проект учащегося
проект по географии (10 класс)

В учебном исследовательском проекте по географии «Нетрадиционные источники энергии» в 10 классе ( учащегося Чувикова Н.) объясняется, что принято считать альтернативным источником энергии, дается определение солнечной энергетики, ветроэнергетики ,тем видам нетрадиционных источников энергии, которые можно использовать в нашем регионе. Также в рамках проекта был проведен опрос учащихся школы на предмет их осведомленности об альтернативных источниках энергии и выясняется их отношение к этому.

Оглавление

Введение
1.Что такое альтернативные источники энергии.
2.Солнечнаяэнергетика.
3.Ветроэнергетика.

4.Энергия бтомассы.
 5.Вывод.
6.Практическаячасть.
7.1. Опрос учащихся на тему «Альтернативные источники энергии».
7.2. Опытно экспериментальная деятельность.
Заключение.

Введение
Главным фактором роста энергопроизводства является рост численности населения и прогресс качества жизни общества, который тесно связан с потреблением энергии на душу населения. Сейчас на каждого жителя Земли приходится 2 кВт, а признанная норма качества – 10 кВт (в развитых странах). Если все население Земли рано или поздно должно иметь душевое потребление 10 кВт, то с учетом теплового барьера численность населения не должна превышать 10 млрд человек.

Таким образом, развитие энергетики на невозобновляемых ресурсах ставит жесткий предел численности населения планеты. Однако уже через 75 лет население Земли может достигнуть 20 млрд человек. Отсюда видно: уже сейчас надо думать о сокращении темпов прироста населения примерно вдвое, к чему цивилизация совсем не готова. Очевиден надвигающийся энергодемографический кризис.

Это еще один веский аргумент в пользу развития нетрадиционной энергетики. Для того, чтобы человечество существовало и стремительно развивалось, необходимо постоянно улучшать способы получения энергии. Поиск новых источников энергии и развитие альтернативных способов получения энергии – это основная приоритетная задача человечества в новом тысячелетии.

Многие специалисты энергетики считают, что единственный способ преодоления кризиса – это масштабное использование возобновляемых источников энергии: солнечной, ветровой, океанической, или как их еще называют нетрадиционных. Правда, ветряные и водяные мельницы известны с незапамятных времен, и в этом смысле они – самые, что ни есть традиционные. В наши дни поворот к использованию энергии ветра, солнца, воды происходит на новом более высоком уровне развития науки и техники.

Энергетика – основа любых процессов во всех отраслях народного хозяйства, главное условие создания материальных благ и повышения уровня жизни людей. Энергетика сегодня является важнейшей движущей силой мирового экономического прогресса, и от ее состояния напрямую зависит благополучие миллиардов жителей планеты. Как сказано выше неуклонный рост численности людей приводит к увеличению потребления энергии.

И, если не развивать альтернативную энергетику, то это может привести к энергетическому кризису, так как с каждым днем больше истощаются запасы природных ресурсов (уголь, газ, нефть), необходимых для работы традиционной энергетики. В результате деятельности традиционной энергетики происходит отрицательное воздействие на атмосферу, литосферу и гидросферу, что увеличивает вероятность возникновения катастрофы.

Актуальность проблемы: актуальность темы обусловлена тем, что современные наиболее используемые источники электроэнергии это гидро-тепло- и атомные электростанции, но они не экологичны. Альтернативная энергетика, построенная на использовании возобновляемых источников энергии, может решить проблему экологии и исчерпаемости топливных ресурсов.

Цель: изучение альтернативных, нетрадиционных источников электрической энергии и выяснение который из них целесообразно использовать в ближайшем будущем.

Задачи:

1. изучить научную литературу по данной теме;
2. выяснить, что такое альтернативные источники энергии;
3. исследовать различные альтернативные источники энергии;
4. рассказать об истории развития источников энергии;
5. изучить принципы получения и применения энергии;
6. выявить преимущества и недостатки каждого способа;
7. сделать вывод о том, какие виды наиболее выгодны и приемлемы для человека;
8. предложить необычные способы получения энергии.
9. провести опыты по теме.

Объект исследования: альтернативные источники энергии.

