Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Научно-исследовательская работа:"Альтернативные источники энергии.Энергия ветра."
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Физика

Научно-исследовательская работа:"Альтернативные источники энергии.Энергия ветра."

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ Н 21 марта аучно.doc

библиотека
материалов

МБОУ ЧСОШ им. Н.К.Аносова.


Научно-исследовательская работа по физике







«Энергия ветра».








hello_html_m73bcbbd1.png


Автор работы: Жихарев Л. Ученик 9 класса.

Руководитель: Учитель физики Фролкина О.П.





2012


Содержание.


Введение

1 Актуальность……………………………………………3

2.Цель и задачи……………………………………………6

Теоретическая часть.

НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА (альтернативная)

3.Приливные электростанции……………………………7

4.Энергия волн…………………………………………….7

5.Геотермальная энергия………………………………….8

6.Солнечная энергия………………………………………9

7. Ветроэнергетика………………………………………..10

8. Целесообразность использования энергии ветра….15

9. Экспериментальная часть……………………………...17

Заключительная часть.

10.Список литературы……………………………………24























Теоретическая база проекта

« Нетрадиционная энергетика»

нетрадиционная потому, что

не везде ещё у нас есть традиция -

беречь родную природу.

Разуваев В.А.



АКТУАЛЬНОСТЬ


В начале ХХI века человек все чаще стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Можно выделить много составляющих, которые играют важнейшую роль в жизни людей, но все-таки особое место в ней занимает, конечно, энергетика. hello_html_m1f09f0d3.gif


За год мы сжигаем от 9 до 20 млрд. тонн топлива. 75% всей потребляемой энергии составляют полезные ископаемые (34% - нефть, 25% - уголь, 19% - природный газ); 5% остальной потребляемой энергии – атомные

ЭС; 6% - ГЭС; 11% - от других источников энергии.

Энергетика служит основой любых процессов во всех отраслях народного хозяйства, главным условием создания материальных благ, повышения уровня жизни людей.

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

Однако в последнее время все человечество сталкивается с проблемой нехватки электроэнергетики. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с все нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным (альтернативным источникам энергии).


hello_html_18501333.gif

В последнее время многие страны стремятся найти альтернативные источники энергии, сделать их менее затратными. Казалось, экономический кризис затормозил финансирование такого рода проектов. Но сейчас забота об экологии стала попыткой спасти планету.

Но если раньше угроза жизни при использовании невозобновляемых источников энергии выражалась только в ухудшении климата и экологической обстановки, а также находила отражение в статистических прогнозах ученых, то трагические события в Японии в 2011 году заставят многие страны пересмотреть свою энергетическую политику. Использование атомной энергетики – один из самых быстро окупаемых способов добычи энергии. При нормальных условиях АЭС не так сильно загрязняет атмосферу: процент вредных выбросов сравнительно невысок. И до недавних событий потенциальная опасность их использования компенсировалась полученной выгодой. Но, к сожалению, природа доказала обратное: АЭС представляют огромную опасность для жизни и здоровья людей по всему земному шару.

Газ и нефть – тоже не самый лучший вариант. Их использование приводит не только к разрушению озонового слоя и, как следствие, таянию арктических льдов, но и к экологическим катастрофам. Разливы нефти в результате потопления нефтяных танкеров происходят довольно часто, а утечка нефти в Мексиканском заливе погубила целую экосистему. Стоит отметить, что купаться в черном золоте нам осталось недолго, запасов нефти и газа хватит лишь на 150 лет.

Прогресс не стоит на месте, и сейчас все большее внимание уделяется альтернативным и возобновляемым источникам энергии. К наиболее распространенным видам относятся солнечная энергия, биотопливо и ветроэнергетика.

В своей работе я хочу рассмотреть один из видов альтернативной электроэнергетики - это использования энергии ветра.

Я считаю, что важность скорейшего перехода к альтернативной электроэнергетики в следующих причинах:

Глобально-экологический кризис. Сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в частности ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI века.

  • Политическая сторона вопроса. Та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную электроэнергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы.

  • Экономическое значение нетрадиционных источников. Переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, а на традиционную постоянно растут.

  • Социальная сторона. Численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства атомных электростанций (АЭС) и гидроэлектростанций (ГРЭС), где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей нас среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, - всё это увеличивает социальную напряженность.

  • Эволюционно-исторический подход. В связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.


Сейчас в РФ за счет нетрадиционных источников (это солнце, ветер, океанические приливы, тепло земных глубин) получают 1% энергии, что конечно очень мало. Я своей работой хочу обратить внимание на эту проблему.

Вариант получения альтернативной энергии как дополнительный используется при любом сценарии, тем не менее, наиболее последовательные футурологи-экологи убеждены, что к 2030 – 2050 гг. нетрадиционные источники энергии будут основными, а традиционные, напротив, потеряют свое значение.

Проблемы современной энергетики

Коренной проблемой современной мировой экономики является недостаток и высокая стоимость почти всех традиционных видов сырья и материалов, топлива и электроэнергии.





Цель:

1.Рассмотреть различные источники энергии

2.Изучить устройство ветродвигателя, их виды и принципы работы.

