| Головна » Фізика |
Мета: Дати уявлення учням про те, що традиційні джерела енергії є однією із причин зміни клімату і довкілля. Викликати бажання створити особистий проект нового поновлювального джерела енергії і розкрити його основні екологічні і економічні переваги над традиційними джерелами енергії. Продовжувати формувати вміння аналізувати, порівнювати , самостійно робити висновки, працювати з літературою. Виховувати екологічно спрямоване мислення, бережливе та господарське ставлення до природи; вміння працювати групами, прагнення до збагачення знань, уміння захищати свої думки. Тип уроку: урок-семінар . Міжпредметні зв’язки: географія , хімія , біологія. Обладнання та матеріали: комп’ютер, папки з додатками для кожної групи; записи на дошці, музикальне оформлення. Методи та прийоми: Інформаційно – рецептивний: а) мовний (розповідь, бесіда ); б) наочний ( робота з роздатковим матеріалом ). Репродуктивно – пошуковий ( виконання практичних завдань ). 3. Евристично – пошуковий (робота в групах над завданнями відповідно до інструктивних карток, побудова проблемних питань та всебічний аналіз об’єкту, що вивчається ). Епіграфи уроку: ,, Охорона природи – це справа всіх і кожного, це державна справа '' (закон України,,Про охорону навколишнього середовища ''); ,, Ми господарі нашої Батьківщини, і вона для нас складова сонця з великим скарбом життя. Для риб потрібна чиста воді – будемо охороняти наші водойми. В містах, степах, горах цінні тварини будемо охороняти ліси, степи, гори. Рибі вода, птахам – повітря, звірям – ліс, степи, гори. А людині потрібна Батьківщина. І охороняти природу значить охороняти Батьківщину '' ( М Прішвін). ,,Винахідник не бореться проти законів природи, а використовує їх ''.
Структура та зміст уроку Організаційний момент У класі тихо звучить музика, учні розсаджуються групами ( 3 групи). На попередньому уроці учитель проводить поділ на групи, а кожній групі дали домашнє завдання: знайти й опрацювати матеріали з таких тем: ● використання Сонячної енергії; ● енергія вітру ; ● енергія тепла ● використання енергія Світового океану ; ● енергія річок ; ● використання біоенергетика ;
Мотивація і активація навчальної діяльності.
ВСТУП Учитель: Пролунав уже дзвінок. Розпочався наш урок. То ж і ми часу не гаймо. Працювати починаймо. - Діти, сьогодні у нас незвичайний урок: ми вирушаємо у цікаву і пізнавальну мандрівку. Ми дізнаємось багато цікавого та корисного про дуже важливий і вкрай необхідний елемент нашого життя. Нумо відгадайте що це: По дроту ходить, Темряву розгонить.(Електрика) Так це дійсно, електрика! Жодна сучасна людина не може існувати без електрики, вона потрібна всім. Але потрібно уміти правильно користуватись електричними приладами та електрикою в цілому, щоб уникнути небезпеки. Заходи з енергозбереження щільно пов’язані з охороною навколишнього середовища. Надмірне енерговикористання веде до згубного впливу на природу. Екологія потерпає серйозні зміни під час видобутку палива. Атмосфера, гідросфера і літосфера забруднюється у процесі експлуатації енергетичних підприємств токсичними речовинами, що веде до зміни клімату. Раціональне використання енергії в домашньому господарстві дозволяє забезпечувати комфорт в приміщенні, знизити витрату різноманітних видів енергії, а також створити найсприятливішу екологічну обстановку. Енергоефективність - це раціональне використання енергії. В промисловості, щоб скоротити споживання різних видів енергії необхідні великі матеріальні витрати на реконструкцію установок і теплотрас, упровадження нових технологій, використання відновлюваних видів енергії. В повсякденному житті значно скоротити електроспоживання, можна, переглянувши свої звички і поведінку. Зі всієї споживаної в побуті енергії велика частина її йде на: опалювання приміщення - 79%; на електропобутову техніку - 5%; освітлення, радіо і телетехніку - 1%
Учитель пропонує переглянути презентацію „ Ефективне використання тепла та електроенергії. ” Ефективне використання тепла.pptx Ефективне використання тепла. Значна частина теплової енергії опалювальної системи йде на те, щоб перекрити витрати тепла в приміщенні. Втрати тепла в приміщенні з центральним опаленням й водопостачанням складають: із-за не утеплених вікон і дверей – 40%;
Значно скоротити втрати тепла можна таким чином: встановити пластикові вікна або своєчасно утеплити звичайні; При використанні гарячої води треба мати на увазі: через кран, з якого капає вода (10 краплин хвилину) витікає 2000л води за рік; приймаючи ванну (140-180л), ви використовуєте втричі більше енергії ніж приймаючи душ 5 хвилин, розпилювачі на кранах дозволяють більш ефективно використовувати воду.
