти с помощью насосов различных типов [10].

6. Кроме того, что нефть является одним из основных источников энергии, люди научились делать из неё различное топливо: бензин, керосин, мазут, солярку. Из нефти делают полимеры и резину: пластмасса, полимерные плёнки, синтетические ткани и резину, строительные материалы. В процессе переработки нефти образуются тяжёлые остатки, которые идут на производство строительных материалов - гудрона, строительного и дорожного битумов. При смешивании битума с минеральными веществами получается асфальт (асфальтобетон), используемый в качестве дорожного покрытия. Масла и смазки: смазочное масло, электроизоляционное масло, гидравлическое масло, пластичная смазка, смазочно-охлаждающая жидкость, вазелин и прочее. .

7. Химический состав традиционной нефти:

Углерод – 84%

Водород – 14%

Сера – 1-3%

Азот – менее 1%

Кислород – менее 1%

Металлы – менее 1% (железо, никель, ванадий, медь, хром, кобальт, молибден и др.)

Соли – менее 1% (хлорид кальция, хлорид магния, хлорид натрия и др.)

2.4. Источник энергии - газ.

1. Активно использовать газ люди начали в середине 19 века, после изобретения газовой горелки. В те времена люди использовали газ для освещения улиц. В Советском Союзе до конца 30-х годов прошлого века самостоятельной газовой отрасли не существовало. Месторождения газа открывались случайно, лишь при разведке нефтяных скважин. Активное использование природного газа началось со времен Великой Отечественной войны.

2. Газ, так же как нефть и уголь, образовался в земных недрах из органических веществ животного происхождения (то есть отложений давно живших организмов) под действием высоких давлений и температур.

3. По типам добываемого на месторождениях газа, он делится на газовый и попутный. Главное различие между ними – процент содержания углеводородов. В газовых месторождениях содержание метана составляет около 80-90%, в попутных, или, как их принято еще называть, «нефтяных», содержание его не более 50%. Остальные 50% - это пропан-бутан и отделившаяся от газа нефть.

4. Калорийность метана (природного газа) – примерно 8500 калорий.

5. Добывают природный газ при помощи буровой установки. Это вышка 20 - 30 метров стоящая на 4-х опорах. К ней подвешивается труба с буром на конце. Чем больше глубина скважины, тем длиннее это труба. Во время бурения в скважину поступает специальная жидкость, чтобы разрушаемые породы её не забили.

6. Природный газ нашёл своё применение в виде сжиженного газа как автомобильное топливо. Используется для заправки зажигалок. Природный газ, а если быть точнее - метан, используется как горючее топливо в кухонных плитах, колонках и котлах.

7. Природный газ - это не однородная субстанция. Он состоит из смеси газов. Основную часть природного газа (98%) составляет газ метан. Кроме метана, в состав природного газа входят этан, пропан, бутан, а также немного неуглеводородных веществ - водорода, азота, углекислого газа, сероводорода.

[11].

2.5. Использование атомной энергии

1. Вначале необходимо упомянуть, что роль урана в атомной энергетике очень велика. Вследствие расщепления ядра урана получается огромное количество энергии. Ещё в древнейшие времена (I век до нашей эры) природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой глазури для керамики. Во второй половине сороковых годов, советские учёные задумались, и начали создавать проекты об использовании мирного атома. Главным направлением этих разработок стала электроэнергетика. Первая в мире атомная станция появилась в СССР в 1954 году. Но как оказалось, АЭС не смогла конкурировать со станциями, которые работают на нефти, угле или газе.

2. Большое количество урана распространено в природе. Больше всего урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Так же значительная часть урана содержится в осадочных породах. Уран присутствует в редкоземельных минералах.

3. Изотопы урана — разновидности атомов химического элемента урана, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. В природе встречаются три изотопа урана.

4. При расщеплении 1 килограмма урана получим 18,7 миллионов киловатт в час.

5. Существует три способа добычи урана, в зависимости от того, насколько глубоко находятся залежи металла. Открытый или карьерный способ применим, если залежи урана находятся близко к поверхности.

