Учебный проект по физике на тему: «Альтернативные источники энергии»

ОБПОУ «Курский Автотехнический Колледж»

Учебный проект по физике на тему:

«Альтернативные источники энергии»

Выполнил: студент группы ОП-12

Макаров И.К.

Руководитель: Авдулова И.В.

г. Курск -2017

Оглавление

Аннотация

Введение……………………………………………………………………3

Теоретическая часть

1. Сценарий развития энергетики будущего…….………………….…....3

2. Альтернативные источники энергии…………………………….…….5

2.1. Гидротермальная энергия…………………………….………...………7

2.2. Фотольванические батареи-солнечные батареи…………..………......9

2.3. Ветроэнергетика…………………………………………….………….11

2.4. Теплонасосные установки……………………………………………..13

2.5. Биоэнергетика…………………………………………………………..13

2.6. Геотермальная энергетика……………………………………….…...19

2.7.Космическая энергетика………………………………………...….….21

2.8. Водородная энергетика……………………………………………….22

3.Нестандартные источники энергии……………………………….…..25

Практическая часть

Выводы………………………………………………………….…….…27

Приложения

Аннотация

Данный научно - исследовательский проект посвящён альтернативным источникам энергии XXI века. В проекте отражена идея разработки инновационного ветрогенератора, который позволял бы, не загрязняя окружающую среду и практически не расходуя природных ресурсов, обеспечить людей электроэнергией.

Рабочая гипотеза: Модель ветрогенератора будет способна вырабатывать напряжение, которое можно будет использовать в бытовых нуждах.

Объем работы – 28 страниц.

Количество иллюстраций – 3.

Количество фотографий – 9.

Этапы работы.

Были проведены практические научно-исследовательские работы по
изучению работы с целью

1) первоначального практического овладения
основными научно-техническими принципами, положенными в основу
проекта;

2) Изучить альтернативные источники энергии и понять принцип их работы;

3) составления технической блок-схемы проекта ветрогенераторной системы.
С учетом всей проведенной работы в части технологической
реализации и научно-исследовательских экспериментов технической части
была разработана общая схема ветрогенераторной установки.

Введение

Не зря говорят: "Энергетика - хлеб промышленности". Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие - "опережающее развитие энергетики". Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря - о богатстве любого государства. В природе запасы энергии огромны. Практически безгранична энергия, "запечатанная" в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования. Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем семимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

На сегодняшний день мировой рынок альтернативной энергетики развивается высокими темпами и уже существует более десятка видов источников возобновляемой и нетрадиционной энергии. Основные преимущества подобного рода источников хорошо известны – это, в первую очередь, экологическая чистота и условная неограниченность в использовании.

Актуальность темы этим и обусловлена что, современные наиболее используемые источники электроэнергии это гидро- тепло- и атомные электростанции, но они не экологичны. Альтернативная энергетика, построенная на использовании возобновляемых источников энергии, может стать той путеводной звездой, которая решить проблему экологии и исчерпаемости топливных ресурсов.

Объект исследования: энергия – её источники и потребители.

Предмет исследования: новые источники энергии, в частности ветер.

Целью проекта является раскрытие выгоды использования альтернативных источников энергии, способствовать популяризации альтернативных источников энергии, создание ветрогенератора.

Задачи проекта:

1. Изучить литературу, и выяснить какие существуют источники энергии в наше время.

2. Изучить альтернативные источники энергии и понять принцип их работы.

3. Создать ветрогенератора, на основе бросового материала.

Рабочая гипотеза: модель ветрогенератора будет способна вырабатывать напряжение, которое можно будет использовать в бытовых нуждах.

1. Сценарии развития энергетики будущего

Доказана принципиальная возможность получения практически экологически чистой энергии от ТЭС при использовании мощных фильтров, задерживающих атмосферные загрязнители, и при подземной газификации угля. Недостаток этого варианта – это выбросы большого количества диоксида углерода в атмосферу и, кроме того, временный характер этой стратегии. Запасы угля в течение 100 – 150 лет также будут израсходованы.

