Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Научные работы / Проект на тему: «Возобновляемые источники энергии»
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: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Физика

Проект на тему: «Возобновляемые источники энергии»

библиотека
материалов

Конкурс научных работ

ИнТраИЗОБРЕТАТЕЛЬ


Проект на тему: «Возобновляемые источники энергии»

Номинация «ИнТраУмники»



hello_html_m1a3f2e7a.jpg


Россия, р.п. Голышманово

Автор:

Исмакова Даяна Кайроллаевна,

ученица 8 класса

Муниципального автономного

общеобразовательного

учреждения «Голышмановская

средняя общеобразовательная школа № 4».

Руководитель:

Кузьминых Ирина Геннадьевна,

учитель физики

Муниципального автономного

общеобразовательного

учреждения «Голышмановская

средняя общеобразовательная школа № 4».





Содержание



Аннотация-------------------------------------------------------------------------------------3

План исследований--------------------------------------------------------------------------4

Научная статья--------------------------------------------------------------------------------6

Литература------------------------------------------------------------------------------------12

Приложение---------------------------------------------------------------








































Аннотация

Человечество потребляет огромное количество энергии. 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.

В своей работе мы обратили внимание на те 17%, которые приходятся на возобновляемые источники энергии.


Цель работы: Изучить виды альтернативных источников энергии и собрать действующие модели электростанций.

Задачи:

hello_html_m4d466bb7.pngИзучить литературу;

hello_html_m4d466bb7.pngВыявить виды нетрадиционных источников энергии;

hello_html_m4d466bb7.pngРазобрать принцип получения энергии у выбранных источников энергии;

hello_html_m4d466bb7.pngВыделить те источники, которые можно использовать в наших климатических условиях;

hello_html_m4d466bb7.pngСобрать модели этих источников.

Методы исследования: исследования проводятся при изменении параметров частей моделей и анализом их работы, корректировка конструкции моделей. Методы, используемые мною: теоретический и практический. Теоретический метод: изучение научно популярной литературы и материал сайтов Интернет.

Практический метод: проектирование, конструирование устройств. Средства исследования: комплект «Возобновляемые источники энергии» Лего.

Мы протестировали работу моделей и выяснили, что в наших климатических условиях можно использовать ветроэнергетику, теплоэлектростанции и малонапорные электростанции, возможно использование солнечной энергии.
























План исследований

Энергетика служит основой любых процессов во всех отраслях народного хозяйства, главным условием создания материальных благ, повышения уровня жизни людей. К традиционным источникам энергии относятся ТЭС, АЭС, ГЭС.

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. Поэтому мы обратились к теме возобновляемых источников энергии, к ним относятся ветроэнергетика, гидроэнергетика, приливно-отливная энергетика, геотермальная энергетика.

Несмотря на огромный потенциал возобновляемых источников энергии их использование осложняется техническими сложностями, и потому по

самым оптимистичным прогнозам за счет нетрадиционной энергетики удовлетворено не более 30% потребностей человечества в энергии.

Сейчас в РФ за счет нетрадиционных источников получают 1% энергии, что конечно очень мало. Мы своей работой хотим обратить внимание на эту проблему.


Объект исследования: созданные устройства, которые используют тепловую, ветровую, солнечную энергию.

Предмет исследование: работа сконструированных устройств и проводимые изменения их параметров.

Гипотеза: Если существуют возобновляемые источники энергии, то их можно использовать в наших климатических условиях.

Предполагаемый результат: сконструированы и собраны:

действующая модель геоТЭЦ

действующая модель ветроэлектростанции

действующая модель с помощью Лего

Новизной данной работы является использование старых технологий изготовления и новых, с помощью Лего.

План исследования












Научная статья

Неуклонное увеличение численности населения нашей планеты, беспрецедентно быстрое развитие производства в период НТР, нарастающее истощение запасов привычных источников энергии (угля хватит на 600 лет, нефти – на 90 лет, газа – на 50 лет, урана – на 27 – 80 лет), наконец, требования к сохранению окружающей среды заставляют людей искать новые источники энергии, прежде всего, располагающие возобновимыми или малоисчерпываемыми запасами. Альтернати́вная энерге́тика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района.

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.

Сегодня основные источники энергии для промышленности и сельского хозяйства – исчерпаемые ресурсы угля, нефти, газа. Энергию получают, кроме того, на атомных и гидроэлектростанциях, а также на приливных, геотермальных, солнечных и других, но пока в очень небольшом количестве. Количество ископаемого топлива на Земле ограничено, получение атомной энергии экологически небезопасно, Так как даже если не случаются такие аварии, как чернобыльская, то возникает проблема отходов, тысячелетиями сохраняющих опасную радиоактивность. Для их захоронения приходится создавать дорогостоящие наземные и специальные подземные хранилища.

ГЭС экологически менее опасны, но у них также много недостатков: создаются искусственные моря, на дне которых остаются многие тысячи гектаров плодородных земель, разрушаются экосистемы рек.


ГЭС

На ГЭС происходит преобразование энергии (потенциальная энергия воды превращается в энергию вращения турбины, соединенной с генератором, который преобразует энергию вращательного движения в электрическую).