2. Економія електроенергії в побуті. При економному використанні електроенергії, без шкоди комфортному проживанню можна скоротити використання електроенергії на 20-25%, дуже важливо раціональне використання електроенергії в осіньо - зимовий період і в години найбільшого її використання: з 8.00 до 10.00 і з 19.00 до 21.00. Освітлення приміщення складається з природного (через вікно) й штучного (за допомогою світильників). Кожне з них повинно забезпечувати достатню освітленість приміщення, повинно бути рівномірним без різких тіней.
Природне освітлення залежить від: чистоти вікон (забруднене скло поглинає до 30 % світла); У приміщенні використовують три системи штучного освітлення: загальне – забезпечуються найпотужнішими світильниками, розташованими в центрі стелі (на 1кв.м. приміщення бути 15-25Вт міцності ламп напруження); місцеве – забезпечую необхідне освітлення у певних місцях за допомогою спеціальних світильників з лампами напруження 60-100Вт (в залежності від роботи, яка виконується); комбіноване – досягається використанням місцевого і загального.
Економія електроенергії при штучному освітленні досягається: правильним вибором типа освітлення;
Учитель: Отже історію енергоспоживання людство розпочало з дбайливого використання поновлюваних джерел енергії, а згодом перейшло до безглуздої експлуатації не поновлювальних джерел. Перш ніж розпочати пошук способів розумного споживання енергії, ми повинні отримати ключ до розуміння багатьох проблем довкілля і переконатися в необхідності пошуку нових шляхів отримання енергії в майбутньому. Нині лише теплові електростанції (ТЕС) на території України викидають в атмосферу 76 відсотків оксидів сірки, 53 відсотки оксидів азоту та 26 відсотків твердих частинок від загальних обсягів викидів стаціонарних пристроїв. На 1 млн. кВт електричної потужності атомних електростанцій (АЕС) викидається у навколишнє середовище не менше 2 млн. кВт теплової потужності, що в 1,5-1,8 разів більше, ніж на ТЕС. Якщо не враховувати наслідків Чорнобильської катастрофи, питоме забруднення на одиницю території України найбільше в Європі . «Зони стихійного лиха» тут займають більше 15 відсотків. Часу на роздуми вже немає. Людство сьогодні стоїть перед глобальною екологічною кризою, яка характеризується наступними факторами: 1) виснаженням озону; 2) глобальним потеплінням або його ще називають «парниковим ефектом»; 3) зменшення окислення атмосфери
III. Оголошення теми та мети уроку Учитель. Тема нашого уроку „ Енергозбереження задля протидії зміни клімату ”. А розкрити її ми спробуємо дещо незвично - у формі проектів нових альтернативних джерел енергії.
І V. Робота учнів у групах над власними проектами Учитель. Кожна з груп отримала домашнє завдання на попередньому уроці. Сьогодні на уроці ви отримаєте додаткову інформацію ( Додатки 1-6 ). Ваше завдання: опрацювати цей матеріал, обговорити його, скласти план презентації проекту і підготувати її на комп’ютері. Зверніть увагу на переваги та недоліки різних джерел енергії, їх вплив на екологію. Допоможуть вам у створенні презентацій і діаграми:
V. Презентація учнівських проектів Учні представляють свої проекти по черзі. Учитель надає слово двом доповідачам від групи, слідкує за відповідями учнів, корегує, відповідно до очікуваного результату.
Підсумок уроку Коли всі групи відзвітували , методом „ Дерево рішень ” учні узагальнюють, які джерела існують і можуть існувати, які з них більш економічні та екологічні. Учитель. Сьогодні на уроці ви дістали об’ємну інформацію про різні типи поновлювальних джерел енергії і переконалися в тому , що вони мають перевагу, як з екологічної так і із економічної точки зору над традиційними джерелами енергії. Сьогодні люди втрачають дуже багато енергії. При використанні таких джерел енергії як вугілля, нафта, довкілля настільки забруднюється, що це викликає серйозне занепокоєння учених у всьому світі. Зниження енергоспоживання – один зі способів поліпшити становище. Ще одним більш перспективним щодо збереження якості довкілля є зменшення використання не поновлюваних джерел і збільшення частки поновлювальних джерел енергії. Адже, використовуючи поновлюючи джерела енергії, ми зменшуємо кількість шкідливих викидів у атмосферу. Отже заощаджуючи енергію, ми рятуємо навколишнє середовище. Це не складно, і починати можна одразу: [*] Виходячи з кімнати, не забувайте вимкнути світло й електроприлади; [*] Не тримайте водопровідний кран відкритим, поки чистите зуби; [*] Ходіть у магазин, що поряд з вами, пішки, або їздіть на велосипеді. Тепер уважно погляньте на свій будинок, школу, і ви знайдете безліч способів заощадити енергію. Домашнє завдання
Підготувати повідомлення: „ Вплив транспорту на довкілля. ”