Другой метод добычи урана – подземный или шахтный позволяет добывать руду более высокого сорта, чем в предыдущем случае, однако добыча становится рентабельной лишь при высоком качестве руды. Обычно глубина современных урановых рудников не превышает 2 км, поскольку строительство более глубоких проходов повышает себестоимость добытого вещества.

Метод выщелачивания – является самым безопасным для экологии. Чтобы вскрыть залежи металла используют систему скважин, в которые закачивают специальный химический реагент. Растворяясь в пласте, он выщелачивает из него полезные вещества, после чего насыщенный соединениями урана, выкачивается на поверхность. Однако этот метод может быть использован только в песчаниках [12].

6. Атомную энергию используют в создании ядерного оружия. Ядерное оружие относят к оружию массового поражения, потому что оно производит разрушения на огромных территориях.

Эту энергию применяют и в космосе. В космосе побывали уже около тридцати реакторов, которые использовались для выработки энергии. Сейчас Роскосмос и Росатом предлагают создать космический корабль, оснащённый ядерным реактором, но пока это лишь предложения.

Для производства аммиака, водорода и других химических реагентов так же используют атомную энергию. Благодаря ей мы можем воссоздавать процессы, происходящие в земной коре с целью изучения природных явлений.

Атомная энергия в сельском хозяйстве тоже играет большую роль, например: энергия помогает в борьбе с вредителями, применяется для создания мутаций в семенах растений. Немного странное использование ядерной энергии – это облучение личинок насекомых. Делается это для того, чтобы выводить их безвредно для окружающей среды.

При помощи атомной энергии врачи теперь могут ставить точные диагнозы. Для этого используют изотопы не вредящие пациенту, и врачам. Еще одно применение ядерной энергии в медицине было открыто совсем недавно. Это позитронно-эмиссионная томография. С ее помощью можно обнаружить рак на ранних стадиях [1].

7. Химичесикй состав: уран – 100%.

2.6. Использование геотермальной энергии

1. Первая централизованная система теплоснабжения на геотермальной энергии заработала в 14 веке во Франции. Разработка промышленной геотермальной станции началась в Италии в 1904 году.

В России разведано 56 месторождений термальных вод. На 20 месторождениях ведется промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчата), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край).

2. В результате соприкосновения лавы и подземных вод, вода начинает резко нагреваться. Это приводит к извержению гейзера, формированию подводных течений и горячих озёр. Это явление природы используется человеком как неиссякаемый источник энергии.

3. Источники, позволяющие получить геотермальную энергию, практически невозможно использовать полностью. Такие источники есть лишь в 60 с лишним странах мира. Наземных вулканов больше всего на территории Тихоокеанского вулканического огненного кольца. Однако, как показывает практика, все геотермальные источники различны по кислотности, температуре, минерализации и другие.

4. Гео-электростанции работают примерно в 30 странах мира, и их общая мощность - более 10 тысяч МВт.

5. Существует два способа добычи геотермальной энергии. Чем глубже, тем теплее – на этом основан первый способ. Для того чтобы получить глубоко залегающую энергию есть два типа систем – открытые и замкнутые. Открытые системы основаны на получении энергии из тепловых насосов, подведённых к тёплым грунтовым водам. Системы, основой которых является циркуляция воды в теплообменниках – замкнутые. По трубам, вода поступает в тёплые слои земли. Там нагревается и выходит наружу.

6. Люди используют геотермальную энергию без передовых технологий, например: купание, приготовление пищи, отопление зданий. Также используют в производстве электроэнергии. Геотермальное тепло приводит в движение турбины. Благодаря перемещению тепла работают насосы, которые используются для регулирования температуры зданий.

7. Геотермальные воды могут иметь разный химический состав. Это зависит от кислотности, общей жесткости, газонасыщенности, степени минерализации, и от температуры.

2.7. Солнечная энергия

1. О возможности применения солнечной энергии люди стали задумываться ещё в древности. Согласно легенде, великий греческий ученый Архимед сжёг неприятельский флот, осадивший его родной город Сиракузы, с помощью системы зажигательных зеркал. Так же известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался нагретой на солнце водой. В древности жители Африки, Азии и Средиземноморья получали поваренную соль путём выпаривания на солнце морской воды.

Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Когда естествоиспытатель Ж. Бюффон создал вогнутое зеркало, фокусировавшее в одной точке все попадавшие на него солнечные лучи. Там же, во Франции были изобретены первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую.

2. Солнечная энергия получается при превращении водорода в гелий, в центральной части Солнца. Атомы водорода, имеющиеся в ядре в огромном количестве, максимально сближаются, а затем превращаются в атомы гелия. Полученная энергия затем излучается из ядра и передается в межзвездное пространство Солнечной системы.

4. Солнце излучает огромное количество энергии - приблизительно 1,1x1020 кВт·ч в секунду. Киловатт·час - это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·ч ежегодно. Однако из-за отражения, рассеивания и поглощения ее атмосферными газами и аэрозолями только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 1017) кВт·ч, достигает поверхности Земли [17].

5. Основным орудием для добычи солнечной энергии являются солнечные электростанции (СЭС).

Существует несколько видов СЭС.

Башенные. Огромное зеркало крутится вслед за солнцем, направляя солнечные лучи в резервуар заполненный водой. Вода закипает, превращается в пар. Пар начинает крутить турбину, которая приводит в действие генератор.

Тарельчатые. Принцип действия схож с башенными, но главное различие – зеркало не одно, а их много, и зеркала расположены вокруг приёмника.

Солнечно-вакуумные. Участок земли закрывают стеклянной крышей. Воздух и почва под ней нагреваются сильнее. Специальная турбина гонит теплый воздух к приёмной башне, возле которой установлен электрогенератор. Электричество вырабатывается за счет разницы температур [14].

6. Солнечная энергия используется почти во всех сферах жизни человека: сельское хозяйство, энергоснабжение санаториев и пансионатов, космическая отрасль, природоохранная деятельность и экотуризм, электрификация отдаленных и сложнодоступных регионов, уличное, садовое и декоративное освещение, сфера жилищно-комунальное хозяйство (горячее водоснабжение, придомовое освещение), мобильная техника (гаджеты и зарядные модули на солнечных батареях).

7. Солнечная энергия – это энергия в виде гелия.

2.8. Источник энергии - вода

1. Древние люди всегда наблюдали течение рек, ручьёв, как с высоких гор спускаются водопады. И тут люди поняли, что можно использовать энергию воды в собственных целях. На берегах рек, у водопадов появились водяные мельницы, лесопилки и другие сооружения, использующие силу водного течения. В конце прошлого века началось строительство гидроэлектростанций, преобразующих энергию воды, в механическую энергию.

2. 71% поверхности Земли покрыто водой. Большая часть воды находится в ледниках. Образуется путём круговорота воды в природе. Выпадает на землю в виде дождя, испаряется в виде пара.

3. Атомы водорода и кислорода, образующие воду, или окись водорода, могут иметь различные массовые числа и отличаться друг от друга своими физико-химическими свойствами.

4. Океаны содержат потенциальную энергию в виде тепла, энергию течений, волн и приливов. Технический энергопотенциал приливов оценивается в 780 млн. кВт. В Канаде эксплуатируется приливная станция мощностью 20 МВт (г. Аннаполис). В России имеется небольшая станция в районе города Мурманска мощностью 400 кВт, разрабатываются станции для Дальневосточного района мощностью 87 млн. кВт. Потенциальная выработка приливных электростанций в США оценивается в 350 млрд. кВт/ч, во Франции — в 40 млрд. кВт/ч в год [14].

5. Люди добывают энергию воды с помощью гидроэлектростанций. Быстрое течение воды приводит в действие турбину, которая в свою очередь приводит в действие генератор. Так же люди научились использовать энергию приливов и отливов, а ещё морских волн.

6. Применение механической энергии воды (мельницы и т. п.) сейчас используется крайне редко. В основном энергия воды служит для получения электроэнергии, применяемой человеком.

7. Вода – это оксид водорода. Молекула воды состоит из двух атомов водорода, и одного атома кислорода.

