Исследовательский проект "Альтернативные источники энергии"

Министерство образования и науки республики Казахстан

Департамент образования Северо-Казахстанской области

Тайыншинский район

Ильичевская средняя школа

Проектно-исследовательская работа

по теме:

«Альтернативные источники энергии»

Секция: биология

Выполнила:

Ахралович Елена

Ученица 9 класса

Ильичевской СШ

Руководитель:

Терешко Галина

Александровна

Учитель истории и географии

Абстракт

Гипотеза

Если использовать альтернативные источники энергии , то это приведет к возобновлению природных ресурсов.

ГИПОТЕЗА: Можно найти дешёвую экологически чистую добычу электроэнергии.

Актуальность

Актуальность проекта связана с тем, что сегодня актуальна проблема исчерпаемости природных ресурсов и ухудшение экологии Земли. Технологии будущего ученые очень тесно связывают с экологически чистыми источниками энергии и связи с ростом цен на энергоносители, все больше владельцев частных домов обращаются к возобновляемым и нетрадиционным источникам энергии, таких как ветровая, солнечная, гидроэнергия и геотермальная.

Цель

Изучить разнообразные альтернативные источники энергии, их достоинства и недостатки, найти КПД каждого вида источника этой энергии и создать один из них.

ЦЕЛЬ исследования: определить экологически чистый способ добычи электрической энергии из подручных, мало затратных средств.

Задачи

1. Найти информацию об альтернативной энергетике;

2. Подробно изучить эту информацию;

3. Выбрать такой альтернативный источник энергии, который можно создать в школьных условиях;

4. Найти инструкцию по созданию этого источника;

5. Сделать альтернативный источник энергии своими руками;

6. Представить его вместе рефератом (защитить проект).

МЕТОДЫ исследования: Определить экологически чистые виды энергии при помощи анализа литературы, проведения исследований, наблюдений, обработки полученных экспериментальных данных и теоретического обобщения.

ПРЕДМЕТ исследования: альтернативные источники энергии.

ВВЕДЕНИЕ

Экологическая обстановка – пожалуй, самая актуальная проблема 21 века. В современном мире человечество нуждается в электрической энергии каждый день. Она нужна как большим предприятиям, так и в быту. На её выработку тратится много средств, поэтому счета за электроэнергию ежегодно растут. Те предприятия, которые могут вырабатывать дешёвую электроэнергию, наносят большой вред экологии, который потом отражается на нашем здоровье и окружающей среде. А те предприятия, которые вырабатывают более экологически чистую электроэнергию, как, к примеру, гидроэлектростанции, требуют больших затрат.. Поэтому мы и взяли эту тему.

Для начала обратимся к определению:

«Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.»

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Источники энергии — встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию. Альтернативный источник энергии — заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, вызывающий парниковый эффект и глобальное потепление. Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Как известно, немалая часть загрязнения экосистемы состоит из продуктов переработки, сжигания, добычи таких видов топлива как: уголь, нефть, газ, считаемых традиционными. Глобальный спрос на энергию увеличивается примерно на 3% в год. В 2025 году энергопотребление составит 22,8 млрд. т у. т. Мировые запасы традиционных энергетических ресурсов, по оценкам специалистов, составляют: угля - более 1500 млрд. тонн, нефти - 170 млрд. т, газа - 172 трлн. куб. м. По прогнозам, мировых запасов угля, нефти и газа при непрерывном росте промышленности, как основного потребителя энергетической отрасли, хватит на 100 лет и более.

В последние годы интенсивная добыча нефти, газа, угля в Казахстане, а также само функциони­рование и развитие ТЭК республики оказывают чрезвычайно большое и дестабилизирующее воздей­ствие как на воспроизводство природных ресурсов, так и на окружающую среду. Поэтому с точки зрения природопользования важен поиск альтернативных, природосберегаю­щих вариантов решения энергетических проблем. Большой природоохранный эффект может дать широкое использование «мягких» (альтернативных) источников энергии, являющихся, в отличие от топливно-энергетических, возобновимыми ресурсами и, как правило, не загрязняющих окружаю­щую среду. В настоящее время получили распространение следующие виды такой энергии: гидроэнергия, ветровая, солнечная,водородная, управляемый термоядерный синтез.

В этой работе я перечислю и охарактеризую некоторые альтернативные источники энергии, используемые человечеством, и мы выберем наиболее перспективный из них.