Група 1. Енергія Сонця Додаток 1 Сонце лише одна з мільярдів зірок, але воно джерело енергії для всього живого й для самої Землі. Викопне паливо витрачається такими темпами, що його запаси виснажаться десь у другій половині наступного сторіччя. Атомні електростанції, що колись уважалися гарною альтернативою, виявилися небезпечними, що було продемонстровано аварією в Чорнобилі (СРСР) в 1986 р. Із усіх альтернативних джерел енергія сонця є самої чистою й безпечної Наше Сонце є гігантським «термоядерним реактором», що працює на водні і щосекунди, внаслідок плавлення, переробляє 564 млн. тонн водню та 560 млн. тонн гелію. Промислове використання сонячної енергії почалося у 80-х рр. ХІХ ст. з робіт інженера Джона Еріксона, який вперше створив тепловий двигун, що працював на сонячній енергії. Сьогодні сонячна енергія найбільш широко використовується для виробництва низько потенціального сонячного тепла за допомогою найпростіших плоских колекторів. Сонячне випромінювання [Сонячне випромінювання] Близько 30% сонячного випромінювання відбивається атмосферою Землі, а ще 20% поглинається. У результаті, лише 50% його досягає поверхні нашої планети, але це еквівалентно всієї енергії, вироблюваної приблизно 170 мільйонами самих потужних електростанцій мира Багато лісових пожеж виникають у жару з вини сонячного світла, сфальцьованого крапельками ранкової роси. Ще в 400 р. до н.е. греки навчилися використовувати енергію Сонця для розпалення багаття за допомогою наповненої водою скляної кулі. До 200 р. до н.е. схожий спосіб з використанням увігнутих дзеркал для фокусування сонячних променів стали застосовувати і в Китаї.
Сонячне опалення Усі будинку частково обігріваються Сонцем, але є проекти, що дозволяють максимально використовувати це дарове джерело енергії й у такий спосіб значно знизити плату за опалення. У таких будинках установлені більші вікна на стороні, освітлюваної полуденним сонцем, і набагато менші вікна на протилежній, більш прохолодній стороні. У деяких будинках жалюзі з теплоізольованих матеріалів закриваються на ніч, що дозволяє зберегти більшу частину тепла, накопиченого за день. Це - пасивна сонячна технологія Сонячна енергія може також використовуватися для водяного опалення будинків. Промені Сонця нагрівають воду у середині плоских колекторних панелей, що поглинають ( на відміну від радіаторів опалення) випромінювання для нагрівання води. Ці панелі звичайно встановлюють на даху будинку під кутом, щоб уловлювати максимальна кількість прямих сонячних променів. Холодна вода протікає через панелі й нагрівається поглиненим ними сонячним світлом Сонячні елементи Сонячні елементи - це електронні обладнання, де за рахунок фотоелектричного ефекту світло перетвориться в електроенергію. Кожний елемент робить небагато енергії, тому для забезпечення електропостачання в достатньому обсязі необхідні батареї таких з'єднаних один з одним елементів. Елемент складається з тонкого шару напівпровідникового матеріалу, звичайно кремнію. У деяких сонячних елементах застосовують інший напівпровідника - арсенід галію. Вони менш ефективні, чому кремнієві, але можуть працювати при набагато більш високих температурах, завдяки чому їх можна застосовувати на супутниках, що зазнають потужному впливу променів Сонця в космосі. На енергії сонячних елементів працюють більшість штучних супутників; вона також використовується в деяких електронних калькуляторах і годиннику В 1981 р. легкий літак "Солар чэлленджер" перетнув Ла-Манш, використовуючи сонячне світло як єдине джерело енергії. Крила літака були покриті сонячними елементами, що роблять енергію для керування електроприводом повітряного гвинта. У штаті Флорида, США, телефон-автомат працював від батареї сонячних елементів, установленої на даху будки
Електрика в районах [Електрика в районах] У деяких віддалених районах більші батареї сонячних елементів забезпечують більшу частину побутової електроенергії, яка використовується для зарядки батарей, що працюють уночі. Сонячні елементи дуже надійні. Після установки вони практично не мають потреби у відході й можуть роками працювати без обслуговування. У Великобританії є маяки, що працюють в автоматичному режимі від сонячних елементів. Батареї таких елементів використовуються також у ряді автоматичних метеостанцій, розташованих уздовж узбережжя й моря. Електроенергія, одержувана від сонячних елементів, залежить не від тепла, а від світла. Завдяки цьому посадковий радіомаяк потужністю 360 кВт може працювати на сонячній енергії в умовах мерзлоти на Алясці. Починаючи з 19609х років, батареї фотоелектричних елементів використовуються для виробництва електроенергії для супутників зв'язку. Новітні батареї такого типу будуть установлені на борті космічної станції США "Фридом", планованої до запуску на орбіту на початку століття. У позахмарній височині ця станція за допомогою восьми панелей крилатого типу буде перетворювати сонячне світло в 75 кВт електроенергії. Проект використання сонячної енергії, запропонований американським інженером Пітером Гейзером, може забезпечити нас енергією з космосу. За задумом автора, повинно бути запущено 40 сонячних орбітальних електростанцій (СОЕ), оснащених величезними батареями сонячних елементів. Отримана енергія буде перетворюватися в пучки мікрохвиль, що посилають на прийомні станції на Землі. Там мікрохвилі будуть перетворені назад в електрику. На жаль, птахи й неметалічні літаки просто згорять при влученні на них потужних пучків мікрохвильової енергії, що посилають СОЕ.
