Исследовательская работа "Перспективы применения альтернативных источников энергии в Ивановской области"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Пустошенская основная школа»

Ивановская область Шуйский район

Исследовательская работа

«Перспективы применения альтернативных источников энергии в Ивановской области»

Автор работы :Суркова Устинья Павловна,

ученица 9 класса МОУ Пустошенская ОШ

Руководитель : Канаичева М.В.,

учитель физики МОУ Пустошенская ОШ

1. Введение

Актуальность работы обусловлена тем, что в наше время происходит истощение традиционных источников энергии и встает вопрос о замене их на возобновляемые. Перспектива применения альтернативных источников энергии связана с развитием новых технологий и усовершенствованием существующих, с целью увеличения их КПД.

Цель работы: рассмотреть перспективы применения альтернативных источников энергии в Ивановской области.

Задачи:

• Познакомиться с альтернативными источниками энергии.

• Изучить условия развития альтернативных источников энергии в Ивановской области.

Объект исследования: альтернативные источники энергии.

Предмет исследования: изучение эффективности применения возобновляемых источников энергии.

Гипотеза: В Ивановской области могут быть применимы некоторые виды возобновляемых источников энергии.

Новизна: расширение знаний об альтернативных источниках энергии и их использование в Ивановской области.

Практическая значимость: материал исследования может быть использован на уроках физики, экологии, географии.

1. Виды альтернативных источников энергии, и их применение в России.

В последнее время в нашей стране активно развиваются новые технологии, направленные на использование альтернативных источников энергии.

Гелиоэнергетика – направление альтернативной энергетики, основанное на использовании лучистой энергии Солнца и преобразование ее в тепловую или электрическую. Применять солнечную энергию целесообразно в тех областях нашей планеты, которые

получают в течение года наибольшее излучение. Но техника не стоит на месте, и сегодня создают солнечные батареи, способные улавливать рассеянное солнечное излучение.

В России солнечные электростанции построены: в Крыму, в Краснодарском и Ставропольском крае, Карачаево-Черкесской и Чеченской Республиках, Калмыкии, юго- западе Дагестана, юго-востоке Приморья, в Волгоградской и Оренбургской области, Алтае, Хакасии, южная часть Бурятии и Иркутской области, юге Забайкальского, Хабаровского и Амурского края.

К преимуществам гелиоэнергетики относится: солнечное излучение бесплатно и доступно каждому; нет вредных выбросов в атмосферу; быстро окупается; не занимает больших площадей.

К недостаткам можно отнести: погодные условия могут снижать эффективность применения солнечных панелей; низкий КПД (16 – 25%).

Несмотря на недостатки, гелиоэнергетика является перспективной.

Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании

кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в механическую, электрическую, тепловую и любую другую форму энергии, удобную для использования в народном

хозяйстве. Ветроэнергетику применяют в различных областях, где есть высокие скорости ветра и подходящие условия для установки ветрогенераторов. В России перспективными регионами для использования ветроэлектростанций считают: Краснодарский край, Ростовскую область на юге страны, Ленинградскую и Калининградскую области на северо-западе России, Якутию, Дальний Восток.

К преимуществам ветроэнергетики можно отнести: экологически чистый источник энергии; техническое обслуживание в процессе эксплуатации минимально; ремонт и обслуживание ветроэлектростанций обходится значительно дешевле других станций. Минусы: Зависимость от внешних условий в конкретный момент; производят шум.

Несмотря на недостатки, преимущества ветряных генераторов по части пользы для окружающей среды очевидны. Для наглядности стоит отметить, что работа ветрогенератора мощностью 1 МВт позволяет сэкономить за 20 лет около 29000 тонн угля или 92000 баррелей нефти.

Геотермальная энергетика – направление энергетики, основанное на производстве тепловой и электрической энергии за счет энергии, содержащейся в недрах Земли.

Геотермальную энергетику в нашей стране используют на Камчатке, Сахалине, Дагестане. В России существует пять крупных геотермальных электростанций. В настоящее время Россия разрабатывает новую геотермальную электростанцию мощностью 100 МВт в Мутновском и электростанцию мощностью 50 МВт в Калининграде.

Некоторые плюсы геотермальной энергетики: оставляют минимальный углеродный след; возобновляемый источник энергии; надежность и стабильность.

Некоторые минусы геотермальной энергетики: необходимость расположения вблизи границ тектонических плит, где доступны геотермальные резервуары; провоцируют парниковый эффект.

Хотя некоторые считают геотермальную энергию наиболее экономичной и не загрязняющей окружающую среду, пока нет гарантии, что возможные источники будут давать необходимое количество энергии.

