Альтернативні джерела електричної енергії

Урок № 91

Тема програми: «Будова, принцип роботи, технічне обслуговування та ремонт сонячних і вітрових енергоустановок потужністю до 50 кВт.»

Тема уроку: « Альтернативні джерела електричної енергії».

Мета уроку:навчальна – проаналізувати стан галузі енергетики в Україні, узагальнити та систематизувати знання учнів про різні види електростанцій, розглянути основні джерела альтернативної енергії, окреслити основні проблеми сучасної енергетики та можливі шляхи їх розв`язання;розвиваюча – розвивати культуру дослідницької діяльності, формувати навички розробки та презентації проектів, уміння працювати в групах, виробити практичні навички використання засобів інформаційних технологій;виховна – сприяти формуванню основних світоглядних ідей, вихованню людяності, активної життєвої позиції.

Епіграф уроку:Не можна допустити, щоб люди спрямувалина своє власне знищення ті сили природи, які вони зуміли відкрити й підкорити.

Ф. Жоліо – Кюрі.Енергетичний баланс ( в %)

Хтось із присутніх може собі уявити відсутність лампочки, яка освітлювала б вечірню кімнату, чи неможливість подивитися улюблену телепередачу?

А можливо, для вас була б звичною відсутністьтаких предметів побуту, як холодильник, пральна машина, комп`ютер.

Але самі по собі ці пристрої нічого не варті, якщо вони не працюють. А для цього їм потрібна… що?

Та як отримати цю енергію?

Нам відомо, що для отримання електроенергії необхідні певні джерела.

Назвіть їх будь ласка.

Джерела електричної енергії

Отже, для використання портативного радіоприймача достатньо гальванічного елемента.

Щоб запустити двигун автомобіля потрібен акумулятор.

Для роботи більш потужних пристроїв потрібно більше енергії, більше потужності. У цьому нам може допомогти генератор змінного струму.

Ми дійшли до головного, що нас цікавитиме: де виробляють електроенергію та які при цьому виникають проблеми.

Споживання енергії – важливий показник життєвого рівня людства. У сучасному розвиненому суспільстві енергії потрібно 100 МДж.

Енергія є головною складовою життя людини, причому половина цієї енергії – електрична.

Енергоспоживання у світі за рік становить 12 млрд тонн умовного палива у вугільному еквіваленті.

Соціально-економічний розвиток кожної країни, зокрема і України, залежить від стану її енергетики. Сьогодні основною економічною проблемою у світі є енергетична криза. На нашому уроці з`ясуємо шляхи подолання цієї проблеми.

Які існують традиційні способи отримання електроенергії?

АЕС, ТЕС, ГЕС

ПРОЕКТ № 1АЛЬТЕРНАТИВНІ ДЖЕРЕЛА

ЕНЕРГІЇ

1. Можливості використання сонячної енергії

2. Можливості використання енергії вітру

Розробили учні 7 групи електромонтерівКаменщук АндрійКаленіков Станіслав

Творча група “Експерти-аналітики”.

Сонце - невичерпне джерело енергії - щомиті дає Землі 80 трильйонів кіловат, тобто в кілька тисяч разів більше, ніж всі електростанції світу. Треба тільки вміти користуватися ним. Наприклад, Тибет - найближча до Сонця частина нашої планети -- по праву вважає сонячну енергію своїм багатством. На сьогодні в Тибетському автономному районі Китаю побудовано вже більше п'ятдесяти тисяч Геліопечей. Сонячною енергією опалюються житлові приміщення площею 150 тисяч квадратних метрів, створені геліотеплиці загальною площею мільйон квадратних метрів.

Можливості використання сонячної енергії

Хоча сонячна енергія і безкоштовна, одержання електрики з неї не завжди достатньо дешево. Тому фахівці безупинно прагнуть удосконалити сонячні елементи та зробити їх ефективніше. Новий рекорд в цьому відношенні належить Центру прогресивних технологій компанії "Боїнг". Створений там сонячний елемент перетворює в електроенергію 37 відсотків сонячного світла, що потрапляє на нього.