Група 2. Енергія вітру Додаток 2 Що стосується України, то тут з давніх часів використовували енергію вітру. Так, на 1917 р. тут було близько 30 тис. вітряків, загальною потужністю близько 200 тис. кВт. Цікаво, що у тридцятих роках видатний український вчений-винахідник Юрій Кондратюк створює дерзновенний проект вітроелектростанції потужністю 20 тис. кВт. Запропоновану вітроелектростанцію передбачалося побудувати в Криму на горі Ай-Петрі. Спеціальні автоматичні пристрої мали повертати всю башту в залежності від напрямку вітру, підтримувати частоту одержуваного електричного струму і його синхронізацію зі струмом промислової мережі, гасити коливання башти від поривів вітру. Нажаль, цьому цікавому проекту вітроелектростанції не судилося бути реалізованим. Чи це із-за прагнення до гігантизму в енергетиці, що набуло великого розмаху у повоєнні часи на всій території Радянського Союзу і практично витіснило вітряки, чи за якихось інших причин. Тільки, починаючи з 90-х рр. в Україні розвиток вітроенергетики дістав нового розвитку. Залежно від потужності генератора вітроустановки поділяються на класи, їхні параметри та призначення приведені в табл. За своєю конструкцією виділяють дві принципово різні вітроустановки: з горизонтальною і вертикальною віссю обертання. Вітроенергетичні установки з вертикальною віссю обертання мають переваги над установками з горизонтальною віссю обертання перш за все тим, що зникає необхідність у пристроях для орієнтації на вітер, спрощується конструкція та знижуються гідроскопічні навантаження, які зумовлюють додаткову напругу в лопатях, системі передач та інших елементах установок. Різновидом установок з вертикальною віссю обертання є так звана вітрова гребля, яка сконцентровує повітряний потік на установку за допомогою напрямлювачів, що мають вигляд лісосмуг, штучних панельних перегородок, солом'яних блоків, надувних конструкцій та ін. Для того, щоб будівництво вітроелектростанції виявилося економічно виправданим, необхідно, щоб середньорічна швидкість вітру в даному районі складала не менш 6 метрів за секунду. У нашій країні вітряки можна будувати на узбережжях Чорного і Азовського морів, у степових районах, а також у горах Криму і Карпат. У нинішню епоху високих цін на паливо можна вважати, що вітродвигуни виявляться конкурентоздатними по вартості і зможуть брати участь у задоволенні енергетичних потреб країни. Треба звернути увагу на те, що при швидкості вітру 33 км/год. подовження крила пропелера в 4 рази (з 15 до 60 м) збільшує виробництво енергії в 16 разів. Відмітимо також, що при довжині крила 30 м вітер зі швидкістю 50 кілометрів за годину забезпечує виробництво електроенергії у 26 разів більше, ніж вітер зі швидкістю 17 кілометрів за годину. Саме тому інженери схиляються на користь великих вітродвигунів і прагнуть перехопити вітер на великій висоті. Більшість великих вітродвигунів, що споруджуються зараз чи уже діючих, розраховано на роботу при швидкостях вітру 17-58 кілометрів за годину. Вітер зі швидкістю менше 17 кілометрів за годину дає мало корисної енергії, а при швидкостях більш 58 кілометрів за годину можливе пошкодження двигуна. Ще одну проблему використання енергії від вітродвигуна створює природа самого вітру. Швидкість вітру варіює в широких межах – від легкого подиху до могутніх поривів; у зв’язку з цим міняється і число обертів генератора за секунду. Для усунення цього перемінний струм, що виробляється при обертанні осі генератора, випрямляють, тобто перетворюють у постійний, що йде в одному напрямку. При великих розмірах вітродвигуна цей постійний струм надходить в електронний перетворювач, що робить стабільний перемінний струм, придатний для подачі в енергетичну систему Невеликі вітродвигуни на кшталт тих, що використовують на ізольованих фермах чи на морських островах, подають випрямлений струм у великі акумуляторні батареї замість перетворювача. Акумуляторні батареї необхідні для запасання електроенергії на періоди, коли вітер занадто слабшає для виробництва енергії. Більш важка проблема регулювання всієї системи електростанцій. Тут бувають періоди, коли генератори виробляють мало енергії чи зовсім її не виробляють. У такий час необхідно десь збільшити вироблення струму звичайною електростанцією, щоб покрити потреби в ньому. Теоретичні ресурси, тобто величини кінетичної енергії повітряних мас у межах території України, перевищують нинішнє виробництво електроенергії приблизно у 150 разів, а ресурси суші, які реально можна використати на сучасному рівні розвитку вітротехніки, перевищують ці обсяги вдвічі. Наприклад, лише вітровий потенціал Сиваша дає змогу виробляти електроенергії у 1,5-2 рази більше, ніж сучасні обсяги ії виробництва в Україні. На сьогоднішній день в Україні практично не приділяється належної уваги розвитку вітроелектростанцій, особливо малої потужності.