3..Изготовить и изучить роторы различной конфигурации

Задачи работы:

1.Выяснить, какая из имеющихся турбин наиболее полно использует энергию ветра.

2.Определить, какую из них выгоднее использовать в районах с непостоянными ветрами средней мощности.

(в частности в Тульская область)









































НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА (альтернативная)


Приливные электростанции (ПЭС)

Потребность человека в энергии имеет не равномерный, а волнообразный характер: днем больше, ночью меньше. Таким образом, задача заключается не в том, чтобы выровнять поток приливной энергии, а в том, чтобы совместить «волны» потребления с волнами прилива. Говоря о приливной энергетике, нельзя не упомянуть ее недостатки, в частности, отрицательное воздействие на окружающую среду. Проходные рыбы – такие, как угорь и лососевые, - используют устья рек для икрометания. Заграждение этих мест плотинами препятствует нересту и может вызвать массовый замор рыбы. Кроме того, заграждения изменяют картину приливов и отливов, что также губительно действует на флору и фауну. Тем не менее, ущерб от ПЭС, конечно, меньше, чем от теплоэлектростанций.

hello_html_3ae6712b.jpg


ЭНЕРГИЯ ВОЛН


Существует несколько проектов использования энергии волн. В Великобритании доктор Ст. Солтер из Эдинбургского университета изобрел наиболее совершенный преобразователь энергии волн. Это аппарат с лопастями длиной более 18 м, расходящимися под углом от общей оси и качающимися вместе с волнами. hello_html_m27718bf6.jpg


Энергию волн в небольших масштабах уже используют в Японии. Там более 300 буев и маяков питаются электроэнергией, вырабатываемой генераторами, приводимыми в движение морскими волнами. В Мадрасском порту в Индии успешно действует плавучий маяк, на котором установлен электрогенератор, приводимый в действие энергией морских волн.

В настоящее время волногенераторы используются чаще всего для энергоснабжения навигационных буев и радиомаяков. Япония начала их эксплуатацию в 1965 году, несколько позже была построена опытная волновая ЭС мощностью 125 кВт с перспективой до 1250 кВт. Работы по созданию станций такого типа ведутся в России, Швеции, США, Англии и других странах. В Норвегии в 1985 году около Бергена построена первая станция такого типа мощностью 200 кВт, где в дальнейшем предполагается установить серию таких агрегатов и значительно увеличить мощность.

Трудности по созданию волновых электростанций связаны с неравномерностью их работы, биологическими и другими загрязнениями рабочих органов и водопропускных каналов (обрастание водорослями, ракушками, солями), разрушением вследствие коррозии и т.п. Достоинство их – полная экологическая чистота и возможность работы в автоматическом режиме.


ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

hello_html_m373e20e3.jpghello_html_662176f.jpgЕще в конце 20-х гг. человечество начало использовать и гидротермальную энергию, т.е. энергию, источником которой служит разница температур морской воды из верхних и нижних горизонтов.

Если солнечная энергия падает на нас с неба, то геотермальная находится у нас под ногами. Остается только нагнуться и взять ее. Поток этой энергии огромен. За год к поверхности Земли поступает 4·10^17 кВт/час тепловой энергии или 16·10^23 Дж, 90% ее поступает за счет теплопроводности пород литосферы, 10% вместе с лавой, горячим паром, водой и газами. Верхняя часть земной коры имеет температурный градиент 20 - 30С на 1 км глубины, в некоторых местах - 1С на 2 –30 м. и даже на 2 – 3 м. На земле довольно много мест, где имеются термальные источники и большие температурные градиенты. Это часть районов России (Камчатка, Карпаты, Кавказ), Исландии, Новой Зеландии и США, а также других стран, имеющих на своей территории горные массивы.

Все геоТЭС используют естественные термальные воды с температурой от 90 до 200С и давлением пара от 3 до 6 МПа. Используется эффект резкого падения давления в потоке воды, выходящей на поверхность, Вода при этом вскипает и превращается в пар из-за резкого падения давления. Пар после отделения от воды в сепараторе направляется в турбогенератор.

ГеоТЭС значительно экономичнее других типов электростанций, капитальные затраты на их строительство составляют примерно 1/3 от ТЭС, они могут работать без обслуживающего персонала в автоматическом режиме, стоимость энергии на 1/3 меньше, чем на станциях другого типа.

Но геотермальные районы, как правило , сейсмически активны и удалены от потребителя, термальные воды обычно сильно минерализованы и коррозионно-активны, также геоТЭЦ представляют и экологическую опасность, если они работают на закачиваемой воде, т.к. возникает проблема хранения и переработки отработанных вод, насыщенных солями.


hello_html_m699010c7.png

Благоприятны, например, условия для использования гидротермальной энергии на Кубе. В одной из здешних бухт большие глубины со значительным перепадом температур воды подходят к самому берегу. Насосы накачивают здесь воду с поверхности моря (она имеет температуру около 27 градусов Цельсия) в испаритель. В испарителе с частичным вакуумированием образуется пониженное давление, в результате чего вода превращается в пар при температуре около 30 градусов Цельсия. Полученный пар вращает лопасти турбин, соединенных с генераторами. Отработанный пар попадает в конденсатор, для охлаждения которого подают воду с глубины (ее температура 14 градусов Цельсия)

.

