Тема проекта «Энергосбережение.

Альтернативные источники электроэнергии.»

Подготовили: Белик Дмитрий;Семёнкин Иван.

Проверила: Пыкина Эмилия Андреевна.

Содержание. 1)Цель и задачи проекта. 2)Обоснование темы. 3)Актуальность проекта. 4)Основная часть. 5)Заключение. 6)Литература.

1)Цель проекта - познакомиться с различными видами источников электроэнергии .

Задачи проекта – выяснить какие источники являются более экономичными и экологически чистыми.

2)Обоснование темы . При изучении темы «Источники тока»мы рассмотрели на уроках физики , следующие источники тока: гальванические элементы , термоэлементы , фотоэлементы , аккумуляторы и генераторы переменного тока и естественно возникло желание , узнать какие существую еще источники тока , какие из них более экономичны и экологически чистые.

3)Актуальность . Человечество вступило в такую эпоху своего существования, когда потенциальная мощь создаваемых им средств становится опасной для него самого . Основные источники энергии сегодня – ископаемые виды топлива (уголь , нефть , газ),а самый крупный недостаток энергетических установок на ископаемом топливе – большой объем отходов (как твердых –шлак , зола ,так и газовых).Выделяемые ими газы обуславливают усиление парникового эффекта и выпадение кислотных дождей . Поскольку в электроэнергетических ресурсах многих стран основную роль играют ТЭЦ , экологические неприятности , связанные с расходом ископаемого топлива с одной стороны постепенно нарастают , а с другой – грозят исчерпанием его запасов . Наиболее реальный выход из создавшегося положения – поиск альтернативных органическому топливу источников энергии , причем главные требования к новым источникам – это их экологическая чистота значительная общая мощность и относительная дешевизна.

4)Основная часть. Из истории электричества. Источники электрического тока:солнечные батареи,

энергия ветра, геотермальные источники, источники энергии Мирового океана, гидроэлектростанции (ГЭС),

тепловые электростанций (ТЭС), атомные электростанции (АЭС), источники энергии из живых деревьев, живые электростанции,

Впервые на электрический заряд обратил внимание Фалес Милетский за 600 лет до н. э. Он обнаружил, что янтарь, потёртый о шерсть, приобретает свойства притягивать легкие предметы (пушинки, кусочки бумаги).

Позже это использовалось для чистки от пыли одежды, для которой было критично любое повреждение краски. Считалось, что таким свойством обладает только янтарь.

Но только после становления физики как экспериментальной науки, заложенной Галилео Галилеем, это явление стало изучаться как средство для исследования и использования свойств физических тел.

Из истории электричества.

Неизвестно, когда бы всерьёз человечество взялось за электричество, если бы не удивительный случай, произошедший с женой известного болонского профессора Луиджи Гальвани. Не секрет, что итальянцы славятся широтой вкусовых пристрастий. Поэтому они не прочь иногда побаловаться лягушачьими лапками. День был ненастный, дул сильный ветер. Когда сеньора Гальвани зашла в мясную лавку, то её глазам открылась ужасная картина. Лапки мёртвых лягушек, словно живые, дёргались, когда касались железных перил при сильном порыве ветра. Сеньора так надоедала мужу своими рассказами о близости мясника с нечистой силой, что профессор решил сам выяснить, что же происходит на самом деле.

Это был тот самый счастливый случай, который разом перевернул жизнь итальянского анатома и физиолога. Принеся домой лягушачьи лапки, Гальвани убедился в правдивости слов жены: они действительно дёргались, когда касались железных предметов. В то время профессору было всего 34 года.

И всё-таки судьбе было угодно, чтобы труды Гальвани нашли своё продолжение. Соотечественник Гальвани Алессандро Вольта, прочитав его книгу, пришёл к мысли о том, что в основе живого электричества лежат химические процессы, и создал прообраз привычных для нас батареек.

Источники электричества В статьях по автономному электричеству предлагается

использовать вместе солнечные батареи и ветряк, потому что летом солнечно, а зимой ветрено.

Солнечные батареи Батареи хорошо вырабатывают электричество с марта по

октябрь, а зимой эффективность падает в десять раз. Выпускаются модулями разной мощности (6-240Вт), поэтому можно подобрать под себя и если надо со временем увеличить количество.

Солнечные батареи можно установить на крыше плашмя или под углом, чтобы работала и тыльная сторона. Они достаточно большие по размерам и могут занять несколько квадратных метров. А еще так как солнечные батареи черные, летом будут заметно нагреваться, что тоже стоит учесть. Хорошо бы раз в несколько месяцев менять угол наклона батарей вслед за солнышком. Тогда повысится эффективность, да и зимой снег не будет накапливаться.