При повышении безопасности и появлении новых типов реакторов, с обеспечением безопасности глубокого захоронения отходов в устойчивых к разрушению горных породах. Достоинство сценария – сокращение выбросов в атмосферу диоксида углерода.

Современный период развития человечества иногда характеризуют через: энергетику, экономику, экологию. Энергетика в этом ряду занимает особое место. Она является определяющей и для экономики, и для экологии. От нее в решающей мере зависит экономический потенциал государств и благосостояние людей. Она же оказывает наиболее сильное воздействие на окружающую среду. Самые острые экологические проблемы (изменение климата, кислотные осадки, всеобщее загрязнение среды и другие) прямо или косвенно связаны с производством, либо с использованием энергии. Энергетике принадлежит первенство не только в химическом, но и в других видах загрязнения: тепловом, аэрозольном, электромагнитном, радиоактивном. Поэтому не будет преувеличением сказать, что от решения энергетических проблем зависит возможность решения основных экологических проблем. Энергетика - это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

Проблемами на пути развития альтернативной энергетики в России являются:

1) Наличие дешевых видов сырья и низкая стоимость его транспортировки , что делает невыгодным производство.

2) Дефицит финансовых ресурсов у потенциальных инвесторов.

3) Высокие сроки окупаемости затрат.

4) Сравнительно небольшие масштабы энергии, производимой альтернативными источниками энергетики, что не позволяет полностью обеспечить спрос на нее.

5) Отсутствие научных разработок, что требует использования зарубежного опыта и закупки оборудования.

6) Отсутствие опыта эксплуатации.

7) Отсутствие культуры использования альтернативных источников энергии.

Основные типы электростанций: тепловые, гидравлические, атомные. Они являются традиционными. Для того чтобы быстрее, доступнее и кратко рассказать о станциях такого типа, лучше всего соотнести все данные в таблицу и выделить основное. Очевидно, что каждая станция имеет свои недостатки и достоинства. ТЭС строятся быстро и дешево, но потребляют большое количество топлива, работают в постоянном режиме, но требуют длительной остановки при ремонтах, угольные ТЭС выбрасывают много твердых отходов и вредных газов в атмосферу. Затем, ГЭС строятся дольше, стоят дороже всех типов электростанций. Используют энергию падающей воды, себестоимость электроэнергии минимальна, легко включаются в нужное время, происходит затопление речных долин – особо ценных земель. АЭС строятся долго и стоят дорого, но электроэнергия дешевле, чем на ТЭС, использует уран, требует точности оборудования, квалифицированных работников, при работе без происшествий – воздействие на среду незначительно; требуется захоронение радиоактивных отходов. Очевидно, что эти типы электростанции отрицательно воздействуют на окружающую среду. Интересно будет узнать, сколько процентов электроэнергии производят на станциях разного типа (см. приложения, рис.2).

Дав поверхностное представление об электроэнергетики и о традиционных источниках ее производства, следует приступить к раскрытию основной темы работы «Альтернативные источники электроэнергетики».

2. Альтернативные источники энергии.

Альтернативными источниками электроэнергетики называют нетрадиционными, с помощью которых добывают энергию (но небольшую часть, если сравнивать с основными типами электростанций). Ученые предостерегают: разведанных запасов органического топлива при нынешних темпах роста энергопотребления хватит всего на 70-130 лет. Именно такие умозаключения лишний раз подтверждают необходимость скорейшего перехода к альтернативной электроэнергетики. Основные виды «традиционной» энергии: солнечная, ветровая, геотермальная, водородная, тепловая энергия океана, энергия приливов и отливов, морских течений.

2.1. Гидротермическая энергетика

Еще в конце 20-х гг. человечество начало использовать и гидротермальную энергию, т.е. энергию, источником которой служит разница температур морской воды из верхних и нижних горизонтов.