Эффект действия любой ГЭС (т.е. выработка ею электроэнергии) прямо пропорционален количеству воды, проходящей через турбину в единицу времени, и высоте падения воды.

ГЭС – это комплекс сложных гидротехнических сооружений и оборудования. Его назначение – преобразовывать энергию потока воды в электрическую энергию. Гидроэнергия относится к числу возобновляемых источников энергии, т.е. практически неиссякаема.

ГЭС имеют свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

1. использование возобновляемой энергии;

2. самая дешевая электроэнергия;

3. работа не сопровождается вредными выбросами.

Недостатки:

1. затопление пахотных земель;

2. строительство ведется там, где есть большие запасы энергии воды;

3. на горных реках опасны из – за высокой сейсмичности районов.

В России доля ГЭС в энергобалансе страны – 11%. Преобладают крупные ГЭС: Шушинская, Ангарская, Братская, Красноярская и другие. Наиболее перспективны в использовании малые ГЭС.


Подводная ГЭС

Но самый нетрадиционный проект использования энергии рек был предложен австрийским инженером

Й. Колпером – подводная ГЭС. В этом случае турбины можно установить на подводной лодке, связанной с берегом, вращать их будет течение реки, и не только летом, но и зимой, когда поверхность воды скована льдом, и весной во время паводков. По расчетам изобретателя , с десяток таких подводных ГЭС, расположенных на дне Дуная, могут дать Австрии столько же электроэнергии, сколько производят сегодня все электростанции страны.


ПЭС. Приливные электростанции

В 1961 г. в СССР была опубликована работа «Приливные электростанции в современной энергетике», в которой доказывалось, что не приливная энергия, а попытки неправильного ее использования – причина неудачи проекта Кводди. Действительно, зачем нужно затрачивать большие средства, чтобы трижды дублировать мощность ПЭС (на двух бассейнах и ГЭС) с целью получить от прилива непрерывную и равномерную энергию, т.е. энергию с такими качествами, которыми не обладает природа самого явления? С другой стороны, современное потребление энергии вовсе не требует равномерности. 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. Эту задачу можно решить с помощью обратимого капсульного гидроагрегата, созданного специально для ПЭС. Он может работать и как насос. При этом в часы неполной нагрузки работающих совместно с ПЭС тепловых электростанций их мощность можно использовать (при совпадении этих часов с полной или малой водой в море) для того, чтобы подкачивать воду из моря в бассейн ПЭС (поднимать его уровень выше уровня прилива) или откачивать ее из него в море, чтобы уровень бассейна стал ниже уровня отлива.

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.

Актуальность задачи определяется тем, что для покрытия потребности в пиковых мощностях в часы дневного и вечернего максимума (из-за недостаточной мощности ГЭС и ограниченности объема их водохранилищ) сверхмощные ТЭС приходится загружать неравномерно, что технически и экономически нецелесообразно. Благодаря астрономическому постоянству факторов, образующих прилив, среднемесячная величина прилива и энергия неизменны. Поэтому приливные электростанции могут быть надежным гарантом энергосистем, в которых работают речные ГЭС.


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.

Аппарат Ст. Солтера – единственный, использующий энергию и горизонтального и вертикального движения волн. Благодаря этому его КПД приближается к 85 %. Как показали расчеты, метровый отрезок волны «несет» от 40 до 100 кВт энергии, пригодной для практического использования.

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

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.


Гидротермальная энергия

Еще 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.

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).

Ветроэнергетика

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

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.

Эффективность использования энергии ветра в значительной степени зависит от конструкции ветрогенератора, а именно – крыльчатки.

Современный ветряк – сложное устройство. В нем запрограммирована работа в двух режимах – слабого и сильного ветра и остановка двигателя, если ветер станет очень сильным. Недостатком ветряных мельниц является шум, который производят лопасти пропеллера во время вращения. Если ветряк мощный, то шумовое загрязнение делает опасным длительное пребывание людей в зоне работы установки.

Теоретически достижимый КПД ветрогенератора равен примерно 60%, с учетом различных потерь и неравномерности воздушных потоков его величина колеблется в пределах 15 – 20%.

Солнечная энергия

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. На сегодняшний момент в ряде городов России установлены солнечные батареи для нагревания воды и отопления домов. Солнечные батареи можно сконструировать и самому и их использование только набирает оборот.

Через 40 лет, солнечная энергия, будет вырабатывать 25 % электрической энергии.


Конструирование


Действующая модель геоТЭЦ

Для этого требуется:

1) жестяная банка;

  1. две деревянные рейки;

  2. веревка;

  3. кусочек пластилина;

  4. спиртовка;

  5. круг из жести или плотной фольги;

  6. кусок проволоки;

  7. два кирпича или книжки.

Изготовление модели:

1) Просверлила небольшое отверстие в крышке жестяной банки.

2) Сделала прорези на концах деревянных реек и примотала их веревкой по обе стороны банки прорезями вверх.

3) Налила в банку воды примерно на 1 см. и накрыла ее крышкой.