Група 3. Енергія тепла Землі. Додаток 3 Геотермальна енергія – це тепло Землі, яке переважно утворюється внаслідок розпаду радіоактивних речовин у земній корі та мантії. Температура земної кори углиб підвищується на 2,5-3 °С через кожні 100 м ( так званий геотермальний градієнт).Так, на глибині 20 км вона складає близько 500 °С, на глибині 50 км - порядку 700.800 °С. У певних місцях, особливо по краях тектонічних плит материків, а також у так званих “гарячих точках”, температурний градієнт вище майже в 10 разів, і тоді на глибині 500-1000 метрів температура порід сягає 3000С. Однак і там де температура земних порід не така висока, геотермальних енергоресурсів цілком достатньо. Енергетичні ресурси (джерела енергії) – це матеріальні об’єкти, в яких зосереджена енергія, придатна для практичного використання людиною. Енергоресурси поділяють на первинні та вторинні. Первинні енергоресурси - це природні ресурси, які не переробляли і не перетворювали: сира нафта, природний газ, вугілля, горючі сланці, вода річок і морів, гейзери, вітер тощо. У свою чергу, первинні ресурси (або види енергії) поділяють на поновлювані і не поновлювані. Не поновлювані джерела енергії – це природно утворені й накопичені в надрах планети запаси речовин, здатних за певних умов звільняти енергію, що міститься в них. Такими є викопне органічне паливо (вугілля, нафта, природний газ, торф, горючі сланці), ядерне паливо. Поновлювані джерела енергії – ті, відновлення яких постійно здійснюється в природі (сонячне випромінення, біомаса, вітер, вода річок та океанів, гейзери тощо), і які існують на основі постійних чи періодично виникаючих в природі потоків енергії, наприклад: сонячне випромінювання (біомаса, енергія сонця, вітру, хвиль); гравітаційна взаємодія Сонця, Місяця і Землі (наслідком якої є, наприклад, морські припливи та відпливи); теплова енергія ядра Землі, а також хімічних реакцій і радіоактивного розпаду в її надрах (геотермальна енергія джерел гарячої води - гейзерів). Крім природних джерел поновлюваних енергоресурсів, сьогодні дедалі більшого значення набувають антропогенні, до яких належать теплові, органічні та інші відходи діяльності людства. Різні види енергетичних ресурсів мають різну якість, для палива її характеризує теплотворна спроможність, тобто скільки енергії (тепла) може виділити це джерело. Усю природну теплоту, яка міститься в земній корі, можна розглядати як геотермальні ресурси двох видів: - пара, вода, газ; - розігріті гірські породи. Гідротермальні джерела енергії поділяються на термальні води, пароводяні суміші і природну пару. Для отримання теплоти, акумульованої в надрах землі, її спочатку треба підняти на поверхню. Для цього бурять свердловини і, якщо вода досить гаряча, вона піднімається на поверхню природним чином, за нижчої температури може знадобитися насос. Геотермальні води – екологічно чисте джерело енергії, що постійно відновлюється. Воно суттєво відрізняється від інших альтернативних джерел енергії тим, що його можна використовувати незалежно від кліматичних умов і пори року. Виходячи з наявних оцінок запасів геотермальної енергії, пріоритетними районами в Україні є Керченський півострів, Закарпаття, Прикарпаття (Львівська обл.), Донецька, Запорізька, Луганська, Полтавська, Харківська, Херсонська, Чернігівська та інші області. Є два види геотермальних станцій: перші для генерування струму використовують пару, другі - перегріті геотермальні води. У перших суха пара зі свердловини надходить у турбіну або генератор для вироблення електроенергії На станціях іншого типу використовуються геотермальні води температурою понад 190оС. Вода природним чином підіймається вгору свердловиною, подається в сепаратор, де внаслідок зменшення тиску частина її кипить і перетворюється на пару. Пара спрямовується в генератор або турбіну і виробляє електрику. Це найбільш поширений тип геотермальної електростанції. Потенціал геотермальної енергії в Україні Україна має значні ресурси геотермальної енергії, загальний потенціал яких в програмі державної підтримки розвитку нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії та малої гідро - та теплоенергетики оцінюється величиною 438 109кВт.год за рік, що еквівалентно запасам палива в обсязі 50 106 т у.