Благоприятны, например, условия для использования гидротермальной энергии на Кубе. В одной из здешних бухт большие глубины со значительным перепадом температур воды подходят к самому берегу. Насосы накачивают здесь воду с поверхности моря (она имеет температуру около 27⁰ С) в испаритель. В испарителе с частичным вакуумированием образуется пониженное давление, в результате чего вода превращается в пар при температуре около 30 ⁰ С. Полученный пар вращает лопасти турбин, соединенных с генераторами. Отработанный пар попадает в конденсатор, для охлаждения которого подают воду с глубины (ее температура 14⁰ С).

В США, Японии, Франции и некоторых других странах ведут активные работы по программе «Преобразование термальной энергии океана» («ОТЕК»).

Первая опытная американская гидротермальная станция системы «ОТЕК» - мини - «ОТЕК» мощностью 50 кВт – работала вблизи Гавайских островов в Тихом океане с 1979 по1981 г. В1981 г. вошла в строй вторая опытная американская термоградиентная установка мощностью уже около 1000 кВт – «ОТЕК-1».

Узнав об альтернативной электроэнергетике, в общем, конечно, будет интересно и, безусловно, очень важно рассказать об альтернативных источниках именно в России. Узнать о положении альтернативной электроэнергетике в нашей стране просто необходимо, потому что без этого невозможно продвижение вперед во всей добыче энергии традиционной, и нетрадиционной. В 1990 году на долю АПЭ приходилось приблизительно 0,05 % общего энергобаланса, в 1995 году - 0,14%, в 2017 год планировалось около 0,5-0,9% энергобаланса страны. Такие процентные соотношения, конечно, не радуют. Итак, по всем видам АПЭ Россия находится на одном из последних мест в мире. В нашей стране отсутствует правовая база для внедрения АПЭ, нет никаких стимулов для развития этого направления.

Но все-таки в нашей стране существуют станции, которые вырабатывают энергию за счет альтернативных источников, несмотря на то, что их доля мала и незначительна. Подземное тепло или геотермальную энергию используют на Камчатке.

2.2. Фотольваническая энергетика – солнечные батареи.

Солнечная энергия – это кинетическая энергия излучения, образующаяся в результате реакций в недрах Солнца. Поскольку её запасы практически неистощимы, ее относят к возобновляемым энергоресурсам. Ныне солнечная энергетика широко применяется в случаях, когда малодоступность других источников энергии в совокупности с изобилием солнечного излучения оправдывает её экономически.

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения.

1. Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.

2. Гелиотермальная энергетика - Нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение, и использование тепла.

3. «Солнечный парус» может в безвоздушном пространстве преобразовывать солнечные лучи в кинетическую энергию.

4. Термовоздушные электростанции.

5. Солнечные аэростатные электростанции.

Это и есть принцип действия энергетической башни: лучи солнца концентрируются в одном пункте соответственно расположенными зеркалами. Эти зеркала поворачиваются на протяжении дня, чтобы следовать за солнцем в его небесном пути. Они отражают солнечные лучи и фокусируют их на энергетической башне, где огромная концентрация энергии заставляет воду кипеть и превращаться в пар. Пар по трубам поступает в турбину на Землю, вращает ее и вырабатывает электричество.

Солнечные пруды – еще более дешевый способ улавливать солнечную энергию. Искусственный водоем частично заполняется рассолом (очень соленой водой), поверх которого находится пресная вода. Плотность рассола гораздо выше, поэтому он остается на дне и с верхним слоем почти не смешивается. Солнечные лучи без помех проходят через пресную воду, но поглощаются рассолом, превращаясь при этом в тепло. Верхний слой действует как изоляция, не позволяя нижнему остывать. Иными словами, в солнечных прудах используется тот же принцип, что и в парниках, только земля и стекло заменены соответственно рассолом и пресной водой.

К недостаткам всех перечисленных установок преобразования солнечной энергии относится то, что для них нужны большие площади, причем относительно недалеко (в пределах 80 км) от потребителя. Иначе потери при передаче электроэнергии будут недопустимо высоки. Правда, со временем могут появиться сверхпроводящие линии электропередач, которые решат проблему, однако в ближайшем будущем строительство энергобашен и солнечных прудов ограничивается недостатком вблизи крупных городов достаточно обширных свободных территорий.

