VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Использование альтернативных источников энергии.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Сегодня трудно вообразить нашу жизнь без электричества: свет в домах, электроприборы, лифты и многое другое. Электричество делает нашу жизнь легче и интереснее.
В 2017 году в столице Казахстана – Астана проводилась специализированная выставка «Энергия будущего». Я с родителями посетил эту выставку. Мне было интересно посмотреть, как развивается энергетика будущего, как внедряются новые разработки в нашу жизнь.
Оказывается, известные технологии получения энергии (двигатели внутреннего сгорания, ядерные реакторы и др.) оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду.
В настоящее время в некоторых странах существуют проблемы нехватки энергии, возникают экологические беды от применяемых источников.
Сохранение окружающей среды является важной задачей для каждого человека в современном мире, когда происходит уменьшение природных ресурсов и увеличение уровня загрязнения. Я думаю, что вопросы изучения источников энергии и поиска новых возможностей для получения электричества очень актуальны.
Мне стало интересно, есть ли источники энергии, которые не вредят окружающей среде? Может ли использование этих источников привести к возобновлению природных ресурсов?
Оказывается, такие источники энергии существуют. Они называются альтернативными. Я решил узнать о них поподробнее.
Гипотеза: еслисуществуют источники энергии, которые не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду, то их можно использовать и для дома.
Цель моей работы: получение электроэнергии путём превращения одного вида энергии в другой, изготовление модели прибора, который будет работать от альтернативных источников энергии.
Задачи:
Изучить и проанализировать различные источники информации, узнать о видах энергии, их источниках и способах применения.
Выяснить принципы получения и использования энергии из альтернативных источников.
Провести опыты с целью получения энергии из различных источников.
Сравнить источники энергии и выявить их достоинства и недостатки.
Проанализировать результаты и сделать выводы.
Найти применение использования альтернативных источников энергии в быту.
Объект исследования: способы получения и применения электроэнергии.
Предмет: источники получения энергии.
Теоретическаязначимость. Содержание работы уточнит знания о безопасных для окружающей среды источниках энергии. Данный материал буду использовать на уроках окружающего мира.
Практическая значимость. Результаты проведённых опытов определят возможность использования альтернативных способов получения электроэнергии в различных жизненных ситуациях.
В настоящее время во многих источниках можно найти рекомендации, разработки об использовании источников энергии, отличных от традиционных. Уже в недалёком будущем использование альтернативных источников получит всеобщее признание.
Методы исследования:
Сбор, систематизация и описание информации по данной теме.
Проведение опытов.
Наблюдение.
Анализ и сравнение информационных данных.
Во время подготовки исследовательской работы были использованы материалы, представленные на ЭКСПО-2017, литература школьной библиотеки, информация Интернет-ресурсов, электронный конструктор «Знаток».
1. Энергетические ресурсы
1.1. Виды источников энергии
Из литературы я узнал, что источники энергии — это встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить энергию для существования.
Традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, природном газе и угле, при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ. Александр Грэхэм Белл ещё в 1917 году писал, что «неконтролируемое сжигание ископаемого топлива будет иметь своего рода парниковый эффект». Это может привести к глобальному потеплению. Учёный предполагал использование в будущем альтернативных источников энергии.
Альтернативная энергетика — это совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии.
Альтернативный источник энергии – способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию и заменяющий собой традиционные источники энергии.
Определяют следующие виды альтернативной энергетики: солнечная энергетика, ветроэнергетика, приливная, геотермальная энергетика и другие.
Использовать альтернативные источники энергии эффективнее, т.к. энергию можно получать из возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. С каждым годом повышается интерес к использованию альтернативной энергетики. (Приложение 1)
На территории нашей страны работают ветряные, солнечные и приливные электростанции, гидроэлектростанции.
Долю использования альтернативных источников в РФ планируют увеличить к 2020 году с 1% до 4,5%. (Приложение 2)
Потенциал развитияальтернативной энергии в РФ велик:
океанские и морские побережья, Сахалин, Камчатка. Территории малой застроенности могут использоваться в качестве источников ветровой энергии.
Источники солнечной энергии найдут применение в Краснодарском и Ставропольском краях, на Дальнем Востоке, Северном Кавказе.
1.2. Ветровая энергия
Механическую энергию, получаемую за счет ветра, используют давно (при помоле зерна (ветряные мельницы) или перекачивания воды). Малые ветреные агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией домов.
В некоторых странах создаются агрегаты, для обеспечения электроэнергией отдельных производств. Предполагают, что со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть.
Характеристика ветроэнергетики.
Достоинства.
Экологически-чистый вид энергии.