Предмет исследования: актуальность альтернативной энергетики.

Методы исследования: изучение, анализ, систематизация, тестирование.

Гипотеза: Возможно, что альтернативные источники энергии действительно являются наиболее выгодной заменой традиционным источником.

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 при, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.

В связи с развитием производственных технологий и значительным ухудшением экологической ситуации во многих регионах земного шара, человечество столкнулось с проблемой поиска источников энергии. С одной стороны, количество добываемой энергии должно быть достаточным для развития производства, науки и коммунально-бытовой сферы, с другой стороны, добыча энергии не должна отрицательно сказываться на окружающей среде.

Данная постановка вопроса привела к поиску так называемых альтернативных источников энергии – источников, соответствующих вышеуказанным требованиям. Усилиями мировой науки было обнаружено множество таких источников, на данный момент большинство из них уже используется более или менее широко.

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование нетрадиционных источников энергии.

Источники энергии – «встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию». Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии – потребность получать ее из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Альтернативные источники энергии – это приборы, способы, устройства, или сооружения, позволяющие получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющие собой традиционные источники энергии. К таким источникам энергии относят: энергию Солнца, ветра, энергию морей и океана, биомассу, тепло Земли, новые виды жидкого и газообразного топлива, представленные синтетической нефтью на основе угля, органической составляющей горючих сланцев и битуминозных пород, а также некоторые виды топливных спиртов и водород.

Многие из нетрадиционных источников энергии являются сложными энергоресурсами, компоненты которых позволяют получать и нетопливную продукцию, широко применяемую в химии, строительной индустрии, сельском хозяйстве, металлургии и т.д.

Основное преимущество альтернативных источников энергии является неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет экологический баланс планеты. Такие источники энергии играют значительную роль в решении трех глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетики, экологии, продовольствия.

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика – направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде.

Солнечная энергетика использует возобновленный источник энергии и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования. Солнце является основным источником всех видов энергии, которые человек имеет в своем распоряжении. Этот резервуар неисчерпаем.

Для большинства людей индустрия производства солнечной энергии по-прежнему выглядит, как некий прорыв, совершенный в последние полтора десятилетия. Однако сама идея и начало развития солнечной энергетики уходит вглубь истории почти на двести лет.

Использование линз и зеркал для фокусировки солнечных лучей, например, для нагрева воды, использовалось с древних времен, но в 1839 году французский ученый Эдмонд Беккерель начал экспериментировать с электролитическими ячейками, генерирующими электричество под воздействием солнечного света. Беккерелю было всего 19 лет, когда он создал на базе хлорида серебра и кислотного раствора ячейку, генерирующую электроэнергию под воздействием солнечных лучей.

На сегодняшний день для получения электроэнергии разрабатываются и используются различные методы, такие как термодинамический и фотоэлектрический.

Солнечная энергия представляет собой, возможно, один из наиболее перспективных источников энергии. Подумать только, что всего за восемнадцать солнечных дней Солнце поставляет, нам энергию, равную количеству энергии, которая хранится в недрах земли. Одним из наиболее распространенных устройств, которых преобразует солнечную энергию считается солнечная батарея.

Солнечные электростанции активно используются более чем в 80 странах, они преобразуют солнечную энергию в электрическую. [Топ стран по выработке электроэнергии приведены в Таблице 1], [Данные о крупных СЭС в России представлены в Таблице 2] Существуют разные способы такого преобразования и, соответственно, различные типы солнечных электростанций. Наиболее распространены станции, использующие фотоэлектрические преобразователи, объединенные в солнечные батареи.

Солнечные батареи массово применяются во многих отраслях за счет своей многофункциональности и простоты.

В современной архитектуре все чаще планируют строить дома с встроенными аккумуляторными источниками солнечной энергии. Солнечные батареи устанавливают на крышах зданий или на специальных опорах. Эти здания используют тихий, надежный и безопасный источник энергии — Солнце. Многие мировые производители электроники и бытовых приборов уже начинают внедрять солнечные панели в свою продукцию.

