Альтернативные источники энергии

XXII научно-исследовательская конференция обучающихся Секция «Физмат»

Альтернативные источники энергии Домнышев Андрей Гимназия № 62, 9 класс Научный руководитель:

Варнавская Оксана Анатольевна, учитель физики Г. Новокузнецк, 2014 год Содержание

1. Введение

2. Теоретическая часть

2.1 Виды альтернативной энергии

2.1.1 Солнечная энергия

2.1.2 Ветряная энергия

2.1.3 Геотермальная энергия

2.1.4 Энергия волн

2.2 Использование альтернативной энергии в России

3. Практическая часть

3.1 Изучение общественного мнения по данному вопросу

3.2 Исследование параметров солнечной батареи

3.3 Реальность использования альтернативной энергии на практике

3.4 Исследование нестандартных источников энергии.

4. Заключение

5. Список использованной литературы и сайтов

6. Использованные фотоматериалы

7. Приложение

1.

Введение

Наша жизнь немыслима без энергии. Но мы привыкли использовать в качестве источников энергии нефть, уголь, газ, и наша страна имеет крупнейшие запасы выше перечисленного. Но запасы топлива в природе ограничены, рано или поздно они иссякнут. Чтобы избежать энергетического кризиса в будущем, необходимо искать другие источники энергии — альтернативные. Моя работа посвящена этому.

Цель работы: изучение параметров альтернативной энергии, её использования в России, а также возможности использования альтернативных источников энергии вместо традиционных источников.

Задачи:

§ Познакомиться с видами альтернативной энергии

§ Изучить географию использования альтернативных источников энергии в нашей стране

§ Исследовать общественное мнение относительно данного вопроса

§ Изучить характеристики электроэнергии, получаемой солнечными батареями

§ Ответить на вопрос: «Выгодно ли использовать альтернативные источники энергии с экономической точки зрения?»

§ Изучить характеристики электроэнергии, получаемой из нетрадиционных источников энергии.

Методы, использованные в работе: исследование, эксперимент, изучение, обобщение, анкетирование, анализ.

Основные этапы:

1) Постановка целей и задач

2) Сбор сведений об объекте исследования, с помощью различных источников

3) Обобщение полученных сведений

4) Самостоятельное исследование объекта путём анкетирования и постановки опыта

5) Подведение итогов.

2. Теоретическая часть работы

2.1 Виды альтернативной энергии В настоящее время активно используются в мире альтернативная энергия четырёх видов: солнечная, ветряная, геотермальная и энергия волн. Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки, которые будут рассмотрены далее.

2.1.1 Солнечная энергия Энергия солнечного света используется для получения электроэнергии и нагрева воды. Преимуществами солнечной энергии являются неисчерпаемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу. Срок службы фотоэлементов составляет около 40 лет. Недостатками солнечной энергии являются зависимость работы солнечных электростанций от суточного и сезонного положения солнца, а также, погодных условий. Также серьёзной экологической проблемой является использование при изготовлении фотоэлементов токсичных веществ, поэтому появляется проблема их утилизации.

2.1.2 Ветряная энергия Энергию ветра используют для получения электроэнергии за счёт того, что ветер приводит в движение ветряное колесо. Ветряные электростанции достаточно дешевы и просты по своей конструкции. Одна ветряная установка в состоянии выработать энергию для снабжения энергией загородного приусадебного хозяйства. Ветряные электростанции экологически безопасны: они не производят вредных выбросов, и при их создании не используются вредные для природы вещества. При использовании ветряных электростанций отсутствуют какие-либо вредные выбросы, которые загрязняли бы окружающую среду. В Западной Европе количество ветряных электростанций уже превысило 26 000. Территориальный ветер есть во всех регионах и нашей страны, и в этом отношении нет никаких преград для использования ветряной энергии.

Но есть существенные минусы. Ветер, который лежит в основе, не постоянен: то сильнее, то слабее. Это очень затрудняет возможность применения преобразователей его энергии. Ветряные электростанции — достаточно шумные конструкции, по этой причине приходится строить их на расстоянии от жилых построек. Также, ветряные электростанции наносят существенный вред летящим птицам.