Источники электрического тока.

Солнце как источник электрической энергии Преобразование солнечной энергии в электрическую

возможно посредством использования фотоэлементов, в которых солнечная энергия индуцируется в электрический ток безо всяких дополнительных устройств. Хотя КПД таких устройств невелик, но они выгодны медленной изнашиваемостью вследствие отсутствия каких-либо подвижных частей. Основные трудности применения фотоэлементов связаны с их дороговизной и занятием больших территорий для размещения. Проблема в какой-то мере решаема за счет замены металлических фотопреобразователей энергии эластичными синтетическими, использования крыш и стен домов для размещения батарей, выноса преобразователей в космическое пространство и т.п.

В тех случаях, когда требуется получение небольшого количества энергии, использование фотоэлементов уже в настоящее время экономически целесообразно. Б. Небел в качестве примеров такого использования называет калькуляторы, телефоны, телевизоры, кондиционеры, маяки, буи, небольшие оросительные системы и т.п.

Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями бороздившие просторы океанов, и ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн. кВт энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле. Полагают, что технически возможно освоение 40 млрд. кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты.

Почему же столь обильный доступный и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Непостоянство ветра требует сооружения аккумуляторов энергии, что значительно удорожает себестоимость электроэнергии. Из-за рассеянности при сооружении равных по мощности солнечных и ветровых электростанций для последних требуется в пять раз больше площади (впрочем, эти земли можно одновременно использовать и для сельскохозяйственных нужд). Но на Земле есть и такие районы, где ветры дуют с достаточным постоянством и силой. (Ветер, дующий со скоростью 5-8 м/сек., называется умеренным, 14-20 м/сек. – сильный, 20-25 м/сек. – штормовым, а свыше 30 м/сек. – ураганным).

Энергия ветра.

Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится – нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это - проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов.

Геотермальная энергия

Резкое увеличение цен на топливо, трудности с его получением, истощение топливных ресурсов – все эти видимые признаки энергетического кризиса вызывали в последние годы во многих странах значительный интерес к новым источникам энергии, в том числе к энергии Мирового океана.

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны: акватория Тихого океана составляет 180 млн. кв. км, Атлантического – 93 млн. кв. км, Индийского – 75 млн. кв. км. Так, тепловая энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.

Энергия Мирового океана

Гидроэлектростанции (ГЭС) можно отнести к условно чистым источникам энергии, по сравнению со станциями на ископаемом топливе. Если не учитывать огромные площади земли (как правило, плодородные), занимаемые водохранилищами. А дефицит продуктов питания человечество ощущает уже сегодня.

Строительство новых ГЭС можно было бы приветствовать. Но, к сожалению, основной энергетический ресурс наших рек уже задействован и перспектив к существенному росту у гидроэнергетики нет.

Гидроэлектростанции (ГЭС)

Тепловые электростанций (ТЭС). Работают на ископаемом топливе (газ, нефть, уголь, мазут).

Города с их смогом, миллионами машин и огромной плотностью населения, переживают не лучшие времена. Свою лепту в ухудшение экологической обстановки в городе вносят и электростанции на ископаемом топливе. Если ситуацию кардинально не изменить сегодня, то мы рискуем в обозримом будущем превратить наши города в территории не пригодные для проживания.

Миллионы лет энергия Солнца аккумулировалась в земных недрах в виде нефти, угля и газа. За это мы должны благодарить все то огромное многообразие биологических форм жизни, существовавшей на поверхности Земли все это время. И вот на Земле появился Homo sapiens, «царь природы». Природная кладовая, с ее ценнейшими запасами сырья, досталось человечеству даром. Вот и отношение у нас к этим ресурсам соответствующее: копаем, качаем, сжигаем. Как в средневековье: «город отдан на разграбление». И, похоже, природная кладовая скоро опустеет. А как жить нашим детям, внукам, правнукам …? Многие из этих природных ресурсов будут полностью исчерпаны уже в ближайшие 50 лет. А что дальше? «После нас хоть потоп»?

Тепловые электростанций (ТЭС).

Атомные электростанции (АЭС). У сторонников атомной энергетики, похоже, может открыться второе дыхание. После Чернобыльской аварии и четверти века забвения, интерес к атомным станциям начал расти.