У дослідженні міжнародної організації «Грінпіс» разом із Європейскою асоціацією фотоелектричної промисловості стверджується, що через 15 років мільярд людей зможуть використовувати електроенергію Сонця.Сировинна база наземної фотоелектрики – полікристалічний кремній.Світовими лідерами з виробництва фотоелектричних батарей є Німеччина, Японія, США, Китай.

Фотогальванічні елементи перетворюють сонячне світло на електрику. Щороку обсяг продажу сонячних батарей зростає на 30%. Але для виготовлення фотоелементів використовують токсичні речовини, такі як кадмій сульфіт і галій арсенід. Ці хімічні елементи не розкладаються в природному середовищі протягом сотень років.

Приклади використання цього виду енергії

Німеччина: місто Фрайбург – столиця сонячної енергетики країни. Тут розташовано інститут систем енергетики. Близько 20% дахів будинків оснащені сонячними батареями.США – сонячна станція метро в Нью-Йорку. На станції метро «Стіллуел авеню» збудовано фотоелектричний дах площею 7060 квадратних метрів, який є джерелом енергії для станції й прихистком від негоди.Китай – сонячні дахи в Шанхаї. Це приклади «будинків майбутнього».

В Україні також існують такі розробки. Прикладом є «будинок нуль енергії» у Львові (перший в Україні). Його презентація відбулася 30 липня 2005 р. Поштовхом до започаткування цього проекту стала необхідність у заміні даху на одному зі старовинних будинків у центрі Львова.Сонячна електростанція в Україні збудована в м. Євпаторія в Криму.

Тальнівський район, Черкаська область 18.08.2011р.

Каховщина

Ліщинівці

Закарпаття

Цей вид електростанцій:потребує величезних площ під установку дзеркал і батарей;викликає зміни в тепловому і радіаційному балансі планети.

можливості використання енергії вітру

Людина вже давно використовує силу вітру. Цей вид енергії є одним із «старих» джерел енергії.

На перший погляд вітер здається однією з найбільш доступних і поновлюваних джерел енергії. На відміну від Сонця він може "працювати" взимку і влітку, вдень і вночі, на півночі і на півдні

Але вітер - це дуже розсіяний енергоресурс. Природа не створила "родовища" вітрів і не пустила їх, подібно річкам, по руслах. Вітрова енергія практично завжди розсіювалась по величезним територіям.

Основні параметри вітру - швидкість і напрямок - змінюються часом дуже швидко і непередбачувано, що робить його менш "надійним", ніж Сонце

Таким чином, постають дві проблеми, які необхідно вирішити для повноцінного використання енергії вітру. По-перше, це можливість "ловити" кінетичну енергію вітру з максимальної площі. По-друге, ще важливіше, добитися рівномірності, сталості вітрового потоку.

У наші часи популярність вітрової енергії в цілому світі різко зросла. Вітряки найсучасніших конструкцій виробляють чисту, легкодоступну електроенергію, якою користуються 35 млн. людей.Вітрові двигуни не забруднюють навколишнє середовище, але вони дуже громіздкі і галасливі. Щоб виробляти з їх допомогою багато електроенергії, необхідні величезні простори землі. Краще за все вони працюють там, де дмуть сильні вітри. І тим не менше всього одна електростанція, яка працює на викопному паливі, може замінити за кількістю отриманої енергії тисячі вітряних турбін.

Приклади використання цього виду енергії

У Данії вітрові електростанції виробили за 2014 рік 39,1% всієї електрики країни. У Німеччині, Іспанії, Індії розвивається швидкими темпами. Індія посідає 5 місце серед найперспективніших країн щодо використання вітрової енергії. Фахівці вважають, якщо у США використати всі місцевості, придатні для вітрових електростанцій, то можна задовільнити 20% потреб країни в електроенергії.Австралія має величезний вітровий потенціал. У 2004 році вона удвічі збільшила потужність вітростанцій.