Солнечная энергетика

Первая в мире солнечная батарея была сконструирована Чарльзом Фриттсом в 1883 г., а впервые электрический ток с помощью солнечных батарей был получен лишь в 30-е гг. прошлого столетия. КПД не впечатлял – всего 1%. Небольшой коэффициент полезного действия и сейчас остается проблемой при использовании этого вида энергии. Обычно он достигает 10–25%.

  hello_html_m4d3a4d14.jpghello_html_m2fdcb179.png

Из-за маленького КПД нужны гигантские площади батарей. Для выработки такого же количества энергии, как при использовании АЭС, необходимо увеличить нынешнюю площадь элементов в 10 раз! И еще, поскольку солнечная энергетика требует развитой инфраструктуры, это, как ни странно, самый дорогой из всех альтернативных видов энергии. Да и применять этот вид получения энергии его можно не везде – только в странах с большим количеством солнечных дней в году. Лидерами по использованию этого вида энергии являются Германия (5,76 тыс. МВт), Индия (4,13 тыс. МВт) и Испания (2,3 тыс. МВт).







ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА

Можно экономить при расходовании энергоресурсов или же найти источники энергии, которые бы никогда не кончались. И их нашли: это солнце, ветер, вода, земля. По темпам прироста ветроэнергетика обгоняет все другие альтернативные источники.




hello_html_m55e5a788.jpg

Человечество в течение тысячелетий почти до XX века довольно интенсивно пользовалось энергией ветра для мореплавания, hello_html_m336c4f1b.png

помола зерна,

hello_html_1c9595a6.jpg


подъема воды и много другого. В XX веке использование ветра практически прекратилось в связи с появлением тепловых двигателей и электромоторов. Однако в связи с истощением доступных запасов нефти и загрязнением окружающей среды интерес к ветроэнергетике в последние годы возродился и, вероятнее всего, будет расти.

Началом развития ветроэнергетики можно считать 1850 год, когда датчанин Ла Кур построил первый ветрогенератор. Сегодня в Дании действует более 2000 ветроэнергоустановок, и она является основным экспортером этого вида генераторов.

В России в 1931 г. была построена самая крупная по тем временам ВЭС мощностью 100 кВт с диаметром крыльчатки 30 м.

Сейчас на долю ветровых электрогенераторов приходится примерно 2% от общего количества вырабатываемой электроэнергии в мире.

hello_html_m70664e78.jpg

Эта американская ветровая электростанция находится в Калифорнии. Ее площадь составляет 130 квадратных км. Tehachapi Pass считается одной из крупнейших ветровых электростанций по количеству ветротурбин: их число составляет примерно 5000, а их максимальная совокупная мощность равна 690 МВт. Минимальная скорость ветра, необходимая для работы этого устройства, составляет 3 м/с.

(Скорость ветра, например 8 м / сек (пригодна для промышленного использования), соответствующей скорости движения автомобиля 29 км / ч, при скорости ветра 20 м / сек - 72 км / ч.)

Существует ряд проблем, связанных с использованием ветрогенераторов. Во-первых, необходимо предусмотреть альтернативные источники энергии на случай безветрия. Во-вторых, не все природные ландшафты подходят для размещения ветряных электростанций. Но в целом многие страны довольно успешно используют энергию ветра. В США мощность вырабатываемой энергии на ветряных электростанциях в 2010 г. составила 22,3 тыс. МВт, в Германии – 16,3 тыс. МВт, в Китае – 15,9 тыс. МВт.


hello_html_4b68b2b4.jpg


 Важным является экологический аспект ветроэнергетики. По данным Global Wind Energy Council к 2050 году эта отрасль поможет уменьшить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн .

Использование зеленой энергии в России

 Сейчас доля зеленой энергетики в России составляет менее 1%. Самое большое количество энергии, получаемой из альтернативных источников, приходится на биотопливо, затем – на энергию ветра, а самое мизерное – на солнечную энергию. Статистика неутешительна: по использованию зеленой

энергии Россия занимает 54-е место из 84hello_html_24b26bca.png.

hello_html_32475145.jpg






К ветровой энергии как возобновляемому источнику энергии наибольший интерес проявляется в Германии, США, Дания.

 До сих пор в нашей стране введено лишь 16,5 МВт крупных ветростанций, и их доля в производстве электроэнергии менее 0,01%.

На Земле имеются обширные районы, где постоянно дуют устойчивые ветры. Почти 40% территорий России удобно для установки ветровых преобразователей, общая мощность которых может достичь 100 млрд. кВт.

В России, за последние десятилетие, построено и пущено в эксплуатацию лишь несколько ветряных электростанций.

В Башкортостане установлены четыре ветряных электростанции мощностью по 550 кВт.

В Калининградской области, смонтировано 19 установок. Мощность парка ветряных электростанций составляет ~5 МВт.

На Командорских островах возведены две ветротурбины по 250 кВт.

В Мурманске вошла в строй ветроустановка мощностью 200 кВт.