Тому есть объективные причины: стабильный источник электрической энергии, относительно безопасный (в современных конструкциях реакторов этому вопросу уделили особенное внимание), большие запасы урановой руды. 1. У человечества еще нет опыта полной утилизации закрытой атомной станции.Срок работы станции 20…30 лет. В отдельных случаях, если на то есть объективные предпосылки, срок эксплуатации атомной станции могут продлить еще на 10…20 лет. После истечения этого срока станция должна быть остановлена, с ее территории должны быть полностью вывезены и захоронены радиоактивные элементы, а сама площадка станции должна быть приведена в состояние, пригодное для дальнейшего использования человеком.

Атомные электростанции (АЭС).

2. Даже самые совершенные системы безопасности не могут предотвратить возникновение аварийной ситуации и повторения «Чернобыля». Яркий тому пример – многочисленные техногенные аварии и катастрофы на тех же атомный станциях, космический кораблях, самолетах, морских судах, нефтяных платформах и т.д. и т.п. К сожалению, человеку свойственно ошибаться. Мы несовершенны.

Если и дальше будет продолжаться строительство новых атомных станций, то нашим потомкам мы оставим Землю, усеянную тысячами «Чернобылей». Эти территории не будут пригодны для проживания еще не одну сотню лет.

Каким образом дерево вырабатывает электроэнергию, никто толком объяснить не может. Но эффект есть.

- Убедиться просто, - говорит изобретатель Гордон Уодл. - Воткните алюминиевый стержень через кору в ствол живого дерева. А в почву рядом - медную трубку. Так, чтобы она вошла примерно на 20 сантиметров. Подсоедините вольтметр. Стрелка покажет, что между стержнем в стволе и зарытой трубкой есть потенциал - 0,8 - 1,2 вольта постоянного тока.

Вот эти вольты и намерена выкачивать специально созданная фирма MagCap Engineering из Массачусетса (США). Инженеры уверены, что через несколько лет мы будем тянуть провода к ближайшим деревьям в парках и лесах, чтобы напитать дома электричеством. Конечно, не все так просто. Уодл создал хитрое устройство, которое фильтрует «деревянный» ток и повышает выходное напряжение. Его прототип уже дает      2 вольта. А в ближайшее время энтузиасты обещают 12 при силе тока в 1 ампер с каждого дерева. Но  и  это не предел. Оказывается, несколько воткнутых  гвоздей повышают выход энергии. А размер электрического «зеленого друга» значения не имеет. Напряжение почему-то  повышается  и  зимой,  когда  листья  сброшены.

Из живых деревьев

Черепица на крыше вашего дома сможет генерировать электричество

Электричество играет порой невидимую, но жизненно важную роль в существовании многих организмов, включая человека. Удивительно, но электричество вошло в нашу жизнь благодаря животным, в частности электрическим рыбам. Например, в основе электрофизиологического направления в медицине лежит использование в лечебных процедурах электрических скатов. Живые источники электричества в свою врачебную практику впервые ввёл известный древнеримский врач Клавдий Гален. Сын богатого архитектора, Гален получил вместе с хорошим образованием внушительное наследство, что позволило ему путешествовать в течение нескольких лет по берегам Средиземного моря. Однажды в одной из маленьких деревушек Гален увидел странное зрелище: двое местных жителей шли ему навстречу с привязанными к голове скатами.

Многие электрические рыбы используют электричество далеко не в мирных целях, в частности для того, чтобы убивать свою добычу. Впервые европейцы столкнулись с чудовищными живыми электростанциями в джунглях Южной Америки.

Живые электростанции

Неоспоримая роль энергии в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы, прямо или косвенно, большей энергии, чем могут дать мускулы человека.

Потребление энергии – важный показатель жизненного уровня. В те времена, когда человек добывал пищу, собирая лесные плоды и охотясь на животных, ему требовалось в сутки около 8 МДж энергии. После овладения огнем эта величина возросла до 16 МДж; в примитивном сельскохозяйственном обществе она составляла 50 МДж, а в более развитом – 100 МДж.

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник бал исчерпан.

Заключение

На пути широкого внедрения альтернативных источников энергии стоят трудно разрешимые экономические и социальные проблемы. Прежде всего это высокая капиталоемкость, вызванная необходимостью создания новой техники и технологии. Во-вторых, высокая материалоемкость : создание мощных ПЭС требует, к примеру, огромных количеств металла, бетона и т.д, В-третьих, под некоторые станции требуется значительное отчуждение земли или морской акватории. Кроме того, развитие использования альтернативных источников энергии сдерживается также нехваткой специалистов. Решение этих проблем требует комплексного подхода на национальном и международном уровне, что позволит ускорить их реализацию.

1) «Физика юным». Автор М. Н. Алексеева. 2) Серия «Эрудит». Физика. «Издательство Мир книги».

Литература