п. Геотермальні ресурси України представляють собою перш за все термальні води і тепло нагрітих сухих гірських порід. Крім цього, до перспективних для використання в промислових масштабах можна віднести ресурси нагрітих підземних вод, які виводяться з нафтою та газом діючими свердловинами нафтогазових родовищ. Досить перспективним напрямком енергозберігаючої технологічної політики, що дозволяє забезпечити значну економію традиційного палива, є використання геотермальної енергії для опалення, водопостачання і кондиціювання повітря в житлових та громадських будинках і спорудах в містах і сільській місцевості, а також технологічне використання глибинного тепла Землі в різних галузях промисловості і сільського господарства. Найбільш поширеним і придатним в даний час до технічного використання джерелом геотермальної енергії в Україні є геотермальні води. Подальша стратегія розвитку геотермальної енергетики в Україні полягає в першочерговому розвитку найбільш підготовлених до практичної реалізації технологій геотермального теплопостачання населених пунктів і сільськогосподарських об'єктів та в частковому переорієнтуванню науково-технічної бази існуючих геологорозвідувальних та нафтодобувних організацій, завантаження яких знижено внаслідок виснаження в Україні запасів нафти та газу. Одним із перспективних напрямів розвитку геотермальної енергетики є створення комбінованих енерготехнологічних вузлів для отримання електроенергії, теплоти та цінних компонентів, що містяться в геотермальних теплоносіях. З точки зору екології негативний вплив на оточуюче середовище при експлуатації геотермальних родовищ значно менший, ніж при застосуванні традиційних енергосистем. Новітні технології дозволяють звести негативний вплив, що виникає при експлуатації геотермальних джерел енергії, до мінімуму. Оцінки, зроблені рядом організацій, показали, що розвиток систем геотермального теплопостачання дозволить не тільки економити органічне паливо, але й спрощувати вирішення екологічних проблем для створення сприятливих санітарних та житлових умов життя і праці населення. Потенціал геотермальної енергії в Україні
Група 4. Енергія Світового океану Додаток 4 Відомо, що запаси енергії у Світовому океані колосальні. Так теплова енергія, що відповідає перегріву поверхневих вод порівняно з донними на 20 градусів, становить приблизно 1026 Дж. А кінетична енергія океанських течій оцінюється у 1018 Дж. Проте, поки що люди вміють використовувати лише дуже малі частки цих енергій, причому ціною великих інвестицій, що повільно скуповують себе. До останніх часів використання енергії океану здавалося нерентабельним. Але зараз, коли постійно зростаючі ціни на енергоносії змушують нас шукати нові способи видобування енергії, енергія океану стає самим перспективним напрямом подальшого розвитку енергетики. В останні роки ряд країн серйозно зацікавилися можливостями океану. В деяких країнах океаноенергетика вже досить добре розвинена. Іншою можливістю стало вирощування гігантських швидкоростучих океанських водоростей клеп, що легко перероблюються на метан. До того ж, кількість оксиду вуглецю, вивільненого при спалюванні отриманого газу, можна легко повернути у океан, якщо у екваторіальних районах розчиняти у воді чисте залізо. Залізо спричинює бурхливий ріст планктону і його кількість збільшується у декілька десятків разів, а потім планктон використовує розчинений у воді диоксид вуглецю Взагалі, у океані зосереджується більша частина вивільненого диоксиду вуглецю, тому зараз проводяться дослідження, щодо зниження температури планети за допомогою розчинення у воді чистого заліза. Вчені стверджують що 10000 тон заліза розчинених у океані можуть зменшити температуру в атмосфері планети на 0,5о С !!!. А велика кількість планктону, увібравши в себе енергію, осяде на дні океану і через певний час утворить нові залежні паливних ресурсів. Взагалі, для енергозабезпечення 1 особи досить 1 Га плантацій клеп. Найбільш вживаним є видобуток енергії з енергії припливів та відпливів. З 1967 р. у дельті р.