Исследовательская работа на тему "Выработка экологически чистой энергии для электромобилей в Мечетлинском районе"

Хайруллина Зарина - 9Б класс

Муниров Алмас

9 А класс

Гафаров Владик

9 А класс

Хайруллин Д.Н. учитель физики

Хайруллина З.М. – учитель математики и информатики

ВСЕРОССИЙСКИЙ ФЕСТИВАЛЬ

ТВОРЧЕСКИХ ОТКРЫТИЙ И ИНИЦИАТИВ

«ЛЕОНАРДО»

СЕКЦИЯ ЕСТЕСТВЕННО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ

Исследовательская работа на тему:

«Выработка экологически чистой электроэнергии для электромобилей в Мечетлинском районе Республики Башкортостан»

с.Большеустьикинское 2011-2012

Актуальность:

• Мировые запасы нефти не бесконечны. Вместе с тем, их использование катастрофически растет. Это связано с растущей выработкой и потреблением электрической и тепловой энергии для промышленных и бытовых нужд. Кроме этого, огромное количество нефтепродуктов потребляют различные транспортные средства. Такое положение порождает экологические проблемы, пагубно влияющие на человека, на все живые организмы, флору и фауну.

Бори́с Семёнович Яко́би

21 сентября 1801, Потсдам — 27 февраля (11 марта) 1874, Санкт-Петербург) — русский физик, академик  Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук .

Мориц Герман фон Якоби родился в состоятельной еврейской семье. Отец будущего физика, Симон Якоби, был личным банкиром короля Пруссии Фридриха Вильгельма III ; мать, Рахель Леман, была домохозяйкой. Свою учёбу он начинает в Берлинском универсетете, затем переходит в  Гёттингенский университет . По окончании курса в  Гёттингене  до 1833 года работал архитектором в строительном департаменте Пруссии.

Создание электродвигателя.

Двигатель состоял из двух групп магнитов: четыре неподвижных были установлены на раме, а остальные — на вращающемся роторе. Для попеременного изменения полярности подвижных электромагнитов служил придуманный учёным коммутатор, принцип устройства которого используется до настоящего времени в тяговых. Двигатель работал от гальванических батарей и на момент создания был самым совершенным электротехническим устройством. Двигатель поднимал груз массой 10—12 фунтов (примерно 4—5 кг) на высоту 1 фут (примерно 30 см) в секунду. Мощность двигателя была около 15 Вт, частота вращения ротора 80-120 оборотов в минуту. В этом же году Якоби направляет рукопись с описанием своей работы в Парижскую академию наук. Изобретение рассматривается на заседании Академии и практически сразу работа публикуется. Таким образом, о построенном в мае 1834 года в Кёнигсберге двигателе становится широко известно в декабре 1834 года.

Действующая модель электродвигателя Б.С. Якоби — Политехнический музей .

Цель:

Исследовать территорию Мечетлинского района вдоль трассы Уфа-Екатеринбург, чтобы выявить места, где можно получить экологически чистую энергию для создания в будущем электрозаправок.

Задачи:

• Определить мощность потока реки Еланыш и Лемезы;
• Определить мощность ветра на горах “Буртау” вблизи д. Еланыш и “Аръяк” д Лемезтамак;
• Расcчитать мощности, вырабатываемые современными минигидро- и ветряными электростанциями.
• Определить тип ГЭС и ВЭС

Гипотеза:

• Если выявить эффективное использование электростанций и учесть возможные последствия, то в дальнейшем данные особенности могут помочь при строительстве подобных сооружений в нашем районе.

Ожидаемые результаты:

• Нахождение тех участков на территории Мечетлинского района, где можно построить электрозаправочные станции.

.

Метод исследования

• Основным методом работы являются практические измерения, получение результатов и их обобщение.

объект и Предмет исследования:

• Объект исследования – реки и возвышенности вдоль трассы Уфа–Екатеринбург Мечетлинского района.
• Предмет исследования – исследование рек Еланыш и Лемезы и гор - «Аръяк» и «Буртау»

Гидроэлектростанции (ГЭС)

Автомобильная трасса Уфа – Екатеринбург через Мечетлинский район.

Авт.трасса

Уфа - Екатеринбург

• р.Еланыш

- р.Лемезы

Мечетли́нская МГЭС — малая ГЭС, расположенная на реке Большой Ик в Мечетлинском районе. Мощность 445 кВт. Введена в эксплуатацию в 2001 году. Оператор ОАО «Башкирэнерго».

