Альтернативные виды энергии

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Барташевский В.А. 1

---

1МАОУ "СОШ №154 г. Челябинска"

Быкова И.В. 1

---

1МАОУ «СОШ № 154 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

2.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

«Нетрадиционная энергетика» нетрадиционная потому, что не везде ещё у нас есть традиция - беречь родную природу.

Разуваев В.А.

Введение

Актуальность. Неуклонное увеличение численности населения нашей планеты, беспрецедентно быстрое развитие производства, нарастающее истощение запасов привычных источников энергии, требования к сохранению окружающей среды заставляют людей искать новые источники энергии, прежде всего, располагающие возобновимыми или малоисчерпываемыми запасами. Человечество еще плохо использует возможности получения энергии из природных, практически неисчерпаемых источников: тепла земных недр и океана, энергии океанских и речных течений, приливов и волн, ветра, Солнца.

Если рассматривать перспективы традиционной энергетики, то угля хватит на 600 лет, нефти на 90 лет, газа на 50 лет, урана по разным прогнозам на 27-80 лет. Сейчас в РФ за счет нетрадиционных источников получают 1% энергии, что конечно очень мало. Поэтому я в своем проекте обратился к теме нетрадиционных источников энергии, к ним относятся ветроэнергетика, гидроэнергетика, приливно-отливная энергетика, геотермальная энергетика, солнечная энергетика, биомассовая энергетика.

Гипотеза:

Если использовать альтернативные источники энергии, то это приведет к возобновлению природных ресурсов.

Цель:

Изучить разнообразные альтернативные источники энергии, их достоинства и недостатки.

Предмет исследования:

Альтернативные источники энергии.

Задачи:

Найти и изучить информацию об альтернативной энергетике

Выбрать альтернативный источник энергии, модель которого можно создать в школьных условиях

Методы:

Изучение и анализ литературы, построение модели альтернативного источника энергии.

Глава 1. Основная часть

1.1. Определение альтернативной энергетики

Альтернативная энергетика – совокупность способов получения энергии, предоставляющая интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии.

Основное преимущество альтернативных источников энергии является неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет экологический баланс планеты. Такие источники энергии играют значительную роль в решении трех глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетики, экологии, продовольствия.

1.2. Виды альтернативной энергетики

Виды альтернативной энергетики: солнечная энергетика, ветроэнергетика, биомассовая энергетика, волновая энергетика, приливная энергетика, геотермальная энергетика и т.д.

1.2.1 Солнечная энергетика

Солнечная энергетика – преобразование солнечной энергии в электрическую. В качестве прибора, с помощью которого происходит преобразование, является солнечная батарея. Солнечные батареи объединены из фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов).

Солнечные электростанции используются более чем в 80 странах.

Также большое количество природных явлений зависит от солнечной энергии. Например, ветер бы не дул бы без солнца, а испарение воды и накопление её в реках также происходит под действием солнца.

Из этого можно сделать вывод, что солнце является не только источником альтернативной энергии, ещё и влияет на другие сферы энергетики.

1.2.2 Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика – способ получения электричества путем преобразования внутреннего тепла Земли (энергии горячих пароводяных источников) в электрическую энергию.

Это способ преобразования основан на то, что под землей температура с глубиной растет. На уровне 2-3 км от поверхности Земли превышает 100°С.

Алгоритм получения электроэнергии на геотермальной электростанции: природный пар по трубам направляется в турбины, соединенные с электродвигателем

Стоимость электричества такой электростанции является относительно невысокой.

К недостаткам геотермальных электроустановок относится возможность оседания грунтов и возможность землетрясения, выходящие из-под земли газы, которые могут содержать вредные вещества. А также для строительства геотермальной электростанции необходимы определенные геологические условия.

1.2.3 Ветроэнергетика

Ветроэнергетика - преобразование энергии ветра в электричество. В качестве прибора, с помощью которого происходит преобразование, является ветрогенератор.

Работа ветрогенератора заключается в следующем: с помощью ветра крутятся лопасти, которые приводят в действие ветряное колесо. Это вращение передается ротору электрического генератора.

Преимущества: при работе ветрогенератор не производит выбросов в атмосферу, а для кручения лопастей не требуется никакого топлива.

Недостатки: непостоянная сила ветра, малая мощность единичного ветрогенератора, создают много шума.

1.2.4 Биомассова энергетика

Биомассовая энергетика – преобразование органических отходов животного или растительного происхождения, а также продукты жизнедеятельности человека в биотопливо.

