Проект "Альтернативные источники энергии"

МБОУ ВЕРХНЕДНЕПРОВСКАЯ СОШ №3

ДОРОГОБУЖСКОГО РАЙОНА СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Проект на тему: «Альтернативные источники энергии»

Муниципальный этап конкурса «Большие вызовы. Смоленск»

                                                                              Выполнил:

                                                                              Леонов Кирилл Павлович,        

                                                                              ученик 10 класса

                                                                             Руководитель проекта:

                                                                    Мехадюк Татьяна Алексеевна

                                            учитель физики

Верхнеднепровский

2019

АЛЬТЕРНАТИВННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Альтернативная энергетика в наше время является одним из самых популярных направлений для активной деятельности инновационных компаний и их разработок. В этой сфере ведётся огромное количество исследований, здесь заняты тысячи учёных, работающих в разных странах мира. А как же обстоят дела с альтернативной энергетикой в России? 

ЧТО ТАКОЕ АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА?

Прежде чем понять, что представляет собой альтернативная энергетика в России, необходимо разобраться с тем, что называется альтернативной энергетикой. Если говорить кратко, то альтернативная энергетика – это комплекс мер и способов, позволяющих получать энергию, используя для этого возобновляемые ресурсы.

К возобновляемым источникам энергии относится:

Солнечная;

Энергия вод;

Ветровая;

Приливная;

Геотермальная энергия и многие другие источники энергии.

Ускоренные темпы развития являются характерной чертой для современной альтернативной энергетики во многих странах мира. Причина заключается в попытке снизить зависимость человечества от невозобновляемых источников энергии

         Что касается положения России, то долгое время она не торопилась вести активные исследования в этой сфере, так как обладает большим количеством невозобновляемых источников энергии. На данный момент Россия обладает опытом в создании электростанций, которые используют в своей работе альтернативные источники энергии.

       Самыми популярными видами альтернативной энергетики является солнечная энергия и энергия ветра. И в своей работе я более подробно остановлюсь на исследовании этих двух источников альтернативной энергетики.

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА

         Ветроэнергетика – это направление альтернативной энергетики, основанной на использовании возобновляемого источника энергии, которым является ветер.

        Россия — это большая страна, и благодаря своей значительной площади, а также расположением в различных географических и климатических зонах, обладает огромным потенциалом использования ветровой энергии. По данным экспертов, потенциал оценивается в более, чем в 50000 млрд.кВт.час электрической энергии в год, что может составлять до 30% производимой электроэнергии энергосистемой страны.

             В настоящее время развитию ветроэнергетики уделяется повышенной внимание, поэтому в последние годы, наблюдается динамика роста по вводу в эксплуатации энергетических мощностей, что видно из приведенной ниже диаграммы: 

         Так присутствие ветроэнергетических компаний в различных регионах выглядит следующим образом: Суммарная установленная мощность ветровых электростанций составляет более 75,0 МВт, наиболее крупные это: Расположенные в Крыму:

Донузлавская ВЭС, мощность установленных генераторов составляет 18,7 МВт;

Останинская ВЭС, мощность установленных генераторов составляет 26,0 МВт;

Тарханкутская ВЭС, мощность установленных генераторов составляет 15,9 МВт; Восточно-Крымская ВЭС, мощность установленных генераторов составляет 2,8 МВт.

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА В МИРЕ

          Технически развитые страны также не обходят своим вниманием альтернативные источники энергии. За последние годы, доля ветроэнергетики, в общем количестве вырабатываемой электрической энергии, в разных странах, на разных континентах, постоянно увеличивается, что видно на приведенной ниже диаграмме:

               В странах Европы, Китае и США, правительства уделяют большое внимание этой отрасли энергетики. Предприятия, работающие в данной сфере, получают различные льготы, им оказывается финансовая помощь. Лидером, среди европейских стран, по использованию ветровых установок, является Германия, за ней идет Испания и Дания.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

        Принимая во внимание, что традиционные источники энергии имеют свойство заканчиваться, а их использование приводит к загрязнению атмосферы планеты, то все большее количество стран, принимают внутренние и межгосударственные соглашения о защите экологии и контролю за потреблением энергоресурсов. В развитие этой тенденции, использование возобновляемых источников энергии, к тому же являющихся экологическими чистыми, является очень актуальным. Для стимулирования развития отрасли, в ряде стран разработаны направления деятельности, в этой области энергетики, это: Развитие морских ветропарков; Мотивация населения и промышленности в установке ветровых генераторов; Наращивание процента ветровой энергетики в общем энергопотреблении. В связи с этим, развитие ветроэнергетики, как источника альтернативной энергии, постоянно продолжается и будет иметь тенденцию к ускорению этого процесса. Ярким примером таких разработок являются плавающие и парящие ветровые генераторы.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

           Солнечная энергетика является одним из самых перспективных направлений, так как Солнце – это мощнейший источник энергии, который способен полностью решить все энергетические проблемы нашей планеты. Кроме того, солнечная энергетика является полностью «зелёной», она не причиняет никакого вреда экологии.

        На данный момент солнечная энергия производится во многих страна с использованием специальных фотоэлементов. Они устанавливаются на крышах зданий, солнечные батареи установлены на космических объектах. Специальные гелиостанции устанавливаются в местах с большим количеством солнечных дней.

Одной из основных проблем солнечной энергетики является низкий КПД используемых фотоэлементов, который в лучшем случае достигает 23%. Это не касается солнечных батарей, развернутых в космосе: от них КПД очень высок. Среди других недостатков также следует отметить непостоянный объём производства энергии, а также необходимость большого количества свободной территории для установки фотоэлементов.

