Конспект урока по экологии "Альтернативные источники энергии"
методическая разработка по экологии (9 класс) по теме

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 13

Конспект урока в 9 классе по экологии по теме :

«Альтернативные источники энергии»

Учитель Найдина

Наталья Валерьевна

Арзамас

Оборудование:

 Мультимедийный проектор и презентация с планом урока и его этапами, листы ватмана, фломастеры, тексты по различным видам альтернативного топлива.

Формы и средства обучения:

Фронтальный опрос учащихся, просмотр и обсуждение презентации, самостоятельная работа учащихся, работа в группах, составление кластера и его защита, составление синквейна.

Обучающие задачи:

Познакомиться с проблемой глобального изменения климата, возможными последствиями этого изменения, мерами, которые можно предпринять для решения проблемы. Выявить зависимость изменения климата с выбросами парниковых газов. Познакомиться с альтернативными источниками энергии. Формирование у учащихся основных мыслительных операций и культуры общения.

Развивающие задачи:

Развитие умений по составлению кластера, синквейна, умение работать с дополнительной литературой, работать в группах, защищать свой проект.

Воспитательные задачи:

Формирование речевой культуры учащихся, развитие интереса к предмету и формирование практических навыков к познанию экологических понятий через дополнительную литературу и связь с жизнью, привитие основных нравственных ценностей.

Конспект урока.

I Организационный момент ( 1 минута).

II Стадия вызова (5 минут).

Просмотр презентации, фронтальный опрос по глобальному изменению климата, выявление причин этих изменений. Одна из причин – выброс парниковых газов в результате сгорания углеводородного сырья. Решение этой проблемы в использовании альтернативных источников энергии – энергии ветра, солнца, приливов и отливов, геотермальная, энергия рек.

III Стадия осмысления (20 минут).

 Начинается работа в группах по 5 человек по изучению теоретического материала об альтернативных источниках энергии и составлению кластеров.

На доске на слайде представлены основные моменты, которые должны быть указаны в кластере:

- название источника энергии;

- фамилии участников группы;

- характеристика альтернативного источника энергии;

- его достоинства;

- его недостатки;

- использование в России;

- использование в других странах;

- перспективы использования данного источника энергии;

- возможности использования в нашем регионе и городе.

IV Стадия рефлексии (18 минут).

Учащиеся каждой группы защищают свой вид альтернативного источника энергии, показывая составленный кластер. Особое внимание выступающие должны уделить возможности использования представленного источника в нашей местности, его преимуществам перед другими видами энергии, перспективам его использования.

В заключении урока учитель предлагает учащимся составить синквейн на фразу «изменение климата», таким образом концентрируя внимание на этой проблеме.

Подведение итогов урока.

V Домашнее задание (1 минута).

Параграф 7 – пересказ, составить статью для энциклопедии на тему «Альтернативные источники энергии».

Самоанализ урока.

Урок «Альтернативные источники энергии» проводится в 9 классе по экологии при изучении темы «Экологическое и технологическое воздействия на биосферу». Урок имеет важное значение для понимания учащимися последствий влияния деятельности человека на окружающую среду, способов разрешения многих экологических проблем, в том числе изменения климата, мерами, которые можно предпринять на уровне страны, города для улучшения окружающей среды.

Урок проводится в необычной форме с использованием элементов критического мышления. Начинается урок со стадии вызова, предварительных впечатлений о проблеме изменения климата земли. Для этой цели используется презентация и фронтальный опрос учащихся. В ходе обсуждения дети выдвигают одну из проблем глобального изменения климата – выброс парниковых газов в результате сгорания углеводородного сырья. Способ устранения этой причины –это использование альтернативных источников энергии.

Основная часть урока – стадия осмысления – проходит в форме составления кластера. Класс заранее поделен на группы по 5 человек. Каждой группе предлагается один вид альтернативного источника энергии         для обсуждения ( солнца, ветра, приливов и отливов, геотермальная, рек ). В кластере должны быть обязательно отражены следующие моменты: характеристика источника энергии, его достоинства и недостатки, использование в России и за рубежом, его перспективность, возможности использования в нашем регионе и городе.