Использование солнечной энергии может быть полезно в нескольких отношениях. Во-первых, при замене ею ископаемого топлива уменьшается загрязнение воздуха и воды. Во-вторых, замена ископаемого топлива означает сокращение импорта топлива, особенно нефти. В-третьих, заменяя атомное топливо, мы снижаем угрозу распространения атомного оружия. Наконец, солнечные источники могут обеспечить нам некоторую защиту, уменьшая нашу зависимость от бесперебойного снабжения топливом.

Корпорация PowerLight при финансовой поддержке компании General Electric приступила к строительству крупнейшей в мире солнечной электростанции. Электростанция разместится в одном из самых солнечных районов Европы - в 200 км к юго-востоку от столицы Португалии Лиссабона. В скором будущем на севере Китая будет выстроена солнечная электростанция, которая станет первой крупной коммерческой станцией, перерабатывающей энергию солнца в электричество. Реализацией проекта займется германская компания Solar Millennium AG и китайская фирма Inner Mongolia Ruyi Industry.

2.3. Ветроэнергетика

Ветровая энергия - огромная энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем.

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра. Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что ветроэлектростанции работают как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается электрический ток. Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Такие фермы есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше.

Но существуют также и недостатки данных установок. Вряд ли требуется говорить, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого. При использовании ветра возникает серьезная про­блема: избыток энергии в ветреную погоду и недоста­ток ее в периоды безветрия. Но, несмотря на эти недостатки, ветроэнергетика все равно имеет место в будущем и перспективы развития. Некоторые из них: правительством Канады установлена - цель к 2020 году производить 20% электроэнергии из энергии ветра, Германия планирует к 2020 году производить 20% электроэнергии из энергии ветра. Международное Энергетическое Агентство International Energy Agency (IEA) прогнозирует, что к 2030 году спрос на ветрогенерацию составит 4 800 ГигаВатт.

Технически достижимые ресурсы ветровой энергии в России оцениваются в 16 млрд. МВт•ч. Мощностная линейка ветрогенераторов сегодня простирается от 100 Вт до 5000 КВт единичной установленной мощности.

В России в 1931 г. была построена самая крупная по тем временам ВЭС мощностью 100 кВт с диаметром крыльчатки 30 м.

На Земле имеются обширные районы, где постоянно дуют устойчивые ветры. Почти 40% территорий России удобно для установки ветровых преобразователей, общая мощность которых может достичь 100 млрд. кВт.

Эффективность использования энергии ветра в значительной степени зависит от конструкции ветрогенератора, а именно – крыльчатки.

Современный ветряк – сложное устройство. В нем запрограммирована работа в двух режимах – слабого и сильного ветра и остановка двигателя, если ветер станет очень сильным. Недостатком ветряных мельниц является шум, который производят лопасти пропеллера во время вращения. Если ветряк мощный, то шумовое загрязнение делает опасным длительное пребывание людей в зоне работы установки.

Теоретически достижимый КПД ветрогенератора равен примерно 60%, с учетом различных потерь и неравномерности воздушных потоков его величина колеблется в пределах 15 – 20%.

Экономически оправданными становятся ветрогенераторы с мощностью от 2 КВт. Более слабые могут лишь дополнять другие источники электроэнергии. Срок службы ветрогенераторов составляет 20-25 лет. Ветрогенераторы в среднем окупаются при наличии централизованного электричества при ветре.

2.4. Теплонасосные установки.

Тепловой насос – это источник энергии для системы отопления и горячего водооснабжения, а также одновременно может служить источником для системы кондиционирования.

Основное отличие теплового насоса от традиционных генераторов тепловой энергии заключается в том, что при производстве тепла до 80 % энергии извлекается из окружающей среды. Тепловой насос получает тепловую энергию из грунта, скальной породы или озера, накопленную за теплое время года. Принцип действия теплонасосной установки основан на том, что при подводе низкопотенциальной теплоты в испаритель происходит процесс кипения рабочего тела, пары которого сжимаются в компрессоре с повышением энтальпии и температуры. В конденсаторе теплота фазового перехода рабочего тела передается технологии, теплоносителю. В дроссель-клапане снижаются температуpa и давление рабочего тела, поступающего обратно в испаритель.