Российская Федерация — это страна с большой территорией, расположенной в разных климатических зонах, что определяет высокий потенциал использования ветряных электростанций. Технический потенциал составляет более 6200 миллиардов киловатт часов, или в 6 раз превышает всё современное производство электроэнергии в нашей стране


hello_html_64d0826f.jpg



Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся оффшорные ветряные электростанции. hello_html_14c7b4ce.jpg Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.

Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

В наше время успешно работают станция «Куликово» (5,1 МВт) в Калининградской области, ветроэлектрический парк «Заполярный» (2,5 МВт), станция «Тюпкильды» в Башкирии (2,2 МВт) и Ростовская ВЭС (0,3 МВт), на Чукотке действует Анадырская ВЭС (2,5 МВт).

В целях поддержки малой генерации с использованием возобновляемых источников энергии, ОАО «Мосэнергосбыт», совместно с ООО «Первая зеленая генерирующая компания» и концерном «ЕФН АГ» (Австрия), в начале 2011 года запустили проект «Зеленая энергия» на территории г. Москвы.

hello_html_m354173e2.jpghello_html_m5a73bf40.jpg

Ветряные турбины.

Целесообразность использования энергии ветра.


Голландские изобретатели пришли к выводу, что ветряки могут поддерживать напряжение в электросети на постоянном уровне. Мощная электроника, установленная на ветрогенераторе, может эффективно корректировать пики или колебания напряжения в сети розетки. Кроме того, это направление отражает глобальную концепцию перестройки энергосистем на более сберегательный расход топлива, при одновременном увеличении энергетической мощности. 
   Современные 
ветроэлектрогенераторы - хороший способ решения проблем, связанных с колебанием напряжения в сети. Такие колебания происходят, когда спрос на энергию неожиданно увеличивается или из-за уменьшения поставок электропитания. Инженеры-электрики основывают свои выводы на модели, созданной для изучения колебания напряжения в электросети от секунды до нескольких минут. Сейчас поддержание стабильности напряжения в сети находится полностью в компетенции электростанций. В будущем постоянство и стабильность энергии будут более важны, общий спрос на энергию возрастет, поэтому ветроэлектростанции и другие альтернативные источники получения энергии будут вынуждены помогать стабилизировать напряжение сети основным электростанциям. 

Большинство нынешних ветрогенераторов оборудованы мощными преобразователями электричества, которые гарантируют, что они всегда будут давать одинаковое напряжение, независимо от скорости вращения лопасти генератора под действием ветра. Электронная система ветрогенератора позволяет разумно использовать свойства переменного тока, где колебания напряжения происходят сотни раз в секунду. От ветрогенератора электричество посылается в сеть в то время, когда она загружена.В то же время, когда ветра нет и лопасти турбин ветрогенераторов не вращаются, их электроника производит энергию из сети за счет работы других электростанций, независимо от энергии ветра.


hello_html_7e078fe4.jpg


Каждый киловатт-час «зеленой энергии» избавляет окружающую среду от более 450 граммов выбрасываемого в атмосферу углекислого газа. «Зелёная энергия» получается из различных возобновляемых ресурсов, например: солнечная энергия, энергия ветра, энергия вод.


  • hello_html_m173cbd0d.jpg. Улицы поселка, территории вокруг домов могут освещаться «зелеными» фонарями, работающими на альтернативных источниках энергии — ветрогенераторах и солнечных батареях, в течение светового дня в батарее накапливается энергия солнца, а если есть ветер, то зарядка аккумулятора будет происходить постоянно.


hello_html_mffee089.jpgЭто зарядное устройство для мобильного телефона получающее заряд как от солнечного света, так и от ветрового потока. Час заряда от солнца или ветра позволит говорить по мобильному телефону в течение 30 минут или слушать музыку до 300 минут.

hello_html_f7445fc.jpgОператор сотовой связи "Мегафон" начал строить базовые станции, где генератором энергии является ветер. Первые станции установлены мегафоном в Красноярсоком крае. Рядом с базовой станцией установлен ветряк с генератором в 6 кВт, что обеспечивает до 85% потребности в энергии. 


 Ветер – носитель огромного количества энергии. Он дует практически во всех уголках нашей планеты, и трудность состоит лишь в том, чтобы использовать его энергию наиболее эффективно.

Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра. Ветряные мельницы с крыльями парусами из ткани первыми начали сооружать персы свыше 1,5 тыс. лет назад. Затем ветряные мельницы появились в Китае, а уж потом они попали в Европу. Первый ветроэлектрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г.

Ветряные двигатели делятся на двигатели имеющие горизонтальную и вертикальную ось вращения .Горизонтальные бывают: однолопостные, двух, трехлопастные, многолопостные ,двигатели имеющие вертикальную ось вращения различаются по принципу действия( ротор Даррье, ротор Савенуса).

hello_html_m6c40677f.gif


Практическая часть исследования


Необходимо сказать: Полноту использования турбиной энергии ветра определяет си-пи-фактор - величина, равная отношению мощности, вырабатываемой турбиной, к мощности проходящего через неё воздушного потока. Си-пи-фактор зависит от конфигурации турбины.

Экспериментальная часть.