Заключительная часть урока – стадия рефлексии. Это защита кластеров, их обсуждение.

 И в заключении составление синквейна на фразу «изменение климата».  

         После выступления всех групп учитель подводит итог, выделяя общие черты всех видов альтернативных источников энергии – простота, окупаемость, перспективность, положительное влияние на окружающую среду.

Этот урок проводился в 2012 году во второй четверти в трех 9 - х классах, вызвал большой интерес у учащихся, некоторые образцы кластеров представлены в приложении.

Приложение. Раздаточный материал.

Энергия рек

Многие тысячелетия верно служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода - ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.

Вода была первым источником энергии, и, вероятно, первой машиной, в которой человек использовал энергию воды, была примитивная водяная турбина. Свыше 2000 лет назад горцы на Ближнем Востоке уже пользовались водяным колесом в виде вала с лопатками.

Шагом вперед было водяное колесо Витрувия. Это вертикальное колесо с большими лопатками и горизонтальным валом. Вал колеса связан деревянными зубчатыми колесами с вертикальным валом, на котором сидит мельничный жернов.

Этот способ получения энергии даёт меньше энергии, чем ветровой, но тоже весьма практичен и не требует много затрат.

Гидроэнергостанции - еще один из источников энергии, претендующих на экологическую чистоту. В начале XX века крупные и горные реки мира привлекли к себе внимание, а концу столетия большинство из них было перегорожено каскадами плотин, дающими баснословно дешевую энергию. Однако это правело к огромному ущербу для сельского хозяйства и природы вообще: земли выше плотин подтоплялись, ниже - падал уровень грунтовых вод, терялись огромные пространства земли, уходившие на дно гигантских водохранилищ, прерывалось естественное течение рек, загнивала вода в водохранилищах, падали рыбные запасы и т.п. На горных реках все эти минусы сводились к минимуму, зато добавлялся еще один: в случае землетрясения, способного разрушить плотину, катастрофа могла привести к тысячам человеческих жертв. Поэтому современные крупные ГЭС не являются действительно экологически чистыми. Минусы ГЭС породили идею "мини-ГЭС", которые могут располагаться на небольших реках или даже ручьях, их электрогенераторы будут работать при небольших перепадах воды или движимые лишь силой течения. Эти же мини-ГЭС могут быть установлены и на крупных реках с относительно быстрым течением.

Еще одной очень перспективной разработкой, не получившей пока широкого применения, является недавно созданная геликоидная турбина Горлова (по имени ее создателя). Ее особенность заключается в том, что она не нуждается в сильном напоре и эффективно работает, используя кинетическую энергию водяного потока - реки, океанского течения или морского прилива. Это изобретение изменило привычное представление о гидроэнергостанции, мощность, которой ранее зависела только от силы напора воды, то есть от высоты плотины ГЭС.

Детально разработаны центробежные и пропеллерные энергоблоки рукавных переносных гидроэлектростанций мощностью от 0.18 до 30 киловатт. При поточном производстве унифицированного гидротурбинного оборудования "мини-ГЭС" способны конкурировать с "макси" по себестоимости киловатт-часа. Несомненным плюсом является также возможность их установки даже в самых труднодоступных уголках страны: все оборудование можно перевезти на одной вьючной лошади, а установка или демонтаж занимает всего несколько часов.

                                        Геотермальная энергия

Подземное тепло планеты - довольно хорошо известный и уже применяемый источник "чистой" энергии. Геологи открыли, что раскаленные до 180-200°С массивы на глубине 4-6 км занимают большую часть территории нашей страны, а с температурой до 100-150С встречаются почти повсеместно. Кроме того, на нескольких миллионах квадратных километров располагаются горячие подземные реки и моря с глубиной залегания до 3.5 км и с температурой воды до 200С - естественно, под давлением,. - так что, пробурив ствол, можно получить фонтан пара и горячей воды без всякой электротеплоцентрали.