Для перехода на жидкое биотопливо не нужно изменять структуру двигателей и оборудования. Биотопливо предоставляет собой сырьё, которое получается при переработке семян рапса, стеблей сахарного тростника, кукурузы.

Преимущества: Биомасса - возобновляемый источник энергии.

Недостатки: Сжигание биомассы все же приводит к выбросу загрязняющих атмосферу веществ. Наиболее распространены окислы азота (NO)

1.2.5 Волновая энергетика

Волновая энергетика– энергия, переносимая волнами на поверхности океана. В качестве прибора, с помощью которого происходит преобразование, является волновая электростанция.

Принцип работы волновой электростанции: волны осуществляют толчки, заполняя собой специальные камеры, где содержится воздух, а то в свою очередь сжимается, заставляя крутиться лопасти турбины. Вращения турбины передается генератору, который вырабатывает электрический ток.

Преимущества: Волновая энергетика обладает гораздо большей удельной мощностью, чем ветровая и солнечная энергии

Недостатки: Когда поверхность океана спокойна или почти спокойна, волновая ГЭС не может производить полезную энергию.

1.3. Примеры использования альтернативных источников энергии на Южном Урале

Южный Урал еще только делает первые шаги на пути промышленного использования альтернативных источников электроэнергии, поэтому примеров их использования в нашем родном регионе не так много.

Южный Урал вошёл в список 22 регионов России, в которых планируется изучить возможность строительства ветровых электростанций. Процесс изучения включает установку метеомачт для регистрации скорости ветра в онлайн-режиме. Реализацией проекта займутся Роснано и «Фортум».

В то же время, учёные ЮУрГУ совместно с предприятием «ГРЦ-вертикаль», расположенных в Миасе, занимаются разработкой ветрогенераторов малой мощности для использования частными лицами. Уже сегодня несколько генераторов установлены в тестовом режиме на фермерском хозяйстве близ Троицка.

24 октября 2018 года в Челябинске запустили завод по производству электродвигателей АО «РЭД». На заводе введена в эксплуатацию первая в Челябинской области промышленная солнечная электростанция мощностью 224 кВт. Вся вырабатываемая электроэнергия используется для нужд завода. Исполё ьзование энергии солнца позволит избежать более 100 тонн выбросов углекислого газа в атмосферу ежегодно.

Рисунок 1 Монтаж солнечных панелей на заводе АО «РЭД». Источник ИА «24РосИнфо»

Профессор кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» ЮУрГУ Евгений Соломин на протяжении многих лет доказывает эффективность использования солнечных батарей в домашнем хозяйстве, а также конструирует ветряные установки, которые используются даже в Арктике.

В следующей главе моей работы я попытался оценить целесообразность использования солнечных батарей частными лицами.

Глава 2. Практическая часть

2.1. Знакомство с принципами работы источника электрической энергии в школьной лаборатории

В школе, в кабинете физики, имеется альтернативный источник электрической энергии – фотоэлемент Ф-26 с массивным сурьмяно-цезиево-калиевым фотокатодом, 1990 года выпуска. Напряжение между анодом и катодом фотоэлемента 30В при наработке 2000 часов.

У данного фотоэлемента наработка часов составляет больше 2000, но нам удалось включить его в цепь в качестве источника. Мы собирали цепь с одним и двумя резисторами и измеряли силу тока в цепи с помощью миллиамперметра.

2.2. Целесообразность использования энергии солнца на Южном Урале

Целесообразность использования той или иной энергии зависит в первую очередь от её рентабельности. Для того, чтобы провести такую оценку, я выбрал энергию солнца в качестве источника, а город Челябинск в качестве конкретного географического места расположения.

Итак, давайте разберёмся на сколько выгодно использовать солнечные батареи в Челябинске.

2.2.1 Метеоусловия

Для того, чтобы использовать энергию солнца, необходимо достаточное количество солнечных дней. Согласно данных метеорологических служб, общее количество солнечных дней в Челябинске составляет около 100 и такое же количество дней в нашем родном городе – облачные. Распределение солнечных, облачных и пасмурных дней отражено на рисунке 2.

Рисунок 2 Солнечные, облачные и пасмурные дни в Челябинске. Источник Погода 360.

2.2.2 Расчет месячного потребления электроэнергии

За основу расчета ежемесячного потребления электроэнергии я взял реальные показатели электрического счетчика в своей квартире. Данные о мощности электроприборов и времени их работы – приблизительны.