Для изучения различных характеристик, свойств и определения си-пи-фактора турбин я изготовил их действующие модели, а так же станок в который помещаются турбины. Искусственный ветер я

создавал жестяным винтом, зажатым в патрон электродрели.


hello_html_m30052a1c.jpg



hello_html_5af5e9ae.jpghello_html_7d696132.jpghello_html_1c761ca4.jpghello_html_m331311fa.jpg


ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ МОДЕЛЕЙ ВЕТРЯНЫХ ТУРБИН.


Для этого требуется:

1.велосипедные спицы 3 шт,

2.кусок белого отделочного пластика, банка из под таблеток,

3.тонкие бамбуковые палочки,

4.тонкая алюминиевая фольга,

5.упаковка от бахил,

6. винные пробки,

7.белая водоэмульсионная краска,

8.нитки,

9. клей.

Изготовление модели № 1:

1.Вырезать из кусочка тонкого пластика 2 одинаковые лопасти.

2.Приклеить к каждой лопасти по бамбуковой палочки заточив ее конец.

3Ножом придать винной пробке нужную форму и воткнуть в нее по бокам бамбуковые палочки так чтобы лопасти располагались под углом 35 -40 градусов к оси вращения.

4.С клеем надеть пробку на прямую ось – спицу.

5.Спереди надеть на пробку носовой обтекатель ракеты и обклеить их алюминиевой фольгой.

Изготовление модели № 2 аналогично.

Изготовление модели № 3

Лопасти турбины я сделал из разрезанной вдоль банки из под таблеток. Затем ,я продел через них куски велосипедных спиц, а спицы закрепил на оси с помощью ниток и клея.

Изготовление модели № 4:

Эту модель турбины я почти полностью изготовил из пенопласта. Сначала вырезал из пенопласта длинную рейку, затем обточил ее на станке ,придав нужный аэродинамический профиль, разрезал на 3 части и приклеил их к двум пенопластовым кружкам. Для того ,чтобы крепче закрепить турбину на оси, я приклеил к ней два кусочка пробки, через них продел ось. Покрасил.

Все эти модели имеют ось одинакового диаметра.


hello_html_m347e6d63.jpg


В 1 эксперименте.


hello_html_be21b25.jpg

Для определения си пи фактора я измерил скорость вращения турбины, силу, площадь захватываемого потока.


Скорость вращения турбины я определил с помощью обрезиненного колесика,,которое перекатывается по вращаюшейся оси турбины. Колесико вращается в42 раза медленнее турбины( из-за разности диаметров)

Силу турбины я определил с помощью нитки, которая наматываясь на ось турбины создает тягу. Ее я измерял динамометром..


По результатам эксперимента модель №1 турбины с горизонтальной осью вращения имеет скорость =1512 оборотов в минуту, силу – 3 Н, площадь захватываемого потока – 450 кв. см.

По формуле Cи-пи-фактора при постоянной скорости ветра получил :

(c-p)=(V F k)/SU =0,41 , (V – скорость, F – сила, k – коэффициент =0,15 , S-площадь потока, захватываемого турбиной, U - скорость ветра)





Во 2 эксперименте


hello_html_m4001efd2.jpg hello_html_5a36a266.jpg

Измерив характеристики многолопастной турбины №2 с горизонтальной осью вращения, я выяснил, что ее площадь = 270 кв.см., скорость – 1228 оборотов в минуту, сила – 1,8 Н.

Си-пи-фактор =0,3

Турбина улавливает даже очень слабый ветер.


В 3 эксперименте

hello_html_10087785.jpghello_html_m4a057ad0.jpg

Я измерил характеристики у модели ротора Савониуса (турбины №3) с вертикальной осью вращения: скорость = 378 оборотов в минуту, площадь – 333кв. см., сила - 5Н. си-пи-фактор =0,2


Принцип действия этой турбины заключается в том, что некоторые тела с разных сторон поток воздуха обтекает с различным сопротивлением. Так, сила ветра, действующего на лопасть с вогнутой стороны в 4раза больше, чем сила, действующая на нее с выпуклой стороны.

Ротор хорошо работает при слабых и средних ветрах.





  1. Эксперимент


hello_html_m17d3f2f8.jpghello_html_5ee79cb.jpg


Турбины данного типа (ротор Дарье) действуют за счет аэродинамического профиля ее лопастей. К сожалению, чтобы турбина хорошо работала, необходимо очень точно соблюсти все пропорции, поэтому модель №4 имеет маленький си-пи-фактор (c=0.1), и судить по ней обо всех роторах данного типа не целесообразно. Но все же модель имеет некоторые качества прототипа: до конечной скорости она разгоняется за 5-10 секунд, хорошо работает только при сильном ветре, и кроме того, имеет стопорные положения, поэтому, чтобы «завести» турбину, необходимо ее раскрутить.

Значит, при наших непостоянных ветрах ее исполь зовать невыгодно.



Геликоидная турбина.


hello_html_5d87e041.jpg

Недостатком ротора Дарье является то, что он «срабатывает» только в определенных положеиях. Этот недостаток можно исправить, загнув лопасти по спирали. Геликоидная турбина не имеет стопорных положений, сама стартует, но все же, хорошо работает только при сильном ветре, то есть не подходит к нашему району. Кроме того, она очень дорога в изготовлении.