2.9. Источник энергии - ветер

1. Роль энергии ветра огромна в жизни и развитии человечества. Ещё в древние времена люди использовали энергию ветра, как в мирных, так и в военных целях. Древние египтяне использовали ветер, чтобы плавать по воде с помощью паруса. Существует мнение, что еще до нашей эры в Китае была изобретена ветряная мельница. Но подтвержденные сведения про использование энергии ветра в бытовых целях дошли до нас из Персии. Персы использовали ветер и ветряные мельницы, чтобы молоть зерно, примерно 200 лет до н.э. В 12 веке в Европе была построена мельница для помола зерна. Энергия ветра, мельницы и ветряки будут совершенствоваться человеком.

2. В разных частях атмосферы давление различно. Это обусловлено разницей в температуре. В теплом воздухе движение молекул осуществляется быстрее. Частицы стремятся разлететься друг от друга в разные стороны. В связи с этим теплый воздух больше разряжен и весит меньше. В результате давление, которое в нём создается, снижается. Если же температура понижена, то молекулы образуют более тесные скопления. Воздух, соответственно, весит больше. Давление при этом повышается. Аналогично воде, воздух обладает свойством перетекать из одной зоны в другую. Так, поток переходит из участка с повышенным давлением в область с пониженным. Вот почему ветры дуют [15].

3. Ветры могут быть тёплыми и холодными, это зависит от направления ветра, сильными и слабыми.

4. На данный момент общая мощность всех ветрогенераторов построенных в мире - 11310 МВт.

5. Добывают энергию ветра при помощи так называемых ветряков. Ветер вращает лопасти ветряка. Сейчас существуют ветряки способные работать даже при самом слабом ветре. Вращение лопастей приводит в действие генератор.

6. Люди преобразовывают энергию ветра электрическую. С помощью этой энергии можно заставить работать всю современную технику.

2.10. Источник энергии – биомасса.

1. Ещё до нашей эры люди стали использовать биомассу как источник тепла и света. Человек открыл для себя огонь, а топливом для костра стала служить биомасса.

2. Биомасса – это все возобновляемые за короткое время органические материалы. Это шестой по запасам из всех доступных источников энергии после угля, горючих сланцев, урана, нефти и природного газа.

3. Биомасса бывает древесной и не древесной. Древесная биомасса. Эта категория включает лесоматериалы: необработанные, а также те которые остались от переработки дерево- и пиломатериалов; молодые деревья, которые быстро растут и посаженные специально для вырубки (ива, тополь).

Не древесная. Не древесная биомасса. Это муниципальные и промышленные отходы. Также продукты жизнедеятельности, которые остались после выращивания животных. Кроме того сюда относятся водные растения, зерновые, с которых остается много растительной части, которая пригодна для сжигания.

4. Каждый вид биомассы имеет свой объём тепла и энергии.

5. Биомасса используется для обогрева, выработки энергии, является продуктом сгорания.

III ЭТАП. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ

ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

3.1. Добыча и сжигание угля. Определение степени воздействия на окружающую среду.

Самый дешёвый и безопасный для жизни человека, но вредящий экологии – открытый способ добычи угля. В процессе разработки угольных месторождений человек наносит огромный вред природе. Происходит отчуждение больших земельных территорий, занимаемых шахтами, угольными разрезами и отвалами горных пород. При перевозке и переработке угля загрязняются почва, воздух и вода. В отвалах карьеров и шахт (отвалы пустой породы у шахт называются терриконами) скопилось более 20 млрд м3 пород.

Уголь, судя по всему, еще долго будет оставаться наиболее востребованным среди других энергоносителей. Однако сжигание и угля приводит к загрязнению окружающей среды. Поэтому разработка и использование чистых технологий добычи и переработки угля является задачей номер один во всем мире. Сжигание угля приводит к росту выбросов дыма, сажи, копоти, золы, вредных газовых компонентов: CO - Моноокси́д углеро́да, уга́рный газ, о́кись углеро́да, оксид углерода — бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха, легче воздуха. SO2, - Окси́д се́ры, диокси́д се́ры, двуокись серы, сернистый газ, серни́стый ангидри́д [7]. В нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом.

