«Внедрение новых принципов работы электростанции с целью повышения ее энергоэффективности»

Всероссийский конкурс творческих, проектных, и исследовательских работ учащихся «Вместе Ярче» 2018

Номинация: конкурс творческих и исследовательских проектов «Устойчивая энергетика»

Тема: «Внедрение новых принципов работы электростанции с целью повышения ее энергоэффективности»

Подготовили: Кожемякин Максим Сергеевич

10 класс

Муниципальное бюджетное общеобразовательное

                                                 учреждение средняя общеобразовательная  школа № 4.                               Россия, Ростовская область, г. Миллерово

Руководитель:          Золотова Елена Юрьевна.

                                                        Учитель истории и обществознания.

МБОУ СОШ№4

                          Ростовская область, г. Миллерово  

Тел.89526050657

Lansent@list.ru

2018г

Краткая аннотация проекта.

Одним из распространённых источником производства электроэнергии являются электростанции. В своей работе я предлагаю в качестве источника электроэнергии водородную электростанцию, деятельность которой является безопасной и эффективной. Новизна технологии заключается в том, чтобы заменить основное топливо на более простые и эффективные. Им может стать водород и топливо на его основе. При рассмотрении данной технологии я анализировал задачи:

1. повышение количества вырабатываемой энергии;
2. повышение доступности этого вида энергии;
3. понижение стоимости электроэнергии;
4. понижение вредных выбросов в атмосферу.        

Цель проекта: Предложить и проанализировать в качестве нового источника электроэнергии водопроводную электростанцию рассмотреть плюсы и минусы ее реализации.

Гипотеза: водородная электростанция может стать принципиально новым видом выработки электроэнергии, являясь экологически безопасным, недорогостоящим, ресурсоёмким источником электроэнергии в масштабах страны

Этапы:

1. Изучение принципов работы различных типов электростанций
2. Анализ водородной реакции, ее влияние на окружающую среду
3. Создание схематичного изображения принципов работы водородной электростанции
4.  Внедрение ВЭС (Водородные Электростанции ) в массовое строительство для повышения энергообеспечении страны.  

Методы исследования: сравнение, опрос,  химические опыты с водородом и их описание, обобщение и анализ результатов, поиск информации с использованием  документов СССР,  интернета.

Новизна работы: разработка технологии и принципов ВЭС, внедрение её в массовое  производство и реализацию, в условиях отсутствия данного опыта в масштабах страны и мира.

Результат: теоретическое апробирование использование ВЭС.

   Область практического исследования: энергетика , энергосбережение .

Описание проекта

На сегодняшний день экологическая проблема, связанная с выработками электроэнергии одна из самых важных в мире. Некоторые ученные рассматривают в качестве альтернативного источника энергии водоросли, британский ученый Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу», которая представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает электроэнергию каждый раз, когда автомобиль проезжает через рампу.

Любое изобретение ставит своей целью улучшение условий жизни человека. Меня заинтересовала тема получения новых источников энергии их практическое применение. Мой проект должен дать начало модернизации старых электростанций и строительству новых . Заложить фундамент энергетической безопасности страны путём построения множества небольших, но производительных ВЭС. Это окажет благотворное влияние на экономику, так как позволит полностью обеспечить страну дешёвым электричеством , а его избытки можно будет продавать за рубеж: Украине , Беларуси , Литве , Латвии , Финляндии и т.д. Кроме того, появление нового вида электростанций решит проблемы связанные с безработицей, путем предоставления  рабочих мест , что является огромным плюсом .

ВЭС не влияет на ухудшение экологии, поэтому данный вид ЭС может быть построен в любой местности, включая пригороды городов, и в неограниченном количестве.

Приоритетными задачами, которые решает данный проект являются:

1. повышение количества вырабатываемой энергии;
2. повышение доступности этого вида энергии;
3. понижение стоимости электроэнергии;
4. понижение вредных выбросов в атмосферу.        

Все эти задачи решаются путём внедрения нового принципа работы ЭС. Так же этот проект должен дать начало модернизации старых электростанций и строительству новых. Заложить фундамент энергетической безопасности страны, путём строения множества небольших, но производительных ЭС .

Рассматривая электростанции, типа ГЭС или АЭС стоит сказать, что они вырабатывают электричество абсолютно одинаково, то есть вращением ротора генератора.  Остановимся на этом более подробно. Сам генератор представляет собой станину с магнитами и ротором по центру. При вращении ротора происходит выработка электроэнергии. Стоит понимать, что другого способа получения электричества в электростанциях нет.