Теплонасосные установки классифицируют: по принципу работы — на термомеханические, использующие процессы повышения и понижения давления рабочего тела; электромагнитные, использующие постоянные или переменные электрические или магнитные поля.

Термомеханические теплонасосные установки разделяют на компрессорные (парожидкостные, газожидкостные и газовые), сорбционные (абсорбционные и адсорбционные) и струйные (инжекторные и вихревые с замкнутым и разомкнутым контурами).

К электромагнитным теплонасосным установкам относят термоэлектрические системы, магнитокалорические(трансформация теплоты осуществляется последовательным намагничиванием и размагничиванием парамагнетиков или ферромагнитных тел), термомагнитные (используется эффект Эттингсхаузена при совместном действии на полупроводники магнитного и электрического полей) и электрокалорические (основаны на действии электрического поля на сегнетоэлектрики); Основной недостаток теплонасосных установок состоит в том, что при слишком большой разнице между температурой на улице и в доме, тепловой насос теряет эффективность.

Среднее время окупаемости теплонасосов составляет 4-6 лет, при сроке службы по 15-20 лет до капитального ремонта.

2. 5. Биоэнегетика.

К этому понятию относится все, что так или иначе связано с получением в промышленных масштабах энергии из различного возобновляемого сырья биологического происхождения. Такое сырье и его производные обычно называют биотопливом. Биотопливо бывает твердым, жидким или газообразным и может изготавливаться из самого разного сырья, такого как:

- древесные отходы, различного происхождения;

- отходы сельскохозяйственного производства (лузга, шелуха, солома, тростник);

- бытовые отходы, канализационные стоки;

- специально выращиваемой топливной древесины и т.д.

Основными источниками российской энергетической биомассы являются:

- органические отходы агропромышленного комплекса с энергосодержанием до 80 млн. т.у.т./год;

- органические отходы лесопромышленного комплекса ;

- отходы городов (сточные воды и твердые бытовые отходы);

- торф;

- энергетические плантации;

- биогазификация остаточной нефти.

Из всего многообразия биотоплива в России наиболее распространенным являются топливные гранулы (пеллеты). Они получается из торфа, древесных отходов и отходов сельского хозяйства. Представляет собой цилиндрические гранулы стандартного размера. Топливные гранулы - экологически чистое топливо с содержанием золы.

2. 6. Геотермическая энергетика.

Направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях.

Если солнечная энергия падает на нас с неба, то геотермальная находится у нас под ногами. Остается только нагнуться и взять ее. Поток этой энергии огромен. За год к поверхности Земли поступает 4·10¹⁷ кВт/час тепловой энергии или 16·10²³ Дж, 90% ее поступает за счет теплопроводности пород литосферы, 10% вместе с лавой, горячим паром, водой и газами. Верхняя часть земной коры имеет температурный градиент 20 - 30С на 1 км глубины, в некоторых местах - 1С на 2 –30 м. и даже на 2 – 3 м. На земле довольно много мест, где имеются термальные источники и большие температурные градиенты. Это часть районов России (Камчатка, Карпаты, Кавказ), Исландии, Новой Зеландии и США, а также других стран, имеющих на своей территории горные массивы.

Все геоТЭС используют естественные термальные воды с температурой от 90 до 200С и давлением пара от 3 до 6 МПа. Используется эффект резкого падения давления в потоке воды, выходящей на поверхность, Вода при этом вскипает и превращается в пар из-за резкого падения давления. Пар после отделения от воды в сепараторе направляется в турбогенератор. ГеоТЭС значительно экономичнее других типов электростанций, капитальные затраты на их строительство составляют примерно 1/3 от ТЭС, они могут работать без обслуживающего персонала в автоматическом режиме, стоимость энергии на 1/3 меньше, чем на станциях другого типа.