энергия солнечный альтернативный нестандартный

2.1.3 Геотермальная энергия Геотермальная энергетика основана на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли. В некоторых местах земного шара магма выходит на поверхность Земли создавая горячие источники. Используют геотермальные источники по-разному: для теплоснабжения и для получения электричества из тепловой энергии. К преимуществам геотермальных источников энергии относится независимость от времени суток, времени года и погодных условий.

К негативным сторонам можно отнести тот факт, очень часто термальные воды насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому отработанную воду необходимо закачивать обратно под землю. Кроме того, некоторые учёные считают, что вмешательство в глубокие слои может спровоцировать землетрясения.

2.1.4 Энергия волн Энергия волн — энергия, которая образуется за счёт движения и колебания водных масс (т.е. за счёт волн, приливов и отливов). Помимо получения электричества, энергия волн также используется для перекачки воды в резервуары и баки и опреснения воды. Существуют различные способы получения электричества. Наиболее распространены приливные электростанции, которые используются в коммерческих целях в течение долгих лет. Принцип работы приливной электростанции схож с принципом работы гидроэлектростанции. Строительство электростанции стоит очень дорого, поэтому, чтобы окупить затраты, требуются волны очень большой силы. Волны такой силы наблюдаются в 40 местах мира.

Энергия волн и приливов не производит выбросов. Но подводные установки могут нанести вред морским обитателям, поэтому приливные заборы воды еще предстоит усовершенствовать.

2.2 Использование альтернативной энергии в России Наша страна отстаёт от других развитых стран по использованию альтернативных источников энергии. Наша страна является крупнейшим владельцем минерального сырья, использование которого намного дешевле, чем использование энергии солнца или ветра. Сейчас доля альтернативной энергетики составляет менее 1%.

В настоящее время в стране работает Кислогубская ПЭС (1,7 МВт*ч), Мутновская ГеоЭС (12 МВт*ч), Паужетская ГеоЭС (6 МВт*ч). В последнее время, в том числе и в нашем городе, можно увидеть небольшие солнечные панели и ветряные установки, которые частично удовлетворяют энергетическую потребность небольших кафе, дачных участков.

На заседании президиума Правительства РФ было сказано, что доля альтернативных источников в выработке энергии в России к 2020 году должна составить 4,5%. Эта цифра очень мала, если учесть, что уже сейчас в некоторых европейских странах эта цифра достигает 20%. У России есть все шансы стать лидером по использованию альтернативной энергии, так как в каждом регионе имеется хотя бы один источник такой энергии.

3. Практическая часть работы

3.1 Изучение общественного мнения по данному вопросу На первом этапе исследования альтернативной энергии я решил узнать мнение ребят из моей школы по данному вопросу. Девятым и одиннадцатым классам было предложено ответить на вопросы анкеты (Приложение). В исследовании приняло участие 68 человек из 9 «Б», 9 «В» и 11 «В» классов. Данные приведены в диаграммах.

Первый вопрос был на знание ребят, какие виды альтернативной энергии они знают. Выяснилось, что три четверти опрошенных ребят знает, какие существуют виды альтернативной энергии, а одна четверть опрошенных — нет.

Второй вопрос подразумевал выбор ответа «да» или «нет» на вопрос: «Существует ли воздействие на экологию традиционными источниками энергии?». Всего 2 человека (3%) дали отрицательный ответ, а 97% дали правильный положительный ответ.

На третий вопрос «Существует ли воздействие на экологию альтернативными источниками энергии?» нужно было дать ответ «да» или «нет». Правильный ответ «нет» дали 43 опрошенных (63%), а 37% дали ответ «да».

На четвёртый вопрос «Отстаёт ли Россия от зарубежных стран в области альтернативной энергетики» 69% опрошенных ответили, что да, 24% - нет, а 7% ответить затруднились.

Ответы на пятый вопрос «Возможно ли применение солнечных батарей и ветряных установок в нашем регионе?» разделились пополам (45% - нельзя; 55% - можно). Стоит отметить, что большое количество опрошенных аргументировали свой ответ.

