Альтернативные источники питания в условиях сельской местности. Альтернативные источники питания в условиях сельской местности
 Скачать 2.29 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ ХАБАРОВСКОГО КРАЯ Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «ТУМНИНСКАЯ СОШ» ПРОЕКТ на тему: Альтернативные источники питания в условиях сельской местности. Выполнил: Проверил: Тумнин 2021 СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………………………...3 1 Виды возобновляемых источников энергии…………………………………..5 1.1 Солнечные батареи……………………………………………………..5 1.2 Ветроэнергетика………………………………………………………..7 1.3 Теплонасосные установки……………………………………………..9 1.4 Биоэнергетика…………………………………………………………11 1.5 Нестандартные источники энергии………………………………….13 2 Практическая часть……………………………………………………………15 2.1 Расчет затрат на использование солнечных батарей при освещении школы…………………………………………………………………………….15 2.2 «Простой источник энергии в домашних условиях»……………….16 Заключение……………………………………………………………………….20 Литература……………………………………………………………………….21 ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы: 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. Для того, чтобы человечество существовало и стремительно развивалось, необходимо постоянно улучшать способы получения энергии. Поиск новых источников энергии и развитие альтернативных способов получения энергии – это основная приоритетная задача человечества в новом тысячелетии. Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Возобновляемые 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. Цель проекта: Изучить возобновляемые источники энергии и понять принцип их работы; раскрыть выгоды использования альтернативных источников энергии и способствовать внедрению в условиях сельской местности. Задачи проекта: 1. Изучить литературу и выяснить, какие существуют источники энергии в наше время. 2. Изучить альтернативные источники энергии и понять принцип их работы. 3. Рассчитать затраты на использование солнечных батарей при освещении школы. 4. Создать простой источник энергии в домашних условиях, на основе бросового материала. Актуальность данной темы обусловлена тем, что в условиях сельской местности довольно часто случаются перебои с энергоснабжением, где альтернативная энергетика, построенная на использовании возобновляемых источников энергии, может стать идеальным решением, которая решит проблему во время частых перебоев с энергоснабжением. Проблема заключается в том, чтобы найти способы и пути развития альтернативной энергетики в условиях сельской местности. Форма представления проекта: реферат, презентация. Классификация источников: 1) Ветряные (движение воздушных масс). 2) Геотермальные (тепло планеты). 3) Солнечные (электромагнитное излучение солнца). 4) Гидроэнергетические (движение воды в реках и морях). 5) Биотопливные (теплота сгорания возобновляемого топлива).
1 Виды альтернативных источников энергии 1.1 Солнечные батареи Солнечная энергия – это кинетическая энергия излучения, образующаяся в результате реакций в недрах Солнца. Поскольку её запасы практически неистощимы, ее относят к возобновляемым энергоресурсам. Ныне солнечная энергетика широко применяется в случаях, когда малодоступность других источников энергии в совокупности с изобилием солнечного излучения оправдывает её экономически. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. 1. Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов. 2. Гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение, и использование тепла. 3. «Солнечный парус» может в безвоздушном пространстве преобразовывать солнечные лучи в кинетическую энергию. 4. Термовоздушные электростанции. 