Гидроэнергетика — это раздел энергетики, связанный с использованием механической энергии водных ресурсов для получения электрической энергии.

В России действуют следующие крупные

гидроэлектростанции: на реке Енисей в Хакасии и Красноярском крае; на реке Ангара в Иркутской области и Красноярском крае; на Волге в Волгограде и Тольятти.

Гидроэнергетика имеет следующие преимущества: низкая себестоимость; простота в эксплуатации; низкая себестоимость; возможность накапливать энергию; высокий КПД.

Но у гидроэнергетики есть и недостатки: изменение климата около водохранилищ (повышение влажности воздуха); подъем грунтовых вод и заболачивание прилегающих территорий; капитальные вложения окупаются через 20 лет.

Водородная энергетика - это технология производства энергии с помощью водорода. Принцип работы водородной энергетики заключается в процессе электролиза воды, в результате которого выделяется водород и кислород. Водород затем может быть

использован в топливных элементах, которые преобразовывают химическую энергию в электрическую. Преимущества водородной энергетики включают высокую эффективность процесса, низкую стоимость топлива и отсутствие выбросов вредных веществ в атмосферу. Однако, существуют также некоторые недостатки, которые могут ограничить

распространение этой технологии, такие как высокая стоимость инфраструктуры и необходимость использования редких материалов для производства топливных элементов.

Биоэнергетика – это вид возобновляемой энергии, получаемой из растений и отходов животноводства.

Энергия получается из сырья биологического происхождения, которое называется биотопливом или биомассой.

Основным источником энергетической биомассы являются:

Лесные ресурсы: древесина, опилки, кора, хвоя, лиственные отходы и т.д. Сельскохозяйственные ресурсы: зерновые, производственные отходы, солома, сено,

стебли растений и другие растительные материалы.

Промышленные отходы: бумажные и древесные отходы, кожа, текстиль.

Животные отходы: Шерсть, перья, птичий помет и другие материалы, которые производятся в результате животноводства и птицеводства.

Утилизация бытовых отходов: продукты питания, фруктовые и овощные отходы, бумага, картон и другие материалы.

Биотопливо бывает твердым (торф, деревопереработки и сельскохозяйственные переработки), жидким (биодизель, биомазут, метанол, этанол, бутанол) и газообразным (водород, метан, биогаз).

Россия имеет возможности для интенсивного развития практически всех современных направлений применения биомассы для энергетики. Развитие биоэнергетики для России – это возможное решение социальных, экономических и экологических проблем.

Достоинство биоэнергетики: биологическое топливо является возобновляемым ресурсом; добыть биологическое топливо можно практически в любой стране; биологические материалы при необходимости можно перевозить с одного региона в другой; почти нет выбросов парникового газа в атмосферу. Главными минусами природного ресурса считают: зачистка территории для посадки растений губит микросистему лесов и других местностей; разведение сельскохозяйственной биомассы в засушливых территориях является невозможным.

В любом случае, биоэнергетика остается перспективным направлением, в котором Россия обладает всеми необходимыми ресурсами для обеспечения населения электроэнергией.

1. Применение альтернативной энергетики в Ивановской области.

Географические и геофизические условия Ивановской области сокращают возможность использования ветроэнергетики, гелиоэнергетики и гидроэнергетики.

Но на уровне отдельных проектов в области ведется развитие альтернативных источников энергии.

В 2021 году закончилась реконструкция очистных сооружений в деревне Богданиха. Комплекс имеет важное экологическое значение для Ивановской области. Здесь осуществляется очистка стоков, поступающих из города Иваново, Ивановского района и города Кохма. Иловые осадки, которые раньше копились, теперь перерабатываются в биогаз. Биогаз является источником тепловой и электрической энергии самого комплекса очистных сооружений.

В Ивановской области есть примеры использования солнечных панелей для автономного электроснабжения. Например, недалеко от деревни Василёво Ивановского района спроектирован полностью независимый от сетей дом. Энергоснабжение этого дома обеспечивают солнечные панели и ветрогенератор.

В 2021 году в Иваново на площади Ленина компания Теле – 2 установила Wi – Fi генератор, работающий от солнечной батареи. Внутри генератора есть аккумулятор, который заряжается днем в солнечную погоду. Его накопительной энергии хватает для бесперебойной работы интернета в пасмурную погоду.