В шестом вопросе опрошенные предлагали, что они могут сделать для экономии энергии. Были различные варианты ответов на этот вопрос. Самые распространённые — выключать свет, когда он не нужен; использовать энергосберегающие технологии; использовать технику с низким энергопотреблением. Некоторые ответили — использовать альтернативные источники энергии.

Исходя из результатов анкетирования можно сделать вывод: большинство опрошенных ребят знают о существовании альтернативных источников энергии, об их экологических преимуществах перед традиционными источниками, также учащиеся знают о существенном отставании Росси от других стран в областе альтенативной энергетики. Исследовательская работа по изучению альтернативной энергетике очень актуальна.

3.2 Исследование параметров солнечной батареи На втором этапе я исследовал характеристики (силу тока и напряжение) электроэнергии, даваемой солнечной батереей размером 4см*4см в разное время суток. Эту солнечную батарею я взял из одного из уличных садовых фонарей, которые мы используем на нашем дачном участке. Принцип работы прост: днём солнечная батарея накапливает электроэнергию в аккумулятор, а ночью накопленная электроэнергия используется для освещения участка. После измерения характеристик я по формуле p = UI вычислил мощность. Результаты измерений приведены в таблице.

Затем, построил графики зависимости силы тока от времени, напряжения от времени и мощности от времени (См. приложение).

Присоединив ещё одну такую же солнечную батарею, я увеличил площадь солнечной панели в 2 раза и получил параметры мощности электричества в два раза больше, следовательно, можно сделать вывод: мощность электроэнергии, генерирующей солнечной батареей прямо пропорциональна площади солнечной панели.

3.3 Реальность использования альтернативной энергии на практике Я решил посмотреть на альтернативную энергию с экономической точки зрения. Поэтому я решил узнать, выгодно ли использовать альтернативную энергию.

Солнечная батарея (над которой были проведены опыты) производит в день 1080 Дж энергии (32 832 Дж в месяц). Наша семья ежемесячно потребляет 355 (± 15) кВт*ч. 1 кВт*ч = 3 600 000 Дж. Следовательно, наша семья потребляет 1 278 383 400 Дж энергии ежемесячно. Получается, что для удовлетворения энергетической потребности нашей семьи необходимо 38 937 солнечных батареек размера 4см*4см или солнечную панель площадью 62 м².

Предположим, что моя семья купила и установила такую панель, со всеми нужными составляющими. Это будет стоить 340 000 рублей. Ежемесячно наша семья платит 700 — 750 рублей в месяц за электричество. Ежегодно, тариф на электричество, в среднем повышается на 20 копеек. Тогда покупка и установка такой солнечной панели окупится через 23 года.

Экономическое исследование показало альтернативную энергию как выгодную. Покупка и установка такого вида генератора энергии как солнечная батарея окупится через 23 года, 40 лет — срок службы солнечной батареи. Но использование такого вида энергии позволяет не зависеть от поставщиков электроэнергии, ведь случаются аварии и отключения электричества. Альтернативная энергия — идеальное дополнение к энергосистеме вашего дома.

3.4 Исследование нестандартных источников энергии На четвёртом этапе своей практической работы я решил исследовать нестандартные источники энергии. Была получена информация, что возможно извлечь электрическую энергию из овощей. Я решил проверить это с помощью картофеля и лимона. Полученное электричество невелико: сила тока составляла 0,75 ампер у лимона и 0,25 ампер у картофеля.

4.

Заключение

Из года в год всё большую популярность в мире набирают альтернативные источники энергии: такие как солнечная энергия, ветровая энергия, энергия волн и геотермальная энергия. В большинстве случаев с помощью такой энергии вырабатывают электроэнергию. В России альтернативная энергия только набирает обороты и процент её использование от традиционных источников энергии составляет 1%. Но уже сегодня в нашем городе мы можем увидеть, как небольшие солнечные панели используются в домашнем хозяйстве.

Несмотря на высокую цену строительства электростанций и зависимости выработки электроэнергии от климатических условий, альтернативные источники энергии имеют ряд положительных сторон. Это долгий срок службы, отсутствие потребности в сырье и большом количестве обслуживающего персонала. Один из главных плюсов альтернативных источников — это экологичность, отсутствие выбросов в окружающую среду, от которых страдает большинство регионов нашей страны.