4) С помощью ножниц разделила жестяной круг на сектора и загнула каждый сектор так, чтобы его плоскость была перпендикулярна плоскости круга.

5) В центре жестяного круга вырезала отверстие, по диаметру совпадающее с толщиной проволоки, и вставила проволоку в это отверстие, закрепив ее с обеих сторон пластилином.

6) Вложила проволоку с кругом в прорези реек и закрепила на каждом конце проволоки упоры из пластилина, чтобы «вал турбины» не смещался. Проволока должна легко вращаться в прорезях, а жестяное колесо – неподвижно сидеть на проволоке.

7) Поставила получившуюся конструкцию на кирпичи, а между ними поместила спиртовку так, чтобы ее пламя нагревало центр дна банки.

Для демонстрации работы модели необходимо зажечь спиртовку.

Через некоторое время вода закипит, и пар начнет вырываться из отверстия в крышке банки, толкая лопасти колеса. Если конструкция собрана правильно, колесо будет крутиться до тех пор, пока не выкипит вся вода. Рисунок 1, фото 1, приложение.


Действующая модель ветроэлектростанции


Для изготовления модели ветроэлектростанции потребуется линейка; небольшой кусок картона, примерно 30x30 см., отрезок проволоки; карандаш; две шайбы; канцелярская кнопка; две пробки; немного тонкой веревки или нитки; клей.

Изготовила пропеллер из картона и прикрепила его к концу пробки.

Взяла кусок проволоки длиной около 30 см. и вставила его в другой конец пробки.

Надела одну шайбу на проволоку около пробки. Надела корпус старой шариковой ручки и закрепила её шайбой с другой стороны

Надела противоположный конец проволоки вторую пробку.

Привязала к проволоке нитку, а на другом ее конце закрепила легкий груз

Если же теперь представить на другом конце проволоки воображаемую ветровую турбину, мы получим довольно точную действующую модель ветроэлектростанции.

Возьмитесь рукой за карандаш и поднесите модель к вентилятору или можно самому подуть.

Старайтесь постоянно держать модель перпендикулярно потоку воздуха.

Если модель построена правильно, то пропеллер начнет вращаться и груз, закрепленный на другом конце проволоки, будет подниматься, потому что нитка станет накручиваться на проволоку.

На этой модели показано превращение ветровой энергии в механическую. Примерно так действовали старинные ветряные мельницы.

Если же теперь представить на другом конце проволоки воображаемую ветровую турбину, мы получим довольно точную действующую модель ветроэлектростанции. Рисунок 2, фото 2, 3, приложение.


Действующая модель с помощью Лего


К возобновляемым источникам энергии относится солнечная энергия. Для изготовления модели я использовала набор «Возобновляемые источники энергии» и материал комплекта заданий. Прототип реального энергетического объекта, производящего электричество за счет солнечной энергии. Фото 4, 5, приложение.













Заключение

Энергетика служит основой любых процессов во всех отраслях народного хозяйства, главным условием создания материальных благ, повышения уровня жизни людей. В своей работе мы обратились и к нетрадиционным источника энергии, к ним относятся ветроэнергетика, гидроэнергетика, приливно-отливная энергетика, геотермальная энергетика, энергия солнца. Несмотря на огромный потенциал возобновляемых источников энергии их использование осложняется техническими сложностями, и потому по самым оптимистичным прогнозам за счет нетрадиционной энергетики удовлетворено не более 30% потребностей человечества в энергии.

В наших климатических условиях можно использовать ветроэнергетику, теплоэлектростанции и малонапорные гидроэлектростанции, но, к сожалению, используются в основном только ТЭС, которые в свою очередь потребляют невозобновляемые источники энергии. Своей работой, я хочу обратить внимание на эту проблему.

Для практического применения, я собрала действующие модели электростанций, подходящих нам по климатическим условиям. Эти модели рекомендую использовать на уроках физики благодаря их простой конструкции и наглядности. Надеюсь, данная работа будет услышана, и в будущем будет реализована на практике.





































Литература

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

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

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

  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.

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

  6. Юрасов Л.С. Энергетика: проблемы и надежды. – М.: Просвещение, 1990.

  7. Статья: «Энергетическая стратегия России до 2030 года» А. И. Громов – заместитель генерального директора по науке Институт энергетической стратегии. М.: - 2008 год.

  8. Поисковая система интернет: yandex.ru, google.ru, nigma.ru, mail.ru.

  9. http://www.energy-bio.ru

  10. http://www.bankreferatov.ru


































Приложение

Рисунок 1


hello_html_m36b22e8b.jpg

Фото 1

hello_html_5e9571c9.jpg

Рисунок 2

hello_html_5cf6b494.jpg






Фото 2

hello_html_32ab5757.jpg

Фото 3

hello_html_mf9e6446.jpg












Фото 4

hello_html_m756d05cb.jpg

Фото 5

hello_html_1f1e28d3.jpg


14


Автор
Дата добавления 21.05.2016
Раздел Физика
Подраздел Научные работы
Просмотров335
Номер материала ДБ-093346
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


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


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

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