Найбільша вітрова електростанція в

світі

Данія

В Україні також є сприятливі умови для використання енергії вітру: це Карпатський регіон, південь, райони Донбасу.У 1999 році в Україні почали працювати 5 електростанцій (72 вітрові енергоблоки). Це Аджигільська, Акташська, Чорноморська, Донузлавська, Трускавецька Побудовано вітростанцію у Сакках, Східниці та Сімферополі.

Під МелітополемАсканія-Нова,

Херсонська область

Негативними рисами цього виду енергії є:

Шумові забруднення території.Загибель великої кількості птахів.Виведення з обігу земельних угідь.

Карпати

Крим

Проект № 2.Можливості використання енергії води і Землі

Творча група “ Електрики-економісти”

1. Припливні і хвильові електростанції.2. Геотермальні електростанції.

Розробили учні 7 групи електромонтерівТилілюк РусланПетров Володимир

Припливні і хвильові електростанціїМоря та океани займають 71% поверхні Землі й мають енергію таких видів:енергія хвиль і припливів;прихована енергія течій у різних частинах морів та океанів.Такі величезні запаси і різноманітність її форм – запорука того, що в майбутньому людство не зазнає дефіциту енергії.

Сконструйовано морські хвильові електростанції, що використовують енергію коливання морської води. Хвиля метрової висоти забезпечує від 25 до 30 кіловат енергії, навіть хвиля заввишки лише 35 см може обертати спеціальну турбіну й давати струм.

Одна з перших хвильових електростанції потужністю 350 кіловат успішно працює вже25 років поблизу норвезького міста Бергена. Такі станції є також у Франції, Росії (Кольська затока).

Хвильовийгенератор

Припливна електростанція

Першу у світі комерційну хвильову електростанцію, яка в майбутньому вироблятиме 20 Мегават й забезпечуватиме 13500 будинків, відкрили недавно біля міста Повуа-ді-Варзин на півночі Португалії.

В нашій країні роботи зі створення хвильових електростанцій відновилися теж у 70-х роках у Київському політехнічному університеті. На Чорному морі проводились випробування установки, в якій електроенергія виробляється при переміщенні (або гойданні) постійного магніту відносно електричної обмотки. Корисна потужність установки при двобальних хвилях складала біля 4 кіловат.

Припливні і хвильові електростанції мають недоліки.

1.Будівництво довгих ліній електропередач призведе до електромагнітного забруднення території.2. Будівництво гребель у затоках спричинить: * вторгнення морської води в прісні приберегові колодязі; * затоплення приберегових територій; * посилення берегової ерозії; * зміни видового розмаїття рослинного і тваринного світів; * виникнення густіших туманів і сильних морських вітрів; * зміну температури водних мас, їх перемішування.

ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГІЯ

Геотермальна енергія – це тепло Землі, яке переважно утворюється внаслідок розпаду радіоактивних речовин у земній корі та мантії.

Якщо хтось захотів би докопатися до земного ядра, темпаратура якого становить +4000°С, то з кожним кілометром температура зростала б на 30°С. Для людей, що живуть поряд з термальними джерелами або вулканічними розколинами, підземне тепло легкодоступне.

Тепло від гарячих гірських порід в земній корі теж може генерувати електрику. Через пробурені в гірській породі свердловини вниз накачується холодна вода, а в вгору піднімається утворена з води пара, що обертає турбіну. Гаряча пара й вода, що піднімаються із земних надр, використовується у 58 країнах світу для обігріву будинків та виробництва електроенергії.

Вона використовується, наприклад, у Новій Зеландії та Ісландії.

Геотермальна електростанція в Новій Зеландії

Одна із геотермальних електростанцій

в Ісландії

У Голландії енергія, отримана з геотермальних джерел, становить майже половину від усієї споживаної. Цю країну називають країною вогню і криги. Адже в Голландії, країні із суровим кліматом, де навіть дерева і кущі не ростуть, у теплицях, що обігріваються внутрішнім теплом Землі, вирощують банани та інші субтропічні культури!В інших державах, скажімо в Австралії, працюють над тим, щоб отримувати енергію з гарячих, сухих скельних порід, які залягають на глибині лише кількох кілометрів від поверхні Землі. Можна запускати воду в гарячі пласти. Там вона, нагрівшись до високої температури, під великим тиском повертатиметься на поверхню землі, де відразу ж подаватиметься на турбіни. Цим методом довго можна отримувати електроенергію.