3.2. Добыча и сжигание нефти. Определение степени воздействия на окружающую среду.

Добыча нефти, ее транспортировка, переработка и использование, приносят несомненную пользу человечеству, также не обходится без серьезных экологических последствий.

Деятельность по добыче и транспортировке нефти приводит к значительным экологическим последствиям. Особенно опасны экологические катастрофы на море. Поскольку нефть легче воды, она растекается по воде тонкой пленкой на значительную площадь. Разливы нефти сопровождаются массовой гибелью морских млекопитающих, птиц, рептилий. Наносится ущерб рыбному промыслу. Залитые нефтью пляжи отпугивают туристов и наносят вред прибрежной экосистеме, часто непоправимый. Побочным продуктом добычи нефти является попутный нефтяной газ (ПНГ) который на большинстве месторождений просто сжигается. При сжигании ПНГ происходит выброс в атмосферу твердых загрязняющих веществ, что не может не отразиться на экологической обстановке как в локальных масштабах, так и для планеты в целом. Так же нельзя не упомянуть о большом количестве выхлопных газов, тоже вредящих экологии нашей планеты [8].

Бурное развитие автомобильной промышленности принесло людям невиданную прежде мобильность, и значительно преобразило наш образ жизни. Для каждого отдельного человека личный автомобиль дает множество преимуществ. В совокупности же массовая автомобилизация приводит к значительным негативным экологическим последствиям. Парк действующего автотранспорта в мире давно уже перевалил за 1 миллиард автомобилей. И все эти автотранспортные средства ежедневно сжигают огромное количество топлива, выделяя такое же огромное количество выхлопных газов [2].

3.3. Добыча и сжигание газа. Определение степени воздействия на окружающую среду.

Одна из главных проблем – добыча одного из видов газа - сланцевого газа. Добыча сланцевого газа чрезвычайно опасна для экологии. Одной из 2-х базовых технологий для добычи сланцевого газа является технология гидравлического разрыва пласта (Hydraulic fracturing). Гидравлический разрыв пласта — это процесс, который предполагает введение смеси воды, песка и химических веществ в газоносные породы под чрезвычайно высоким давлением (500-1500 атм). Давление приводит к образованию крошечных трещин, которые позволяют газу вырваться. Вся эта система трещин связывает скважину с удаленными от забоя продуктивными частями пласта. Для предотвращения смыкания трещин после снижения давления в них вводят крупнозернистый песок, добавляемый в жидкость, нагнетаемую в скважину. Радиус трещин может достигать нескольких десятков метров.

При сжигании природного газа происходят выбросы вредных веществ в воздух и атмосферу. В основе природного газа находится метан, поэтому его продуктом сгорания является диоксид углерода и водяной пар, такие же соединения выделяем и мы при дыхании. Уголь и нефть состоят из более сложных органических соединений, содержащих больший объём углерода, а также, больше азотистых и серных составляющих. Это значит, что в процессе горения уголь и нефть производят больше вредных выбросов, включая больший объём оксидов азота (NOx) и диоксидов серы (SO2). Таким образом природный газ менее опасен для окружающей среды, однако и при его использовании происходят выбросы в атмосферу вредных веществ.

3.4. Определение степени воздействия атомной энергии на окружающую среду.

На сегодняшний день ядерная энергетика и её влияние на окружающую среду являются самыми актуальными вопросами на международных съездах и собраниях. Особенно остро этот вопрос стал звучать после аварии на Чернобыльской атомной электростанции. Ядерные реакторы при нормальной эксплуатации, когда соблюдаются все необходимые правила, являются экологически безопасными. Они расходуют сырье (уран и плутоний), которое ни для чего другого не пригодно.

Однако все предприятия по добыче урана оказывают не­гативное воздействие на окружающую среду. Основными источниками радиоактивного загрязнения в местах добычи являются карь­еры, шахты, открытые склады руды, отвалы. Загрязнение вызыва­ется выбросами радиоактивных газов, пыли и аэрозолей в атмосферу, сбросом шахтных вод, утечек и аварийных сбросов из гидротранспортных систем, а также вследствие применения рудных пород в качестве местных стройматериалов.