  1. Эксперимент

  2. hello_html_m6bcb353f.jpgмодель1hello_html_64871fbd.jpgмодель2 hello_html_m205e8555.jpgмодель 3

По результатам экспериментов можно смело судить о преимуществах малолопастных турбин с горизонтальной осью вращения, но для окончательного вывода необходимо измерить си-пи-факторы турбин при слабых ветрах. Оказывается, при ветре=0.5 м/с скорость модели №4 в 1.3 раза больше, чем скорость турбины №1 при том же ветре, а силы, не смотря на разницу в площадях потока, равны .

Я также измерил силу и скорость турбин при ветре равном 1;1.5 ; 2 и 3 м/с и составил график зависимости си-пи-фактора от скорости ветра (м./с.)


hello_html_m259a22b4.jpg

Вывод


  1. В ходе работы я изучил свойства ветроколес различных конфигураций и, проведя все необходимые эксперименты, пришел к выводу, что наиболее полно энергию ветра используют малолопастные турбины с горизонтальной осью вращения. В районах со средней скоростью ветра меньшей 1,6 –1,7 м./с. лучше работают многолопастные роторы, но если скорость ветра больше, лучше использовать турбины с небольшим количеством лопастей. Географическое расположение п. Черепеть позволяет использовать энергию ветра как для зарядки аккумулятора, так и для механизации водоснабжения потребителей, орошения огородов, полей.

  2. Очевидна экономическая выгода использования ветродвигателя для фермерских хозяйств и жителей частного сектора.

  3. Наиболее выгодно использовать ветродвигатели со следующими характеристиками: малолопастные, на подвижной опоре.

  4. Для энергоснабжения частного дома можно использовать ветровую установку, собранную собственными руками. .
    С помощью такого устройства можно полностью перейти на независимое энергоснабжение. В зависимости от потребляемой  электроэнергии  и среднегодовой силы ветра на участке - можно собрать второй и т.д. ветряк

  5. Преимущества ветровой установки:

 Независимое электроснабжение;

 Абсолютная экологичность выбранного источника энергии;

Отсутствие вредных выбросов в атмосферу, воду, землю.

Ветер может обогреть жилище.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Я считаю, что применение ветроустановок для энергоснабжения отдельных домов вполне доступно для обычного человека с изобретательным умом и умелыми руками.




СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Ветровая энергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.

  2. Володин В.В. Энергия, век двадцать первый. – М.: Детская литература, 2001.

Гидроэнергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.

  1. Козлов В.Б. Энергетика и природа. – М.: Мысль, 1973.

  2. Мякишев Г.Я.:Физика:учеб.для 11 кл. общеобразоват.учреждений/М.:Просвещение

  3. Биоэнергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.

  4. Геотермальная энергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.

8.http://depedu.tyumen-city.ru/html/energy/index

9.http://900igr.net/

10.http://nsportal.ru/

11.http://www.all-generator.ru




24


Выбранный для просмотра документ Энерги.я ветра 27 марта.pptx

библиотека
материалов
Энергия ветра Работу выполнил : Ученик 9 класса МБОУ «ЧСОШ им. Н.К.Аносова»...
В начале XXI века человек все чаще стал задумываться о том, что станет основ...
АКТУАЛЬНОСТЬ Данная тема актуальна сегодня по следующим причинам: Глобальный...
В распоряжении правительства от 8 января 2009 г. поставлена задача по достиж...
Цель работы 1.Рассмотреть различные источники энергии. 2.Изготовить и изучить...
Задачи работы. 1.Изучить устройства ветродвигателей, их виды и принципы работ...
Энергия ветра Ветер – носитель огромного количества энергии. Он дует практиче...
Горизонтальная ось вращения Вертикальная ось вращения Классификация ветродви...
Си-пи-фактор Полноту использования турбиной энергии ветра определяет си-пи-фа...
Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, челов...
Экспериментальная часть Для изучения различных характеристик, свойств и опред...
Приборы и материалы: секундомер динамометры, винт нитки. электродрель.
Эксперимент № 1 По результатам эксперимента модель №1 турбины с горизонтально...
Эксперимент № 2 Измерив характеристики модели № 2 многолопастной турбины с го...
Эксперимент № 3 Я измерил характеристики у модели ротора Савониуса (турбины №...
Эксперимент №4 Турбины данного типа (ротор Дарье) действуют за счет аэродинам...
Геликоидная турбина Недостатком ротора Дарье является то, что он «срабатывает...
Си-пи-фактор моделей.
Эксперимент №5 По результатам экспериментов можно смело судить о преимущества...
Выводы В ходе работы я изучил свойства ветроколес различных конфигураций и, п...
График зависимости си-пи-фактора от скорости ветра (метры в секунду).
Достоинства Недостатки Доступность Скорость ветра может изменяться непредска...
АКТУАЛЬНОСТЬ Данная тема актуальна сегодня по следующим причинам: Глобально-э...
25 1

Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Описание презентации по отдельным слайдам:

№ слайда 1 Энергия ветра Работу выполнил : Ученик 9 класса МБОУ «ЧСОШ им. Н.К.Аносова»
Описание слайда:

Энергия ветра Работу выполнил : Ученик 9 класса МБОУ «ЧСОШ им. Н.К.Аносова» Жихарев Левиин. Руководитель: учитель физики Фролкина О.П.