Зарубежный опыт показывает, что затраты на строительство геоТЭС сначала получаются больше. Однако поскольку эта энергия "дармовая", предлагаемая нам самой природой и к тому же возобновляемая, отопление потом становится дешевле в два раза. Для обеспечения экологической чистоты в технологической схеме ГеоЭС предусмотрены система закачки конденсата и сепарата обратно в земные пласты, а также системы снеготаяния и предотвращения выбросов сероводорода в атмосферу.

 Геотермальные ресурсы перспективны в использование в северных районах России. Артезианские бассейны термальных вод выявлены в Саяно-Байкальской горной системе, в Бурятии (здесь насчитывается около 400 термальных источников), в Якутии, на севере Западной Сибири, Чукотке (здесь известны 13 высокотермальных источников с суммарным дебитом 166 л/с). Самый "горячий" район — Курило-Камчатский вулканический пояс. На Камчатке выявлено 70 групп термальных источников, 40 из них имеют температуру около 100°С. Только наиболее крупные источники дают столько тепла, сколько можно получить от сжигания 200 тыс. т у.т. Себестоимость получения 4.2 ГДж тепла в системах геотермального теплоснабжения Камчатки в 10 раз ниже, чем в котельных Петропавловска-Камчатского.

В России первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки, в долине реки Паужетки. В 1980 г. ее мощность составляла уже 11 МВт. В Италии, в районах Ландерелло, Монте-Амиата и Травеле, работают 11 таких станций общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС действуют также в США (Калифорния, Долина Больших Гейзеров), Исландии (у озера Миватн), Новой Зеландии. Мексики и Японии.  Но потенциальная мощность геотермальной энергетики намного выше.

Сегодня геотермальную энергию используют в 40 странах мира.  Поляки начали заниматься геотермальной энергией десять назад. В Польше есть уже четыре геотермальные станции. Одна из них, в курортном Закопане. В Литве вся Клайпеда обеспечивается горячей водой с помощью геотермальной станции.В Японии с помощью геотермальной энергетики растапливают снег на дороге. Геотермальная энергетика в Японии занимает значительное место - ее доля составляет 21 % . Основным сдерживающим фактором для развития стали экологические движения. Это связанно с тем, что станции расположены в природных парках и дальнейшее их развитие затруднено опасностью нанести ущерб охраняемым и заповедным территориям. Ядерные станции дают 35% общего энергопроизводства, работающие на природном газе - 24%. У нас максимум потребления электроэнергии приходятся на зимние, самые холодные месяцы, а в Японии - на лето, когда из-за жары основное потребление электроэнергии связано с работой оборудования, вырабатывающего холодный воздух.

Но дальше всех в использовании геотермальных ресурсов продвинулась Исландия. Например, столица Исландии Рейкьявике 1943 года использует геотермальные воды для обогрева домов, учреждений, магазинов и фабрик. Установленная мощность всех исландских геотермальных станций еще в 1988 г. составляла 39 МВт. За последние 200 лет концентрация ртутных паров в атмосфере повысилась более чем в три раза. Произошло это в результате сжигания городских отходов и некоторых сортов углей, в которых содержится ртуть. Мы заинтересованы в развитии нетрадиционных источников энергетики для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.

Энергия приливов и отливов.

Мощным источником водных потоков являются приливы и отливы. Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов киловатт-часов в год. Это примерно столько же энергии, сколько может дать использование в энергетических целях разведанных запасов каменного и бурого угля, вместе взятых; вся экономика США 1977 г. базировалась на производстве 200 млрд. киловатт-часов, вся экономика СССР того же года - на 1150 млрд., хрущевский "коммунизм" к 1980 г. должен был быть построен на 3000 млрд. киловатт-часов. Образно говоря, одни только приливы могли бы обеспечить процветание на Земле тридцати тысяч современных "Америк", но до этого пока далеко. Проекты приливных гидроэлектростанций детально разработаны в инженерном отношении, экспериментально опробованы в нескольких странах, в том числе и на Кольском полуострове. Продумана даже стратегия оптимальной эксплуатации приливной электростанции (ПЭС): накапливать воду в водохранилище за плотиной во время приливов и расходовать ее на производство электроэнергии, когда наступает "пик потребления" в единых энергосистемах, ослабляя тем самым нагрузку на другие электростанции.