Проект напольного покрытия из панелей, способных генерировать электрическую энергию от шагов пешеходов разработали ученые и инженеры компании «Сойминтех» Ивановской области. Напольное покрытие представляет собой панели толщиной не более 75 мм, состоящие из пьезоэлектрического генератора и системы электропроводки. Панели предназначены для установки в местах массового прохождения людей. По данным ученых один шаг взрослого человека вырабатывает около 30 Ватт. Этого хватит для питания 5 светодиодных ламп. С каждым шагом пешехода по такому покрытию вырабатывается и преобразуется в электрическую энергия, которая может быть сохранена в аккумуляторах, или сразу направлена на освещение улиц, витрин магазинов. Компания «Сойминтех» создана в 2017 году в Палехском районе, специализируется на проектировании и выполнении работ по проектам электроснабжения, в том числе ветрогенератора для слабых ветров, гидрогенератора потока воды, солнечных панелей для крыш жилых домов.

Основным направлением использования возобновляемых источников энергии в нашей области может быть производство биотоплива за счет утилизации отходов текстильной, сельскохозяйственной, лесодобывающей, торфодобывающей промышленности и переработка твердых бытовых отходов.

Ивановская область не богата полезными ископаемыми. Альтернативным, экологически чистым, возобновляемым источником энергии в нашей области является торф. Ивановская область является одним из крупнейших производителей торфа в России. Торф является важным природным ресурсом, который используется в сельском хозяйстве, тепличном хозяйстве, производстве торфобрикетов и торфяных горшков.

Есть значительные запасы торфа в Комсомольском, Тейковском, Ивановском, Савинском, Южском, Ильинско-Хованском районах.

Торф используется в основном для нужд сельского хозяйства. Часто под слоем торфа, на дне бывших озер находятся отложения ила с богатым содержанием органики. Его можно использовать как удобрение и для лечебных целей.

Из-за большого количества влаги энергетическая калорийность торфа ниже, чем у угля. Удельная теплота сгорания торфа равна 15МДж/кг, угля - 27МДж/кг. Но с точки зрения воздействия на экологию, торф при сжигании безопаснее, чем уголь, мазут и сланец.

При сгорании бурого угля возникает 40 % золы; черного угля - 20 %; торфо-пеллет

- 0,5–1,5 %, что соответствует европейскому стандарту. Следует отметить и простоту утилизации торфяной золы по сравнению с угольными шлаками, снижение вредных выбросов в атмосферу, в первую очередь оксидов серы и азота. Выброс твердых взвешенных частиц снижается почти в 20 раз по сравнению с углем и в 36 раз по сравнению со сланцем. В то же время технические характеристики торфяных топливных гранул сопоставимы с каменным углем.

В качестве топлива он применяется благодаря содержанию углерода и малому количеству серы, вредных примесей и негорючих остатков.

Использование торфа наиболее эффективно в качестве топлива на ТЭЦ малой и средней мощности. В настоящее время в Ивановской области работают две котельные, которые используют в качестве топлива Южский торф.

Котельная построена в селе Мугреевское Южского района. Она работает на биотопливе — торфе, щепе, отходах деревообработки.

Вторая построена в Подозёрском Комсомольского района.

В последние годы торф в Ивановской области всё реже используется в виде топлива. Но, в нашей области есть еще населенные пункты, куда не проведен природный газ и в ближайшее время его проводить не планируют. Примером могут служить: деревня Ирыхово Холуйского поселения Южского района. В 2024 году газификацию этого населённого пункта отменили, так как он не входит в программу развития газоснабжения и газификации Ивановской области на 2021–2025 годы; деревня Дудино Лежневского

района. Мероприятия по газификации этого населённого пункта не включены в программу. И таких населенных пунктов в нашей области немало. Строительство котельных работающих на торфе в данном случае будет оправдано. Практическое применение твердого биотоплива, каким является торф можно показать на следующем примере: для выработки 4,2 * 10 ⁹ Дж энергии необходимо угля 350 – 500 кг, торфяных брикетов 300 – 450 кг, а торфяных пеллет 260 -300кг. Котельные, работающие на торфе, широко распространены в Норвегии, Дании, Швеции, Финляндии, так как одна тонна плотно спрессованного брикетного торфа способна заменить порядка 1,6 тонн бурого угля. В Ивановской области болота занимают 1,4 тысяч км² . Они распределены неравномерно, но имеются места богатые торфом, поэтому в нашей области есть перспектива применения альтернативных источников энергии. Для этого необходимо создавать программы по использованию местных видов топлива.

1. Заключение.

Торф, относится к местным видам топлива, поэтому применение «торфяных» котельных весьма целесообразно и экономично на производствах, связанных с торфом, или в местности, где он находится в больших объёмах. К тому же он является экологически чистым, возобновляемым источником энергии. Конечно, торф не сможет обеспечить полной замены других видов сырья, но низкая себестоимость производства, малый остаток золы, экологическая чистота сгорания делают торф перспективным местным источником тепловой и электрической энергии: более дешевой, чем при использовании каменного угля и жидкого топлива; более экологически чистой.

2