5. Солнечные аэростатные электростанции. Это и есть принцип действия энергетической башни: лучи солнца концентрируются в одном пункте соответственно расположенными зеркалами. Эти зеркала поворачиваются на протяжении дня, чтобы следовать за солнцем в его небесном пути. Они отражают солнечные лучи и фокусируют их на энергетической башне, где огромная концентрация энергии заставляет воду кипеть и превращаться в пар. Пар по трубам поступает в турбину на Землю, вращает ее и вырабатывает электричество. Солнечные пруды – еще более дешевый способ улавливать солнечную энергию. Искусственный водоем частично заполняется очень соленой водой (рассол), поверх которого находится пресная вода. Плотность такой воды гораздо выше, поэтому она остается на дне и с верхним слоем почти не смешивается. Солнечные лучи без помех проходят через пресную воду, но поглощаются рассолом, превращаясь при этом в тепло. Верхний слой действует как изоляция, не позволяя нижнему остывать. Иными словами, в солнечных прудах используется тот же принцип, что и в парниках, только земля и стекло заменены соответственно соленой и пресной водой. Достоинства: 1) Общедоступность и неисчерпаемость источника. 2) Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно). Недостатки: 1) Зависимость от погоды и времени суток. 2) Как следствие необходимость аккумуляции энергии. 5) Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли. 6) Нагрев атмосферы над электростанцией. 1.2 Ветроэнергетика Ветровая энергия - огромная энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает электрическую энергию. Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветродвигатели стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Такие фермы есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше. Достоинства: 1) Экологически-чистый вид энергии (ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота). 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). 1.3 Теплонасосные установки Тепловой насос – это источник энергии для системы отопления и горячего водооснабжения, а также одновременно может служить источником для системы кондиционирования. Основное отличие теплового насоса от традиционных генераторов тепловой энергии заключается в том, что при производстве тепла до 80 % энергии извлекается из окружающей среды. Тепловой насос получает тепловую энергию из грунта, скальной породы или озера, накопленную за теплое время года. Принцип действия теплонасосной установки основан на том, что при подводе низкопотенциальной теплоты в испаритель происходит процесс кипения рабочего тела, пары которого сжимаются в компрессоре с повышением энтальпии и температуры. В конденсаторе теплота фазового перехода рабочего тела передается технологии, теплоносителю. В дроссель-клапане снижаются температуpa и давление рабочего тела, поступающего обратно в испаритель. Теплонасосные установки классифицируют: по принципу работы — на термомеханические, использующие процессы повышения и понижения давления рабочего тела; электромагнитные, использующие постоянные или переменные электрические или магнитные поля. Термомеханические теплонасосные установки разделяют на компрессорные (парожидкостные, газожидкостные и газовые), сорбционные (абсорбционные и адсорбционные) и струйные (инжекторные и вихревые с замкнутым и разомкнутым контурами). К электромагнитным теплонасосным установкам относят термоэлектрические системы, магнитокалорические (трансформация теплоты осуществляется последовательным намагничиванием и размагничиванием парамагнетиков или ферромагнитных тел), термомагнитные (используется эффект Эттингсхаузена при совместном действии на полупроводники магнитного и электрического полей) и электрокалорические (основаны на действии электрического поля на сегнетоэлектрики); Основной недостаток теплонасосных установок состоит в том, что при слишком большой разнице между температурой на улице и в доме, тепловой насос теряет эффективность. Среднее время окупаемости теплонасосов составляет 4-6 лет, при сроке службы по 15-20 лет до капитального ремонта. 1.4 Биоэнергетика К этому понятию относится все, что так или иначе связано с получением в промышленных масштабах энергии из различного возобновляемого сырья биологического происхождения. Такое сырье и его производные обычно называют биотопливом. Биотопливо бывает твердым, жидким или газообразным и может изготавливаться из самого разного сырья, такого как: - древесные отходы, различного происхождения; - отходы сельскохозяйственного производства (лузга, шелуха, солома, тростник); - бытовые отходы, канализационные стоки; - специально выращиваемой топливной древесины и т.