Ранс, Франція, працює приливна електростанція (ПЕС) потужністю 240 Мвт. Тут приливи досягають висоти 13 м. У 1968 р. радянський інженер Бернштейн розробив зручний спосіб буксирування ПЕС у потрібні місця. В цьому ж році він збудував експериментальну ПЕС в Кислій Губі, що біля Мурманську. Зараз будується ПЕС потужністю 6000 Мвт у Баренцовому морі. Ще однією можливістю є використання океанських течій: швидкість течії Гольфстрім біля берегів Флориди сягає 5 миль/год. Ідея встановлення тут гігантських турбін під водою є досить привабливою. Вже зараз багато маяків, що встановлені на воді біля берегів Японії та США, живляться виключно за рахунок океанських хвиль. Розроблено проекти електростанцій, що використовують океанські хвилі для видобутку енергії, але ці станції повинні мати гігантські розміри, і тому такі проекти зараз не сприймаються серйозно. Великі надії покладають на використання енергії, що несуть морські хвилі. Наприклад, у Японії використовують енергію прибережних вод для роботи маяків та беконів. За оцінками спеціалістів, енергія морських і океанських хвиль становить приблизно 30 відсотків всієї використовуваної у світі енергії. До 1979 р. серед усіх проектів енергії хвиль, що розглядалися, було виділено чотири: 1) «пірнало» Солтера; 2) пліт Кокерела; 3) випрямляч Расела; 4) коливна водяна колонка «Пірнало» Солтера нагадує поплавок, який, піднімаючись і опускаючись одночасно з хвилями, приводить у дію насос, що подає воду під тиском у турбогенератор. Пліт Кокерела складається з трьох шарнірно з'єднаних понтонів, які перебувають на плаву і відтворюють рельєф хвиль. Їхнє підняття й опускання приводить у дію гідравлічні тарани, які з'єднують понтони. Стискання і розтягування таранів передається робочій рідині, яка діє на гідравлічний генератор, що виробляє електричний струм. Випрямляч Расела регулює рух води таким чином, що вона надходить у турбіну тільки в одному напрямку. Коливальна водяна колонка (резервуар) відрізняється від попередніх проектів. Вона перетворює енергію хвиль на потенціальну енергію стиснутого повітря, яке пізніше віддає свою енергію повітряній турбіні. Ідея колонки належить японському морському офіцерові Масуді, який винайшов плаваючий хвилеріз. Він довів, що коли хвилеріз зробити у вигляді перевернутої камери з отвором у верхній частині, то висота хвиль всередині буде значно меншою, ніж ззовні, оскільки хвиля вирівнюватиметься під дією потоків повітря, що проходять крізь отвори. Інтенсивні повітряні потоки постійно надходять у середину камери і виходять з неї внаслідок піднімання та опускання колонки. За цим принципом працюють сьогодні плавучі установки, які використовуються для буїв різного призначення. (див.схему на рис. 6.) Цікавою є побудована в Японії прибійна електростанція з потужністю 500 Вт. Принцип її роботи приваблює своєю простотою і майже відсутністю рухомих частин (див. схему на рис. 7). Хвиля, яка падає під козирок 1, стискає повітря, яке йде крізь сопловий канал 2 до турбіни 3, що приводить у дію електрогенератор 4. У Данії, Норвегії та Швеції станції розміщені на плотах, які з'єднані з насосом, що починає працювати, коли хвилі діють на пліт. Тут використано великий насос, який знаходиться на дні моря. Поршень насоса з'єднується з плотом за допомогою еластичного дроту. Коли хвилі піднімають пліт, поршень піднімається, вода проходить крізь заповнений блок генератора турбіни, виробляючи електроенергію. Коли хвиля спадає, поршень опускається, витискаючи своєю масою воду через клапани. Також Світовий океан має невичерпні запаси такого екологічно чистого палива, як водень. Можливо, в майбутньому людство і навчиться видобувати електроенергію виключно “чистими” способами, але навряд чи літак чи автомобіль на електродвигуні матиме гарні технічні характеристики. Інша справа – водень. Його паливні якості у декілька разів кращі, ніж у бензину чи дизпалива. Але існують певні проблеми зі зберіганням водню – він занадто вибухонебезпечний. Ще у 1996 році корпорація “Х’юндаї” розробила революційну технологію зберігання водню у кристалічних решітках металів. Ця розробка дозволила створити перший гідромобіль, який був визнаний достатньо безпечним для широкого вжитку і потрапив на масове виробництво. Технічні показники цього автомобіля значно кращі, а єдині вихлопи – водяна пара. Взагалі Світовий океан є найбільш перспективним і найбільш вигідним енергоносієм майбутнього. Він ніби гігантський акумулятор вбирає в себе випромінювання сонця, енергію вітрів та енергію, що з’являється в результаті змін гравітаційних полів Землі та Місяця.