Перейдем к устройству различных типов ЭС и их недостаткам:

1. Гидроэлектростанция – представляет собой дамбу или плотину, через которую проходит большой поток воды, он выступает движущим фактором из-за которого вращается ротор и происходит выработка электричества. Из минусов только малое, по сравнению с другими ЭС, количество электричества. При правильном построении не несёт вреда окружающему миру.
2. Газовые и угольные электростанции – представляют собой помещение, внутри которого расположены котлы с водой, под ними имеются нагревательные элементы, нагревающиеся благодаря горению угля или газа. В итоге образуется пар, он под большим давлением, выполняет роль движущего фактора. Пар идет в турбину, она вращает ротор генератора и происходит выработка электричества. Минус таких электростанций в том, что они наносят вред экологии. При сжигании газа, как и при сжигании мазута, в атмосферу попадает окись серы, а по количеству выбросов оксидов азота при сжигании газ почти не уступает мазуту.
   Но при этом это один из самых доступных видов электроэнергии.
3. Атомные электростанции – это большое по объему помещение, находящееся далеко за пределами населенных пунктов, минимум 30 км от городской черты. Под куполом такого здания расположен сам реактор. Оператор регулирует длину стержней, в ходе реакции уран 238 бомбардируется частицами гелия, в ходе этого получается огромное количество энергии и давления, и вода, в которую погружены стержни начинает испаряться, получается пар, после этого процесса он попадает в турбину и вращает ротор. В итоге огромная мощь и огромное количество дешевой энергии на выходе^[a]. Но есть проблема, заключающаяся в невозможности переработки отходов, и в безопасности. В случаи взрыва, вся территория в радиусе 50 км будет заражена и ионизирована на сотни лет.

И так подведем вывод всему сказанному:

1. чем безопасней ЭС, тем менее она производительней;
2. при усложнении процесса, увеличивается выброс вредных веществ;
3. не возможность переработки отходов производства.

Моё предложение простое и эффективное нужно объединить в одном источнике сразу все плюсы разобранных ранее ЭС и избавиться от их минусов.

Новая электростанция будет работать на водороде, поэтому она получила у меня название водороднаяэлектростанция или ВЭС.

Безусловно вы   будите правы если скажите, что в любые случаи будут какие либо отходы, будь то дым из химикатов или выработанное топливо которое не подлежит какой либо переработке. И вы правы … но только не в этом случаи. Единственной проблемой может быть лишь финансовая часть вопроса.  Вот здесь, я лишь могу отметить, что стоимость данного агрегата будет завесить от сложности его дальнейшего устройства, от того, как сильно он будет конструктивно изменён в дальнейшем при использовании на практике.  

При проектировании  ВЭС я использовал знания по химии и физики, интернет ресурсы. Стоит отметить, что информации по этой тематике крайне мало. Одной из основных проблем водородной электростанции будет получение основного ресурса для реализации технологии, то есть способ получения водорода.

          Имеются различные способы получения водорода. Первоначальные опыты с водородом навели меня на мысль о генераторе на водородном топливе. Некоторые энтузиасты делали генераторы водорода  для того, чтобы спроектировать сварочный аппарат или выжигатель по дереву. Мне же пришла идея использовать водорода в качестве топлива, он прекрасно горит, его получение по сравнению с ураном и углем гораздо проще , при горении он не выделяет вредных веществ вроде бензоната.  

Предлагаемый мною способ занимает нишу между  угольными электростанциями и атомными электростанциями. Дело в том , что получаемая количество энергии из 1кг урана = 10000кг угля . Я же предлагаю использовать вместо угля и урана , водород . Это значительно увеличит количество энергии по сравнению с угольными электростанциями, но по прежнему будет ~ 1.5-2 хуже АЭС . Рассуждая о  стоимости. ВЭС  будет в разы дешевле АЭС как в обслуживании, так и при строительстве. Из этого всего можно сказать,  что строительство новых ВЭС в любом случаи будет огромным плюсом для всех.

        Теперь к практике. Если учесть все плюсы и минусы, то можно заметить, что как таковых препятствий для строительства ВЭС нет. Значит строительство ВЭС должно рано или поздно начаться. Их мощностей должно хватать для обеспечения энергией целых городов. Они будут строиться рядом с этими городами и тем самым давать новые рабочие места. Для их обслуживания не нужна грубая сила или высшее образование физика ядерщика, достаточно среднего образования и практики. Люди, работающие на таких ЭС, не будут убивать себя рабским трудом или смертельным излучением. Вреда экологии нет. При строительстве не нужны какие-либо сверхсложные и дорогие виды техники и материалов, достаточно всего того, что используется при строительстве жилых домов и помещений.

