Итоговый индивидуальный проект на тему «Альтернативные источники энергии Курской области» 2023

муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Михайловская средняя общеобразовательная школа имени Героя Советского Союза Владимира Федоровича Нестерова» Черемисиновского района Курской области

Итоговый индивидуальный проект на тему

«Альтернативные источники энергии»

Проект выполнил:

обучающийся 11 класса

Ручицын Иван

                 Руководитель

Учитель географии

Дубровкина Елена Васильевна

2023 год

Паспорт индивидуального проекта

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире человек не может обходиться без электрической энергии. Повсюду его окружают механизированные предметы, которые работают от тока. Также электроэнергия необходима для нормального функционирования промышленных предприятий, заводов, фабрик, поэтому с каждым годом использование электрической энергии становится дороже. Те предприятия, которые могут вырабатывать дешёвую электроэнергию, наносят большой вред экологии, который потом отражается на нашем здоровье и окружающей среде. А те предприятия, которые вырабатывают более экологически чистую электроэнергию, как, к примеру, гидроэлектростанции, требуют больших затрат.

Мало кто задумывается, откуда берётся энергия, которой мы все активно пользуемся. Наша страна богата полезными ископаемыми и разнообразием природы. Когда путешествуешь по России, нельзя передать словами, как она прекрасна. Но сейчас в век передовых технологий и большого прогресса в добыче энергии мы забываем про экологию. Наш прогресс своими отходами вредит природе.

Мы используем нефть, уголь, газ и многое другое. Это всё, на самом деле, дорогостоящие источники добычи энергии, после которых остается много отходов. Мы истощаем планету, и скоро ничего не будет расти, а значит не будет жизни.

И у меня возник вопрос: «Как можно помочь экологии всей планеты?» Я считаю, люди помогут планете, если будут пользоваться альтернативными источниками энергии.

Актуальность работы:

Что такое природные ресурсы и для чего они нам нужны? На этот вопрос может ответить каждый. Но, к сожалению, не каждый знает, что с ростом промышленных предприятий, рождаемости, масштабов производства происходит оскуднение запасов природных ресурсов. Если рассматривать перспективы традиционной энергетики, то угля хватит на 600 лет, нефти на 90 лет, газа на 50 лет, урана по разным прогнозам на 27-80 лет. В России энергетическая проблема актуальна особенно. Указом Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 г. № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» установлена задача по снижению к 2020 году энергоемкости валового внутреннего продукта не менее чем на 40 процентов по отношению к уровню        2007 года и обеспечению рационального и экологически ответственного использования энергии и энергетических ресурсов.

27 декабря 2010 г. принята Государственная программа Российской Федерации

«Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года», основной задачей которой признана задача снижения энергопотребления и модернизация систем энергоснабжения.

Актуальность моего проекта связана с тем, что популярной проблемой являются ограниченные природные ресурсы и ухудшение экологии Земли. Всё больше людей обращаются к возобновляемым и нетрадиционным источникам добычи энергии из ветра, солнца, воды и земли.

 Поэтому я обратился к теме нетрадиционных источников энергии, к ним относятся ветроэнергетика, гидроэнергетика, солнечная энергетика, биоэнергетика.        Перспективы использования альтернативных источников энергии связаны с их экологической чистотой и низкой стоимостью эксплуатации.

Цель проектного исследования:

Изучение использования альтернативных источников энергии в России и перспективы развития «зеленой» энергетики в Курской области, изучить разнообразие альтернативных источников энергии, сравнить их и выяснить пользу каждого вида.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:

1. Ознакомиться с основными альтернативными источниками энергии, используемыми в России.
2. Рассмотреть основные источники альтернативной энергетики Курской области.
3. Определить возможный потенциал использования «зеленой» энергетики в Курской области

Гипотеза исследования: альтернативные источники энергии - потенциал развития энергетики в Курской области. Альтернативные источники энергии не могут полностью заменить традиционные, потому что природа изменчива.

Методы исследования:

Теоретический метод; Метод обработки и представление полученных данных; Метод моделирования; Эмпирический метод, Статистический метод

Объект исследования: природные ресурсы Курской области

Предмет исследования: альтернативные источники энергии в Курской области.

Этапы работы над проектом: на этапе подготовки была определена цель проекта, источники информации, планирование способов сбора и анализа информации, планирование готового продукта (интерактивной карты). Исследовательская деятельность по теме проекта была представлена сбором информации, решением промежуточных задач, изучением литературных источников. На основе анализа информации были сформулированы выводы и представлены результаты работы в виде презентации, диаграмм, таблиц.

Практическая значимость: материал может использоваться на уроках географии физики и при изучении раздела «География Курской области», экологических кружках, для пропаганды охраны окружающей среды.

Исследовательская работа на тему "Альтернативные источники энергии" посвящена изучению альтернативных источников энергии и рассматривает эту тему с точки зрения безопасности для окружающей среды, а также говорит о необходимости получения энергии альтернативными способами во избежание экологической катастрофы.

В работе отдельно дано описание каждого альтернативного источника энергии, проведен их сравнительный анализ и определены их достоинства и недостатки.

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

1.1.Альтернативная энергетика в России

«Альтернативная энергетика– совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.»