На сегодняшний день ПЭС уступает тепловой энергетике: кто будет вкладывать миллиарды долларов в сооружение ПЭС, когда есть нефть, газ и уголь, продаваемые развивающимися странами за бесценок? В тоже время она обладает всеми необходимыми предпосылками, чтобы в будущем стать важнейшей составляющей мировой энергетики, такой, какой сегодня, к примеру, является природный газ.

Для сооружения ПЭС даже в наиболее благоприятных для этого точках морского побережья - где перепад уровней воды колеблется от 1-2 до 10-16 метров, потребуются десятилетия, или даже столетия. И все же процент за процентом в мировой энергобаланс ПЭС могут и должны начать давать уже на протяжении этого столетия. Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции в устье реки Ране, впадающей в пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8,4 м.  Несмотря на высокую стоимость строительства, которая почти в 2.5 раза превосходит расходы на возведение речной ГЭС такой же мощности, первый опыт эксплуатации приливной ГЭС оказался экономически оправданным. ПЭС на реке Ране входит в энергосистему Франции и в настоящее время эффективно используется.

Существуют также проекты крупных ПЭС мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенская) на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7-10 м. Планируется использовать также огромный энергетический потенциал Охотского моря, где местами, например в Пенжинской губе, высота приливов достигает 12.9 м, а в Гижигинской губе -12-14 м.

Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью применения геликоидной турбины Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на строительство. Все шире используется на Севере и энергия приливов. B России на северном побережье Кольского   полуострова   построена   Кислогубская приливная электростанция (ПЭС).  Опыт эксплуатации этой станции позволил разработать новое проектное решение для строительства ПЭС на Кольском полуострове мощностью до 40 тыс. кВт.

В Тургурском и Пенжинском заливах Охотского моря, в районе Шантарских островов  (здесь  приливы  достигают  13  м),  перспективно строительство приливных  электростанций мощностью от7до 25 млн. кВт.

Веками  люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление - ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца.

С помощью научных формул можно рассчитать место, где можно поставить электростанцию и получить самое большое количество энергии.        

Ветровая энергия

Огромна энергия движущихся воздушных масс. 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. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется,  всего одна тысячная мировых потребностей в энергии.

Потенциал энергии ветра подсчитан более менее точно: по оценке Всемирной метеорологической организации ее запасы в мире составляют 170 трлн. кВт-ч в год. Ветроэнергоустановки разработаны и опробованы настолько основательно, что вполне прозаической выглядит картина и сегодняшнего небольшого ветряка, снабжающего дом энергией вместе с фермой, и завтрашних тысяч гигантских сотнеметровых башен с десятиметровыми лопастями, выстроенных цепью там, где постоянно дуют сильные ветры, вносящих тоже свой немаловажный "процент" в мировой энергобаланс.

У энергии ветра есть несколько существенных недостатков, которые затрудняют ее использование, но отнюдь не умаляют ее главного преимущества – экологической чистоты. Она сильно рассеяна в пространстве, поэтому необходимы ветроэнергоустановки, способные постоянно работать с высоким КПД. Ветер очень непредсказуем - часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки. Ветроэнергостанции не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Но, эти недостатки можно уменьшить, а то и вовсе свести на нет.

В настоящее время разработаны ветроэнергоустановки, способные эффективно работать при самом слабом ветре. Шаг лопасти винта автоматически регулируется таким образом, чтобы постоянно обеспечивалось максимально возможное использование энергии ветра, а при слишком большой скорости ветра лопасть столь же автоматически переводится во флюгерное положение, так что авария исключается.

Разработаны и действуют так называемые циклонные электростанции мощностью до ста тысяч киловатт, где теплый воздух, поднимаясь в специальной 15-метровой башне и смешиваясь с циркулирующим воздушным потоком, создает искусственный "циклон", который вращает турбину. Такие установки намного эффективнее и солнечных батарей и обычных ветряков.