Група 5. Енергія річок Додаток 5 Багато тисячоліть вірно служить людині енергія, що міститься в текучій воді. Запаси цієї енергії величезні. Люди навчились використовувати цю енергію раніше за всі інші. Коли настала доба електрики, водяне колесо заново відродилося, але тепер вже у вигляді водяної турбіни. Можна сказати, що ще у 1891 р. почалася доба гідроенергетики. Гідроелектростанції мають багато переваг: постійно відновлювальний запас енергії, простота в користуванні, відносна відсутність забруднення оточуючого середовища. Але побудувати велику платину набагато складніше, ніж водяне колесо. Для того, щоб змусити потужні турбіни обертатися, потрібно накопити величезні запаси енергії за платиною. Отож потрібно затопити певні регіони, а це в свою чергу може призвести до непоправних наслідків. Тож будівництво плотин вимагає від інженерів дуже точних розрахунків, а будь-яка помилка може призвести до екологічної катастрофи. І навіть при точних розрахунках будівництво плотини стає важливим екологічним фактором на великих площах. Ніщо не береться нізвідкіля: плотина зменшує швидкість течії, забираючи у неї енергію, а це може викликати заболочування та “ цвітіння ” води у заплавах. Дисбаланс може викликати самі непередбачувані наслідки. Отже повний перехід на видобування енергії лише з річкових потоків може бути не менш небезпечним, ніж використання паливних ресурсів. Зараз ми можемо казати лише про часткове енерго - користування річками у тих місцях, де постійні розливи річок стають справжніми стихійними лихами. У таких регіонах небезпечні розливи річок перетворюються за допомогою гребель на корисні джерела енергії. Як приклад, можна навести каскад плотин корпорації “TVA” на річці Теннесі, США. 51 плотина захищає орні землі. На 38 з них працюють гідроелектростанції. До будівництва цих плотин ведення сільськогосподарської діяльності було майже неможливим. Як показує досвід цілого ряду держав, що освоєння потенціалу малих річок з використанням малих гідроелектростанцій і мініГЕС є досить суттєвим потенціалом для розв’язання проблеми енергопостачання. Діапазон потужностей діючих та проектованих міні -ГЕС держав ЄС наведений у табл. 2. Чиста технологія вироблення електроенергії міні -ГЕС є основою зниження викидів СО2 та інших техногенних сполук, для них не властивий негативний вплив на довкілля, бо використовуються природні водяні напори. В Україні, де нараховується 63 тис. малих річок і водостоків загальною довжиною 135,8 тис. км, є досить вагомий гідроенергетичний потенціал. Однак, у зв'язку з централізацією електропостачання та концентрації виробництва електроенергії на потужних ГЕС, будівництво потужних ГЕС в державі збереглося лише 48 малих ГЕС, причому більшість з них потребує реконструкції. В той час як на початку 50-х рр. Україні функціонувало 956 малих ГЕС. Експлуатація малих ГЕС дає можливість виробляти близько 250 млн. КВт.год електроенергії за рік , що еквівалентно щорічній економії до 75 тис. тонн дефіцитного палива.
Група 6. Біоенергетика Додаток 6 У біоенергетиці як одним із джерел енергії може використовуватись біомаса (солома, відходи деревини, опале листя, відходи переробки зерна під час обмолоту та ін.). Велике значення має екологічна чистота біомаси, тому що в період росту рослини вона поглинає сонячну енергію, воду, вуглекислий газ виділяє кисень і утворюється вуглець у процесі фотосинтезу. В процесі спалювання все йде у зворотному напрямку, а саме: поглинається кисень, а виділяється тепло, вода та вуглекислий газ. У цих випадках ве личина поглинутого і виділеного вуглекислого газу абсолютно однакова. Позитивним при використанні біомаси є мала кількість золи, яка утворюється після її спалювання. Недоліком біомаси як палива є відносно великий, порівняно з іншими видами палива, вміст вологи. Найбільш ефективними технологіями використання біомаси є термохімічні: метанове збродження, газифікація (піроліз), пряме спалювання тощо. Розглянемо джерело біоенергетики - біогаз. Біогаз - це суміш метану та виділеного газу, що утворюється в спеціальних реакторах - метантенках, які відрегульовані таким чином, щоб забезпечити максимальне виділення метану. При спалюванні біогазу можна отримати енергію, величина якої досягатиме від 60 до 90 відсотків енергії вихідного матеріалу. Він може використовуватися для освітлення, опалення, приготування їжі, для проведення в дію механізмів, транспорту, енергоносіїв. Процес утворення біогазу відбувається при анеєробному збродженні органічних речовин за вiдcyтнocтi кисню (мал.. 8). Якщо реактор працює нормально, то добутий біогаз містить 60-70 відсотків метану, 30-40 відсотків двоокису вуглецю, невелику кількість сірководню, а також суміші водню, аміаку та оксиду азоту. Для отримання 1 кВт· год електроенергії необхідно використати 0,15-0,2 м3 біогазу. За вітчизняними технологіями на спеціалізованих біогазових установках можна добути біогаз з вмістом метану до 85 відсотків. В Україні планується створити і освоїти виробництво необхідного обладнання для добування біогазу та довести його річний показник видобутку у 2010 р. до 5 млрд. м3 (еквівалент 4,3 млн. тонн умовного палива). В нашій державі сьогодні працюють дві установки для добування біогазу на очисних спорудах каналізаційних стоків у столиці і в Харкові. Для прикладу, в США є понад 10 біозаводів, а в Західній Європі працює близько 1000 установок середньої потужності.
Література: Праховник А.В., Іншеков Є.М., Дешко В.І., Стрелкова Г.Г., Фірсов Л.Ф., Мельникова О.В., ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ ТА ПОМ’ЯКШЕННЯ ЗМІН КЛІМАТУ. Посібник з пом’якшення змін клімату і раціонального використання енергії та ресурсів для учнів загальноосвітніх навчальних закладів. Київ.-2008 Мотузный В.А. Биология.- К.: Вища школа, 1990. -502 с.
Схожі навчальні матеріали: | ||||||
| Всього коментарів: 0 | |