Содержание:

1. Актуальность проблемы …………………………………стр.3

1.1 Цель …………………………………………………………стр.4

1.2 Гипотеза …………………………………………………….стр.4

1.3 Задачи ……………………………………………………….стр.4

1.4. Объект исследования ……………………………………. стр.4

2. Теоретическая часть ………………………………………. стр.5

2.1 Гидроэнергетика Казахстана ……………………………. стр.5

3. Ветровая энергия……………………………………………. стр.6

4. Энергия Солнца ………………………………………………стр.6

5.Управляемый термоядерный синтез………………………. стр.7

6.Мои личные выводы и предложения………………………. стр.9

7. Используемая литература…………………………………… стр.10

8. Приложения…………………………………………………… стр.11-18

2.Теоретическая часть:

Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены, не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Источники энергии — встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую энергию для существования. 

Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность

3. Ветровая энергия

Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической энергии из энергии ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые ветроэнергетические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией отдельных домов.

В проектировании установки самая трудная проблема состояла в том, чтобы при разной силе ветра обеспечить одинаковое число оборотов пропеллера. Поэтому угол наклона лопастей по отношению к ветру регулируют за счет поворота их вокруг продольной оси: при сильном ветре угол острее, воздушный поток свободнее обтекает лопасти и отдает им меньшую часть своей энергии. Помимо регулирования лопастей весь генератор автоматически поворачивается на мачте против ветра.

Ветроэнергетика

Достоинства:

1. Экологически-чистый вид энергии.

2. Эргономика (ветровые электростанции занимают мало места и легко вписываются в любой ландшафт, а также отлично сочетаются с другими видами хозяйственного использования территорий).

3. Возобновляемая энергия (энергия ветра, в отличие от ископаемого топлива, неистощима).

4. Ветровая энергетика - лучшее решение для труднодоступных мест (для удалённых мест установка ветровых электрогенераторов может быть лучшим и наиболее дешёвым решением).

Недостатки:

1. Нестабильность (нет гарантии получения необходимого количества электроэнергии; на некоторых участках суши силы ветра может оказаться недостаточно для выработки необходимого количества электроэнергии).

2. Относительно невысокий выход электроэнергии (ветровые генераторы значительно уступают в выработке электроэнергии дизельным генераторам, что приводит к необходимости установки сразу нескольких турбин; кроме того, ветровые турбины неэффективны при пиковых нагрузках).

3. Высокая стоимость (стоимость установки, производящей 1 мега-ватт электроэнергии, составляет 1 миллион долларов).

4. Опасность для дикой природы (вращающиеся лопасти турбины представляют опасность для некоторых видов живых организмов; согласно статистике, лопасти каждой установленной турбины являются причиной гибели не менее 4 особей птиц в год).

5. Шумовое загрязнение может причинять беспокойство диким животным и людям, проживающим поблизости.

4. Энергия Солнца.

Почти все источники энергии так или иначе используют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ не что иное, как "законсервированная" солнечная энергия. Она заключена в этом топливе с незапамятных времен.

Энергия солнечного излучения распределена по большой площади (иными словами, имеет низкую плотность), любая установка для прямого использования солнечной энергии должна иметь собирающее устройство (коллектор) с достаточной поверхностью.

Несмотря на северную широту географического расположения Казахстана, ресурсы солнечной энергии в стране являются стабильными и приемлемыми, благодаря благоприятным климатическим условиям.

Площадь Казахстана, доступная для установки фотоэлектрических преобразователей.

«Солнечные нагреватели воды разработанные в Казахском НИИ энергетики и выполненные на основе полимерных материалов, на порядок дешевле традиционных. Расчеты специалистов показывают, что использование таких СНВ может быть экономически выгодно даже в условиях города, где имеется большое количество разнообразных источников энергии.

Солнечная энергетика (Гелиоэнергетика)

Достоинства:

1. Общедоступность и неисчерпаемость источника.

2. Теоретически, полная безопасность для окружающей среды.

Недостатки:

1. Зависимость от погоды и времени суток.

2. Как следствие необходимость аккумуляции энергии.

3. Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов.

4. Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли.

5.Геотермальная энергия

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин.

Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Главная из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

Геотермальная энергия

Достоинства:

1. Возобновляемый источник энергии (во всяком случае, при условии, что в нагнетательную скважину не закачивается слишком много воды за слишком короткое время).

2. Геотермальная электростанция для работы не требует поставок топлива из внешних источников.