Чтобы компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные "ветряные фермы". Ветряки при этом стоят рядами на обширном пространстве, потому что их нельзя ставить слишком тесно - иначе они будут загораживать друг друга. Такие "фермы" есть в США, во Франции, в Англии, но они занимают много места; в Дании "ветряную ферму" разместили на прибрежном мелководье Северного моря, где она никому не мешает, и ветер устойчивее, чем на суше.

 Нидерланды и Швеция  приняли решение на протяжении 90-х годов построить  54 тысячи высокоэффективных энергоустановок. В мире сейчас работает более 30 тысяч ветроустановок разной мощности.

Россия обладает колоссальным суммарным потенциалом энергии ветра. Вдоль берегов Северного Ледовитого океана на протяжении 12 тыс. км господствуют ветры со среднегодовой скоростью свыше 5-7 м/с. (Считается, что ветроустановки эффективны при среднегодовых скоростях ветра выше 4-5 м/с.) Суммарная мощность ветра на Севере достигает 45 млрд. кВт, Успешно работают ветроэлектростанции на Новой Земле, в Амдерме, на мысе Уэлен, на островах Врангеля, Шмидта, Командорах (остров Беринга). Ветроустановки успешно заменяют на Севере малые дизельные электростанции, для работы которых необходимо завозить дорогостоящее (иногда импортное) топливо.

                                                        Энергия солнца

В Канаде, Швеции, Норвегии, Финляндии, на Аляске все более широкое применение находят солнечные электростанции. В 2000 г. доля солнечной энергии в энергоснабжении Канадского Севера достигла 5%. Повышение эффективности солнечных элементов и качества материалов позволило за два последних десятилетия снизить на 80% затраты на их сооружение. Сейчас солнечные элементы встраивают в кровельную черепицу, керамические плитки и оконные стекла, что позволяет получать электричество и в отдельных зданиях. Суммарная мощность солнечных батарей возросла в мире со 150 МВт в 1985 г. до 900 МВт к 1999 г.

Опыт работы солнечных электростанций показал, что в условиях длительного полярного дня большую пользу приносит не только пассивное использование солнечной энергии (зеркальные веранды, усиленная теплоизоляция), но и пассивные системы теплоснабжения (солнечные коллекторы с водой или с другим аккумулятором тепла). Не потеряли своего значения и активные системы фотоэлементов, функционирующих также и при облачной погоде.

Ведущим экологически чистым источником энергии является Солнце. В настоящее время используется лишь ничтожная часть солнечной энергии из-за того, что существующие солнечные батареи имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия и очень дороги в производстве. Однако не следует сразу отказывать от практически неистощимого источника чистой энергии: по утверждениям специалистов, гелиоэнергетика могла бы одна покрыть все мыслимые потребности человечества в энергии на тысячи лет вперед. Возможно, также повысить КПД гелиоустановок в несколько раз, а разместив их на крышах домов и рядом с ними мы обеспечим обогрев жилья, подогрев воды ж работу бытовых электроприборов даже в умеренных широтах, не говоря уже о тропиках. Для нужд промышленности, требующих больших затрат энергии, можно использовать километровые пустыри и пустыни, сплошь уставленные мощными гелиоустановками. Но перед гелиоэнергетикой встает множество трудностей с сооружением, размещением и эксплуатацией гелиоэнергоустановок на тысячах квадратных километров земной поверхности. Поэтому общий удельный вес гелиоэнергетики был и останется довольно скромным, по крайней мере, в обозримом будущем. На протяжении миллиардов лет Солнце ежесекундно излучает огромную энергию. Около трети энергии солнечного излучения, попадающего на Землю, отражается ею и рассеивается в межпланетном пространстве. Много солнечной энергии идёт на нагревание земной атмосферы, океанов и суши. В настоящее время в народном хозяйстве достаточно часто используется солнечная энергия - гелиотехнические установки (различные типы солнечных теплиц, парников, опреснителей, водонагревателей, сушилок). Солнечные лучи, собранные в фокусе вогнутого зеркала, плавят самые тугоплавкие металлы. Ведутся работы по созданию солнечных электростанций, по использованию солнечной энергии для отопления домов и т.д. Практическое применение находят солнечные полупроводниковые батареи, позволяющие непосредственно превращать солнечную энергию в электрическую.