К примеру, каждый в своей жизни сталкивался с обычным калькулятором, работающим от солнечной энергии. Помимо этого, в современном мире существует масса полезных приборов, которые оснащены небольшой солнечной панелью. Это различные зарядные устройства для мобильных телефонов и аккумуляторов, фонарики, мобильные телефоны и так далее. Потенциал огромен и не имеет границ.

Весьма распространено применение солнечных батарей в качестве уличного освещения. Светильники, работающие на солнечных батареях, довольно часто применяются в качестве украшения к ландшафтному дизайну.

В космонавтике солнечные батареи играют существенную роль. Эти устройства являются автономными источниками электричества, снабжающие электроэнергией все системы и установки жизнеобеспечения космических станций, а также обеспечивают бесперебойную и четкую работу всей аппаратуры. Одна из важнейших отраслей использования энергии Солнца – автомобилестроение.

Таблица 1. Топ стран, которые вырабатывают солнечную энергию

Преимущества солнечной энергии:

• возобновляемость;
• обильность;
• постоянство;
• доступность;
• экологическая чистота;
• бесшумность;
• экономичность.

Недостатки солнечных источников энергии:

• высокая стоимость;
• непостоянство;
• высокая стоимость аккумулирования энергии;
• незначительное загрязнение окружающей среды;
• применение дорогостоящих и редких компонентов;
• малая плотность мощности.

Таблица 2. Самые крупные СЭС России

В Краснодарском крае планируется строительство 18 солнечных электростанций. Первым проектом, запланированным к реализации на территории Крымского района, предусмотрено строительство тепловой электростанции «Ударная ТЭС».

Ветроэнергетика
Ветроэнергетика – один из самых перспективных способов получения энергии. Этот источник не только экологически чистый (ветровые генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива), но и возобновляемый. Затраты на получение энергии от ветра сводятся главным образом к установке необходимого оборудования. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

Помимо этого, запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Поэтому правительства разных стран считают развитие ветроэнергетики одной из стратегических государственных задач. Например, Дания планирует к 2020 году 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики. А ученые находятся в постоянном поиске решений, способных усовершенствовать современные ветрогенераторы.

История ветроэнергетики начинается с незапамятных времён. Энергия ветра вот уже более 6000 лет надежно и верно служит людям. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II-I вв. до н. э. В 7 в. н. э. персы строили ветряные мельницы уже более совершенной конструкции - крыльчатые. Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании.

Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные роторы диаметром 23 м. В России ветряные установки использовались в основном для помола зерна. В начале ХХ века в России насчитывалось около 250 тысяч ветряных мельниц, которые перерабатывали почти половину урожая зерновых.

В настоящий момент ветроэнергетика является быстро развивающейся и перспективной отраслью. В 2007 г. общая мощность ВЭС в мире составила 94 млн. кВт с выработкой около 200 млрд. [Данные о крупных ВЭС в России приведены в Таблице 3 ]Ветроэнергетика ХХI века Россия имеет самый большой в мире ветропотенциал, ресурсы ее ветровой энергии определены в 10,7 ГВт. На сегодня в России насчитывается около 13 МВт установленной мощности (0,1% всей вырабатываемой в стране энергии).

Таблица 3. Крупные ВЭС в России

В Краснодарским крае планируется строительство ВЭС. Ейская ВЭС — проект сети ветровых электростанций в Ейском районе Краснодарского края. Проект предусматривает строительство трёх ВЭС суммарной установленной мощностью 72 МВт.

Преимущества ВЭС:

• полное отсутствие загрязнения окружающей среды;
• ветровая энергия изобильна, чиста, безопасна и надежда в качестве ресурса для производства электроэнергии;
• цена производства электричества на ветровых станциях постоянно снижается;
• ветроэнергетика производит электроэнергию гораздо ближе к потребителю, что снижает ее потери и стоимость строительства линий электропередач.

Недостатки ВЭС:

• распространение ветрогенераторов может затруднить прием телепередач и создавать мощные звуковые колебания;
• ветер дует почти всегда неравномерно, поэтому и генератор будет работать неравномерно, отдавая то большую, то меньшую мощность;
• возможные изменения в ландшафте;
• энергия ветра не сможет сама по себе удовлетворить потребности в электричестве города, региона или государства целиком.