          Кому-то всё выше сказанное может показаться утопией. В начале исследования   мысль о создании ВЭС  казалась чем-то не реальным, можно сказать чем-то из будущего, но задумайтесь разве завтра это не будущее, разве мы не должны стремится к лучшему. И я уверен что будущее за водородом и за топливом на его основе. Вы только представите, что нас ждёт в таком будущем: Чистая природа без мусора и отходов, энергия которой достаточно для всех и за неё не нужно платить тысячи рублей в месяц. И всё это благодаря водороду, которого на нашей планете с достатком.

         Перейдём к устройству данного агрегата. Имеется две ёмкости: одна с водородом, а вторая с кислородом, Важно учесть, что сам по себе водород прекрасно горит при смешивании с воздухом, его температура горения 2000 градусов, а вот при смеси с кислородом она увеличивается до 2500 градусов и выше в зависимости от пропорций водорода от кислорода. И так водород идёт в камеру сгорания и там происходит его горение . От этого нагревается защитный контур, а уже от него нагревается и испаряется вода. Пар под большим давлением вращает лопасти турбины. Турбина передаёт крутящий момент ротору генератора. А тот в свою очередь вырабатывает электричество. Как видно всё просто: более подробная схема в приложении №1.

Я надеюсь, что мой проект будет замечен министерством энергетики и возможно он будет доработан. В подтверждение моим словам можно обратится к примитивной формуле горения водорода =>  

2H2 (г) +  O2(г) =2H2O+ 572 кДж  как можно заметить из неё в ходе реакции вырабатывается огромное количество энергии, что является вполне жизнеспособным доказательством выдвинутой мной теории.

Литература и источники

 1. Андреев, Р. Н. Теория электрической связи. Курс лекций. Учебное пособие / Р.Н. Андреев, Р.П. Краснов, М.Ю. Чепелев. - Москва: РГГУ, 2014. - 230 c.
2. Беляев, Н. М. Методы теории теплопроводности. Учебное пособие. В 2 частях. Часть 1 / Н.М. Беляев, А.А. Рядно. - М.: Высшая школа, 1982. - 328 c.
3. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Учебник / Л.А. Бессонов. - М.: Юрайт, 2016. - 702 c.
4. Брюханов, О. Н. Тепломассообмен / О.Н. Брюханов, С.Н. Шевченко. - Москва: Машиностроение, 2012. - 464 c.
5. Быстрицкий, Г. Ф. Основы энергетики / Г.Ф. Быстрицкий. - М.: ИНФРА-М, 2007. - 288 c.
6. Епифанов, А. П. Электромеханические преобразователи энергии / А.П. Епифанов. - М.: Лань, 2004. - 208 c.
7. Комков, В. А. Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве / В.А. Комков, Н.С. Тимахова. - М.: ИНФРА-М, 2010. - 320 c.
8. Конституционные основы энергетического права. Учебное пособие / В.В. Комарова и др. - М.: КноРус, 2016. - 180 c.
9. Крылов, Ю. А. Энергосбережение и автоматизация производства в теплоэнергетическом хозяйстве города. Частотно-регулируемый электропривод / Ю.А. Крылов, А.С. Карандаев, В.Н. Медведев. - М.: Лань, 2013. - 176 c.
10. Овчаренко, Н. И. Автоматика энергосистем / Н.И. Овчаренко. - М.: МЭИ, 2009. - 480 c.
11. Организация и технология строительства атомных станций. Учебник. - Москва:  2012. - 400 c.
12. Панкратов, Г. П. Сборник задач по теплотехнике / Г.П. Панкратов. - М.: Либроком, 2009. - 252 c.
13. Сазанов, Б. В. Промышленные теплоэнергетические установки и систем ы. Учебное пособие / Б.В. Сазанов, В.И. Ситас. - М.: МЭИ, 2014. - 280 c.
14. Семенов, Ю. П. Теплотехника. Учебник / Ю.П. Семенов, А.Б. Левин. - М.: ИНФРА-М, 2015. - 400 c.
15. Соколов, Б. А. Котельные установки и их эксплуатация / Б.А. Соколов. - М.: Academia, 2010. - 432 c.
16. Теплотехника. - М.: Высшая школа, 2009. - 672 c.
17. Теплотехника. Учебник. - М.: Машиностроение, 1986. - 432 c.
18. Федорищева, Е. А. Энергетика. Проблемы и перспективы / Е.А. Федорищева. - Москва:  2008. - 152 c.
19. Щербаков, Е. Ф. Электроснабжение и электропотребление на предприятиях. Учебное пособие / Е.Ф. Щербаков, Д.С. Александров. - М.: Форум, Инфра-М, 2014. - 596 c.
20. Энергосбережение в ЖКХ. - Москва: Наука, 2011. - 624 c. ки.

 http://www.saveplanet.su/articles_114.html © SavePlanet.su Сохраним Планету

Статья эта где опубликована

Приложение №1 Схема принципа действия ВЭС.