АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Материалы студенческой научно-практической  конференции 19   апреля   2012    года по   итогам    кружковой   работы   2011-2012    учебного   года

 Подготовила Л.П. Склярова – заслуженный учитель РФ, методист УМО Калининградский морской рыбопромышленный колледж «КМРК»


Усанов   Александр  , 
11-ТП -11

Научный   руководитель:    Т.В. Слободянюк

 

 

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ  ЭНЕРГЕТИКА – ЭНЕРГЕТИКА  БУДУЩЕГО

 

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ

Часть 1. Энергия

Часть 2. Зачем беречь энергию?

2.1. Источники энергии

2.2.Солнечная энергетика

Часть 3.Создание источника альтернативной энергии

3.1. Результаты исследования

Выводы

Используемая литература и ссылки

Овладение источниками энергии всегда было способом выживания человечества. И ныне ее потребление остается одним из важнейших экономических и социальных показателей, во многом предопределяющих уровень жизни людей.

Множество серьезных экологических проблем мирового уровня связано с производством и потреблением энергии. Идея — перейти от обсуждения, к реальным действиям, получить ответ на вопрос: как можно всей России удовлетворить нашу потребность в энергетических услугах (для отопления, освещения, транспорта и т.д. и позволяет на практике повысить эффективность использования энергии в школе и дома, помогает решать социальные, экономические и экологические проблемы. Результаты исследований создавались на основе находок в области энергоэффективности и могут быть полезны родителям, друзьям и соседям. Я надеюсь, что этот материал будет полезен для общих действий, для внедрения   простейших   солнечных  нагревателей.

Цели: рассмотреть виды альтернативной энергии и ее возможности применения на практике; перейти от обсуждения, к реальным действиям, получить ответ на вопрос: как можно удовлетворить нашу потребность в энергетических услугах (для отопления, освещения, транспорта и т.д позволяет на практике повысить эффективность использования энергии в школе и дома, помогает решить социальные, экономические и экологические проблемы.

            Задача: создание солнечной печи, как альтернативного источника энергии.

ВВЕДЕНИЕ.

Когда первобытные люди овладели огнем, это произвело революцию в их жизни. Люди научились варить и жарить пищу, убивая болезнетворные бактерии и паразитов, содержащихся в ней. Овладев огнем, они могли отпугивать диких животных, согреваться, изготовлять примитивные металлические орудия труда и оружие для охоты. Как для древних людей, так и для нас, современных потребителей, энергия — не самоцель, а средство улучшения качества жизни. Каждое общество в истории человечества использовало те энергоисточники, которые были ему доступны. В начале средних веков в Европе было изобретено водяное колесо, а с нем и машины, которые могли получать энергию из более мощных источников, чем мускульная сила человека или рабочего животного.

В 1784 г. Джеймс Уатт, владелец мастерской по изготовлению и ремонту точных приборов, получил патент на первую универсальную паровую машину. С этих пор человечество смогло использовать как биоэнергию (например, древесину), так и невозобновляемую энергию (например, уголь) для совершения работы. Изобретение Уатта сыграло решающую роль в переходе от ручного труда к машинному. До конца XIX века уголь и древесина были главными источниками энергии. К 1890 г. нефть составляла только 2% от всех энергоисточников. Использование невозобновляемых энергоисточников сильно возросло после второй мировой войны и продолжает увеличиваться. Электричество, производимое на гидроэлектростанциях и АЭС, представляет собой лишь небольшую часть общего энергопотребления.

1.Энергия.

Прежде, чем приступить к поиску способов разумного потребления энергии, мы должны выяснить, что же это такое — энергия, чем она измеряется и каким законам подчиняется. С древних времен и до наших дней люди, не верящие в закон сохранения энергии, пытаются построить устройство, которое совершало бы полезную работу, не расходуя энергии, т.е. не получая её ниоткуда. Это так называемый вечный двигатель.

Не все формы энергии для нас, потребителей, одинаково ценны: у них разное энергетическое качество. Что это значит? Попробуем оценить качество энергии, или её энергетическую ценность для нас. Сравним одинаковые количества электрической и тепловой энергий. Первую мы можем использовать и для освещения, и для обогрева, и для совершения механической работы. Вторую мы можем использовать практически только для обогрева, и при этом значительная её часть при передаче на расстояние безвозвратно теряется. Таким образом, любое энергетическое превращение сопровождается образованием тепла, которое в конце концов безвозвратно рассеивается в окружающую среду.