Энергия биомассы

Биомасса считается возобновляемым источником энергии, так как содержащаяся в ней энергия производится в процессе фотосинтеза, когда растения преобразуют лучистую энергию в углеводороды. Выращивание растений специально для превращения в биомассу есть форма сохранения солнечной энергии.

Биомасса Земли составляет 2420 миллиардов тонн. Люди дают около 350 миллионов тонн биомассы в живом весе или около 100 миллионов тонн в пересчете на сухую биомассу — пренебрежимо малое количество в сравнении со всей биомассой Земли. Это шестой по запасам из всех доступных источников энергии после угля, горючих сланцев, урана, нефти и природного газа. Источниками топлива из биомассы являются деревья и травянистые растения, водные и морские растения, отходы сельскохозяйственного и лесоизготовительного производства, навоз и сточные воды, свалки.

История развития и состояние на сегодняшний день.

Биомасса является одним из древнейших источников энергии, однако ее использование до недавнего времени сводилось к прямому сжиганию при открытом огне или в печах и топках с относительно низким К.П.Д.

В 1970-х впервые начали обращать серьезное внимание на возможность использования биомассы в качестве замены ископаемых топлив (нефть, уголь и т.д.). В то время происходил активный поиск новых источников энергии из-за бесконтрольно растущих цен на ископаемые топлива (нефть, уголь и т.д.)и возможности их истощения, и биомасса рассматривалась как более надежная и дешевая альтернатива. Уже в 1975 году определение «биомасса» стало широко применяться. В 80-х стали активно строиться генераторы, работающие на использовании отходов лесобработки, что стало первым шагом к массовому производству энергии из биомассы.

В 2000 году произошло еще большее улучшение биомассы. Были разработаны программы, с тем чтобы топливо, вырабатываемое биомассой, могло сочетаться с невозобновляемыми источниками энергии для сокращения потребления ископаемых видов топлива. Были также исследования о различных сельскохозяйственных культурах, которые можно выращивать для производства электроэнергии.

• Вывод

Таким образом, можно сделать заключение о том, что все перечисленные альтернативные источники энергии имеют крайне высокую перспективность и значимость в использовании и в дальнейшем развитии. Но на данный момент времени наиболее приемлемыми и перспективными для человека являются биомасса и солнце. Биомасса - это практически неисчерпаемым источником энергии, так как образование отходов, выращивание растений и разведение животных – это непрекращающееся процессы.

Биомасса имеет огромный потенциал в использовании. Из нее получаются различные виды топлив, которые имеют широкий спектр в применении, например, для производства электроэнергии и теплоэнергии. Кроме того, по сравнению с другими источниками энергии, этот потенциал существенно легче применить. Образование энергии из данного источника поможет решить одну из важнейших проблем человечества – экологии. Постоянно увеличивающиеся свалки и отходы могут исчезнуть навсегда с использованием технологий получения энергии из биомассы. Для многих стран, вырабатывающих миллионы тонн отходов ежегодно, это будет несомненным спасением от экологической угрозы.

К сожалению, технологии получения энергии из биомассы все еще не совершенны настолько, чтобы полноценно заменить традиционные источники энергии. Пока еще мало возможностей для производства энергии в широких масштабах, но с прогрессом это становится более реализуемым.

Солнце же обладает бесконечным энергетическим запасом, невозможным истратить полностью. По сравнению с другими источниками энергии, солнечную энергию относительно несложно получить и использовать для определенных нужд. Широкое применение солнечных батарей подтверждает это.

Не было бы биомассы без Солнца. Такие важнейшие источники энергии, как ветер и биомасса, являются формами проявления солнечной энергии, поэтому невозможно отрицать значимость данной звезды в альтернативной энергетике.

• Опрос учащихся на тему «Альтернативные источники энергии»
• Следующим этапом работы был проведен опрос среди учеников 9,10 и 11 классов, всего опросил 20 человек. Было задано 5 вопросов. [Данные опроса приведены в Таблице 6]
• Таблица 6. Опрос альтернативные источники энергии

• В ходе исследования я выяснил, что 100% ученикам моего класса известно о существовании альтернативных источников добывания электроэнергии. Всего 40% знают о возможности получения электрического тока из овощей и фруктов. Из данного анализа можно сделать вывод, что необходимо больше читать и узнавать о способах добывания электроэнергии альтернативными способами, а также провести эксперимент по данной теме.