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных        (нетрадиционных) источников энергии. Источники энергии–встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию. Альтернативный источник энергии– заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, вызывающий парниковый эффект и глобальное потепление. Цель поиска альтернативных источников энергии        –потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Энергия играет основополагающую роль в формировании человеческих условий существования. Потребность людей в энергии – это необходимость для выживания, поэтому неудивительно, что производство и потребление энергии являются одними из важнейших направлений человеческой деятельности. Существует мнение, что энергетика – это ключ к развитию цивилизации. Эволюция человеческого общества зависит от преобразования энергии для её использования.

На протяжении десятков тысяч лет люди полагались исключительно на химическую энергию, полученную из пищи, которая производит механическую работу мышц. Но благодаря человеческому разуму люди научились экономить свои силы, используя инструменты и осваивая энергию за пределами их собственного тела.

1.2.Классификация источников

Есть множество направлений альтернативной энергетики.

-Ветряные (движение воздушных масс)

-Геотермальные (тепло планеты)

-Солнечные (электромагнитное излучениесолнца) (Гелиоэнергетика)

-Гидроэнергетические (движение воды в реках и морях)

-Биотопливные (теплота сгорания возобновляемоготоплива)         (Приложение №1):

Россия, обладающая значительными запасами нетрадиционного топлива и имеющая возможность использования одного (а иногда двух и более) возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в каждом своём регионе.

Сегодня у России есть успешный опыт создания электростанций практически на всех известных видах возобновляемых источников энергии. Развитию этой отрасли энергетики способствует тот факт, что на территории России множество отдаленных районов, подключение которых к центральным электросетям и газовым магистралям затруднено. А между тем, страна изобилует природными возобновляемыми источниками энергии.

Среди всех альтернативных источников энергии на солнечную энергетику возлагаются высокие надежды.

Наибольшим потенциалом для солнечной энергетики обладает Краснодарский, Ставропольский край, республика Крым, Магаданская область и Якутия, где наиболее благоприятные условия для развития такого вида энергетики. (Приложение №2)

Первые работающие технологии появились в 70-х годах прошлого столетия. Сегодня солнечные электростанции уже используются на практике, хотя доля вырабатываемой ими энергии не велика. Основные преимущества гелиоэнергетики – использование возобновляемых ресурсов и простотой принцип работы.

   Недостаток –высокая стоимость оборудования и зависимость от климатических условий.

Хорошо подходит использование энергии солнца для энергообеспечения удаленных районов, где возникают трудности с прокладкой кабелей, сельской местности. Небольшие солнечные батареи можно использовать даже в качестве автономной электростанции для конкретно взятого дома.

Развитие ветроэнергетики может обеспечивает до трети своих нужд в электричестве.

Крупных солнечных и ветровых электростанций в нашей стране очень мало, но все же они работают в: Калининградской области, Республике Башкортостан, Республике Калмыкия, Оренбургской области, В г. Орск, и в Белгородской области.

Наиболее крупные ветропарки расположены в Калининградской области, республиках Башкортостан, Чувашия и Калмыкия. (Приложение №3) Недостатки ветровой энергетики те же, что и у солнечной – зависимость от климатических условий, высокая стоимость оборудования.

Биогаз образуется в результате разложения любых органических отходов. В качестве сырья может использоваться любая биомасса: свекольный жом, отходы мясокомбината и рыбоперерабатывающего цеха, навоз, скошенная трава и опавшая листва. За последнее десятилетие появилось множество предприятий, производящих биогазовые установки в районах развития агропромышленного комплекса. (Приложение №4)

Многие ученые считают, что именно биотопливо в будущем позволит человечеству избежать энергетического кризиса. Такие станции существуют уже сегодня.

Приливные электростанции имеет смысл строить там, где разница уровней моря во время прилива и отлива составляет минимум 4 метра. Практическое использование энергии приливов и отливов в России можно увидеть на примере КислогубскойПЭС (Мурманская область). (Приложение №5)

Геотермальная энергетика в России может основываться на использовании тепловой энергии земных недр. Запасы геотермальной энергии нашей страны более чем в 10 раз превышают запасы угля. Геотермальные районы расположены на островах Курильской гряды, на Дальнем Востоке, в Ставропольском и Краснодарском краях, на Кавказе и Калининградской области. 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. Эти богатства зачастую лежат, в буквальном смысле, на поверхности: геотермальные источники Камчатки с температурой до 200 °С на глубине всего лишь 3,5 км могут обеспечить работу не одной мини электростанции. Есть места, где вода выходит на поверхность: это существенно облегчает доступ к ее энергии. Геотермальная энергетика России начала свое развитие в 1966 году: именно тогда была построена первая такая электростанция. Сегодня с помощью камчатских источников можно вырабатывать около 300 МВт электроэнергии, но реально используется лишь 25%. (Приложение №6)

Сравним стоимость установки исследуемых источников энергии. (Приложение №6. Таблица 3)

На данный момент более выгодные по цене альтернативные источники энергии можно расположить так:

• Биотопливо
• Гидроэнергия
• Геотермальная энергия
• Ветряная энергия
• Солнечная энергия

Самый выгодным на деле остаётся гидроэнергия, которой люди пользовались ещё до нашей эры и совершенно новый источник энергии это биотопливо.

Сравним преимущества и недостатки разных альтернативных источников энергии. (Приложение №6.  Таблица 3)

Из вышесказанного можно сделать вывод, что тремя самыми выгодными источниками энергии являются:

• геотермальные электростанции;
• биотопливо;
• гидроэлектростанции.

У них больше преимуществ, чем недостатков.

Самый невыгодный из альтернативных источников энергии – это ветряная энергия, т.к. он представляет опасность для птиц и для здоровья человека.

        Человечество потребляет огромное количество энергии. За год мы сжигаем от 9 до 20 млрд. тонн топлива. 75% всей потребляемой энергии составляют полезные ископаемые (34% - нефть, 25% - уголь, 19% - природный газ); 5% остальной потребляемой энергии – атомные ЭС; 6% - ГЭС; 11% - от других источников энергии.  В своей работе я обратил внимание на те 17%, которые приходятся на возобновляемые источники энергии.  Неуклонное увеличение численности населения нашей планеты, беспрецедентно быстрое развитие производства в период НТР, нарастающее истощение запасов привычных источников энергии. Требования к сохранению окружающей среды заставляют людей искать новые источники энергии, прежде всего, располагающие возобновимыми или малоисчерпаемыми запасами. Человечество еще плохо использует возможности получения энергии из природных, практически неисчерпаемых источников: тепла земных недр и океана, энергии океанских и речных течений, приливов и волн, ветра.

Глава 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1.Экономический «портрет» Курской области.

2.1.1.Географическое положение.

Курская область расположена на западе Российской Федерации и граничит с Украиной. Регион находится в 536 километрах от крупнейшего регионального рынка России - Московской агломерации и в 700 километрах от Черного моря. Транспортно-географическое положение региона можно считать выгодным, территорию Курской области пересекают транспортные коридоры международного значения, связывающие Россию с Украиной.

2.1.2.Административно-территориальное деление.

Курская область включает в себя 347 муниципальных образований: 5 городских округов, 28 муниципальных районов, 27 городских поселений и 287 сельских поселений.  (Приложение №7)

2.1.3.Природно-ресурсный потенциал.

Климат Курской области является умеренно-континентальным, регион характеризуется комфортными условиями для проживания населения (умеренно холодная зима и теплое лето). Характерны высокие значения показателя суммы средних суточных температур за период вегетации (с температурой выше 10°С) - от 2300°С на севере до 2550°С на юго-востоке области.

Земельный фонд региона составляет 3 млн. га, из них 2,3 млн. га - земли сельскохозяйственного назначения (76,7%), 422,1 тыс. га - земли населенных 7 пунктов (14%), 220,4 тыс. га — земли лесного фонда (7,3%). Около 54% земельных ресурсов составляет пашня. Основными типами почв пашни являются черноземы (73.1%), серые лесные (25.5%), на долю остальных приходится лишь 1.4%. Кормовые угодья в основном приурочены к поймам рек и ручьев (38.9%) и балкам (30.5%).

Благоприятные агроклиматические условия, наличие плодородных почв (преимущественно чернозёмы оподзоленные и выщелоченные (около 65%) и серые лесные (около 20%)) обуславливают разнообразие выращиваемых сельскохозяйственных культур (как ранних и средних, так и позднеспелых сортов).

Имеется ряд крупных месторождений.

Минерально-сырьевой потенциал области составляют уникальные месторождения железных руд, рудопроявления и геохимические аномалии благородных, редких и цветных металлов, проявления и месторождения минеральных вод. Железные руды сконцентрированы более чем в 30 месторождениях (Курская магнитная аномалия, крупнейший в мире район по запасам железа), основное месторождение — Михайловское. На территории области также установлены рудопроявления и геохимические аномалии благородных, редких и цветных металлов. Выявлены и разведаны месторождения фосфоритов, торфа, сапропеля, подземных вод, мела, легкоплавких глин и суглинков, тугоплавких глин, кварцевых песков, мергелей и трепелов. Известны проявления угля, глауконитов, цеолитов, редкоземельных элементов и минеральных красок.

Ландшафты области имеют высокую рекреационную привлекательность.

Курская область расположена в бассейнах рек Днепр и Дон (соответственно 78% и 22% территории области). Из наиболее значительных рек к бассейну Днепра относятся Сейм (приток Десны) со своими притоками Тускарь и Свапа, а также Псёл (приток Днепра). Бассейн Дона составляют верховья рек Тим, Кшень, Олым (приток реки Сосна), а также Оскол (приток реки Северный Донец).

Курская область обладает природной средой, характерной для лесостепной зоны. Она расположена в центре Восточно-Европейской равнины. Расстояние до Москвы 536 км, до Черного моря – 700 км.

На территории области функционирует Центрально-Черноземный государственный природный биосферный заповедник имени профессора В.В. Алехина, Дворцово-парковый ансамбль "Марьино", Курская коренная пустынь

2.2. Альтернативная энергетика в Курской области

В Курской области не видят перспектив для развития альтернативной энергетики.

Возобновляемые источники энергии не имеют значительных перспектив для использования в энергосистеме Курской области. Такой вывод региональные чиновники сделали в программе развития электроэнергетики региона на 2018-2022 годы, утвержденной губернатором. Солнечную энергию посчитали неперспективной по нескольким причинам.

- Наилучшие условия ее получения приходятся на июнь-август, тогда как пиковые нагрузки — на зимний период, следует из документа. Кроме того, при минимальном необходимом числе солнечных дней 250 в год в Курской области этот показатель составляет всего 153. Практическое использование ветра затруднено из-за его непостоянства по силе и направлению, а вложения высоки — на выработку 1 тыс. кВт приходится от 30 до 60 тыс. руб. первоначальных инвестиций.

- Использование биотоплива не рекомендовано «из-за отсутствия объектов для его переработки», и на производство 1 тыс. кубометров биогаза затрачивается 5-12 тыс. руб. только для поддержания микроклимата брожения навозной массы. При этом стоимость природного газа составляет 4,2 руб. за кубометр. Использование теплоты сбросных вод и окружающего воздуха в России нерентабельно из-за высокой стоимости оборудования, полагают авторы документа.

- «В качестве резерва» можно использовать отработанные масла транспортных средств, которых в Курской области в год образуется 1,44 тыс. т, резюмируют авторы программы.

В итоге к 2022 году региональные власти намерены увеличить долю возобновляемых энергетических ресурсов в общей структуре производства с 0,08 до 0,11%.

2.2.1. Возможность внедрения альтернативной энергетики в Курской области

Источниками низкопотенциальной тепловой энергии может быть теплота как естественного так и искусственного происхождения.

В качестве естественных источников низко потенциальной теплоты могут быть использованы:

- энергия солнечного излучения;

- теплота земли (теплота грунта);

- подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные);

- наружный воздух.

В качестве искусственных источников низко-потенциальной теплоты могут выступать:

- удаляемый вентиляционный воздух;

- канализационные стоки (сточные воды);

- промышленные сбросы;

- теплота технологических процессов;

- бытовые тепловыделения.

Идеальный источник теплоты должен давать стабильную высокую температуру в течение отопительного сезона, не быть коррозийным и загрязняющим, иметь благоприятные теплофизические характеристики, не требовать существенных инвестиций и расходов на обслуживание.

Следовательно, актуальность использования альтернативной энергетики и вторичных ресурсов определяется или невозможностью эффективного применения органического и ядерного топлива, или необходимостью поддержания экологически чистых зон, например, в местах расположения предприятий по изготовлению электронных изделий.

К нетрадиционным, возобновляемым источникам энергии, применение которых может рассматриваться для предприятий Курска и области, относятся: солнечная энергия, энергия ветра, теплоты грунтовых вод, грунта, водоемов, окружающего воздуха. Возможности использования того или иного вида источника зависят от местных особенностей. (Приложение №8)

2.2.2.Использование солнечной энергии в Курске

Основное направление использования солнечной энергии (СЭ) - преобразование ее в электрическую энергию и получение теплоты для отопления и горячего водоснабжения.

Анализ данных по использованию солнечной энергии для горячего водоснабжения показывает, что максимальный тепловой поток от солнечной радиации приходится на июнь - август. Использование солнечных установок для отопления затруднено, так как в середине отопительного сезона потребление тепла максимально (декабрь - февраль), а солнечная радиация минимальна (из-за малой высоты стояния солнца над горизонтом, малой продолжительности дня и большой облачности), поэтому доля теплопотребления, покрываемая солнечной установкой, составляет всего 5 - 15%. Поэтому такие установки относительно Курской области могут работать только в начале и в конце отопительного сезона (сентябрь - октябрь и март - апрель), когда они способны обеспечить более позднее начало и более раннее окончание отопительного сезона с использованием традиционных источников.

Практическое использование энергии ветра связано с большими трудностями вследствие непостоянства ветра по силе и направлению и малого содержания энергии в единице объема воздуха. Использование энергии ветра требует высоких начальных капиталовложений. На выработку 1000 кВт должно затрачиваться только по оборудованию и монтажу от 30 до 60 тыс. руб.

Использование биотоплива, получаемого при переработке навоза на товарно-сельскохозяйственных предприятиях (свинокомплексы, коровники и птицефабрики) в настоящее время не может быть рекомендовано из-за резкого снижения животноводческой продукции. При этом, на производство на 1000 куб. метров биогаза затрачивается от 5 до 12 тыс. руб. только на поддержание микроклимата брожения навозной массы или прохождения термохимической реакции в процессе обработки на очистных сооружениях и это без учета значительных капитальных вложений, а стоимость природного газа составляет 3,15 руб. за 1 куб. метр.

За последние несколько лет во многих странах получили широкое распространение системы, работающие на базе тепловых насосов (ТН), использующие низкопотенциальную теплоту сбросных вод, грунтовых вод, окружающего воздуха. В России эта технология пока не получила широкого распространения из-за высокой стоимости оборудования, что приводит к большим срокам окупаемости.

Солнечную энергию можно использовать непосредственно с помощью солнечных коллекторов, размещенных на крыше отапливаемого здания. Давая тепло в испарителе при температуре более высокой, чем окружающий воздух, грунт и т. д., солнечные коллекторы повышают характеристики теплового насоса. Обычно промежуточный теплоноситель - вода - передает тепло от коллектора к испарителю. Но может быть и полное совмещение коллектора с испарителем, где хладагент испаряется непосредственно внутри трубок солнечного коллектора. Солнечные коллекторы рассматривают в сочетании с грунтовыми. Установлено, что размеры солнечного коллектора должны быть больше 3 м2 на 1 кВт потери тепла отапливаемым помещением. При солнечном коллекторе площадью 30 м2 с грунтовым испарителем, занимающим только 100 м2, достигается тепловой коэффициент (ТК) = 3,4. Например, если использовать только грунтовый испаритель, то потребуется поверхность 300 м2 и при этом получается ТК = 2,7. Тем не менее, может оказаться, что несмотря на повышение ТК, экономия топлива не окупает стоимости установки, особенно солнечного коллектора.

Анализ известных научно-технических источников, а также географическое положение г. Курска и Курской области показали, что по данным метеослужбы за последние 50 лет среднегодовые солнечные дни составляют 153 (Справочник по климату РФ. Выпуск 43. Гидрометеоиздат. М. 2с. Ил.), а скорость ветра 5,3 м/с и это при минимально необходимом для эффективного использования, которое должно быть свыше 250 дней солнечных и скорость ветра не менее 7 м/с. Следовательно, все это не позволяет использовать экономически эффективно даже комплексную солнечную и ветровую энергию в качестве альтернативных источников тепло - и электроснабжения.

Однако данные разработки находятся на стадии экспериментальных исследований и не могут быть без соответствующей апробации рекомендованы в разрабатываемую программу.

В качестве резерва можно использовать отработанные масла транспортных средств, количество которых в Курской области составляет около 240 тыс. единиц. При годовом расходе масла до 6 литров в год для последующей утилизации в качестве топлива на малых котельных установках, это составляет 240000 x 6 = 1440000 кг, или 1440 тонн практически выбрасываемого и, соответственно, загрязняющего окружающую среду топлива.

А это составляет в переводе на условное топливо 1440 x 0,735 = 1050 т у. т. Этого достаточно для отопления комплекса зданий при использовании небольших котельных. Следовательно, данное направление перспективно и требует дальнейшей проработки на 2годы.

Солнечная энергия - источник жизни

Широко известным является тот факт, что Солнце – это небесное тело (звезда), а солнечная энергия, по сути – результат его жизнедеятельности. Процессы, происходящие на нем, выделяют огромный объем энергии, выбрасывая ее на невероятной скорости в сторону нашей планеты. Использование энергии солнечного света людьми происходит как осознанно, так и неосознанно. Купаясь в лучах Солнца, мы не задумываемся о том, что энергия этой звезды запускает ряд важных процессов в нашем организме (например, вырабатывается витамин D в нашей коже); благодаря ей происходит фотосинтез в растениях; круговорот воды в природе тоже «ее рук дело». Мы воспринимаем это как само собой разумеющееся. Но это только часть роли солнечной энергии в нашей жизни.

Один из факторов, препятствующий массовому использованию солнечных панелей – мнение, что Черноземье – не самый солнечный регион и для получения необходимого количества энергии здесь будет недостаточно света. В Черноземье не меньше солнца, чем в Европе.

Имеющийся опыт показывает, что утверждения о недостатке солнечного света в нашей местности неверны. По данным ученых, продолжительность солнечного сияния в Курске и ближайших городах составляет в среднем от 1,7 тыс. до 2 тыс. часов в год. Это сравнимо с Германией – страной, которая на данный момент является одним из лидеров в мире по использованию энергии солнца. Впрочем, если даже в таких не самых солнечных странах, как Дания, Швеция или Великобритания, активно развивают альтернативную энергетику, значит, причина вовсе не в климате.

Вступивший в силу в конце 2019 года федеральный закон о развитии микрогенерации позволяет продавать неиспользованные на собственные нужды излишки электроэнергии и иметь еще большую прибыль. Правда, это пока касается только частных владельцев солнечных панелей.

Среди положительных сторон альтернативных источников питания эксперты называют размещение солнечных панелей на незадействованных крышах складов и производственных комплексов. При этом дополнительного выделения площадей не требуется.

Выводы: Проведенный анализ показал, что в настоящее время в Курской области используется тепло от вторичных энергоресурсов составляет менее 1% от основных источников и задача состоит в увеличении их доли при использовании в качестве альтернативного.

2.2.3.Инсоляция в Курске

 Курск, являясь регионом центральной России, имеет средний уровень солнечного воздействия и умеренное солнечное сияние. Поэтому административный центр Курской области можно рассматривать как регион, где использование солнечных панелей целесообразно, если учитывать годовое изменение угла наклона.

Что такое солнечная инсоляция и от чего она зависит

Основных факторов, влияющих на количество солнечного света, падающего на поверхность земли, всего три:

• широта местности;
• климатические особенности региона;
• время года.

Из-за изменения угла падения лучей в южных широтах инсоляция выше. Существенную поправку может внести климат – работа солнечных электростанций продуктивнее там, где минимальное количество пасмурных дней. Это хорошо заметно на карте, где некоторые регионы восточной Якутии получают за год на 30-40% больше света, чем расположенные на той же широте Санкт-Петербург или Норильск.

Снижает продуктивность фотоэлектрических панелей и жара. Большинство современных кремниевых ячеек теряют 0,5% эффективности при повышении температуры на каждый градус выше 25°С. (Приложение №9)

Инсоляция — это количество солнечного излучения, которое попадает в конкретную область Земли. На что она влияет: отражательная способность атмосферы и поверхности земли; угол солнечных лучей, под которым они падают на землю; продолжительность солнечного сияния. Зная уровень инсоляции в своём регионе, можно рассчитать оптимальный угол наклона солнечных панелей и оценить их эффективность. Более высокие широты получают больше наклонных лучей и больше рассеянной энергии. На более низких широтах солнечные лучи более сконцентрированы. (Приложение №10)

Нормы инсоляции в Курске. В течение года Солнце по-разному освещает поверхность Земли, следовательно, и инсоляция в Курске в зависимости от сезона имеет различные показатели. А для более эффективной выработки энергии угол наклона солнечных панелей рекомендуется менять с учётом годового изменения положения Солнца. (Приложение №11)

Последним и самым существенным фактором влияния является время года. Поскольку солнце зимой стоит низко, в декабре и январе инсоляция примерно в 5 раз меньше, чем в июне и июле. Это необходимо учитывать, если предполагается круглогодичное использование станции. В таких случаях мощность комплектов солнечной электростанции должна быть достаточной, чтобы при минимальной производительности в зимние месяцы обеспечивать нужную владельцам генерацию.

4 февраля 1931 года в Курске заработала первая в СССР ветроэлектростанция. Ветроэлектростанция Уфимцева — первая в мире ветроэлектрическая станция с инерционным аккумулятором, первая в СССР ветряная электростанция, изобретенная в 1918 году и построенная в 1931 году в г. Курске изобретателем А.Г.Уфимцевым. Также является старейшей сохранившейся ветроэлектростанцией в России, объектом культурного наследия федерального значения «Дом Уфимцева Анатолия Георгиевича. Ветроэлектростанция, построенная им в 1931 г.» (Приложение 12)

2.3.Практическое использование солнечной энергии

Самые простые и хорошо знакомые каждому виды использования солнечной энергии - применение ее в современных калькуляторах (на очень компактных солнечных батареях) и для хозяйственных нужд (высушить фрукты, нагреть воду в баке уличного душа на даче). Перемещение нагретого теплом солнца воздуха обеспечивает работу системы вентиляции и дымоходов. Солнечные лучи используются как испаритель для опреснения морской воды. Солнце является одним из главных источников энергии для продолжительной работы спутников, а также аппаратов, используемых для изучения космического пространства. Автомобили, работающие на электрической энергии, все активнее внедряются в нашу жизнь.

Использование солнечной энергии направлено в первую очередь на получение тепла или электричества. Именно инфракрасные волны, попадая на особую, разработанную учеными поверхность, превращаются в то, что нам требуется.

Так, для извлечения тепла используются коллектор, поглощающий инфракрасные волны, накопитель, аккумулирующий его, и теплообменник, в котором происходит нагрев.

При генерации электрической энергии применяются специальные фотоэлементы. Они поглощают лучи света, а соответствующие установки перерабатывают эти лучи в электричество.

Способы использования солнечной энергии можно разделить в зависимости от типа электростанции по ее переработке. Всего их шесть.

1) башенные (конструкция в виде черной башни с водой внутри и зеркалами вокруг),

2) параболические (напоминают спутниковые антенны с зеркалами внутри),

3) тарельчатые (по виду похожи на дерево из металла с листьями из зеркал).

Их можно объединить, так как они имеют одинаковый принцип действия: улавливают некоторый объем света, направляют его на резервуар с жидкостью, которая нагревается и выделяет пар, а он уже в свою очередь используется для производства электроэнергии.

4) оборудование с фотоэлементами. Наиболее известный тип, поскольку его размеры могут варьироваться в зависимости от потребности. Небольшие солнечные батареи используются для нужд частных домохозяйств, более крупные - для промышленных нужд. Принцип работы заключается в выработки электроэнергии из лучей солнца, поглощаемых фотоэлементом за счет разности потенциалов внутри него.

5) вакуумная. Конструктивно - это участок земли, накрытый круглой стеклянной крышей, внутри которого располагается башня с турбинами у основания. Принцип действия заключается в нагревании земли под этой крышей и появлении за счет разности температур воздушной тяги. Лопасти турбин вращаются и вырабатывают энергию.

6)   смешанный тип. Его название говорит само за себя.

Примеры солнечных батарей: (Приложение №13)

Поликристаллический солнечный модуль Au-FSM-100P Поликристаллический солнечный модуль Au-FSM-150P Поликристаллический солнечный модуль Au-FSM-250P Монокристаллический солнечный модуль Au-FSM-150M

2.3.1. Применение солнечных батарей в Курской области

Светофорами и светильниками, работающими на солнечных батареях, сегодня никого не удивишь. Их можно встретить не только в южных регионах страны, но и в городах, где ясных дней в году относительно мало. Например, на подъезде к Москве и Санкт-Петербургу. К сведению, обе столицы входят в ТОП самых пасмурных городов России. (Приложение №14)

В прошлом году новые технологии пришли и в Курскую область. В черте города первые фонари на солнечной энергии появились в строящемся посёлке Северном. Их установили на пешеходных переходах временно, пока до новостроек не дотянули сетевое освещение.

Автономное освещение также стали применять и на федеральных трассах, проходящих через Курскую область. На участках курских дорог, где нет стационарного освещения, в 2016 году начали реализовывать проекты по установке фонарей, работающих на солнечных батареях. Например, ими оборудованы все пешеходные переходы на автодороге Тросна – Калиновка в пределах Курской области. Также автономное освещение было установлено на воронежской дороге в районе Тима. Всего на федеральных трассах Курского региона появилось около сотни солнечно-ветровых фонарей.

Житель города Курска Павел Мирошниченко еще пять лет назад начал использовать энергию солнца, существенно экономя на электричестве. Летом солнечные панели вырабатывают до 5 кВт/ч энергии в сутки. «Этого хватает для нормальной работы всей бытовой техники и освещения квартиры. Панели соединены с аккумуляторами, которые и накапливают энергию.

2.3.2.Варианты применения солнечного коллектора на территории Курской области.

Применение такой системы поможет сократить затраты на отопление на 30%, на горячее водоснабжение – на 70%. В климатических условиях средней полосы России солнечные водонагревательные установки могут эффективно использоваться в течение 6- 7 месяцев в году (с марта по сентябрь) – в частных домах, мини-отелях, на базах отдыха, а также как резервный источник горячей воды в больницах, детских садах, на автомойках, АЗС и т.д. В летнее время солнечная установка из 2-3 м солнечных коллекторов будет обеспечивать ежедневный нагрев 100 л воды до температуры не менее 45ºС с вероятностью 70-80%.

Солнечный коллектор – установка, использующая энергию солнечной радиации для нужд отопления и горячего водоснабжения. Различают несколько типов солнечных коллекторов:плоские, с концентраторами, промышленные, вакуумные и комбинированные. Для использования солнечного коллектора в условиях отрицательных температур перспективным является вакуумный коллектор, имеющий высокий КПД. (Приложение №15)

Поглощает радиацию в солнечном коллекторе специальная поверхность, соединенная с медными трубками, по которым циркулирует теплоноситель.

Теплоноситель, проходя по всей площади коллектора, нагревается и попадает в резервуар, где отдает тепло через теплообменник в бак – аккумулятор тепла. Коллекторы и трубопроводы имеют хорошую теплоизоляцию, уменьшающие потери энергии. Вся эта конструкция находится в стеклянных вакуумированных трубках. Стекло обладает высокой степенью химической стойкости, теплостойкости и ударной прочности. В кольцеобразном пространстве между внутренней и наружной трубами создается вакуум для эффективного уменьшения потери тепла. Такие трубки функционируют в пасмурную погоду и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Благодаря этому коллектор сохраняет до 95% тепловой энергии.

Солнечный коллектор позволяет поддерживать положительную температуру в здании зимой и удовлетворять потребности в горячей воде летом, а кроме того экономить электроэнергию. Однако минимальная мощность гелиосистемы должна быть не ниже 100 Вт/м2. В зависимости от солнечной радиации и температуры окружающей среды КПД солнечного коллектора может быть от 20 до 65%. При ярком солнце – до 650 Вт/м        2, а в пасмурную погоду – порядка 10 Вт/м2.

2.4.Значение направления и скорости ветра в г. Курск (Курская область)

Среднегодовая или среднемесячная скорость ветра – это усредненный показатель, рассчитанный на основе 10-летних наблюдений. В своих таблицах мы используем скорость ветра на высоте 10 метров от поверхности земли. Эти показатель напрямую влияют на эффективность использования ветрогенераторов и электростанции на основе энергии ветра.

Курская область как и все другие регионы имеет собственные показатели интенсивности ветра, но не всем комфортно изучать обширные таблицы Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), поэтому мы отдельно указали чему равна скорость ветра в г. Курск (51.7015, 36.4554).

В таблице также приводится усредненное направление ветра, относительно сторон света. Это позволит вам рассчитать максимальный КПД ветро-генератора для любого времени года. (Приложение №16)

2.4.1.Применение ветровой энергии в Курский области

В курской деревне построили ветряную мельницу из металлолома. (Приложение №17)

В Курской области жители деревни Большая Алешня собрали настоящую ветряную мельницу из деталей брошенной сельхозтехники. Теперь она производит до тонны муки в день.

Комбайнер Сергей Грибачев вместе со своим тестем Анатолием Хлопотовым конструировали необычную мельницу больше трех лет. Все расчеты опытные механики производили на глаз - без чертежей и специальных схем.

Механические части собирали буквально на свалке. В качестве каркаса мельницы, например, использовали списанную сушилку для зерна.

Ветроэлектростанция построена изобретательным курянином в селе Большесолдатское Пётром Тимофеевым. Много чего пришлось делать: и теплоизоляцию стен, и окна нестандартной конструкции. А центром всей системы является находящийся под домом тепловой аккумулятор на 1000 киловатт-часов. Ёмкости его хватает на четверо суток зимой. Подключён он сразу к нескольким устройствам – к ветряку, микро-ТЭЦ, газогенераторной печи и электротенам ночного тарифа. В 2013 году Пётр Тимофеев стал обладателем «Курской антоновки» конкурса общественного признания «Человек года» в номинации «Золотые руки».

2.5. Использование биотоплива для получения электроэнергии.

Биогаз примерно из 50-70 процентов состоит из метана и на 50-30 – из углекислого газа. Синонимами для биогаза являются такие слова, как канализационный газ или болотный газ, газ-метан. Различные виды микроорганизмов метаболизируют углерод из органических субстратов в бескислородных условиях (анаэробно). Этот процесс называют гниением, или бескислородным брожением. В процессе брожения из биоотходов вырабатывается биогаз, который может использоваться как обычный природный газ для технологических целей, обогрева, выработки электроэнергии. Его можно накапливать, перекачивать, использовать для заправки автомобиля или продавать соседям. Для работы электрогенераторов биогаз используется без какой-либо очистки. Биогаз близок по своим характеристикам к природному газу.

Все понимают, что дальнейшее подорожание газа неизбежно, и оно будет значительным. Протяжка километров газопровода стоит миллионы долларов. Вместо того, чтобы строить газопроводы, за эти или даже меньшие средства можно построить биогазовые установки. По проложенному газопроводу за газ еще нужно платить, а газ от биогазовой установки всегда бесплатный.  Такой газ может использоваться как моторное топливо для заправки автомобилей, на технологические нужды для полной замены природного газа, к примеру, подавать в общую систему газоснабжения в трубу среднего или низкого давления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По мнению специалистов, дефицит углеводородов уже в ближайшее десятилетие начнет оказывать влияние на мировую экономику, экономику России и Курской области в частности. Нехватка природных ресурсов неизбежно приведет к постепенному росту цен на энергоносители. Предотвратить такой ход событий можно, используя альтернативные источники энергии в России и на территории нашей области, которая не обладает собственными топливными ресурсами.

Подводя итоги моего исследования можно сказать, что принципиальный вопрос о целесообразности применения альтернативных источников энергии на территории Курской области может быть решен однозначно положительно.

В результате своих следований, я пришёл квыводу: использование альтернативной энергетики уменьшает затраты электрической энергии. Мои исследования можно и сейчас использовать в повседневной жизни. К примеру, зарядить телефон от солнечной панели с AliExpress будет выгодно и актуально.

Результатом моей работы было создание презентации, в которой выделены объекты альтернативной энергетики в России и Белгородской области и мы надеемся, что в будущем на нем появятся новые виды станций, вырабатывающих альтернативные виды энергии.

К одной из основных задач развития альтернативной энергетики можно отнести привлечение потенциальных инвесторов, предприятий энергоснабжения, рядовых потребителей, для возможности использования альтернативных источников энергии на территории Белгородской области.

5 января 2016 года Владимир Путин подписал Указ о проведении в 2017 году в Российской Федерации Года экологии. Одним из актуальных направлений работы по сбережению и улучшению состояния экологии является развитие альтернативной энергетики. Будущее нашей страны, нашей планеты зависит от того, насколько глубоко мы проникнемся идеей сохранения природы.

Таким образом, альтернативные источники энергии - это возможность спасти ограниченные и драгоценные запасы недр Земли.

В ходе исследования я убедился в том, что заменить полностью традиционные источники энергии не является возможным, но при этом можно использовать разные виды выработки энергии. Альтернативные источники энергии можно использовать только с учётом природных условий. Например, в местности, где частые ветра, можно устанавливать ветровые генераторы, где много Солнца - солнечные батареи и т.д. Но природа изменчива, и поэтому стабильность таких источников энергии, к сожалению, невелика.

Несмотря на множество достоинств каждого источника энергии, есть и существенные недостатки, которые нельзя упускать из виду. В основном, это высокая стоимость строительства электростанций. Но этим объясняется сложность данного предприятия.

Популярной идеей является использование альтернативных источников энергии на дачах, в частных домах для личных нужд. Поэтому уже есть возможность установки, например, маленьких домашних ветровых генераторов. Это позволяет не только экономить на коммунальных платежах, но и сохранять экологию.

Мой проект был нацелен на рассмотрение проблемы невозобновляемых ресурсов и заменой их на альтернативные воистину неиссякаемые источники энергии, такие как ветряки, приливной механизм, солнечные батареи, геотермальные источники и совершенно новое биотопливо.

Надеюсь, мой проект заострит внимание на переход от традиционных, в какой-то мере причиняющих своими отходами вред окружающей среде источников к экологически чистым альтернативным.

Человечество стало перед серьезной проблемой нехватки энергии. Один из путей решения этой проблемы я вижу в «нетрадиционных» видах получения электроэнергии. Я считаю, что уже скоро мы будем использовать их, повысив их эффективность и поборов их дороговизну.

      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.

      В связи с этим большие надежды в мире возлагаются на альтернативные источники энергии, преимущество которых заключается в их возобновимости и в том, что это экологически чистые источники энергии.

   Выводы: гипотеза о том, что на основе современных достижений науки и техники, возможно, эффективно использовать альтернативные источники энергии в бытовых условиях подтвердилась. Для нашего региона, для бытовых целей подходят такие источники энергии, как энергия солнца    (солнечные панели,  электростанции, солнечные коллекторы); энергия ветра (ветрогенераторы); биотопливо (биогенераторы); геотермальные источники (тепловые насосы).

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Вайнзихер, Б.Ф. Электроэнергетика России 2030: Целевое видение. - М., Альпина бизнес букс, 2008.
2. Ветровая энергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.
3. Володин В.В. Энергия, век двадцать первый. – М.: Детская литература, 2001.
4. Гидроэнергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.
5. Козлов В.Б. Энергетика и природа. – М.: Мысль, 1973.
6. Мякишев Г.Я.: Физика:учеб.для 11 кл. общеобразоват.учреждений/М.:Просвещение
7. Биоэнергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.
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. География Курской области:учебное пособие для учащихся средних школ Белгородской области. Под общей редакцией Г.Н. Григорьева. - Изд-во БГУ 1996. - 142 с.
10. География Курской области: учебное пособие для        8-9 классов общеобразовательной школы. - Изд. - во Московского университета, 2003.- 64с.