На Земле используется очень много энергии. Те источники энергии, которые мы используем — нефть, уголь, газ — очень сильно загрязняют окружающую среду. Необходимо изменить такое положение вещей, и лучшим способом сделать это будет снижение энергопотребления. Используя меньше энергии, мы уменьшаем загрязнение окружающей среды. Говоря точнее, мы должны использовать меньше невозобновляемых источников энергии и больше возобновляемых источников. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. Решение проблемы обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

Нетрадиционные (альтернативные) источники энергии: -1%мировой выработки. Каждый день все мы используем энергию различными способами. Она идет на обогрев наших домов, освещение, расходуется в машинах и на транспорте.

2. Зачем беречь энергию?

2.1. Источники энергии.

Проблема разумного использования энергии является одной из наиболее
острых проблем человечества. Современная экономика основана на
использовании ископаемых энергетических ресурсов, запасы которых
истощаются и не возобновляются. Современные способы производства
энергии наносят непоправимый ущерб природе и человеку.
Использование невозобновляемых источников энергии усугубляет уже
заметное глобальное изменение климата. Необходимо что-то делать
уже сейчас .    Эффективное использование энергии    —  ключ    к

успешному решению экологических проблем. Рассматривая различные возможности энергосбережения, мы обнаружим огромные возможности в этом направлении. Энергосбережение возможно повсюду и с помощью множества различных мер. Некоторые усилия по энергосбережению могут быть предприняты прямо здесь и сейчас каждым человеком. Это меры, которые зависят от личной осведомленности и участия. Многие из них не требуют никаких инвестиций и зависят исключительно от нашего поведения. Другие меры требуют незначительных инвестиций для отладки и усовершенствования используемых технологий.

Каждое общество в истории человечества использовало те источники, которые были ему доступны.

 

Энергоисточник Положительные стороны Отрицательные стороны

Возобновляемые

Солнце Возобновляемость Доступность Нестабильность, дороговизна солнечных батарей
Ветер Возобновляемость Шум, большие площади, занимаемые ветровыми электростанциями
Биомасса Доступность Простота применения Необходимость транспортировки биомассы, потребление воды в производстве биомассы
Вода Низкая стоимость воды как сырья. Низкая стоимость работы Национальные границы, водохранилища занимают большие площади, негативное влияние дамб и плотин

Невозобновляемые

Уголь Стабильность Доступность Невозобновляемость, загрязнение окружающей среды, проблемы отходов, пожароопасность, выбросы углекислого газа
Нефть Высокая технологичность Простота использования
Газ Относительная безопасность

Самое    простое   решение.

Самый  простой способ  уменьшить  загрязнение окружающей среды   —   беречь энергию, или, другими словами, расходовать энергию более  разумно. Солнечные лучи  достигают  Земли  за 8 минут 15 секунд. Возобновляемые источники энергии, как нефть, уголь  и  газ,  образовались так же благодаря  солнечной энергии . Возобновляемые энергоисточники можно сгруппировать в пять категорий: солнечные,   ветряные,   водные,   геотермальные   и   биомасса.   Категория «водные»  включает  энергию,  получаемую  от  рек  и  океанов.   Все  эти источники энергии, кроме геотермальных, существуют благодаря энергии Солнца. Биомасса состоит из растительного вещества, которое накопило свою солнечную энергию   путем фотосинтеза. Реки питаются дождями, которые   возникают   из-за   испарения   океанов   и   озер   под   действием солнечного   тепла.   Ветер   дует   над   поверхностью   земли   вследствие неравномерного  нагревания  поверхности  Земли  Солнцем.  Геотермальная энергия — это энергия подземного тепла. Из всех существующих возобновляемых источников энергии, солнце, наряду с ветром, является самым доступным и экологически чистым.

2.2.Солнечная энергия.

Чтобы использовать энергию Солнца, необходимо решить такие вопросы: как уловить его наибольший поток, сохранить и передать тепло потребителю без потерь. Когда мы используем возобновляемые источники энергии, мы делаем это двумя    путями.    Можно    использовать    солнечную    энергию    напрямую, например, в солнечных батареях. Большие панели солнечных батарей вы наверняка видели на наших обитаемых космических станциях. В солнечной батарее световая энергия Солнца превращается в электрическую энергию.  В  тех местностях,  где  в  году много  солнечных дней,  можно установить солнечные батареи на крыше и использовать энергию Солнца в бытовых целях. Есть даже проекты автомобилей, которые движутся за счет энергии, вырабатываемой в солнечной батарее, установленной на крыше такого автомобиля. Второй путь — использовать энергию того или иного природного процесса. По такому пути мы идем, используя энергию воды в гидроэлектростанциях,     энергию     морских     приливов     в     приливных электростанциях, энергию ветра в ветровых электростанциях.      При    использовании    возобновляемых    источников    энергии    увеличение энергопотребления на Земле не нарушает всеобщее тепловое равновесие и не приводит к всеобщему потеплению. Возобновляемые источники энергии постоянно пополняют свою энергию от  Солнца, и их хватит на миллионы, если не на миллиарды лет — до тех пор, пока существует Солнце. Самыми распространенными способами использования солнечной энергии, как и много лет назад, являются установки, не требующие капитальных вложений, но дающие необходимую энергию для таких бытовых нужд, как опреснение воды, нагревание воды и отопление домов.

Солнечная    энергетика    направление     нетрадиционной    энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии[|] и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов[2]. Производство энергии с  помощью солнечных    электростанций     хорошо     согласовывается     с     концепцией распределённого производства энергии. Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м2, расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м2 (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе)— 1020 Вт/м2. Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше. Возможная выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения — уменьшения потока солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли. Поток солнечной энергии, падающий на установленный под оптимальным углом фотоэлемент, зависит от широты, сезона и климата и может различаться в два раза для заселённой части суши (до трёх с учётом пустыни Сахара)[4]. Атмосферные явления (облака, туман, пыль и др.) не только изменяют спектр и интенсивность падающего на поверхность Земли солнечного излучения, но и изменяют соотношение между прямым и рассеянным излучениями, что оказывает значительное влияние на некоторые типы солнечных электростанций, например, с концентраторами или на элементах широкого спектра преобразования. Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно [7].Ещё 20 ноября 1980, Стив Птачек совершил полет на самолёте, питающемся только солнечной энергией. На 2010 г. солнечный пилотируемый самолет продержался в воздухе 24 часа. Военные испытывают большой интерес к БЛА на солнечной энергии, способным держаться в воздухе чрезвычайно долго— месяцы и годы. Такие системы могли бы заменить или дополнить спутники.

Достоинства

  • Общедоступность и неисчерпаемость источника.
  • Теоретически, полная безопасность для окружающей среды.
    Недостатки
  • Зависимость от погоды и времени суток.
  • Как следствие необходимость аккумуляции энергии.
  • Высокая стоимость конструкции.
  • Необходимость постоянной очистки отражающей поверхности  от  пыли.
  • Нагрев атмосферы над электростанцией.

Работая над энергосбережением, я рассматривал различные виды применения энергии в полезных целях и исследовал возможности получения того же результата с меньшими расходами энергии, с применением источников энергии минимально необходимого качества, и при оптимальном использовании возобновляемых источников энергии.

Самыми распространенными способами использования солнечной энергии, как и много лет назад, являются установки, не требующие капитальных вложений, но дающие необходимую энергию для таких бытовых нужд, как опреснение воды, нагревание воды и отопление домов.

З.Создание источника альтернативной энергии.

Основной задачей проекта было создание источника альтернативной энергии — солнечной  минипечи. Устройство данного источника энергии давно используется немецкими и шведскими фермерами для приготовления завтрака. Для этого необходимо:

  1. Ящик из картона или досок (примерно 30x40x20 см);
  2. Аллюминевая фольга (около 0,5 кв. м);
  3. Стекло или органическое стекло (размер по крышке ящика);
  4. Веревка (примерно 1 метр);
  5. Клейкая пленка (скотч, самоклейка);
  6. Термометр

Вид   солнечной   минипечи

Порядок изготовления:

  1. Покрываем ящик внутри фольгой.
  2. Покрываем крышку изнутри ящика фольгой (лучше разглаженной).
  3. Прикрепляем веревку на внешнюю сторону крышки ящика (для регулирования позиции крышки).
  4. Закрываем ящик стеклом, устанавливаем на солнце и отрегулируем
    позицию крышки для оптимального отражения солнечных лучей на
    внутреннюю часть ящика.
  5. Положим термометр в ящик ,что бы следить за повышением температуры.
  6. Измеряем, какой максимальной температуры внутри ящика удалось
    достичь.
  7. Попробуем приготовить в печи: яичницу, чашку чая, сварить сосиски или что-нибудь другое (в большой печи можно расположить кастрюльку или
    сковородку в центре ящика).

Результаты исследования.

 

После создания минипечи были проведены измерения температуры, за какой промежуток времени температура при воздействии солнечных лучей повышается.

Максимальное нагревание происходит в 12 часов дня, когда угол падения солнечных лучей максимальный. Однако, при проведение эксперимента, следует учитывать, что проводится он в закрытом и на момент исследования в отапливаемом помещении. Однако даже в зимнее время при наличие солнца температура внутри минипечи повышается.

На момент начало эксперимента первоначальная температура внутри минипечи — 28 0 С. Измеряем температуру через каждые 10 минут.

t1 28° С
t2 35° С
t3 47° С
t4 67° С
t5 73° С
t6 82° С
t7 96° С
t8 100° С

По результатам   измерения   строим    график   изменения   температуры.

По результатам исследования видно, что для того чтобы минипечь нагрелась до температуры приготовления пищи в зимнее время необходимо примерно час времени.

Выводы:

 

Постройка солнечной печки обходится очень дешево, количество солнечной энергии   достаточно   для   приготовления   нехитрого   завтрака,   даже   в небольшой конструкции. Однако время нагревания достаточно велико по сравнению с газовой и электрической печью. Но — энергия Солнца бесплатна и экологически чиста. «Запасы» солнечной энергии в Янтарном крае и   ее валовой   приход   является   наивысшим   в   Северо-Западном   федеральном округе. Если сделать дополнительные «крылья» из фольги для ящика. Это повысит температуру в ящике.  Если сравнить сколько стоит постройка солнечной печки и сколько стоит приготовление яичницы на дровах, а так же    сколько дров необходимо обычной   семье   для   приготовления   пищи   в   течении   одного   года,   то положительные   стороны   солнечной   печи   очевидны.   Тем   более,   что улавливать солнечные лучи можно и не выходя из дома, на окне, через стекло.

Новые      возобновляемые      источники      энергии      не      сразу      заменят невозобновляемые энергоисточники, используемые сейчас. Поэтому важно использовать ровно столько энергии, сколько необходимо, и не больше того.

Этим мы уменьшим выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и защитим природу.

Используемая литература:

  1. Солнечные станции «Million Solar Roofs» 15.12.2005
  2. Геополитика солнца. Частный Корреспондент, chaskor.ru (22 ноября
    2008).
  3. Конкретный А. Гранит науки. Часть 3. «Золотые мозги»
  4. http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ Photovoltaic Geographical Information
    System (PVGIS)
  5. Top 10: Ten Largest Solar PV Companies 29 Июнь 2010 г.
  6. Compiled by Earth Policy Institute from European Photovoltaic Industry
    Association (EPIA), Global Market Outlook for Photovoltaics Until 2013
    (Brussels: April 2009), p. 13; EPIA, Global Market Outlook for
    Photovoltaics Until 2014 (Brussels: May 2010), pp. 5, 10-21.

7.    BFM.RU Солнечные технологии обеспечат четверть электричества.

  1. http://www.ecobusinesslinks.com/solar_panels.htm Free solar panel price
    survey
  2. http://eetd.lbl.gov/EA/EMS/reports/lbnl-1516e-ppt.pdf Tracking the Sun.
    The Installed Cost of Photovoltaics in the U.S. from 1998—2007

Ссылки

  • Новости фотоэлектрической промышленности 2006 г
  • International Energy Agency.
  • Солнечная энергетика: Компания НИТОЛ.
  • В Португалии началось строительство крупнейшей в мире солнечной
    электростанции
  • В Португалии заработала одна из крупнейших в мире солнечных
    электростанций.
  • Алфёров Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и
    перспективы развития солнечной фотоэнергетики // Физика и техника
    полупроводников, 2004, Т.38, вып.8, с.937-948.
  • Журнал Solardaily

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Архивы

Август 2018
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Июн    
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031