Учебно-исследовательская работа на тему: «Традиционные и альтернативные источники энергии Самарской области»

Самарский областной детский эколого-биологический центр

Учебно-исследовательская работа на тему:

«Традиционные и альтернативные источники энергии

Самарской области»

                                                                       Выполнил:

                                                        Вякин Артём

                                                        ученик 9 «В» класса

                                                        ГБОУ СОШ №5

                                                        Образовательный центр «Лидер»

г.о. Кинель Самарской области

                                                        Научный руководитель:

                                                        Гуляганова О.В.

Самара 2018

Оглавление

Введение      ………………………………………………………………………3                                                                    

Глава 1.  Виды источников энергии.

1. Традиционные источники энергии Самарской области и не только…..6
2.  Альтернативные источники энергии………………………………….…9

 Глава 2.         Экспериментальные исследования.

2.1. Водяные линзы……………………………………………………………..12

2.2. Поглощение солнечных лучей ……………………………………………13

2.3. Анкетирование одноклассников  …………………………………………14                                        Анализ результатов исследования…………………………..…………………15

Заключение……………………………………………………………………….16

Библиографический список…………………………………………..................17

Приложение………………………………………………………………………18

Введение

      По экологической ситуации Самарская область относится к 5ой критической категории. Отмечается сильное загрязнение водного и воздушного бассейнов, обостряется проблема обеспечения населения качественной питьевой водой. Также остро стоит вопрос по хранению и переработке отходов производства и потребления. В плохом экологическом состоянии находится 136 малых рек области. Со сточными водами от предприятий в бассейн Волги попадают токсичные вещества: пестициды, соединения тяжелых металлов, фенолы. В сентябре 2007 года наиболее сильно пострадала старица реки Самара, которая полностью была залита разлившейся нефтью на площади в 4 тысячи квадратных метров. По данным прокуратуры Самарской области, в результате повреждения трубопровода крупная утечка нефти произошла в районе Кинельского лесхоза Самарской области. Спасатели говорят, что в почву попали десятки тонн нефти.  Зараженную землю убирали и обрабатывали. И это только одна из многих катастроф, обрушившихся на наш край. В наше время люди все чаще и чаще стали задумываться о том, что станет основой нашего существования в будущем. Энергия была и будет оставаться главной частью жизни человека. Без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать и развиваться.

     Я люблю читать книги и смотреть телепередачи о природе. Очень часто в них стали говорить об экологических бедствиях и катастрофах, последствия которых наносят большой вред всему живому на Земле. Иногда причинами этих катастроф становятся традиционные источники энергии. Самарские экологи разрабатывают и внедряют инновационные технологии альтернативных источников энергии. Мне стало интересно, существуют ли на самом деле другие источники энергии, более безопасные, поэтому я решил провести исследование на тему: «Традиционные и альтернативные источники энергии Самарской области».

Цель работы: поиск экологически – чистых (альтернативных) источников энергии для сохранения природы Самарской области.

    Задачи исследования:

1. Анализ литературы по альтернативным видам энергии.
2. Сравнение эффективности различных видов энергии в современной энергетике.
3. Поиск наиболее экологичных и экономичных видов энергии, сравнение их с традиционными.
4. Практическим путем убедиться в безвредности применения альтернативных источников энергии.

Проблема: широкое применение традиционных источников энергии в настоящее время приносит колоссальный вред окружающей среде Самарской области, разрушает экосистемы нашей малой родины, что в свою очередь ставит под угрозу жизнь и здоровье самарцев.

Гипотеза: альтернативные виды энергии являются экологически – чистыми и не наносят вред окружающей среде.

Объект исследования: альтернативные виды энергии.

Методы:

• Анализ литературы по проблеме
• Эмпирические методы – наблюдение, эксперимент, анкетирование одноклассников.                                                            

Глава 1. Виды источников энергии.

1. Традиционные источники энергии Самарской области и не  только.