3. Эксплуатация геотермальной электростанции не требует дополнительных расходов, кроме расходов на профилактическое техобслуживание или ремонт.

4. Геотермальные электростанции не портят пейзаж и не требуют значительного землеотвода.

5. Обычная геотермальная электростанция, расположенная на берегу моря или океана, может применяться и для опреснения воды.

6. Не зависит от времени года и времени суток.

Недостатки:

1. Найти подходящее место для строительства геотермальной электростанции и получить разрешение местных властей и согласие жителей на ее возведение может быть проблематичным.

2. Иногда действующая геотермальная электростанция может остановиться в результате естественных изменений в земной коре, плохого выбора места или чрезмерной закачки воды в породу через нагнетательную скважину.

3. Через эксплуатационную скважину могут выделяться горючие или токсичные газы или минералы, содержащиеся в породах земной коры. Избавиться от них достаточно сложно.

4. Стоимость установки геотермальной электростанции велика.

6. Управляемый термоядерный синтез

Одним из наиболее перспективных инновационных источников энергии является управляемый термоядерный синтез (УТС). Энергия синтеза выделяется при слиянии ядер тяжелых изотопов водорода. Топливом для термоядерного реактора служат вода и литий, запасы которых практически не ограничены. В земных условиях реализация УТС представляет сложную научно-технологическую задачу, связанную с получением температуры вещества более 100 миллионов градусов и термоизоляцией области синтеза от стенок реактора.

Интерес к термоядерной энергетике проявляет и Казахстан. Среди основных проектов в рамках индустриально-инновационного развития Казахстана до 2015 года есть прорывные проекты.

Один из них – казахстанский термоядерный материаловедческий реактор Токамак. В данный момент является единственным в мире токамаком, предназначенным для решения задач в области материаловедения. Поэтому токамак находится в таблице самых перспективных установок XXI века. А Казахстан, активно работая с токамаком, будет иметь вес на мировом рынке. 5сентября 2010 года на казахстанском токамаке была получена первая плазма. В настоящий момент проводятся работы и эксперименты по подготовке к физическому пуску токамака и вводу в эксплуатацию комплекса в целом. Следующим шагом развития отрасли, по мнению казахстанских ученых, должна стать программа развития атомной энергетики в Казахстане.

7.Практическая часть

Первым объектом исследования являются лимоны.

Оборудование: Лимоны -3 шт., медная проволока, скрепки для бумаги, вольтметр.

План работы:

1. Противоположные концы проволоки зачистила на расстоянии 2-3 см.

2. В лимоны вставила скрепки, прикрутила к ним проволоку

3.Два свободных конца проволоки присоединила к вольтметру

Вывод: 3 лимона дают достаточно напряжения, чтобы стрелка вольтметра поднялась на несколько делений.

Вторым объектом моего исследования является уксусная кислота 70%.

Оборудование: уксусная кислота, формочки для льда, вольтметр

План работы: наполнила формочки уксусом, соединила формочки медной проволокой и подключила амперметр.

Вывод: уксусная кислота также способствует в выработке энергии

Исследование №3

Мы взяли один клубень картофеля и измерили напряжение. Затем разрезали клубень пополам, ложкой в одной из половинок сделали ямку. Туда положили зубную пасту, смешанную с содой. Соединили две половинки картофеля и измерили напряжение.

Вывод: практически без увеличения массы, было увеличено напряжение . Мы создали своего рода биотопливо. Этим доказали, что при смешивании определённых компонентов, можно добиться увеличения напряжения.

Заключение:

Вывод: я изучила особенности альтернативной энергетики, узнала о разных источниках альтернативной энергии и создала один из них. Моя работа только первый шаг в изучении данной проблемы. Но мои исследования можно и сейчас использовать в повседневной жизни.

Литература

I Источники:

1. Солнечная энергетика и солнечные батареи (http://solar-battery.narod.ru)

2. Интернет версия журнала «Наука и жизнь»

II Исследования:

3. Дементьев Б. А. Ядерные энергетические реакторы. 1984

4. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник. 1985

III Справочные издания

5. Ф. Н. Мильков Общее землеведение

6. Б. С. Залогин 0кеаны

7. М. Р. Плоткин Основы промышленного производства

8. М. М. Дагаев Астрофизика

9. Л.Д.Юдасин. Энергетика: проблемы и надежды.

10. Г.Г.Чибриков. Интернационализация хозяйственной жизни и глобальные проблемы современности.

18