д. Основными источниками российской энергетической биомассы являются: - органические отходы агропромышленного комплекса; - органические отходы лесопромышленного комплекса; - отходы городов (сточные воды и твердые бытовые отходы); - торф; - энергетические плантации; - биогазификация остаточной нефти. Из всего многообразия биотоплива в России наиболее распространенным являются топливные гранулы (пеллеты). Они получается из торфа, древесных отходов и отходов сельского хозяйства. Представляет собой цилиндрические гранулы стандартного размера. Топливные гранулы - экологически чистое топливо с содержанием золы. Достоинства: 1) Производство биотоплива осуществляется с помощью самых разнообразных органических материалов. Опираясь на это преимущество можно сказать, что такой вид альтернативной энергии может быть доступен каждому и кстати в любой стране и регионе в независимости от того какие там условия (климат, рельеф и многое другое). 2) Производство биотоплива в виде топливные брикеты производство поможет решить очень важную проблему окружающей среды, как утилизация мусора. Ведь имеются большие перспективы на решение такой экологически важной проблемы. О ней уже много лет думают большое количество людей, в том числе и ученые всего мира. Недостатки: 1) Многие ученые беспокоятся о том, что уничтожение лесов нанесет очень большой вред окружающей среде. Но, как известно биотопливо производится не только с помощью деревьев, которые проходят такую процедуру, как сушка пиломатериалов. 2) Также некоторые ученые утверждают, что если выращивать большое количество разнообразных растений для производства, то это может привести к истощению плодотворности нашей планеты. Впоследствии многие страны третьего мира могут просто-напросто умереть с голода. 1.5 Нестандартные источники энергии 1. Электростанция, работающая от шотландского виски. Helius Energy построила первую в мире электростанцию, которая работает от побочных продуктов дистилляции шотландского виски. Ведь при этом процессе остается огромное количество углеводных и белковых масс, которые и можно, сжигая, преобразовывать в энергию. 2. Футбольный мяч Soccket. Компания Soccket Inc. создала футбольный мяч, который одновременно является и небольшой электростанцией, вырабатывающей энергию в те моменты, когда футболисты бьют по объекту ногой. Несколько часов игры, и работа светодиодной лампы на целый вечер обеспечена! 3. OTEC-электростанция у берегов Китая. Уже несколько десятилетий существует технология, позволяющая вырабатывать энергию на основе разницы между температурой воды на поверхности океана и в его глубинах. 4. Турбина в кровеносных сосудах. Ученые из университета в швейцарском городе Берн разработали миниатюрные турбины, которые, будучи помещенными в кровеносные сосуды человека, будут давать энергию для работы его электрического кардиостимулятора. 5. VolcanElectric Mask – небоскреб, получающий энергию от вулкана. В рамках конкурса eVolo 2013 группой китайских архитекторов был представлен проект небоскреба VolcanElectric Mask, который должен расположиться на склоне вулкана. Энергию для функционирования это здание будет получать из раскаленной магмы, подступающей к поверхности Земли. 6. Энергия из турникетов в общественном транспорте. Японская компания East Japan Railway Company, один из лидеров пассажирских перевозок в Стране Восходящего Солнца, решила оснастить каждый свой турникет генератором электроэнергии. Так что пассажиры, проходящие через них, сами того не осознавая, будут вырабатывать электричество. 7. Giraffe Street Lamp – качели, которые питают фонарь энергией. Giraffe Street Lamp – это качели, катаясь на которых, каждый человек сможет сделать мир немного ярче и светлее. Эти качели являются одновременно и генератором электричества для уличного фонаря, с которым они совмещены. У него есть и сторонний источник энергии, питающий лампы в то время, когда объект находится в состоянии покоя. 8. Энергия ветра с деревьев. Каждый наблюдал, как деревья качающиеся на сильном ветру. Вибрацию ствола при этом можно трансформировать в электричество с помощью преобразователей. Количество энергии от одного дерева небольшое – около двух вольт. Но если преобразовать обычный лес на электростанцию, тогда можно получать большую мощность. 