Ветряные электростанции легко вписываются в любой ландшафт.
Возобновляемая энергия (неистощима).
Ветровая энергетика - наиболее дешёвый вид энергии для труднодоступных, удалённых мест.
Недостатки.
1. Нестабильность (на некоторых участках суши силы ветра может быть недостаточно для выработки необходимого количества электроэнергии).
2. Невысокий выход электроэнергии (ветровые генераторы производят гораздо меньше электроэнергии, чем дизельные, поэтому необходима установка сразу нескольких турбин).
3. Высокая стоимость (стоимость установки, производящей 1 мега-ватт электроэнергии, составляет 1 миллион долларов).
4. Опасность для дикой природы (согласно статистике, лопасти каждой установленной турбины являются причиной гибели не менее 4 особей птиц в год).
5. Шумовое загрязнение может причинять беспокойство диким животным и людям, проживающим поблизости.
В настоящее время ВЭС установлены более чем в 50 странах мира, а их мощность растет из года в год. (Приложение 3)
На территории нашей страны тоже работают ветровые энергетические установки для получения электрической энергии в промышленных масштабах: Зеленоградская ветровая установка, расположенная в Калининградской области; Останинская, Тарханкутская и Сакская – на полуострове Крым. В настоящее время на стадии проектирования и строительства, находятся 22 ветровые энергетические установки. (Приложение 4)
1.3. Энергия Солнца.
Характеристика солнечная энергетика (гелиоэнергетика).
Достоинства.
Общедоступность и неисчерпаемость источника.
Полная безопасность для окружающей среды.
Недостатки.
Зависимость от погоды и времени суток, необходимость аккумуляции энергии.
Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов.
Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли.
Энергию солнца люди научились использовать не так давно. Но в наше время практически каждый может собрать и получить свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях. Придумано много вещей на солнечных батареях: игрушки, калькуляторы, машины, самолеты, солнечные электростанции. Конструируют дома на солнечных батареях и сооружают СЭС. Уже в настоящее время солнечные батареи являются не только источником электроэнергии, но и архитектурным украшением города. (Приложение 5)
Наиболее крупными СЭС в нашей стране являются: Орская им. А. А. Влазнева в Оренбургской области; Бугульчанская в Республике Башкортостан; на полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций.
В ХМАО в д. Никулкино Кондинского района вмарте 2018 г. была построена и введена в эксплуатацию солнечная электростанция. По прогнозам, это позволит улучшить экологическое состояние района и сэкономит расходы по выработке электроэнергии. (Приложение 6)
1.4. Механическая энергия (мускулы человека).
Электричество можно получить и от силы человека.
Достоинства этого метода.
Общедоступность и неисчерпаемость данного источника.
Полная безопасность для окружающей среды.
Возможность использовать при любых погодных условиях.
Недостатки:
1.Малое количество вырабатываемой энергии.
2. Накопление усталости в мышцах человека.
В настоящее время над недостатками данного метода трудятся учёные. На сегодняшний день изобретён велосипед: человек крутит педали, в результате чего вырабатывается электроэнергия.
1.5. Энергия воды
Характеристика энергии, получаемой на гидроэлектростанции.
Достоинства.
Не выделяет вредных веществ в окружающую среду.
Очень дешёвая электроэнергия.
Быстрый выход на получение энергии.
Недостатки.
Затопление пахотных земель.
Строительство возможно только там, где есть большие запасы воды.
Влияет на экосистемы рек.
Гидроэнергетика наиболее распространена на территории России. В настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС, установленными на реках, в разных регионах страны, превышает 20 % от общей энергосистемы РФ.
В нашей стране используют ещё и энергию приливов для производства электрической энергии. В Мурманской области со второй половины ХХ века работает Кислогубская приливная электростанция. (Приложение 7) В настоящее время ведётся разработка экономического обоснования и проектной документации по строительству подобных станций в Охотском и Белом морях.
2. Практическая работа.
2.1. Получение энергии ветра.
Используя конструктор «Знаток», я смоделировал ветроэнергетический агрегат, соединив проводник тока с генератором энергии и светодиодом.
Я направлял на пропеллер воздух (дул на него). Чем быстрее крутился пропеллер, тем больше энергии вырабатывалось. От моего моторчика работал светодиод. (Приложение 8)
Вывод. С помощью ветра можно получить энергию.
2.2 Получение солнечной энергии.
С помощью конструктора я получил энергию солнца.
Для этого мне понадобились: плата, провода, солнечный аккумулятор, светодиодная лампа. Чем ярче светило солнышко (роль солнышка выполняла лампа накаливания), тем больше энергии вырабатывалось, тем ярче светилась лампочка. (Приложение 9)
Вывод. Можно получить электричество от энергии Солнца.