3.5. Определение степени воздействия использования геотермальной энергии на окружающую среду.

На ГеоТЭС не сжигается топливо, однако, количество вредных газообразных выбросов в атмосферу значительно меньше чем на ТЭС. Но эти выбросы имеют другой химический состав по сравнению с ТЭС. Пар из геотермальных скважин имеет газовые примеси, которые на 80 % состоят из диоксида углерода и содержат в небольших количествах водород, азот, метан, аммиак и сероводород.

ГеоТЭС имеет потребность к охлаждающей воде. Сброс уже отработанной охлаждающей воды в водоемы может вызвать их тепловое загрязнение, а также повышение концентрации различных солей и таких элементов как мышьяк, бор, ртуть, калий и т.д. Сброс отработанных термальных вод может привести к заболачиванию отдельных участков почвы и загрязнению поверхностных и грунтовых вод.

3.6.Определение степени воздействия преобразования тепловой энергии солнца в полезную для человека энергию на окружающую среду.

Солнечная энергия – возобновляемый, и экологически чистый источник энергии. Однако, наряду с преимуществами, некоторые эксперты указывают на такой недостаток данного вида возобновляемой энергетики как отрицательное влияние на окружающую среду некоторых элементов солнечных установок, а точнее производство этих элементов. То есть, отрицательно на экологию влияет не сам источник энергии, а процесс создания оборудования для превращения солнечной энергии в электроэнергию. Производство одного из элементов солнечных батарей – кремния – оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Еще одной проблемой является утилизация солнечных элементов. Однако, несмотря на вышеизложенные проблемы, солнечная энергетика будет развиваться, постоянно совершенствуя свои технологии. Это связано с тем, что данный вид альтернативной энергетики является прекрасным дополнением к традиционной энергетике.

3.7. Определение степени воздействия применения человеком водной энергии на окружающую среду.

. Вопреки мнению об абсолютной безопасности Гидроэлектростанций существуют несколько фактов доказывающих обратное: строительство плотин на равнинных реках вызывает затопление больших территорий под водохранилища, что связано с переселением людей и потерей пахотных земель, лугов и пастбищ.

Во-вторых, плотина, перегораживая реку, создает непреодолимые препятствия для миграции проходных и полупроходных рыб, которые поднимаются на нерест в верховья рек.

В-третьих, в хранилищах вода застаивается, проточность ее замедляется. Это сказывается на жизни всех организмов, обитающих в реке и у реки.

Но несмотря на немногочисленные минусы этого источника энергии, он продолжает развиваться и набирать популярность.

3.8. Определение степени воздействия применения человеком энергии ветра на окружающую среду.

Вызывает ли ветровая энергетика загрязнение воздуха? Нет. Требует ли она воды для охлаждения и не вызывает ли теплового загрязнения? Нет. Потребляет ли она топливо? Нет. Но она производит шум, требует земельной площади и материалов для конструкций. Она также оказывает визуальное воздействие, но опоры линий дальней электропередачи имеют высоту, близкую к высоте самого ветродвигателя из числа ныне разрабатываемых, а градирни бывают еще выше.

Имеется еще один вид воздействия ветровой энергетики. Большие ветродвигатели вращаются со скоростью около 30 оборотов в секунду. Это близко к частоте синхронизации телевидения. Поэтому крупные ветродвигатели могут мешать приему передач на расстоянии до 1,6 км.

IV ЭТАП. ВЫЯВЛЕНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ,

НЕ НАНОСЯЩИХ ВРЕД ОКРУЖАЮЩЕЙ

4.1. Обобщение изученной информации по теме.

После проведённых мною исследований влияния источников энергии на окружающую среду, я могу сказать, что существует несколько источников возобновляемой энергии, относительно не наносящих вред окружающей среде. В их число входит геотермальная энергия, солнечная энергия, гидроэнергия и ветровая энергетика.

4.2. Определение возобновляемых источников энергии, не наносящих вред окружающей среде.