Исчерпаемость традиционных энергоресурсов — лишь вопрос времени, не за горами то время, когда встанет вопрос энергетического кризиса. Человечество имеет знание и опыт в вопросе альтернативной энергетики, поэтому она без труда заменит существующие источники энергии.

5. Список использованной литературы и сайтов

1) Перышкин А. В. Физика. 8 кл. М.: «Дрофа», 208 г., 191с.;

2) Горев Л. А. Занимательные опыты по физике, М.: «Просвещение», 1977 г., 270с.;

3) Шахмаев Н. М. Элементарный курс физики, М.: «Просвещение», 1979 г., 282 с.;

4) Таможняя Е. А., Толкунова С. Г. География России: хозяйство: регионы: 9 класс, М.: «Дрофа», 212 г., 368 с.;

5) География. 8 кл.: атлас, М.: «Дрофа», 48 с.;

6) http://www.planetseed.com/ru/relatedarticle/al-tiernativnyie-istochniki-enierghii-enierghiia-okieana;

7) http://www.alterraenergy.org/index.php?options=news&id=32&news_id=504;

8) http://ru.wikipedia.org/ ;

9) http://www.rgo.ru/2010/10/alternativnaya-energetika-%E2%80%93-perspektivy-v-rossii/;

10) http://www.greenpeace.org/russia/ru/campaigns/energy/;

11) http://electrik.info/main/news/614-alternativnye-istochniki-energii.html;

12) http://www.helios-house.ru/alternativnaya-energiya.html.

6. Использованные фотоматериалы

1) http://novostienergetiki.ru/wp-content/uploads/2013/11/%D0%B2%D1%8F%D0%B0264.jpg

2) http://photo.qip.ru/photo/cyxymu/3 294 380/95045075.jpg

3) http://bellona.ru/imagearchive/pozhar-kalAES.jpg

4) http://www.ekopower.ru/?p=1387

5) http://morion.vn.ua/Windenergy.html

6) http://www.srodowisko.pl/wiadomosci-i-komunikaty/bedzie-wsparcie-dla-morskich-farm-wiatrowych—60 981−10

7) http://alternativenergy.ru/energiya/320-geotermalnaya-energiya.html

8) http://fotki.yandex.ru/users/astra-moskva2008/view/516 627/?page=0

9) http://blog.rushydro.ru/?p=4250

10) http://itw66.ru/blog/alternative_energy/236.html

11) http://www.ikirov.ru/journal/week-theme-art-chto-takoe-alternativnyie-istochniki-energii.html

12) http://www.physik.uni-wuerzburg.de/fileadmin/11 010 700/Didaktik/Zulassungsarbeiten/Lehr-Lern-Labor_Energieversorgung_Pregler.pdf

7. Приложение Виды альтернативных источников энергии Солнечная электростанция Ветряная электростанция Мутновская геотермальная электростанция Кислогубская приливная электростанция Доля возобновляемых источников энергии в объёме её производства в разных странах (http://sgubern.ru/journal/article.php?AID=5347).

Использование альтернативной энергетики в городе Новокузнецке Кафе «Шашлыкович» на выезде из города Кафе «Форт» в Кузнецком районе Результаты анкетирования Графики зависимости силы тока от времени, напряжения от времени и мощности от времени Расчёт срока окупаемости солнечной батареи Ежемесячно — 725 руб, значит ежегодно — 8700 руб., ежегодное повышение — 0,2 руб/кВатт, значит, ежегодное дорожание электричества 0,2 руб.*360кВатт*12 = 864 руб.

— формула суммы членов арифметической прогрессии.

864n² + 7836n — 680 000 = 0

n = 23; - 32.

— 32 — не соответствует.

Ответ: 23 года

Расположение основных электростанций альтернативной энергетики в России Показание вольтметра при его подключении к солнечной батарее Показание амперметра при его подключении к нестандартным источникам энергии Фонари, использующие энергию солнечного света, на нашем дачном участке