Но геотермальные районы, как правило, сейсмически активны и удалены от потребителя, термальные воды обычно сильно минерализованы и коррозионно-активны, также геоТЭЦ представляют и экологическую опасность, если они работают на закачиваемой воде, т.к. возникает проблема хранения и переработки отработанных вод, насыщенных солями.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Достоинства и недостатки. Итак, достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

2. 7. Космическая энергетика.

Вид альтернативной энергетики, предусматривающий использование энергии Солнца для выработки электроэнергии, с расположением энергетической станции на земной орбите или на Луне.

Система предполагает наличие аппарата-излучателя, находящегося на геостационарной орбите. Предполагается преобразовывать солнечную энергию в форму, удобную для передачи (СВЧ, лазерное излучение), и передавать на поверхность в «концентрированном» виде. В этом случае на поверхности необходимо наличие «приёмника», воспринимающего эту энергию.

Преимущества системы:

1) Высокая эффективность из-за того, что нет атмосферы, выработка энергии не зависит от погоды и времени года.

2) Практически полное отсутствие перерывов так как на геостационарной орбите спутник будет освещен солнцем 24 часа в сутки.

3) В космосе нет проблемы с весом или коррозии металлов из-за отсутствия атмосферы.

С другой стороны, главный недостаток космической энергетики и по сей день является её высокая стоимость.

Вторая проблема создания ОЭС — большие потери энергии при передаче. При передаче энергии на поверхность Земли будет потеряны, по крайней мере, 40-50 %.

2.8. Водородная энергетика.

Водород самый простой и легкий из всех химических элементов, можно считать идеальным топливом. Он имеется всюду, где есть вода. При сжигании водорода образуется вода, которую можно снова разложить на водород и кислород, причем этот процесс не вызывает никакого загрязнения окружающей среды. Во вселенной содержится 92% водорода,а 73% поверхности Земли покрыты водой, то можно считать, что водород - неисчерпаемое топливо

Но как же используют водород как топливо сегодня? В настоящее время существует множество методов промышленного производства водорода. Можно выделить несколько наиболее распространенных способов получения водорода.

• Паровая конверсия природного газа/метана. В настоящее время данным способом производится примерно половина всего водорода. Водяной пар при температуре 700° −1000° С смешивается с метаном под давлением в присутствии катализатора.

• Газификация угля. Старейший способ получения водорода. Уголь нагревают при температуре 800°-1300° Цельсия без доступа воздуха. Из атомной энергии. Использование атомной энергии для производства водорода возможно в различных процессах: химических, электролиз воды, высокотемпературный электролиз.

• Водород из биомассы. Водород из биомассы получается термохимическим, или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500°-800° С.

Водород обладает очень высокой теплотворной способностью. Водород можно транспортировать и распределять по трубопроводам, как природный газ. Что ожидает нас в будущем? Планируют построить водородное шоссе в Калифорнии, а к 2020 году 300 заправочных станций на главных шоссе штата. Вскоре начнет действовать SINERGY - Сингапурская энергетическая программа.

Это только небольшая часть всего, что планируется сделать. Но некоторое уже реализовано. В Германии производятся подводные лодки класса U-212 с топливными элементами производства Siemens AG. Все выше приведенные примеры лишний раз подтверждают, что водород имеет перспективы для дальнейшего развития, много различных проектов запланировано уже, но, главное, чтобы они были реализованы, и финансирование не тормозило этот процесс.

3. Нестандартные источники энергии.

1. Электростанция, работающая от шотландского виски. Helius Energy построила первую в мире электростанцию, которая работает от побочных продуктов дистилляции шотландского виски. Ведь при этом процессе остается огромное количество углеводных и белковых масс, которые и можно, сжигая, преобразовывать в энергию. В качестве партнера в этом проекте выступил конгломерат производителей Rothes Whisky.

2. Футбольный мяч Soccket. Компания Soccket Inc. создала футбольный мяч, который одновременно является и небольшой электростанцией, вырабатывающей энергию в те моменты, когда футболисты бьют по объекту ногой. Несколько часов игры, и работа светодиодной лампы на целый вечер обеспечена! Идеальный вариант для сельской глубинки в развивающихся странах Африки и Азии.