9. Батарейки из грязи. Ученые из Гарварда создали батарейку, основным элементом которой является грязь. Внутри нее живут бактерии, которые выделяют энергию. Авторы говорят, что такие микробактериальные топливные ячейки могут быть дешевым источником энергии и пригодиться в регионах с плохим энергоснабжением. Ведь конструкция такой батареи очень проста – это многолитровое ведро, наполненное соленой водой. В нее погружены катод с анодом, а также растворенные грязь и песок. Последний выступает в роли барьера для ионов соленой воды. 2 Практическая часть 2.1 Расчет затрат на использование солнечных батарей при освещении школы Произведем расчеты для МБОУ «Тумнинская СОШ». Солнечные панели будут устанавливаться только для питания освещения корпуса школы. Для этого посмотрим техническую характеристику солнечной монокристаллической панели FSM-30М: – мощность: 30 Вт; – напряжение холостого хода: 22,3 В; – напряжение при работе на нагрузку: 18 В; – ток при работе на нагрузку: 1,66 А; – размеры: 450х550х30 мм; – рабочий диапазон температур: от –40°С до +85°С; – цена: 2400 руб. Площадь здания равна – 840  . Потребляемая энергия равна 4,63  . То есть, 3889,2 Вт на здание. Таким образом, школе понадобится около 130 батарей.Для полной замены энергопотребления, через солнечные батареи, потребуется 130 модулей. Из расчета и имеющейся площади крыши – школа может разместить 48 модулей. Это позволит обеспечить частичное энергопотребление. Следует учесть, что занятия в школе идут в основном в первую половину дня, наиболее солнечную, что не требует большого количества солнечных батарей. Солнце – неисчерпаемый источник энергии. Солнечные батареи могут размещаться на любой доступной поверхности здания. Также, данный вид энергии является полностью экологически чистым. Однако, его необходимо сочетать с другими видами альтернативной энергетики. 2.2 Простой источник энергии в домашних условиях Очень интересны возможности старого кулера, еще недавно охлаждавшего процессор. Немного смекалки и терпения – и на его основе можно изготовить мини ветрогенератор своими руками. Конечно, для электроснабжения всего дома его не хватит, но для питания небольших приборов или устройств – вполне. Обычный ветер скоростью 12км/ч легко заставит генератор давать около 2В для небольшого радиоприемника, лампы или часового механизма. Почему выгодно сделать мини ветрогенератор из кулера от компьютера Здесь обязательно стоит отметить следующие преимущества: • устройство полностью собрано, и мне не придется возиться с мелкими деталями; • кулер по умолчанию адаптирован на вращение, и в его дополнительной настройке нет необходимости; • достать старый кулер от компьютера не составляет никакого труда, и я смогуе сразу приступить к сборке устройства. • Перечень необходимых материалов • Помимо старого кулера сравнительно крупных размеров, для работы потребуется: • плотная пластиковая бутылка; • провод, рассчитанный на работу под слабым напряжением; • небольшой деревянный брусок 1,5 дюйма диаметром; • металлические трубки, входящие одна в другую; • эпоксидный и суперклей; • ненужный диск CD; • затягивающиеся хомуты. Все перечисленное можно легко найти в домашней кладовой или приобрести на ближайшем хозяйственном магазине. Собираем ветрогенератор своими руками из кулера: последовательность работы Чтобы быстро изготовить работоспособное устройство и не тратить время на его исправление и ремонт, построю сборку генератора в такой последовательности: 1. Компьютерный кулер «заточен» под свои основные задачи. Поэтому для его волшебной трансформации в генератор лишние детали необходимо удалить. Снимаю резиновый уплотнитель и скрытое под ним стопорное кольцо. Так удастся снять «лишние» лопасти кулера, поскольку они будут заменены более крупными. 2. На медных катушках обмотки кулера найду места соединения проводов. Это коннекторы. У одного из них два провода, у других – по одному. К последним нужно добавить по одному дополнительному проводу, аккуратно припаяв их к соединению. 3. Переменный ток, который будет образовываться в новом генераторе, должен быть преобразован в постоянный. Для этого потребуется 4 диода. Их попарно обрезают до расстояния в 1см: одну пару – у края с черными штрихами, другую – на противоположной стороне. Длинные концы загибаются таким образом, чтобы форма диода напоминала букву П. Обрезанные диоды припаиваются. Одновременно к вентилятору подсоединяют провод нужной длины. 