Но после более тщательного изучения становится ясно, что самый безопасный вид энергии – энергия ветра. Она не вызывает никаких загрязнений, не требует охлаждения и является относительно автономной.

V ЭТАП. СОЗДАНИЕ И ОПРОБАЦИИ МОДЕЛИ

ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО, ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ,

ПОДХОДЯЩЕГО ДЛЯ УСЛОВИЙ СРЕДНЕГО УРАЛА

5.1. Определение источника энергии подходящего для условий Среднего Урала.

Полученные мною в ходе теоретического исследования знания очень помогут мне в создании модели экологически чистого, подходящего для условий Среднего Урала источника энергии. Этим источником энергии является энергия ветра.

Лучшим вариантом для нашего типа местности будет являться безопасная энергия ветра. Наша страна вследствие своего географического положения обладает неисчерпаемыми ресурсами энергии ветра. Ветроэнергетика сегодня - это активно развивающаяся отрасль. Но использование энергии ветра связано с определенными трудностями, в частности слабым и непостоянным напором ветра. Теоретически Россия может стать одним из мировых лидеров в области ветроэнергетики: общий ветроэнергетический потенциал нашей страны составляет 40 миллиардов кВт-ч в год. Но это в теории, а на практике суммарная мощность действующих ветро-агрегатов составляет не более 10 МВт, в то время как страны - лидеры этой отрасли ежегодно вводят более 1000 МВт.

На сегодняшний день существует множество конструкций винтов ветрогенераторов. Представленная далее конструкция является усовершенствованной версией этого множества и обладает более высокими характеристиками в условиях использования при слабом и непостоянном ветре.Проанализировав климат, я решил приступить к работе над моделью ветрогенератора [3].

5.2. Изучение информации о ветрогенераторах. Поиск необходимых материалов.

Перед созданием модели, я долгое время изучал литературу и интернет ресурсы о ветроэнергетике, консультировался у консультанта практической части. Я планировал создать модель вертикального ветрогенератора, но подсчитав количество нужной энергии, чтобы зажечь светодиод – примерно 1 – 1.5 ватт, пришёл к выводу, что нужно создать более усовершенствованную модель. Бесшумный быстроходный винт с вихревыми лопастями и высоким коэфицентом использования мощности потока – было лучшим решением для меня.Турбины-ветряки с горизонтальной осью и высоким коэффициентом быстроходности обладают наибольшим значением коэффициента использования энергии ветра. Это вихревой винт превосходящий по своим рабочим характеристикам все существующие винты. Свойства винта повышаются на 30-80%. Это экологическая энергетика будущего.

Коэффициент использования мощности иногда называют критерием Жуковского-Бетца по имени двух учёных. Винт который буду изготавливать я, будет использовать весь ветровой поток, приходящийся на его площадь, в отличие от ветряков других типов, т.е. коэфицент его мощности будет выше.

Собрав достаточное количество информации, я приступил к поиску материалов для ветрогенератора. Лопасти будут изготовлены из листа алюминия. Алюминий является лёгким металлом, поэтому я решил использовать именно его. Лопасти будут закреплены на металлическом стержне. Стержень ремённой передачей будет соединён с генератором, который и будет вырабатывать энергию. При помощи этой нехитрой системы я намереваюсь зажечь небольшой светодиод.

5.3. Поиск эскиза лопастей. Вырезание лопастей из металла по найденному эскизу. Придание лопастям формы винта путём присоединения краёв лопастей к середине конструкции.

После изучения ресурсов интернета, я нашёл чертёж быстроходного винта. Он имеет не совсем обычную форму. После изучения чертежа, я перевёл чертёж с бумаги на лист алюминия. Используя ножницы по металлу, я вырезал лопасти винта. После, используя длинногубцы, я придал лопастям форму нужного мне винта.

5.4. Прикрепление к оси винта. Заострение нижнего конца оси.

Надёжно закрепил винт на оси. При помощи шлифовального станка заострил нижний конец оси для нормального дальнейшего функционирования ветряка.

5.5. Создание опоры, для оси и самого винта.