3. OTEC-электростанция у берегов Китая. Уже несколько десятилетий существует технология, позволяющая вырабатывать энергию на основе разницы между температурой воды на поверхности океана и в его глубинах. А через несколько лет у южных берегов Китая появится самая большая в мире электростанция, работающая по этой технологии (OTEC). Создаст ее всемирно известная компания Lockheed Martin.

4. Турбина в кровеносных сосудах. Ученые из университета в швейцарском городе Берн разработали миниатюрные турбины, которые, будучи помещенными в кровеносные сосуды человека, будут давать энергию для работы его электрического кардиостимулятора.

5. VolcanElectric Mask – небоскреб, получающий энергию от вулкана. В рамках конкурса eVolo 2013 группой китайских архитекторов был представлен проект небоскреба VolcanElectric Mask, который должен расположиться на склоне вулкана. Да и энергию для функционирования это здание будет получать из раскаленной магмы, подступающей к поверхности Земли.

6. Энергия из турникетов в общественном транспорте. Японская компания East Japan Railway Company, один из лидеров пассажирских перевозок в Стране Восходящего Солнца, решила оснастить каждый свой турникет генератором электроэнергии. Так что пассажиры, проходящие через них, сами того не осознавая, будут вырабатывать электричество.

7. Giraffe Street Lamp – качели, которые питают фонарь энергией. Giraffe Street Lamp – это качели, катаясь на которых, каждый человек сможет сделать мир немного ярче и светлее. Дело в том, что эти качели являются одновременно и генератором электричества для уличного фонаря, с которым они совмещены. Впрочем, у него есть и сторонний источник энергии, питающий лампы в то время, когда объект находится в состоянии покоя.

8. Энергия ветра с деревьев. Каждый наблюдал, как деревья качающиеся на сильном ветру. Вибрацию ствола при этом можно трансформировать в электричество с помощью преобразователей. Количество энергии от одного дерева небольшое – около двух вольт. Но если преобразовать обычный лес на электростанцию, тогда можно получать большую мощность.

9. Батарейки из грязи. Ученые из Гарварда создали батарейку, основным элементом которой является грязь. Внутри нее живут бактерии, которые выделяют энергию. Авторы говорят, что такие микробактериальные топливные ячейки могут быть дешевым источником энергии и пригодиться в регионах с плохим энергоснабжением. Ведь конструкция такой батареи очень проста – это многолитровое ведро, наполненное соленой водой. В нее погружены катод с анодом, а также растворенные грязь и песок. Последний выступает в роли барьера для ионов соленой воды.

Практическая часть

Создание ветрогенератора.

Комплектующие:

• генератор (кулер от компьютера);

• вольтметр;

• светодиод;

• провода;

• лопасти;

• полипропиленовые трубки;

• диодный мост.

Необходимый инструмент: гаечные ключи, дрель со сверлами, отвертка, пассатижи и т.п.

К основным компонентам системы, без которых работа ветряка невозможна, относят следующие элементы:

1) Генератор – необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра.

2) Лопасти – приводят в движение вал генератора благодаря кинетической энергии ветра. Лопасти можно делать различной формы.

Мы создали конструкцию, где используются лопасти крыльчатого типа с горизонтальной осью для того, чтобы сравнить, какой вариант будет вырабатывать больше электроэнергииащения. Именно этот тип ветряного двигателя имеет максимальный коэффициент использования ветра при минимальном расходе материалов. Неудивительно, что такая конструкция используется почти в 99% всех действующих промышленных ветровых электростанциях. Мы сделали несколько вариантов.

В результате фаворитом стал третий вид лопастей. Максимальное напряжение, вырабатываемое генератором, достигло 1,5 В.