4. Теперь можно протестировать устройство. Для этого потребуется бытовой тестер или светодиоды. Подсоедините их к кулеру, раскрутите его и посмотрите, удается ли ему выработать электрическую энергию. Пример:  Рисунок 1 После того как электрическая часть полностью готова, можно приступать к изготовлению лопастей мини ветрогенератора: 1. Основа конструкции лопастей – плотный пластик чистой бутылки из-под воды, шампуня или бытовой химии. После обрезки дна и верха с крышкой получившийся цилиндр обрезается вдоль. 2. На бумаге рисуем чертеж лопасти. Ее длина зависит от длины пластикового цилиндра, полученного из бутылки. На конце лопасти для последующего удобного соединения вырезается угол 120 градусов. 3. При вырезании лопастей обратите внимание на их полное совпадение по размерам. В противном случае, необходимо подровнять элементы, чтобы они работали в одинаковом режиме. На следующем этапе лопасти соединяют с кулером. К его пластиковой стороне с помощью суперклея поочередно приклеивают детали. Изогнутая форма лопастей обеспечит отличную аэродинамику и эффективность вращения. Поэтому выравнивать детали не стоит. В качестве опоры готовой конструкции с лопастями будет служить деревянный брусок. Пример:  Рисунок 2 Для изготовления хвостовика следует использовать компакт-диск. В бруске делается сквозное отверстие по диаметру металлической трубки. Если отверстие получилось больше, его можно заделать эпоксидным клеем. Также с помощью клеевого состава можно обработать места пайки проводов и точку соединения бруса и кулера. Хвостовик из диска вставляется в небольшой пропил на конце бруска и затем фиксируется тонкими шурупами через сквозные отверстия в месте пропила. На завершающем этапе монтажа металлическую трубку большего диаметра вставляют в меньшую, уже присоединенную к конструкции генератора. В качестве подшипника, обеспечивающего вращение внутренней трубки можно использовать фторопласт. Пример:  Рисунок 3 Вывод: сделал мини-ветрогенератор своими руками из старого компьютерного кулера, т.е. создал простой источник энергии в домашних условиях. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной работе я рассмотрел виды альтернативных источников электроэнергии. Некоторые из них знакомы многим и получили широкое распространение. Другие только начинают приобретать популярность. Но все рассмотренные альтернативные источники электроэнергии имеют одно, но самое важное, достоинство – экологичность. Недостатки связаны с достаточно высокой ценой и необходимостью самостоятельной установки и обслуживания. В своей работе я изучил особенности альтернативной энергетики, узнал о разных возобновляемых источниках альтернативной энергии и сделал простой источник энергии в домашних условиях. Моя работа только первый шаг в изучении данной проблемы. Но мои исследования можно и сейчас использовать в повседневной жизни. Список литературы. Использованная литература. Голицын М. В. Альтернативные энергоносители. – М.: Наука,2004.-159 с. Агеев В. А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций). Ю. Сибикин. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное пособие/ Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. –М.: КНОРУС, 2010. – 232 с. Свен Уделл. Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии. –М.: Знание, 1980. Р.В. Городов.Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С. Матвеев. – 1-е изд. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 294 с.Плачкова С.Г, Плачков И.В. С. Гибилиско. Альтернативная энергетика без тайн. /Стэн Гибилиско; [пер.с англ. А.В.Соловьева]. – М.: Эксмо. 2010. – 368 с. – (без тайн) А.Турилин, В.Германович. Альтернативные источники энергии и энергосбережение. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы.– СПБ.: Наука и Техника, 2011. – 320 с. Интернет-ресурсы https://solarelectro.ru https://tcip.ru/blog/wind/printsip-dejstviya-i-raboty-vetrogeneratora.html https://salteco.in.ua/technology/vetroenergetika#istoriya https://alternativenergy.ru/energiya/320-geotermalnaya-energiya.html https://realproducts.ru/kak-ispolzuyut-solnechnuyu-energiyu/ https://altenergiya.ru/veter/kak-sdelat-mini-vetrogenerator.html |