№ слайда 2 В начале XXI века человек все чаще стал задумываться о том, что станет основ
Описание слайда:

В начале XXI века человек все чаще стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Можно выделить много составляющих, которые играют важнейшую роль в жизни людей, но все-таки особое место в ней занимает, конечно, энергетика. Энергетика служит основой любых процессов во всех отраслях промышленности, является главным условием создания материальных благ, повышения уровня жизни людей. Прогресс не стоит на месте, и сейчас все большее внимание уделяется альтернативным и возобновляемым источникам энергии.. К наиболее распространен- ным видам относится ветроэнергетика.

№ слайда 3 АКТУАЛЬНОСТЬ Данная тема актуальна сегодня по следующим причинам: Глобальный
Описание слайда:

АКТУАЛЬНОСТЬ Данная тема актуальна сегодня по следующим причинам: Глобальный экологический кризис. Сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий. Политическая сторона вопроса. Страна, которая в полной мере освоит альтернативную электроэнергетику, фактически перестанет зависеть от энергоресурсов других стран. Экономическое значение нетрадиционных источников. Переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны.

№ слайда 4 В распоряжении правительства от 8 января 2009 г. поставлена задача по достиж
Описание слайда:

В распоряжении правительства от 8 января 2009 г. поставлена задача по достижению к 2020 г . показателя генерации энергии на основе возобновляемых источников в 4,5% от общего числа всей производимой энергии в России. Почти 40% территорий России удобно для установки ветровых преобразователей, общая мощность которых может достичь 100 млрд. кВ.

№ слайда 5 Цель работы 1.Рассмотреть различные источники энергии. 2.Изготовить и изучить
Описание слайда:

Цель работы 1.Рассмотреть различные источники энергии. 2.Изготовить и изучить роторы различной конфигурации.

№ слайда 6 Задачи работы. 1.Изучить устройства ветродвигателей, их виды и принципы работ
Описание слайда:

Задачи работы. 1.Изучить устройства ветродвигателей, их виды и принципы работы. 2.Выяснить, какая из имеющихся турбин наиболее полно использует энергию ветра. 3. Определить, какую из них выгоднее использовать в районах с непостоянными ветрами средней мощности (в частности в Тульской области).

№ слайда 7 Энергия ветра Ветер – носитель огромного количества энергии. Он дует практиче
Описание слайда:

Энергия ветра Ветер – носитель огромного количества энергии. Он дует практически во всех уголках нашей планеты, и трудность состоит лишь в том, чтобы использовать его энергию наиболее эффективно. Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумался над тем, нельзя ли использовать

№ слайда 8 Горизонтальная ось вращения Вертикальная ось вращения Классификация ветродви
Описание слайда:

Горизонтальная ось вращения Вертикальная ось вращения Классификация ветродвигателей Количество лопастей Принцип действия

№ слайда 9 Си-пи-фактор Полноту использования турбиной энергии ветра определяет си-пи-фа
Описание слайда:

Си-пи-фактор Полноту использования турбиной энергии ветра определяет си-пи-фактор - величина, равная отношению мощности, вырабатываемой турбиной, к мощности проходящего через неё воздушного потока. Си-пи-фактор зависит от конфигурации турбины.

№ слайда 10 Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, челов
Описание слайда:

Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра. Ветряные мельницы с крыльями парусами из ткани первыми начали сооружать персы свыше 1,5 тыс. лет назад. Затем ветряные мельницы появились в Китае, а уж потом они попали в Европу. Первый ветроэлектрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г. Из истории ветроустановок.

№ слайда 11 Экспериментальная часть Для изучения различных характеристик, свойств и опред
Описание слайда:

Экспериментальная часть Для изучения различных характеристик, свойств и определения си-пи-фактора турбин я изготовил их действующие модели, а так же станок в который помещаются турбины. Искусственный ветер создавался жестяным винтом, зажатым в патрон электродрели. турбина№2 турбина №4 турбина № 1 турбина №3

№ слайда 12 Приборы и материалы: секундомер динамометры, винт нитки. электродрель.
Описание слайда:

Приборы и материалы: секундомер динамометры, винт нитки. электродрель.

№ слайда 13 Эксперимент № 1 По результатам эксперимента модель №1 турбины с горизонтально
Описание слайда:

Эксперимент № 1 По результатам эксперимента модель №1 турбины с горизонтальной осью вращения имеет скорость =1512 оборотов в минуту, силу – 3 Н, площадь захватываемого потока – 450 кв. см. Cи-пи-фактор при постоянной скорости ветра (c-p)=(VFk)/SU =0,41 (V – скорость, F – сила, k – коэффициент =0,15 , S – площадь потока, захватываемого турбиной U - скорость ветра)

№ слайда 14 Эксперимент № 2 Измерив характеристики модели № 2 многолопастной турбины с го
Описание слайда:

Эксперимент № 2 Измерив характеристики модели № 2 многолопастной турбины с горизонтальной осью вращения, я выяснил, что ее площадь = 270 кв.см., скорость – 1228 оборотов в минуту, сила – 1,8 Н. Си-пи-фактор =0,3 Турбина улавливает даже очень слабый ветер.