       Зарождение энергетики произошло несколько миллионов лет назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло и свет. На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, травы), а затем люди обнаружили, что для этого можно использовать ископаемые вещества (каменный уголь, нефть, торф и позже газ). Самарская область располагает значительными запасами полезных ископаемых и входит в число основных нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих регионов страны.  Ископаемые виды топлива – это преобразованные остатки растений и животных, живших миллионы лет назад. Уголь образовался из деревьев и других растений, а нефть и газ из водорослей и животных.

      Многие тысячелетия люди считали уголь просто черным камнем. Первое письменное упоминание об угле встречается в 10 в. Веками росла популярность угля, как бытового топлива. Спрос на уголь вырос после промышленной революции 18 в. Он служил топливом для паровых двигателей и для выплавки стали. Позже стали использовать и продукты перегонки (переработки) угля. Например, угольная смола содержит более двухсот соединений, которые необходимы для производства жиров, мыла, красок, лекарств, растворителей, пластмасс и взрывчатых веществ.

     До середины 19 в. нефть оставалась практически не востребованной. Сначала из нее получали только масло для освещения и обогрева домов. Но в 1890 г. нефть стала важным источником топлива для автомобильных двигателей. Нефть, получаемая непосредственно из скважин, называется сырой. В различных отраслях народного хозяйства применяется как сырая нефть, так и различные продукты, получаемые при ее переработке.

г. Отрадный, который находится совсем недалеко от нас славится добычей нефти. Недаром там круглые сутки горят факела, которые видно за многие километры.

     Основной недостаток природных видов топлива – его крайне медленная восполняемость. Существующие ныне запасы образовались десятки и миллионы лет назад. А человечеству энергия нужна сейчас, причем потребность в ней увеличивается с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных видов топлива (нефти, газа, угля) не бесконечны.

     Переработка нефти и довольно частые аварии при ее транспортировке представляют реальную угрозу для окружающей среды. Все эти факторы отрицательно влияют на экологическую ситуацию в мире, вследствие чего возникает угроза здоровью человека.

     Во время Второй мировой войны ученые Америки и Германии создали мощнейшую атомную бомбу. И только потом человек узнал, как пользоваться ядерной энергией для получения электричества.

     К примеру, в результате ядерной реакции кусок урана выделяет энергии в 2 млн. раз больше, чем образуется при сгорании такого же по весу куска угля. В1946 г. в России был сооружен и запущен первый на европейско – азиатском континенте ядерный реактор. В 1954 г. начала работать первая в мире атомная станция в городе Обнинске.

     На сегодняшний день энергия атома широко используется во многих отраслях. В России имеется 9 крупных атомных электростанций (АЭС) и практически все они расположены в густонаселенной европейской части страны. Хотя положительное значение АЭС очевидно, и здесь есть свои минусы. При работе с радиоактивными элементами есть возможность получения избыточной дозы облучения, что очень опасно для здоровья человека. Поэтому персонал станции часто работает с радиоактивными материалами при помощи манипуляторов (специальные роботы). В случае утечки ядерного топлива оно заражает все вокруг, и даже воздух. В 1986 г. взорвался атомный реактор на Чернобыльской АЭС. Произошла самая страшная техногенная катастрофа в истории человечества. Убытки от этой катастрофы оценивают в 100 – 200 млрд. долларов, при этом пострадала экология десятков стран. Вероятность таких аварий всегда возможна в атомной энергетике. Так, 11 марта 2011 г. в Японии на АЭС Фукусима -1 в результате землетрясения  и цунами произошла авария. Последствия этой катастрофы тоже не пройдут бесследно для окружающей среды.

     Нобелевский лауреат в области физики Ж. И. Алферов считает, что если бы на развитие альтернативных источников энергии было потрачено 15 % средств, брошенных на развитие атомной энергетики, то АЭС для производства электроэнергии в СССР вообще не понадобились бы.

     Таким образом, человечеству уже сегодня нужны чистые, дешевые и безопасные источники энергии.

2. Альтернативные источники энергии.

      Один из альтернативных источников электроэнергии – вода. Примерно 1/5 часть энергии, потребляемой во всем мире, вырабатывают на гидроэлектростанциях (ГЭС). Ее получают преобразуя энергию падающей воды в энергию вращения турбин, которая в свою очередь вращает генератор, вырабатывающий электричество. Гидроэлектростанции в основном ставят на крупных реках, что естественно влияет положительно на мощность ГЭС.

      Силу прилива на море тоже можно использовать для вращения турбин. Однако мест, где это экономически выгодно, немного – отдача слишком мала. И все же запасы приливной энергии планеты значительно больше гидроэнергии рек. Поэтому эффективное использование этого источника энергии – дело будущего.

      Полезной энергией обладает также ветер – но «добыть» ее сложнее. Люди используют энергию ветра с давних времен – например, парусный флот и ветряные мельницы. С их помощью перемалывали зерно в муку. Изобретательные голландцы научились даже осушать земли при помощи ветряных мельниц. Но у них был большой недостаток: когда ветер утихал, мельницы останавливались. В наши дни многие люди выступают за широкое внедрение ветроэнергетики, потому что это экологически чистый процесс, не требующий топлива. Ветроэнергетика не загрязняет ни воздух, ни воду. На сегодняшний день ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли высокого коммерческого уровня, и в местах с благоприятными скоростями ветра могут конкурировать с традиционными источниками электроснабжения. Но противники ВЭУ считают, что «ветряные фермы» портят ландшафт, так как требуется много ветротурбин, и они занимают большие территории. Тем не менее, небольшие ВЭУ остаются дешевым, удобным, а главное экологичным источником энергии для малых потребителей.

      Из всех альтернативных источников энергия солнца является самой чистой и безопасной. Солнце – лишь одна из миллиардов звезд, но оно – источник для всего живого и для самой Земли. Его энергии, поступающей на планету за 40 минут, достаточно, чтобы удовлетворить энергетические потребности всех землян в течение 1 года. Еще в 400 г. до нашей эры греки научились использовать энергию Солнца для разжигания костров с помощью наполненных водой стеклянных шаров.

      У нас существуют солнечные плавильные печи. Печь  – это многоэтажное сооружение, одна сторона которого выложена отражателями в форме вогнутого зеркала. В фокусе перед этим зеркалом находится плавильная камера, разогреваемая солнцем до t 3000 С – достаточной для плавления большинства металлов.

      Все дома частично обогреваются солнцем, но есть проекты, позволяющие максимально использовать этот бесплатный источник энергии. В таких домах установлены большие окна на стороне, освещаемой полуденным солнцем, и намного меньшие окна, на противоположной, более прохладной стороне.

      Солнечные элементы -  это электронные устройства, где за счет фотоэлектрического эффекта свет преобразуется в электроэнергию. ( См. прил. № 4). На энергии солнечных элементов работает большинство искусственных спутников; она также используется в электронных калькуляторах и часах.

Хотя солнечная энергия и бесплатная, получение электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы и сделать их эффективнее. Например, американский инженер Питер Глейдер предложил проект использования солнечной энергии из космоса. По замыслу автора должны быть запущены 40 солнечных орбитальных электростанций (СОЭ), оснащенных огромными батареями солнечных элементов.

       Глава 2.Экспереминтальные исследования.

2.1.Водяные линзы.

       Ещё древние греки добывали огонь при помощи шара, наполненного водой. Для этого я использовал обыкновенный графин шарообразной формы, при этом сама вода остаётся холодной. Проходя через тонкое стекло, лучи солнца не изменяют своего направления. Затем, проходя через второе такое же стекло, они и здесь почти не отклоняются, а значит, не собираются в фокусе. Чтобы сосредоточить солнечные лучи в одной точке и необходима

вода, которая и преломляет лучи сильнее, чем воздух. Бывают случаи, когда стоящий на открытом окне графин с водой зажигал занавески, скатерть и обугливал стол.

       Но следует заметить, что зажигательное действие водяных линз значительно слабее, чем стеклянных. Это связано с тем, что преломление света в воде гораздо меньше, чем в стекле.

2.2. Поглощение солнечных лучей.

       Я положил на снег, заливаемый солнечным светом, два одинаковых по размеру лоскута ткани, белый и чёрный. Через два часа я увидел, что чёрный лоскут погрузился в снег, а белый остался на прежнем уровне. Почему это произошло? Под чёрным лоскутом снег тает сильнее, так как тёмная ткань поглощает большую часть падающих на неё солнечных лучей; белая же, напротив, большую их часть рассеивает и потому слабее нагревается, чем чёрная.

Анкетирование одноклассников (см. приложение 1)

Анализируя результаты анкетирования можно сделать вывод о том, что учащиеся не достаточно хорошо осведомлены в данном вопросе. Хотя  треть учеников ответили положительно – это немало.

Анализ результатов исследования.

1. Из проведённых экспериментов можно сделать следующие выводы. Когда я использовал в качестве источников энергии воду и солнечный свет в окружающую среду, не произошло выбросов вредных веществ. Другими словами воздух остался таким же чистым, как и до опытов. Я не наблюдал неприятных запахов, дыма, порчи материалов и инструментов опыта. Поэтому можно сказать, что альтернативные источники энергии являются экологически чистыми.
2. В последнее время, в некоторых странах снова обратили внимание на проекты, которые были отвергнуты ранее, как малоперспективные (см. прил.2,4). К ним можно отнести энергию волн, ветра и солнца. Такое использование альтернативных источников энергии может достаточно эффективно снизить процент выбросов в атмосферу Земли вредных веществ.

В обозримом будущем природное топливо по-прежнему будет важным источником энергии. Однако, эти запасы не безграничны, и в конце концов человечество будет вынуждено перейти на использование энергии ветра и солнца, о чём уже давно мечтают все защитники окружающей среды.

 Заключение   

1.Традиционные источники энергии, особенно такие как нефть и атом, отрицательно влияют на экологию не только в России, но и во всём мире. В последние десятилетия участились случаи разлива нефти во время транспортировки по воде. При этом очень сильно страдают все живые существа обитающие в морях и океанах. А восстановление разрушенной экосистемы идёт очень медленно.

«Мирный» атом, тоже перестаёт быть дешёвым источником энергии. Слишком дорогую цену приходится платить человечеству и нашей планете за использование атомной энергии (см. приложение №3).

2. Я смотрел телепередачи на экологические темы, изучал литературу, интернет-ресурсы, проводил эксперименты. Все мои исследования подтверждают мою гипотизу о том, что альтернативные способы получения энергии являются не только экономичными, но и экологически чистыми. Задача учёных самарской области, по-моему мнению, разрабатывать технологии получения экологически чистых видов энергии и распространять  их во всём мире. Тогда, возможно, нам удастся восстановить экосистемы нашей малой Родины, да и всей Земли и избежать экологической катастрофы.

Библиографический список:

1.Энциклопедия «Древо познания». Изд-во «Де Агостини»2006г.

2.Я.И.Перельман «Занимательная физика». Изд-во «Наука» 1983г.

3.Интернет-ресурсы.

                                                                                         Приложение № 1.

Анкета «Источники энергии».

Как вы думаете, являются ли  такие виды энергии как  вода, ветер и солнце  безопасными и экологически чистыми или нет?

Варианты ответов:

Да

Нет

Не знаю

                                                                                         Приложение № 2.

Ветроэнергетические установки.

                                                                                         Приложение № 3

Атомная электростанция

                                                                                         Приложение № 4.

Солнечные батареи.