Введение.
Без энергии жизнь человечества немыслима. Дома у нас тепло и светло. Но все мы привыкли использовать в качестве источников энергии органическое топливо — уголь, газ, нефть. Однако их запасы в природе ограничены. И рано или поздно наступит день, когда они иссякнут. Что же делать? Уже давно найден ответ: надо искать другие источники энергии — альтернативные, нетрадиционные, возобновляемые. Какие же они?
Цель.
Узнать какие же в настоящее время существуют основные альтернативные источники энергии и определить насколько они могут использоваться в реальной жизни на примере гимназии № 31 г. Минска.
Задачи.
1. Изучить нетрадиционные виды энергии, их достоинства и недостатки.
2. Выяснить принцип работы и устройства альтернативных источников энергии.
3. Подсчитать (узнать) стоимость установки возобновляемых источников энергии.
4. Узнать, какое количество энергии потребляет моя гимназия за 1 месяц (1 год).
5. Определить время окупаемости данного проекта.
6. Выяснить, будет ли выгодно нашей школе установить альтернативные источники энергии.
Место проведения исследования.
Гимназия № 31 г. Минска, ул. Мазурова, 6.
Январь 2014 года.
Ход работы
В наше время все источники энергии можно разделить на традиционные (широко распространенные для получения электричества, отопления и топлива для двигателей) и нетрадиционные (альтернативные) источники энергии.
К традиционным источникам энергии мы можем отнести:
1. Уголь
2. Газ
3. Нефть
4. Торф
5. Дерево(дрова)
6. Атом водорода
К нетрадиционным источникам энергии мы относим:
1. Солнце
2. Ветер
3. Вода (энергия рек, водопадов)
4. Механическая (мускулы)
В ходе своей работы я проводил опрос, где ученики 3 «Б» класса должны были ответить на вопрос: Что является традиционными источниками энергии? (См. Приложение 1.)
Ребята отвечали в целом правильно. Однако, они оказались незнакомы с такими видами источников энергии как атом водорода (и большинство ребят ответили, что это альтернативный источник энергии) и мускульная энергия (многие решили, что это традиционный источник энергии для получения тепла, электричества и топлива). Как результат, лишь 12 % опрашиваемых ответили правильно (см.диаграмму1).
|
Существуют 2 наиболее распространённых вида альтернативных источников энергии СОЛНЕЧНАЯ энергия и ВЕТРЯНАЯ энергия.
СОЛНЕЧНАЯ энергия — это энергия солнца.
ВЕТРЯНАЯ энергия — это энергия, получаемая из ветра.
Рис. 1. Ветрогенераторы
Рис. 2. Солнечные батареи
Всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии. Излучение Солнца можно использовать как для нужд теплоснабжения, так и для получения электричества (используя фотоэлектрические элементы).
К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.
Недостатками солнечной энергии являются зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также, необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций.
Одним их перспективнейших источников энергии является ветер. Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора. Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего то, что в ветряных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.
К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума, вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей.
Устройство солнечного источника энергии.
В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями).
В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), зарядного устройства, аккумуляторов с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.
Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую. Однако даже в самых последних разработках коэффициент полезного действия не превышает 20 % при солнечной погоде. В условиях Белоруссии установка солнечных батарей будет не выгодна, так как количество солнечных дней в году составляет в среднем 28, приблизительно 1 месяц. Остальные дни либо пасмурные, либо с переменной облачностью.
Рис. 3. Схема устройства солнечного источника энергии
Рис. 4. Пример установки солнечной батареи на крыше моего детского домика (собственная разработка)
Рис. 5. Солнечное зарядное устройство
Устройство ветряного источника энергии.
Конструкция ветряной электростанции, в общем случае, состоит из ветрогенератора, зарядного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора для преобразования напряжения в привычное значение 220В.
Рис. 6. Схема устройства ветряного источника энергии
Рис. 7. Пример использования ветрогенератора для работы часов (собственная разработка)
Рис. 8. Ветряное зарядное устройство
Установка верогенераторов будет более выгодной в нашей местности, так как Минск находится на Минской возвышенности и скорость ветра в Беларуси составляет в среднем 6-9 м/сек.
Рассмотрим это на примере нашей гимназии.
Расчетная часть
Гимназия потребляет в среднем 10000 киловатт в месяц.
Установка 1 ветрогенератора, который производит 2000 киловатт в месяц при скорости 6 м/сек стоит 7 тыс. долларов. Таким образом возле школы необходимо установить 5 ветрогенераторов (10000 киловатт / 2000 киловатт). Их стоимость составит 35 тыс. долларов (7 тыс. долларов х 5 ветрогенераторов).
Рассчитаем время за которое окупится установка ветрогенераторов.
При существующем на сегодняшний день тарифе на электроэнергию, который составляет 920 бел.руб. за 1 киловатт наша гимназия ежемесячно платит 10000 киловатт х 920 бел.руб. = 9 200 000 бел.руб. Это составляет приблизительно 1 тыс. долларов в месяц. Тогда срок окупаемости будет равен: 35 тыс. долларов / 1 тыс. долларов = 35 месяцев или почти 3 года. После этого срока электроэнергия, получаемая от ветрогенераторов, становится для нашей гимназии бесплатной. Если энергия не использована полностью — она может быть продана государству.
Вывод:
Использование солнечных батарей в нашем белорусском климате на данном этапе развития не будет выгодным.
Использование же ветрогенераторов в наших условиях оказывается выгодным не только с точки зрения экологичности и возобновляемости, но и с экономической точки зрения.
Литература:
1. Баланчевадзе В. И., Барановский А. И. и др.; Под ред. А. Ф. Дьякова. Энергетика сегодня и завтра. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 344 с.
2. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра 2 издание.., перераб, и доп. Энергоатомиздат.
3. Шейдлин А. Е. Новая энергетика. — М.: Наука, 1987. — 463 с.
4. Юдасин Л. С.. Энергетика: проблемы и надежды. — М.: Просвещение, 1990. — 207с.
6. Электронный конструктор «Знаток. Альтернативные источники энергии»