№ слайда 15 Эксперимент № 3 Я измерил характеристики у модели ротора Савониуса (турбины №
Описание слайда:

Эксперимент № 3 Я измерил характеристики у модели ротора Савониуса (турбины №3) с вертикальной осью вращения: скорость= = 378 оборотов в минуту, площадь – 333 кв. см., сила - 5Н. си-пи-фактор = 0,2.Принцип действия этой турбины заключается в том, что некоторые тела с разных сторон поток воздуха обтекает с различным сопротивлением. Так, сила ветра, действующего на лопасть с вогнутой стороны в 4раза больше, чем сила, действующая на нее с выпуклой стороны. Ротор хорошо работает при слабых и средних ветрах.

№ слайда 16 Эксперимент №4 Турбины данного типа (ротор Дарье) действуют за счет аэродинам
Описание слайда:

Эксперимент №4 Турбины данного типа (ротор Дарье) действуют за счет аэродинамического профиля ее лопастей. К сожалению, чтобы турбина хорошо работала, необходимо очень точно соблюсти все пропорции, поэтому модель №4 имеет маленький си-пи-фактор (c=0.1), и судить по ней обо всех роторах данного типа нецелесообразно. Но все же модель имеет некоторые качества прототипа: до конечной скорости она разгоняется за 5-10 секунд, хорошо работает только при силь- ном ветре, и кроме того, имеет стопорные положения, поэтому, чтобы «завести» тур- бину, необходимо ее раскрутить. Значит, пр при наших непостоянных ветрах ее испль- зовать невыгодно.

№ слайда 17 Геликоидная турбина Недостатком ротора Дарье является то, что он «срабатывает
Описание слайда:

Геликоидная турбина Недостатком ротора Дарье является то, что он «срабатывает» только в определенных положеиях. Этот недостаток можно исправить, загнув лопасти по спирали. Геликоидная турбина не имеет стопорных положений, сама стар- тует, но все же, хорошо работает только при сильном ветре, то есть не подходит для использования в нашем регионе. Кроме того, она очень дорога в изготовлении.

№ слайда 18 Си-пи-фактор моделей.
Описание слайда:

Си-пи-фактор моделей.

№ слайда 19 Эксперимент №5 По результатам экспериментов можно смело судить о преимущества
Описание слайда:

Эксперимент №5 По результатам экспериментов можно смело судить о преимуществах малолопастных турбин с горизонтальной осью вращения, но для окончательного вывода необходимо измерить си-пи-факторы турбин при слабых ветрах. Оказывается, при ветре=0,5 м/с скорость модели №2 в 1,3 раза больше, чем скорость турбины №1 при том же ветре, а силы, несмотря на разницу в площадях потока, равны . Я также измерил силу и скорость турбин при ветре равном 1;1,5 ; 2 и 3 м/с и составил график зависимости си-пи-фактора от скорости ветра (м./с.).

№ слайда 20 Выводы В ходе работы я изучил свойства ветроколес различных конфигураций и, п
Описание слайда:

Выводы В ходе работы я изучил свойства ветроколес различных конфигураций и, проведя все необходимые эксперименты, пришел к выводу, что наиболее полно энергию ветра используют малолопастные турбины с горизонтальной осью вращения. В районах со средней скоростью ветра меньшей 1,6 – 1,7 м./с. лучше работают многолотастные роторы, но если скорость ветра больше, лучше использовать турбины с небольшим количестаом лопастей.

№ слайда 21
Описание слайда:

№ слайда 22
Описание слайда:

№ слайда 23 График зависимости си-пи-фактора от скорости ветра (метры в секунду).
Описание слайда:

График зависимости си-пи-фактора от скорости ветра (метры в секунду).

№ слайда 24 Достоинства Недостатки Доступность Скорость ветра может изменяться непредска
Описание слайда:

Достоинства Недостатки Доступность Скорость ветра может изменяться непредсказуемо, дороговизна при использовании генераторов Возобновляемость На единицу площади колеса приходится малая плотность энергии Отсутствие необходимости в транспортировке Необходимость аккумулирования произведенной энергии Не влияет на экологический баланс (нет выброса СО2, парникового эффекта, потребления кислорода, снижена нагрузка на водные ресурсы) Негативное влияние на телевизионную связь; испускание инфразвука; Негативное влияние на среду обитания животных (шум, может превышать 100 дБ,травмирование).

№ слайда 25 АКТУАЛЬНОСТЬ Данная тема актуальна сегодня по следующим причинам: Глобально-э
Описание слайда:

АКТУАЛЬНОСТЬ Данная тема актуальна сегодня по следующим причинам: Глобально-экологический кризис. Сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий. Политическая сторона вопроса. Та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную электроэнергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы. Экономическое значение нетрадиционных источников. Переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны.


Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Автор
Дата добавления 04.10.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров398
Номер материала ДБ-237132
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх