Проект по теме "Энергосбережение"

Проект на тему: «Энергообеспечение»

Подготовили: ученик 11 класса МБОУ СОШ №4 Воронов Андрей

Проверили: Бауэр Т.М.

2016г.

Мой проект заключается в том, чтобы не экономить энергию, а её вырабатывать на более экологических и безопасных станциях. В данном проекте я хочу вам представить солнечную электростанцию. Хотя эта электростанция и экологическая, но в процессе изучения я понял, что на практике очень сложно осуществить данный проект. Прежде всего это модель. Как мы знаем, если в солнечный день поднести увеличительное стекло к газете и расположить на нужном расстоянии то газета начинает тлеть и потом загорается, следовательно с помощью излучения можно получить температуру достаточно высокую чтобы зажечь газету и вскипятить воду. Так технология остается той же, только за место лупы мы используем космическую станцию с увеличительными стеклами. В целях безопасности на станции должна присутствовать система закрытия увеличительных стекал, то есть система прекращения излучения, по моему мнению, это должно быть металлическая пластина сверху стекал. А на земле должны стоять зеркала, так чтобы солнечная энергия максимально долго оставалась на земле. Поэтому я предусматриваю такую систему из зеркал, когда они отражают этот луч и он посылается на следующее зеркало, а следующее на следующее притом последний направлен на железную пластину, к которой подходит вода для охлаждения. В каждом зеркале должен находится электрод, который будет нагреваться до высокой температуры притом там должен быть вакуум, чтобы появился электрический ток. Это явление открыл Томас Эдисон, и названо это явление термоэлектронной эмиссией. Сущность в том, что мы можем поставить множество стекол, которые будут преломлять солнечный луч, и в каждом из них будет иметь систему, описанную ранее. А, следовательно, много электроэнергии будут вырабатываться, которая может в дальнейшем использована.

Вторая часть выработки электроэнергии уже используется странами, такими как США и Япония. Чтобы четко рассказать о моём поэте я расскажу о ток, как люди еще с древности пытаются использовать энергию солнца.

Еще в древности люди начали задумываться о возможностях применения солнечной энергии. Согласно легенде, великий греческий ученый Архимед сжег неприятельский флот, осадивший его родной город Сиракузы, с помощью системы зажигательных зеркал. Доподлинно известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией. Древние жители Африки, Азии и Средиземноморья получали поваренную соль, выпаривая морскую воду. Однако больше всего людей привлекали опыты с зеркалами и увеличительными стеклами. Настоящий "солнечный бум" начался в XVIII столетии, когда наука, освобожденная от пут религиозных суеверий, пошла вперед семимильными шагами. Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров. Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалась солнцем до 88°С. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит - за минуту.

Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены опять-таки во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор - аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил.

Рис.1. Паровой котел на солнечной энергии, приводящий в движение печатный станок

Подходили годы инсоляторы, использующие солнечную энергию совершенствовались, но принцип оставался прежним: солнце - вода - пар. Но вот, в 1953 году ученые Национального аэрокосмического агентства США создали настоящую солнечную батарею - устройство, непосредственно преобразующее энергию солнца в электричество.

Рис.2.

Еще в 70-х годах 19 века был открыт так называемый фотоэлектрический эффект - явление, связанное с освобождением электронов твердого тела или жидкости под действием электромагнитного излучения. В 30-х годах глава физиков нашей страны академик А. Ф. Иоффе высказал мысль о использовании полупроводниковых фотоэлементов в солнечной энергетике. Правда, рекордный коэффициент полезного действия (КПД) тогдашних материалов не превышал 1 процента, то есть, в электричество превращалась лишь сотая часть световой энергии. После многолетних экспериментов удалось создать фотоэлементы с КПД до 10-15%. Затем американцы построили солнечные батареи современного типа. В 1959 году они были установлены на одном из первых искусственных спутников Земли, и с тех пор все космические станции оснащаются многометровыми панелями с солнечными батареями. Низкий КПД солнечных батарей можно было бы компенсировать большой площадью, например, покрыть всю пустыню Сахару фотоэлементами - и готова мощнейшая солнечная электростанция. Однако кремниевые полупроводники, на основе которых производятся солнечные батареи, очень дорого стоят. И чем выше КПД, тем дороже материалы. Вследствие этого доля солнечной энергии в сегодняшней энергетике невелика. Однако в связи с не бесконечностью ископаемого топлива, доля энергии получаемой солнечными батареями будет неминуемо возрастать. Так же росту использования солнечных батарей способствуют разработки направленные на повышение КПД и понижение их стоимости. Одно из главных достоинств солнечной энергии - ее экологическая чистота. Правда, соединения кремния могут наносить небольшой вред окружающей среде, однако по сравнению с последствиями сжигания природного топлива такой ущерб - капля в море.

