Выставка " Энергетика 3-го тысячелетия"

ИНФОРМАЦИОННАЯ ВЫСТАВКА ИДЕЙ

«ЭНЕРГЕТИКА III ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ»

Автор работы: Лясковская Маргарита Анатольевна, учитель физики, МОУ «СОШ  им.Ю.А.Гагарина»

Энгельсского района Саратовской области»

Энгельс

2022 г.

Пояснительная записка.

Мероприятие проводится для 7- 11-х классов в рамках недели физики.

Цель выставки: показать глобальность и актуальность проблемы, привлечь внимание к проблеме современных энергоресурсов.

Задачи:  познакомить с информацией о водороде как об альтернативном виде топлива; проанализировать полученную информацию; обобщить полученные знания.

Актуальность темы:   Водородная энергетика: что это такое и почему за ней будущее?

 Водород — идеальный источник энергии и экологически приемлемое топливо. Теплота его сгорания (1,17 ГДж/кг) почти в три раза выше, чем у нефти, и в четыре раза больше, чем у каменного угля или природного газа.

 Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с КПД от 33 до 35%, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию с КПД до 65%. Для примера, у солнечных элементов КПД — 20%, а у ветряных — 40%.

Организация выставки:

В нашей школе созданы все условия для успешного обучения и развития школьников. Большие, светлые классы, различное оборудование к урокам,  просторные коридоры, в которых есть большие современные телевизоры. Свою выставку я спланировала так, что бы информация могла быть размещена на информационных передвижных стойках (т.е бумажный вариант) и  как слайд- шоу  могла показываться на телевизорах во время перемены (интерактивный вариант). Во время недели физики учащиеся знакомятся с материалами выставки, могут найти самостоятельно дополнительный материал и уже при изучении темы « Тепловые двигатели» в  8 и 10 классе могут выступить на уроке со своими сообщениями.

Размещение материала:

1 стенд. Информационный.

ü Водородная энергетика — отрасль энергетики, основанная на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки, производства и потребления энергии. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к альтернативной энергетике.

ü Запасы водорода практически безграничны. Так как он встречается почти всюду, его можно использовать там, где он производится. В отличие от батарей, которые не могут хранить большое количество электроэнергии в течение продолжительного времени, водород можно производить из избыточной возобновляемой энергии и хранить в больших количествах. ü По оценкам астрофизиков, водород составляет 99 процентов массы Вселенной, а в атмосфере Солнца весовая доля водорода превышает 90 процентов. Огромные запасы первичного (космического) водорода — основного строительного «кирпичика» Вселенной, хранятся и в недрах нашей планеты.

ü Весной 2020 года в городе Фукусима была запущена самая крупная в мире электростанция, работающая на водороде. Для питания электролизных установок на ней размещены солнечные батареи общей мощностью 20 МВт. Всего станция вырабатывает 1,2 тысячи кубических метров водорода в час.

ü Недостатки водородной энергетики

Горючесть. По сравнению с бензином, природным газом и пропаном водород огнеопаснее в воздухе, малейшие трещины в баке могут привести к трагедии. Но некоторые критики заблуждаются, когда говорят, что с развитием водородной энергетики «мир сядет на огромную пороховую бочку». Поскольку водород очень легкий — примерно в 57 раз легче, чем пары бензина, — он может быстро рассеиваться в атмосфере, и это положительный для безопасности фактор.

ü Хранение и транспортировка. Так как водород — самый легкий среди химических элементов, в заданном объеме его помещается значительно меньше, чем других видов топлива. Например, потребуется гораздо больший баллон с газообразным водородом, чтобы проехать заданное расстояние на автомобиле. Существующие бензобаки при этом слишком малы, чтобы вмещать количество водорода, которое необходимо для расстояния, которое покроет полный бензобак. Для решения этой проблемы сейчас модернизируют способы перевода водорода в жидкое

или газообразное состояние. Его необходимо либо охладить до −253 °C, чтобы сжижать, либо сжать до давления, в 700 раз превышающего атмосферное, чтобы его можно было доставить в виде сжатого газа. 

ü Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества.

ü Водородная энергетика — это не только назревший переход к  освоению нового экологически приемлемого источника энергии, но и стимул к достижению более  эффективного использования традиционных видов топлива, повышения КПД используемых двигателей и обеспечения более высокой степени экологической безопасности предприятий ТЭК и транспорта.

2 стенд. 

Водородный транспорт. Причины интереса к водородному транспорту

ü Водородный транспорт — различные транспортные средства, использующие в качестве топлива водород.

ü В настоящее время разнообразный транспорт осуществляет 23 % выбросов парниковых газов. Уже через двадцать лет эта цифра удвоится и продолжит расти. Кроме углекислого газа в атмосферу выбрасываются оксиды азота, ответственные за увеличение заболеваемости астмой, оксиды серы, ответственные за кислотные дожди и т. д.

ü Другой причиной повышения интереса к водородному транспорту является рост цен на энергоносители, дефицит топлива, стремление различных стран достичь энергетической независимости.

ü Изобретатель Франсуа Исаак де Риваз   в 1806 году создал двигатель внутреннего сгорания. Двигатель работал на водороде, который изобретатель производил электролизом воды. 

ü Бензин в двигателях внутреннего сгорания стал использоваться после 1870-х годов.

ü В блокадном Ленинграде бензин был в дефиците, но водород имелся в большом количестве. Военный техник Борис Шелищ предложил использовать воздушно-водородную смесь аэростатов. На водород перевели двигатели внутреннего сгорания лебёдок аэростатов. 

ü Во время блокады в городе на этом топливе работало около 600 автомобилей.

 

Первый водородный электробус Toyota .

 

Летающее такси.