Плюсы ГЭС:

Минус ГЭС:

• Отсутствие загрязнения атмосферы

• Перекрывая реки затопляются большие территории

• Не требует топлива, т.е. дешевый вид энергии

• Перекрывая реки страдают ее обитатели

• Простота в обслуживании и эксплуатации

• ГЭС можно строить только в определенных местах

• Высокий КПД 85 – 90% !

Принцип работы ГЭС

Виды ГЭС

• Плотинные ГЭС

• Русловые ГЭС

• Приплотинные ГЭС

• Деривационные ГЭС

• Гидроаккумулирующие ГЭС

Загорская гидроаккумулирующая ГЭС

Деривационная ГЭС

Схема станционного узла деривационной ГЭС:

1 — напорный бассейн;

2 — сороудерживающие решетки;

3 — турбинный водовод;

4 — здание ГЭС;

5 — отводящий канал; Н — напор воды на станционном узле; УНБ — уровень нижнего бьефа .

Исследование реки Еланыш

Исследование реки Лемезы

Измерение скорости реки Лемезы

Измерение физических данных реки Еланыш для нахождения ее характеристик

Измерение данных для возможного поднятия уровня реки Еланыш

Физические Данные реки Еланыш

Дано:

H=3.20 м.

N-?

Решение:

1. в = а-l 1 –l 2 =1,75 – 0,62 – 0,40 =0,73(м);

Ответ: 75270 Вт

g= 9.8 м/с 2 .

tср = 10.12 (сек)

ρ= 1000 кг/м 3 .

S=6.50 м.

Sр=h * 3.2= 3,968 ≈ 4 м 2

v т = 0,64 (м/с)

t 1 =10.0с

t 2 = 10.1с

V=v т S р t =0,64м/с *10,12 с *4 м 2 = 24,29 м 3

m=ρV =1000 кг/м 3 *24,29 м 3= 24290 кг

t 3 = 10.0 с

E p = mgH =24290 кг* 9.8 м/с 2 *3.20 м = 761734 Дж

t 4 = 10.5 с

t 5 = 10.0 с

A=E p

N= A/t=761734/10,12=75270(Вт)

а = 1.75 м

h 1 =h 2 =0.17 м

l 1 =0.40 м

l 2 =0.62 м

ФИЗИЧЕСКИЕ Данные реки Лемезы

. Дано:

H=6.00 м.

N-?

Решение:

g= 9.8 м/с 2 .

Ответ: 1037232 ( Вт)

1. в = а-l 1 –l 2 =10.90 -1.50 -0.70= 8.7(м);

ρ= 1000 кг/м 3 .

tср = 30 (сек)

S=9.00 м.

Sр=58.8 м 2

v т = 0,3 (м/с)

t 1 =31.0с

t 2 = 25.0с

V=v т S р t =0,3 *58.8*30 = 529,2м 3

t 3 = 30.0 с

m=ρV =1000 кг/м 3 *529,2 м 3= 529200 кг

E p = mgH =529200 кг* 9.8 м/с 2 *6м = 31116960 Дж

t 4 = 36.0 с

t 5 = 28.0 с

A=E p

N=A/t=31113960/30 = 1037232( Вт)

а = 10.90 м

h 1 =h 2 =0.25 м

l 1 =1.50 м

l 2 =0.70 м

Вывод: уровень реки Лемезы можно поднять на высоту около 6 метров , что отлично подходит для сооружения мини ГЭС на данной территории .

Ветряные электростанции

В Туймазинском районе Башкортостана стоят ветровые электростанции

Автомобильная трасса Уфа – Екатеринбург через Мечетлинский район.

Авт.трасса

Уфа - Екатеринбург

• гора «Буртау»

• гора «Аръяк»

Плюсы ВЭС:

МинусЫ ВЭС:

• Безопасность

• Их работа напрямую зависит от ветра, отсутствие ветра – отсутствие энергии.

• Экологически чисты

2. Требуется обслуживание, а единичная ощность невелика, в результате их энергия дорога.

• Возобновляемый источник энергии

3.Крупные потоки ветра создают неприятные инфразвуки.

Виды ВЭС

• Наземные
• Прибрежные
• Шельфовые
• Плавающие

Типы ВЭС

С горизонтальной осью вращения.