Возьмем стандартный кулер от компьютера. Нам необходимо его разобрать и подключить проводки напрямую к катушкам и удалить датчик Холла, похожий на транзистор с 4-мя выводами. Можно обойтись и без этого, ведь кулер может уже работать как генератор, но если этого не сделать энергии будет очень мало. Подключаемся включением всех катушек последовательно для однофазного генератора. Далее нам понадобятся выпрямительные диоды. Собираем и подключаем светодиод к выходу и дуем на кулер. Светодиод горит - все нормально! Потом нам необходимо отрезать от кулера основание. Делаем новые лопасти. Проведенные эксперименты показали, что наиболее подходящим материалом для изготовления лопастей тихоходного ветряка является пластик, (пластиковая труба, бутылка). Также пластиковые лопасти, в отличие от деревянных, гарантированно не покорежатся от влаги. Берём толстостенную пластиковую трубку. И вырезаем из нее лопасти. У нас будет семи лопастной ветрогениратор. Прикручиваем лопасти саморезами. Также нужно проверить вращаются ли все лопасти в одной плоскости. Для этого замеряется расстояние от конца нижней лопасти до какого-нибудь ближайшего предмета. Затем ветроколесо поворачивается и замеряется расстояние от выбранного предмета до других лопастей. Расстояние от всех лопастей должно быть в пределах +/- 2 мм. Далее берем полипропиленовые трубки и делаем основание ветрогенератора. На противоположном конце генератора делаем прорезь под компакт диск и вставляем его. CD будет служить флюгером.

Эксперимент с ветрогенератором

С помощью Цифровых датчиков мы провели некоторые измерения.

1. Цифровой датчик напряжения дал нам возможность измерить напряжение в цепи и посмотреть, как оно изменяется по мере увеличения числа оборотов лопастей ветрогенератора.

2. Цифровой датчик угловой скорости (числа оборотов) измерил число оборотов лопастями за - 1 секунду совершается 25 оборотов.

3. Цифровой датчик тока позволил нам определить значение тока в цепи 0.225 мА.

4. В цепь нами был подключен диод на 1, 5 В. Диод служит индикатором наличия тока в цепи и положительным результатом опыта.

Для изготовления ветрогенератора нам понадобился бросовый материал: старый кулер от компьютера, остатки проводов, остатки полипропиленовых труб, оставшихся от ремонта, старый испорченный диск, крышка от бутылки. Поэтому в процессе изготовления ветрогенератора мы не понесли никакие материальные затраты.

Выводы

Энергия - это движущая сила любого производства. Тот факт, что в распоряжении человека оказалось большое количество относительно дешевой энергии, в значительной степени способствовало индустриализации и развитию общества. Однако в настоящее время при огромной численности населения и производство, и потребление энергии становится потенциально опасным. Наряду с локальными экологическими последствиями, сопровождающимися загрязнением воздуха и воды, эрозией почвы, существует опасность изменения мирового климата в результате действия парникового эффекта. Человечество стоит перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить благополучия людей, а с другой - сохранение существующих темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей среды, серьезному ущербу здоровья человека.

Список литературы.

1. Возобновляемая энергетика: вчера, сегодня, завтра/ П. П. Безруких // Электрические станции: Ежемесячный произв.-техн. журнал. - М.: Энергопрогресс, 2012. - N2.- С.35-47.

2. Ильин А.К.,Ковалев О.П. Нетрадиционная энергетика в Приморском крае: Ресурсы и технические возможности. – Владивосток: ДВО РАН, 2004. – 41 с.

3. Ильин А.К., Пермяков В.В., Нетрадиционные источники энергии для автономных потребителей. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2007. – 36 с.

4. Ковалев О.П., Волков А.В., Лощенков В.В. Использование солнечной энергии в Приморском крае // Вестник ДВО РАН. 2013. №5. – С. 92 – 98.

5. Энергетика, экология и альтернативные источники энергии / О. М. Лисов, В. Е. Степанов // Экология промышленного производства : Межотрасл. науч.-практ. журн. по отеч. и заруб. матер. - М.: ВИМИ, 2013. - N1.- С.47-55

6. Ветровая энергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2002.-58с.

7. Гидроэнергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2008.-154с.

8. Геотермальная энергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.

9. www.science-award.siemens.ru

10. www.wikipedia.org

11. http://www.novate.ru/blogs/300413/22942/

12. http://innotechnews.com/innovations/1287-shest-neobychnykh-istochnikov-vozobnovlyaemoj-energii

Приложения