Найперспективнішим для видобутку високопотенційних енергоресурсів є Карпатський геотермічний район, який характеризується високим геотермічним градієнтом і відповідно високими температурами гірських порід порівняно з іншими регіонами України. Перспективним районом для розвитку геотермальної енергетики є Крим. Третім перспективним районом для розвитку геотермальної енергетики є Дніпрово-Донецька западина, що включає в себе області: Чернігівську, Полтавську, Харківську,Луганську.

Україна має значний потенціал геотермальної енергії.

Проблеми геотермальних ТЕС.

1. Теплове забруднення навколишнього середовища.2. Утилізація використаних вод.3. Концентрація сірководню в атмосфері.

Проект № 3.Захист навколишнього середовища

Творча група “ Електрики-екологи”

1. Електростанції, що працюють на біопаливі.2. Нетрадиційне отримання електроенергії зі сміття.

Розробили учні 7 групиелектромонтерівСорочан ОлександрГирбу Іван

Біоенергетика

В умовах глобального потепління клімату та посилення викидів парникових газів зростає необхідність у заходах, спрямованих на запобігання зазначених процесів. Базові умови виробництва біомаси існують там, де є вдосталь сонячного світла, а температура становить понад +5°С.

Біомаса – чудовий енергоносій. Енергетичні культури – ріпак, соя, сонячник – активно вирощують в

Україні.Відходи рослинної біомаси в Україні складають щорічно 40 млн. тонн, що еквівалентно 25-30 млрд. кубічних

метрів газу на рік.Відходи тваринництва та

птахівництва сягають 32 млн. тонн сухих відходів.

Понад 14 млн. кубічних метрів відходів накопичилося в лісовідвалах,

і ще 7 млн. кубічних метрів у лісах.

Україна має великі перспективи розвитку біоенергетики, яказдатна забезпечити майже 50% нетрадиційних джерел енергії.

Незабаром на Прикарпатті стане до роботи перша в Україні електростанція, яка працюватиме на біопаливі. До впровадження альтернативної енергетики компанія “Даноша” йшла 9 років. Тепер планує і надалі розширювати виробництво альтернативної енергетики. Адже воно має чимало переваг: від збереження довкілля — до підвищення інвестиційної привабливості самої компанії. До речі, саме політика піклування про довкілля стала одним із вирішальних факторів для укладання інвестиційного договору між материнською компанією “Даноша” у Польщі, та міжнародною фінансовою корпорацією, яка перебуває у структурі Світового банку.

Найбільша в Європі електростанція на біопаливі запрацювала в Австрії В австрійському містечку Зіммерінг збудували найбільшу в Європі електростанцію, що працює за рахунок відходів лісозаготівлі – тріски та кори. Потужність станції становить 66 Мегават. Вона забезпечуватиме електрикою близько 50 тис. будинків і 12 тис. будівель - теплом. Щорічно тут спалюватимуть близько 200 тис. тонн відходів. Будівництво електростанції обійшлося в 52 млн євро.

Здавалося б, що може бути неприємніше гнію? Багато проблем пов'язано із забрудненням водойм відходами тваринницьких господарств. Великі кількості органічної речовини, що потрапляють у водойми, сприяють їх забрудненню.

Теплоцентралі - активні забруднювачі навколишнього середовища, свиноферми і корівники - теж. Проте з цих двох зол можна скласти щось хороше. Саме це відбулося в англійському місті Піделхінтоне, де розроблена технологія переробки гнію свиней в електроенергію. Відходи йдуть по трубопроводу на електростанцію, де в спеціальному реакторі піддаються біологічній переробці. Утворений газ використовується для отримання електроенергії, а перероблені бактеріями відходи - для добрива. Переробляючи 70 тонн гнія щодня, можна отримати 40 Кіловат/год електроенергії.