Таблица 1 Потребление электроэнергии за 1 месяц в Челябинской квартире (семьёй из 4 человек)

В среднем я получил среднемесячное потребление электроэнергии равное 310 кВт.ч.

Стоимость 1 кВт.ч в нашем доме составляет 2,23 рубля.

Следовательно, стоимость потребления электроэнергии за 1 месяц составляет:

310 кВт.ч * 2,23 руб. = 691,30 руб

Стоимость потребляемой электроэнергии в год составит в среднем:

691,30 руб * 12 = 8 295,6 руб.

2.2.3 Выбор солнечной электростанции

Исходя из того, что в день нам требуется потреблять около 6 кВт.ч электроэнергии, мы должны подобрать солнечную электростанцию соответствующей мощности.

Стоимость подобной станции составляет около 200 000 рублей.

Чтобы окупить подобную электростанцию, нам понадобится:

200000 руб : 8 295,6 руб. = 24,11 лет

24 года окупаемости – это очень большой срок, учитывая тот факт, что в течении времени некоторые модули электростанции необходимо заменять на новые. Это приведёт к удорожанию всей системы.

На мой взгляд, использование солнечной электростанции очень невыгодно при существующих ценах. Однако, этот вопрос не лишен перспективы, поскольку сейчас разрабатываются специализированные системы, способные работать по «зелёному тарифу». Суть данного тарифа заключается в том, что при выработке энергии альтернативными источниками излишки электроэнергии можно будет продавать государству. Простыми словами – излишек электроэнергии будет поступать в государственную электросеть за что государство будет выплачивать деньги.

Я не нашел информации о реализации подобных систем в Челябинской области. Видимо, это ждёт нас в ближайшем будущем.

Заключение

В наше время человечество не может существовать без энергетики. Практически вся жизнедеятельность человека связана с ней. С каждым днём потребность в энергии возрастает. А традиционные источники энергии не смогут долгое время удовлетворять человеческие потребности без помощи нетрадиционных.

В процессе изучения материалов для моего проекта я убедился в том, что альтернативные источники способны заменить традиционные. А это значит, что в скором будущем мы перестанем зависеть от нефти, угля и природного газа.

Многие экономически развитые страны мира уже сегодня используют альтернативные виды энергии в промышленных масштабах. В нашей стране данное направление еще не сильно развито, поскольку требует больших финансовых затрат.

В процессе работы над практической частью, я сделал вывод, что даже такие небольшие солнечные батареи (как та, которую использовал я) способны снабжать приборы, не требующие большого количества энергии. Например, лампочка.

Список используемой литературы

https://ria.ru/20091113/193404769.html

https://сезоны-года.рф/экоэнергия.html

http://electrik.info/main/news/614-alternativnye-istochniki-energii.html

https://www.nkj.ru/archive/articles/22733/ 

http://energomir.biz/alternativnaya-energetika/solnce/alternativnaya-energetika-dlya-doma.html

https://alter220.ru/voda/volnovye-elektrostantsii.html

http://batsol.ru/vetrogeneratory-v-chelyabinskoj-oblasti.html

https://74.ru/text/business/65596661/

https://www.susu.ru/ru/news/2018/09/16/dom-na-solnechnyh-batareyah-professor-dokazal-effektivnost-zelenoy-energetiki-na

http://24ri.ru/down/open/v-cheljabinske-nachalsja-montazh-pervoj-promyshlennoj-solnechnoj-elektrostancii.html

Германович В. и Турилин А. «Альтернативные источники энергии и энергосбережение»Наука и Техника, Санкт-Петербург 2010

Л.М. Четошникова. «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии» Челябинск Издательский центр ЮУрГУ 2010/УДК 620.9(075.8) Ч534

Приложения

Приложение 1: Фотографии с изображением альтернативных видов энергетики в промышленных масштабах

Рис. 1 Ветроэнергетика

Рис. 2 Солнечная энергетика

Рис. 3 Биомассовая энергетика

Рис. 4 Волновая энергетика

Приложение 2: Устройства для практической части

Рисунок 3 Фотоэлемент Ф-26 с массивным сурьмяно-цезиево-калиевым фотокатодом

Рисунок 4 фотоэлемент Ф-26 с массивным сурьмяно-цезиево-калиевым фотокатодом (задняя сторона)

Рисунок 5 Вольтамперметр Pro’sKit 903-10N-B