С вертикальной осью вращения.

Определение давления ветра

Определение мощности ветра на горе Буртау рядом с д. Еланыш.

Дано:

m=0.2

l=10

t 1 =3с

t 2 = 3с

t 3 = 3 с

t 4 = 2.8 с

t 5 =3

a=0.23

b=0.32

= 40 0

N-?

Решение:

S = ав=0.23*0.32=0.08 м 2

p = 20 Па

F = 0.2*9.8*0.8=1.6 Н

tср = 2.96 с

V= 3.4 м/с

S 1 =h*d=2*0.3=0.6 м 2

F 1 = p*S 1 =20 *0.6=12 Н

N=4F 1 v=4*12*3.4=163 Вт

• Ответ: 163 Вт

Определение мощности ветра на горе Актау рядом с д. Лемезтамак

Дано:

Решение:

S = ав=0.23*0.32=0.08

m=0.2

p = = =4.5 Па

l=10м

t 1 =5с , t 2 = 3с

F = = 0.2*9.8*0.18=0.36 Н

t 3 = 4 с, t 4 = 4 с

tср = ==3.80

t 5 =3 с

V= ==2.6 м/с; S 1 =h*d=2*0.3=0.6м 2

a=0.23, b=0.32

F 1 = p*S 1 =4.5 *0.6=2.7Н

= 10 0

N=4F 1 v=4*2.7 *2.6=28 Вт

N-?

Ответ: 28 Вт

Средняя суточная скорость на горах Буртау и актау

Дата

октябрь

Буртау

11

Арыяк

3

12

Дата

4

13

8

октябрь

14

4

4

3

3

Буртау

29

15

2

3

Арыяк

16

2

30

3

1

3

Дата

1

31

ноябрь

17

18

1

3

1

ноябрь

2

3

16

2

Буртау

5

5

2

3

19

6

7

4

3

17

6

3

Арыяк

20

4

18

6

6

4

3

21

3

7

Дата

4

6

5

5

19

3

22

3

декабрь

2

20

6

6

5

5

23

4

2

4

Буртау

2

6

6

21

5

24

2

3

5

5

Арыяк

7

2

22

5

8

25

5

8

4

6

6

2

Дата

6

2

23

7

9

3

6

7

7

2

3

декабрь

4

6

26

2

24

3

Буртау

4

6

6

8

3

10

6

22

27

3

2

28

2

3

23

4

9

3

3

6

3

25

Арыяк

3

11

4

2

26

24

3

Дата

0

3

12

10

3

2

1

3

4

11

январь

2

1

2

3

4

13

25

2

27

2

3

3

2

26

28

1

5

Буртау

9

1

5

12

4

14

3

4

3

4

27

Арыяк

0

15

5

29

1

3

10

5

5

4

13

0

3

28

4

5

3

4

3

декабрь

30

11

1

1

14

4

4

1

3

4

3

29

3

12

5

4

15

1

1

6

13

3

30

2

2

4

3

1

16

2

3

4

3

14

9

2

5

2

17

2

январь

4

31

2

3

10

3

15

2

2

4

3

4

1

18

0

3

16

7

5

2

3

0

1

19

0

17

2

0

5

20

3

0

1

3

2

18

4

4

4

21

0

2

4

3

4

3

3

1

19

5

2

4

1

5

3

6

20

7

1

6

2

7

21

8

9

0

2

7

22

0

8

23

2

9

3

24

8

2

5

25

3

5

26

4

4

4

4

Поле на горе Буртау, где можно разместить более 100 ВЭС

Высота горы Буртау равна 50 метрам

Выводы :

• На горе Буртау около д. Еланыш можно поставить ВЭС, который имеет среднюю мощность N = 36,6 Вт каждый. А на горе Актау, вблизи д. Лемезтамак – N = 31,6 Вт .
• На трассе около деревни Лемезтамак можно построить электрозаправочную станцию для электромобилей, которая будет обеспечивать электроэнергией, вырабатываемой гидроэлектростанцией, построенной на реке Лемезы и ветряными станциями, расположенными на горе Актау.

Практический вывод

Данный материал может быть использован на уроках физики и на научно - практических конференциях . Мы планируем обратиться в администрацию района с предложением рассмотрения нашего проекта.

Спасибо за внимание!