В Российской Федерации лучшими местами для строительства гелиостанций являются Краснодарский край, Кубань, Приморье и Восточная Сибирь.      В Якутии открыта крупнейшая за полярным кругом солнечная электростанция. 

23 июня 2016 года в поселке Батагай Верхоянского района Якутии состоялся запуск крупнейшей солнечной электростанции за полярным кругом.

Открытие солнечной электростанции обеспечит жителей поселка Батагай надежным энергоснабжением. Мощность солнечной электростанции 1 мегаватт. Экономия от введения данного объекта в поселке Батагай составит 300 тонн дизельного топлива, что равно пяти железнодорожным цистернам.

Электростанция функционирует синхронно с существующей дизельной электростанцией. Планируется построить и ввести в эксплуатацию вторую очередь, в результате суммарная мощность станции составит 4 МВт.

            По сообщению телеканала «Россия-24», в 2016 году СЭС Батагай была занесена в Книгу рекордов Гиннесса как самая северная в мире солнечная электростанция.

АВТОНОМНЫЙ ДОМ

       Постоянный рост цен на энергоносители, дороговизна или невозможность подключения к централизованным газовым и электрическим сетям заставляет загородных жителей искать способы решения этих проблем. Одним из вариантов становится строительство автономного дома. Практика показывает, что решение задачи по возведению автономного коттеджа требует комплексного подхода.

Климат в нашей стране суровый, холодный, а отопительный сезон, в зависимости от региона проживания, может длиться 6-7 месяцев. Т.е., надёжная и бесперебойная работа системы отопления в автономном доме выходит на первое место. Для работы современной системы отопления (если мы не используем печное отопление) необходимо электричество.

Электричество также необходимо для работы насосной станции, погружных насосов и всего бытового оборудования в доме. От количества потребляемой электроэнергии зависит мощность автономной электростанции. При этом из вида упускается важный момент — недостаточно просто рассчитать энергопотребление в доме, надо свести его к минимуму.

Если этого не сделать и просто наращивать мощность электростанции, мы придём к неоправданному увеличению стоимости всей системы. Сроки окупаемости системы (экономическая выгода от строительства автономного дома) в этом случае превысят все разумные пределы.

      Поэтому дом должен быть с самого начала предназначен для автономной эксплуатации. Навесив на неутеплённый брусовый коттедж солнечные батареи и гелиоколлектор, мы получаем несбалансированную систему. Т.е. часть энергии, получаемой от альтернативных источников, просто вылетит на улицу.

       Кроме этого, батареи должны быть установлены так, чтобы на них максимально попадали солнечные лучи (например, на южном скате крыши).

        Также существует и другой подход, когда конструкция дома и его дизайн полностью «затачивается» под установку солнечных батарей и гелиоколлекторов. Угол наклона ската крыши под установку фотоэлементов доводится до 70 градусов. Отсутствует «декоративка», эркеры, арки и т.д. Дом больше напоминает коробку.

       В угоду инженерии и автономии в жертву приносится красота дома и его архитектура. Подобный (промышленный, кубический) дизайн коттеджа нравится далеко не всем, а строение может просто не вписаться в участок.

Вывод: автономия дома должна закладываться на стадии его проектирования, а каждая деталь должна находиться на своём месте. В этом случае достигается баланс всех элементов.

Отсюда — оптимальная «посадка» дома на участке, размеры окон, конфигурация коттеджа, форма крыши, места под гелиосистему и солнечные батареи и т.д. — всё это продумывается заранее, а не оставляется «на потом».

Причем для эффективности работы такой системы, применительно к нашему климату, она должна дополняться резервным источником для выработки электричества.

СБ (солнечные батареи) – 4 кВт.

Контроллер заряда на 60 А.

Аккумуляторы общим объёмом - 2000 Ач.

Инвертор - 12 В 3 кВт.

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ

При строительстве автономного дома надо учесть множество нюансов. Система базируется на нескольких компонентах, которые, в зависимости от ситуации, климатических условий и энергопотребностей конкретного дома,  дополняют друг друга. Только комплексный подход позволяет смонтировать по-настоящему полноценную систему, способную обеспечить теплом и электричеством коттедж круглый год, позволяя жить с комфортом, независимо от наличия поставщиков энергоносителей. Кроме этого, все компоненты системы должны быть долговечными и надежными, со сроком службы, сопоставимым сроку службы здания до его капитального ремонта. Также заметим, что прежде чем приступать к строительству полностью автономного дома, следует сделать экономический расчёт. На основании расчета можно сделать вывод, что окажется выгоднее — вкладывать деньги в дополнительное утепление и монтаж дорогостоящих компонентов автономной электростанции или лучше потратиться на подведение к дому всех необходимых коммуникаций. В этом случае можно смонтировать бюджетный вариант «автономки», которая станет резервной на случай перебоев с электричеством и как дополнение к системе отопления.

ВЫВОД

  Альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия и ветер могут помочь снизить расходы на электроэнергию.  Альтернативные энергетические технологии помогут вам эффективно содержать дом.

     Альтернативные или возобновляемые источники энергии показывают значительные перспективы в снижении количества токсинов, которые являются побочными продуктами использования энергии.  Они не только защищают от вредных побочных продуктов, но с использованием альтернативных источников энергии сохраняются многие природные ресурсы, которые мы в настоящее время используем в качестве источников энергии.

Интернет-ресурсы: http://ekogradmoscow.ru/vshody/eko-energetika/alternativnaja-energetika, https://alter220.ru/veter/vetroenergetika.html, https://zen.yandex.ru/media/forumhouse/avtonomnyi-dom-bazovye-principy-stroitelstva-5a571f6157906a217c64cf74, https://nature-time.ru/2015/08/chto-takoe-avtonomnyj-dom-v-holodnom-klimate-rossii/.