2.3. Механическая энергия (мускулы человека).
Электричество можно получить и от силы человека.
Для этого мне понадобились: провода, ручной генератор, светодиод.
Когда крутишь ручной генератор, загорается светодиод. Но человек не может долго крутить ручку генератора, он устает. Поэтому есть автоматические системы. Даже есть такие велосипеды, когда человек крутит педали, вырабатывая энергию. (Приложение 10)
Вывод. Вращая ручку генератора, можно получить энергию.
2.4. Энергия воды.
Мне стало интересно, смогу ли я добыть энергию при помощи воды?
Для этого мне понадобились: водяное колесо, провода, мультиметр, светодиод.
От силы водяного потока, который был направлен на водяное колесо, зависела сила выработки энергии.
От моего моторчика вырабатываемую энергию можно было увидеть на мультиметре, т. к. потока воды, который я использовал, не хватило для выработки энергии, необходимой для возгорания светодиода. (Приложение 11)
Вывод. С помощью воды можно получить электроэнергию.
2.5. Изготовление модели прибора, работающего на альтернативном источнике энергии.
На основании проделанных опытов, я сделал вывод, что энергия, полученная от солнечной батареи, более доступна и эффективна для применения в быту. Используя конструктор, я смастерил ночник «Маяк» и модель самолёта, которые работают от солнечной батареи. (Приложение 12)
Заключение
В информационных источниках я прочитал о том, что использование альтернативных источников энергии приведёт к возобновлению природных ресурсов и сохранению окружающей среды.
Изучая особенности альтернативной энергетики,узнал о возможности перехода одной энергии в другую и определил опытным путём четыре основных альтернативных источника получения энергии: ветер, вода, механическая и солнечная энергии.Количество энергии, которое получается при использовании альтернативных источников, зависит от силы, скорости, яркости этих источников.
Исследования подтвердили, что альтернативные источники энергии можно использовать не только в промышленных масштабах, но и в повседневной жизни. Эти источники энергии найдут применение там, где нет рядом традиционных электростанций (дача, базы в горах и т.д.).
Полученные знания и выводы я использовал для изготовления светильника, который освещает мою комнату, и модели самолёта, который может служить индивидуальным мини вентилятором.
Моя гипотеза о том, что альтернативные источники энергии можно использовать и для дома подтвердилась. Альтернативные способы получения, передачи и использования энергии распространены не так широко, как традиционные, но представляют большой интерес из-за выгодности их использования. За ними будущее энергетики.
Список использованных источников и литературы
Евсеевичева, А.Н. Свет и звук. Как это работает. Справочное издание/ А.Н. Евсеевичева. – М.: Из-во ОЛМА Медиа Групп, 2014. – 63 с.
Юдасин, Л.С. Энергетика: проблемы и надежды/Л.С. Юдасин. - М.: Из-во «Просвещение», 1990. – 205 с.
Альтернативные источники энергии. Рубрика: новости альтернативной энергетики [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://alter220.ru/news/alternativnye-istochniki-energii.html, свободный.
4. Солнечная энергетика и солнечные батареи. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://solar-battery.narod.ru., свободный.
Начало формы
Приложение 1
Приложение 2
По данным Минэнерго доля альтернативной энергетики в нашей стране занимает примерно 1%. К 2020 году планируется увеличить этот показатель до 4,5%.
Приложение 3
Данные Европейской Ассоциации ветровой энергетики использования ветроэнергетических установок
|
Страна |
Доля от использования других нетрадиционных источников энергии |
|
Дания |
20 % |
|
Португалия |
11 % |
|
Ирландия |
9 % |
|
Германия |
7 % |
|
Россия |
0,008 % |
Приложение 4
Зеленоградская ВЭС, Калининградская область Ветряные генераторы в Дании
Приложение 5
Изобретение Андре Броссела (Германия). Фотоэлектрический коллектор Rawlemon – не только функциональный поставщик энергии, но и архитектурное украшение города! Экономично, экологично, эстетично!
Приложение 6
Открытие солнечной электростанции в Кандинском районе ХМАО – Югры.
Приложение 7
Гидроэлектростанция на реке Ангара в районе города Братска
(Иркутская область)
Кислогубская приливная электростанция в Мурманской области
на побережье Баренцева моря
Приложение 8
Опыт. Получение энергии ветра.
Приложение 9
Опыт. Получение солнечной энергии.
Приложение 10
Опыт. Получить электричество можно от силы человека.
Приложение 11
Опыт. Получение энергии при помощи воды
Приложение 12
Ночник «Маяк» на солнечной батарее
Использование солнечной энергии для запуска пропеллера