Полупроводниковые солнечные батареи имеют очень важное достоинство - долговечность. Притом, что уход за ними не требует от персонала особенно больших знаний. Вследствие этого солнечные батареи становятся все более популярными в промышленности и быту. Несколько квадратных метров солнечных батарей вполне могут решить все энергетические проблемы небольшой деревушки. В странах с большим количеством солнечных дней - южной части США, Испании, Индии, Саудовской Аравии и прочих - давно уже действуют солнечные электростанции. Некоторые из них достигают довольно внушительной мощности. Сегодня уже разрабатываются проекты строительства солнечных электростанций за пределами атмосферы - там, где солнечные лучи не теряют своей энергии. Уловленное на земной орбите излучение предлагается переводить в другой тип энергии - микроволны - и затем уже отправлять на Землю. Все это заучит фантастично, однако современная технология позволяет осуществить такой проект в самом близком будущем.

Рис.3. Солнечные батареи на верблюде

Большинство солнечных отопительных систем представляет собой солнечные коллекторы разных конструкций, где для приема и передачи тепла применяются жидкости - вода или масло. Как правило, эти системы состоят из трубчатого радиатора, наполненного жидкостью. Радиатор изготовлен из материалов темного цвета или находится под темной пластинкой. Вся система покрыта сверху стеклом. Солнечное излучение, проникая сквозь стекло, нагревает жидкость, поступающую далее в специальную теплоизолирующую емкость. С другой стороны в радиатор закачивается холодная вода, чтобы, нагревшись, повторить тот же путь. Разумеется, такая система не даст высоких температур, однако уловить даже долю даровой энергии, тоже какая то экономия.

Рис.4. Солнечный водонагреватель

Гораздо эффективнее действует вакуумный коллектор - он может подогреть жидкость до 300°С. Такая температура достигается за счет того, что вся система работает в вакууме, то есть, в безвоздушном пространстве. Нет воздуха - значит, некому красть тепло из обогревателя. Имеется множество типов обогревателей, работающих по принципу фокусировки солнечных лучей в небольшом пространстве. В них достигаются самые высокие температуры. Системы зеркал или увеличительных стекол концентрируют солнечное излучение на уже знакомом нам трубчатом радиаторе, заполненном жидкостью. Последняя очень быстро нагревается и поступает в общую отопительную систему здания.

Рис.5. Вакуумный солнечный водонагреватель с фокусировкой солнечной энергии Центральные энергетические станции, работающие на солнечной энергии, имеют, обычно, несколько тысяч зеркал-отражателей, для того чтобы улавливать солнечную энергию с большой площади. Все отражатели направляют солнечные лучи на верхушки центральной башни, куда непрерывно поступает холодная вода через систему трубопроводов. Под воздействием излучения вода очень быстро закипает превращаясь в пар, который под давлением вращает лопасти турбин. Электростанции такого типа успешно действуют в США, Японии и некоторых странах Европы.

Именно в этом и есть мой проект: каждое последние зеркало нескольких систем зеркал будет направлять солнечный луч именно на металлическую пластину, к которой подходит вода.

Проблемы проекта:

1. Зеркала должны быть термоустойчивыми.

2. Солнечный луч может прожечь земную кору, если космическая станция очень мощная.

3. Большой масштаб территории, занимаемые станцией.

4. У космической станции должна быть траектория, просчитанная до мелочей.