 

На рынок инновационный летательный аппарат, обещающий избавить города от пробок, выйдет в 2020 году.

 

Велосипед с водородными топливными элементами производства китайской компании Shanghai Pearl.

В Петербурге по Московскому проспекту прошел первый в России трамвай, работающий на водородном топливе. Уникальность нового трамвая в том, что он может ходить как под контактной сетью, так и автономно, используя водородные топливные элементы.

 

Водородный трамвай в Китае 3 стенд. Авиация

ü В начале 1980-х годов в конструкторском бюро Н. Кузнецова (Самара) были разработаны авиационные двигатели, предназначенные для пассажирских самолётов Туполева. Эти двигатели, работающие на водороде, прошли стендовые и лётные испытания. К сожалению, известные события в России в конце 1980-х — начале 1990-х годов, не позволили довести работы по водородным авиадвигателям Н. Кузнецова до широкого их применения в транспортной и пассажирской авиации. К настоящему времени сохранились несколько законсервированных работоспособных авиационных двигателей Н. Кузнецова на складах КБ в Самаре.

ü В конце 1980-х годов было предложено  производство  водорода на борту  гиперзвукового самолёта «Аякс» из углеводородов. 

ü 3 апреля 2008 года компания Boeing провёла лётные испытания лёгкого двухместного самолёта Dimona с силовой установкой на водородных топливных элементах.

Французские авиакомпании Airbus и Air France-KLM объединились в разработке для внедрения водородных самолетов к 2035 году.

 

Водородный самолет Airbus

 

Сингапурская компания HES Energy Systems занимается разработкой пассажирского электрического самолета, работающего на водородном топливе.

 

HY4, длина которого 21.36 метра, состоит из двух кабин, расположенных по обе стороны от двигателя — такая непривычная конструкция позволила оптимально распределить нагрузку по площади всего воздушного судна, что уменьшило потребление топлива и увеличило общую грузоподъемность.

 

Новейший водородный самолет поднимается  в небо России.(2020 год) 4 стенд. Железнодорожный водородный транспорт.

 

Водородный поезд Siemens

 

С января 2017 года в Германии  регулярно курсирует  водородный пассажирский поезд на больших дистанциях.

Водородный поезд, сокращенно hydrail, разрабатывался в течение двух лет во Франции фирмой Alstom и называется Coradia iLint.

Топливные баки с водородом размещены под крышей Coradia iLint.

 

 

Группа «Трансмашхолдинг» (ТМХ) вместе с Росатомом планируют выпускать в России поезда на водородном топливе, а РЖД рассматривают остров Сахалин как пилотный полигон для их запуска.

 

Поезд работающий на водороде  в ФРГ.

От одной полной заправки водородный поезд может проехать 600-800 км, развивая при этом максимальную скорость в 140 км/ч. Даже на столь большой скорости Coradia iLint тише своих топливных собратьев, ведь шум производится только аэродинамикой и колесами.

5 стенд. Водный водородный транспорт.

 

Совершенно новый взгляд на будущее морских судов демонстрирует уникальный катамаран Energy Observer – первый и единственный в мире корабль на водородных топливных элементах, который в данный момент находится в кругосветном путешествии и недавно побывал в СанктПетербурге. Эта уникальная плавучая лаборатория самостоятельно вырабатывает всю необходимую для своих нужд энергию, включая производство водорода посредством электролиза забортной воды.

 

 Sinot Aqua – первая в мире «суперяхта» на водородном топливе.

Судно, спроектированное компанией Sinot Yacht Design, необычно не только с технической точки зрения, но и впечатляет внешним видом. Оно напоминает одновременно подводную лодку, броненосец из прошлого и космический корабль из будущего. 

 

Hynova 40 - серийная яхта на водороде - Motor Boat & Yachtin

Заключение.

В 2015 году Россия «вступила в игру», подписав рамочную конвенцию ООН, предполагающую кратное сокращение выбросов углерода при производстве электроэнергии на ближайшее десятилетие. Летом прошлого года Председатель Правительства РФ Михаил Мишустин утвердил «Энергетическую стратегию Российской Федерации до 2035 года», в которой отдельным пунктом прописана Водородная энергетика. Задачи стратегии – «развитие производства и потребления водорода,

вхождение Российской Федерации в число мировых лидеров по его производству и экспорту».

Планируется, что Россия в 2024 году будет экспортировать около 200 тыс. тонн водорода, а к 2035 году в 10 раз больше – порядка 2 млн тонн.

Вот так вот, ни много ни мало, а комплексное развитие водородной энергетики и вхождение страны в число мировых лидеров по его производству и экспорту, что в десятилетнем горизонте может составлять 10–15% мирового рынка водорода.

Литература

1.                 Полеванов В.П., Глазьев С.Ю. Поиски месторождений природного водорода в России как основа встраивания в новый технологический уклад. Глобальное недропользование, август 2020, с.10-23.

2.                 Ларин В.Н. Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли). М., Агар,2005.

3.                 Конопляник А. А, Чистый водород из природного газа // Корпоративный журнал “Газпром”, №9, 30 сентября 2020.

4.Водородная энергетика // Энергетический бюллетень, №89, октябрь 2020 года.

5.                 Распоряжение Правительства Российской Федерации от 12 октября 2020 года . № 2634-р “Об утверждении плана мероприятий "Развитие водородной энергетики в Российской Федерации до 2024 года".

6.                 Водородная экономика: новые надежды на успех. Энергетический бюллетень, № 73, июнь 2019 года.

7.                 Марцинкевич Б.Л. Здравствуй, дивный водородный мир. Авторский блог Бориса Марцинкевича от 28 июля 2020 года.

8.Ресусы сети Интенет.