Для создания опоры я буду использовать лист плотной фанеры. Придаю листу фанеры нужную мне форму, обрабатываю его путём шлифования.

5.6. Создание опоры для самой оси.

Из деревянного бруска делаю опору для оси.

5.7. Установка ведущего колеса в нижней части оси. Соединение ведущего колеса ремённой передачей с колесом, передающим вращение к генератору.

Закрепляю ведущее колесо на оси ветрогенератора. Используя ремённую передачу соединяю ведущее колесо, с колесом меньшего диаметра, передающим вращение к генератору.

5.8. Соединение генератора и светодиода (1 ватт) при помощи электрических проводов.

Используя паяльник, медными проводами соединяю генератор и прибор.

5.9 Проведение апробации ветрогенератора.

Провожу апробацию. Вольтметр дал нужные мне показания. Созданная мною модель способна вырабатывать электроэнергию. Цель проекта достигнута.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной задачей моей работы было привлечение людей к такой глобальной проблеме, как загрязнение окружающей среды посредством использования некоторых источников энергии. Перед началом работы я создал рабочую группу из опытных людей, которые консультировали меня во всех нужных мне областях знаний и помогли в работе над проектом. Я изучил источники энергии, которыми пользуется человек. Среди них были как широко используемые, так и мало используемые, как вредящие экологии, так и безопасные для неё. Определил степень воздействия источников энергии на окружающую среду. Мне удалось выявить возобновляемые источники энергии, не наносящие вред нашей планете. Я считаю, что проблема углеводородов и перехода на экологически чистые источники энергии, должна стать первой проблемой всего человечества. Сейчас она почему-то не является главной, ведь это противоречит интересам бизнесменов, которые зарабатывают большие деньги на уничтожении нашей планеты изнутри, чьи интересы лоббируют политики.

Люди всегда будут нуждаться в энергии. Но только от нас - людей зависит, как мы будем её добывать. Человек может это делать и без оказания губительного действия на Землю. Итогом всей работы стало создание и апробация созданной мною модели ветрогенератора. Я доказал в первую очередь самому себе – это возможно! Мой проект это лишь камешек, брошенный вперёд, но я искренне надеюсь, что моя работа это один из тех маленьких шагов, приближающих нас к счастливому будущему. Будущему, в котором мое поколение и поколения наших детей, будут разумно относится к тому, что дала природа. Мы не будем выворачивать Землю наизнанку! Мы будем купаться в чистых реках, пить чистую воду, дышать чистым воздухом. Мы будем дышать полной грудью, не бояться за здоровье своих детей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Голованова В.С., АЭС и их влияние на окружающую среду. / - 2 с.

2. Доньи Д. А. Воздействие нефтедобычи на окружающую среду // Молодой ученый. — 2014. — №19. — С. 298-299

3. Устюжин А., Реферат Реактивный радиальный центробежный винт для ветряка. / - 1 с.

4. “Эско” № 8 август 2007

5. http://gigavat.com

6. http://polnaja-jenciklopedija.ru

7. http://greensource.ru/

8. http://fb.ru/article/165471/kak-obrazovalas-neft-v-prirode

9. http://FB.ru

10. http://vseonefti.ru

11. http://rengm.ru/rengm/sposoby-dobychi-nefti.html

12. http://fb.ru/article/168541/primenenie-prirodnogo-gaza-prirodnyiy-gaz-sostav-svoystva

13. http://fb.ru/article/198185/primenenie-yadernoy-energii-problemyi-i-perspektivyi

14. http://сезоны-года.рф/энергия%20солнца%20и%20ветра.html

15. http://max-energy-saving.info/index.php?pg=library/11.html

16. http://fb.ru/article/140930/pochemu-vetryi-duyut-pochemu-voznikaet-veter-znachenie-vetra-v-prirode

16. http://alexeynickulin.narod.ru/solnechnaya_energy.htm#_Toc214815529

Приложение 1. План мероприятий

Ожидаемый результат

Бюджет

Сводная смета.

Заработная плата и гонорары.

Основные прямые расходы.

Риски проекта.

Приложение 2. Рабочая модель ветрогенератора.

26