Електроенергія зі сміття

Одним із нетрадиційних способів використання відходів людської діяльності є отримання електроенергії зі сміття. Проблема міських звалищ стала однією з найбільш актуальних проблем сучасних мегаполісів. Але, виявляється, їх можна ще використовувати для виробництва електроенергії.

Саме так вчинили в США, штат Пенсільванія. Коли побудована для спалювання сміття і одночасного вироблення електроенергії для 15000 будинків піч стала отримувати недостатньо палива, було вирішено заповнити її сміттям з уже закритих звалищ. Вироблювана зі сміття енергія приносить округу близько 4000 доларів прибутку щотижня. Але головне - площа закритих звалищ скоротилася на 78%.

Розкладаючись на звалищах, сміття виділяє газ, 50-55% якого припадає на метан, а 45-50% -- на вуглецевий газ і близько одного відсотка - на інші сполуки. Якщо раніше виділений газ отруював повітря, то тепер у США його використовують як пальне у двигунах внутрішнього згоряння з метою вироблення електроенергії.

Тільки в травні 1993 року 114 електростанцій, що працюють на газі від звалищ, виробили 344 Мегаджоулей електроенергії. Найбільша з них, у місті Уіттіер, виробляє за рік 50 Мегаджоулей. Станція потужністю 12 Мегават здатна задовільнити потребу в електроенергії жителів 20 тисяч будинків. За підрахунками фахівців, газу на звалищах США вистачить для роботи невеликих станцій на 30-50 років.

Чи не варто і нам замислитися над проблемою вторинного використання сміття?

За наявності ефективної технології ми могли б скоротити кількість сміттєвих "курганів", а заодно значно поповнити і заповнити запаси енергії, благо "дефіциту сировини" для її виробництва не передбачається.

На Київщині електроенергію добуватимуть зі сміття

Планується побудувати не менше 5 електростанцій на біогазі. По одній з них – у Бориспільському, Білоцерківському та Броварському районах.

Заповними анкету соціального опитування учнів

1. Яким є ваше ставлення до об`єктів ядерної енергетики?* позитивним; * негативним;* не визначився.2. Чи вірити ви в потенційну можливість повторення аварій, подібних до Чорнобильської?* так;* ні;* не замислювався над цим.3. Чи стає світ кращим завдяки атомній енергетиці?* так;* ні;4. Які з перелічених джерел, на ваш погляд, стануть реальною альтернативою АЕС?* традиційні ТЕС і ГЕС;* поновлювані джерела енергії ( вітрова, сонячна, геотермальна);* біоенергетика.

Ми можемо зробити загальний висновок про виробництво електричної енергії й екологічні проблеми, які при цьому виникають.

1. АЕС – електростанції екологічно чисті, але небезпечні.2. ТЕС – електростанції, що спричиняють найбільше забруднення навколишнього середовища.3. ГЕС – електростанції екологічно чисті, безпечні, але будівництво на рівнині пов`язане зі зміною ландшафту.4. Нетрадиційні джерела одержання енергії часто негативно впливають на навколишнє середовище.5. Найбільш раціональний шлях – комбіноване використання джерел енергії.6. У виборі типу електростанцій необхідні як оцінка природних умов, так і передбачення наслідків їх впливу на довкілля й здоров`я людей.

V. РефлекціяНа уроці я дізнався…Змінив своє ствлення до…Не знав, а тепер знаю…

«Якщо людина хоче жити на цій Землі, їй доведеться виявити мудрість при виборі між тими нововведеннями, які вона здатна контролювати, і тими, котрими вона керувати не в змозі».

Джорж Драйфуца.

VI. Домашнє завдання. 1.Переглянути в освітньому просторі відеофільми: «Альтернативні джерела електроенергії».2. Розгадати кросворд.3. Написати реферат на тему:”Технічне обслуговування сонячних та вітрових електростанцій потужністю до 50 кВт.”4. Створити мініпроект на тему « Енергозбереження у власному домі»