 Опытным путем я решил доказать возможность получения электроэнергии из овощей и фруктов. (Приложение 2. Рисунок 1) Для создания фруктовой батареи я попробовала взять апельсины, яблоки, помидоры, картофель. [Данные приведены в Таблице 7] Положительным полюсом определил несколько блестящих медных пластин. Для создания отрицательного полюса решил использовать оцинкованные пластины. А так же, понадобились провода, с зажимами на концах. Сделал в фруктах небольшие надрезы, куда вставил пластины (электроды). После соединения всех частей воедино у меня получилась фруктовая или овощная батарейка.

Таблица 7. Исследование. (Приложение 2, рис 1)

Вывод: Исследования показали, что наибольшее значение силы тока наблюдается у сырого картофеля и лимона.

Затем я исследовал разные комбинации последовательного соединения элементов, фруктов и овощей [Данные приведены в Таблице 8] (Приложение 2,рис. 2).

Таблица 8. Разные комбинации последовательного соединения элементов

Вывод: соединяя последовательно объекты исследования, выяснил, что в группе наших овощей и фруктов лидером по полученному напряжению стало помидор и картошка. Вытаскивая медную и цинковую пластины из овощей и фруктов, мы обратили внимание на то, что они сильно окислились. Это значит, что кислота вступала в реакцию с цинком и медью. За счет этой химической реакции и протекал очень слабый электрический ток.

Подводя итоги нашей работы можно с уверенностью сказать, что проведя эксперименты, мы, с одной стороны, убедились в том, что даже привычные нам предметы питания могут выступать в необычной роли. С другой стороны, мы убедились в выполнении законов физики. Фрукты и овощи могут служить источниками тока, если ввести в них медный и цинковый электроды.

Заключение.
Человечество на данном этапе развития не может существовать без энергетики. Все процессы, так или иначе, связаны с ней. И неизменно то, что доля потребления энергии всегда возрастает. Традиционные источники энергии уже не способны удовлетворить бесконечные энергетические потребности без помощи нетрадиционных.

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не только потому, что старый источник был исчерпан, а еще по причине он переставал быть выгодным для человека. Так, запасы древесины казались безграничными, но для более развитых машин потребовались более производительные «корма», что и привело к использованию каменного угля. Но потом уже пришли на смену нефть и газ.

Вот нефть и газ движутся к тому, чтобы быть заменёнными. Эти традиционные энергоносители довольно близки к исчерпанию: запасов нефти и природного газа предполагается всего на 50-60 лет. Выбросы газов и сброс отходов колоссальны и могут привести к необратимым последствиям. Также неуклонно растут и цены на эти энергоносители, из-за чего, соответственно, тарифы на электричество и тепло. Эти проблемы мешают и приостанавливают развитие новых технологий в промышленности, в сельском хозяйстве и других отраслях.

Несомненно, среди традиционной энергетики есть ядерная энергетика, которая как раз лишена большинства таких недостатков. Использование ядерной энергии в производстве электроэнергии вполне экологически безопасно и экономически оправдано. Тем не менее, исходя из истории, риски использования такой энергии довольно велики.

Поэтому стремительно наступает эра экологически чистых, бесконечных по запасами недорогих источников энергии. Ветер, Солнце, геотермальные ресурсы, биомасса – все это уже сейчас используется эффективно и действенно в энергетике. И необходимо понимать, что нельзя останавливаться в освоении и нахождении возобновляемых способов энергии, иначе, во-первых, их потенциал не раскроется, и, во-вторых, рано или поздно произойдет энергетический кризис.

Итак, можно однозначно утверждать, что альтернативные источники энергии заменят традиционные. Некоторые развитые страны, не располагая изначально природными ископаемыми, уже получают более 50% энергии из альтернативной энергетики. Совсем скоро они перестанут вообще зависеть от нефти, природного газа и др. Именно такого курса необходимо двигаться и остальным странам, в том числе и России.