Индивидуальный проект "Умный поселок" ученика 11 класс Сафронова Алексея.учащегося Чучковской СШ.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Чучковская средняя школа»

Индивидуальный Проект

«Умный посёлок»

                                                                                 Проект выполнил ученик 11 класса

                                                                                Сафронов Алексей Алексеевич.

                                                                                Руководитель проекта —

                                                                                Чекалина Ольга Юрьевна,

                                                                                учитель физики.

Р.п.Чучково,2022

Содержание

1.Введение -------------------------------------------------------------------- 3

2.Основная часть:

2.1 История развития Электричества ---------------------------------- 4

2.2 Школьное освещение и его затраты ------------------------------ 5

2.3 Сравнение нового освещения со старым ----------------------- 6

3.Практическая часть:

3.1 За какое время окупится школьное освещение --------------- 6

2.4 Освещение поселка ---------------------------------------------------- 7

2.5 Светодиодное «умное» освещение ------------------------------- 7

2.6 Автоматизированная Система Управления Наружным

Освещением «АСУНО» ---------------------------------------------------- 10

2.7 Преимущества «умного» освещения ---------------------------- 12

3.Практическая часть:

3.2 Затраты на «умное» освещение -------------------------------------- 13

3.3 Когда окупится «умное» освещение -------------------------------- 13

4. Подведение итогов ----------------------------------------------------- 14

Источники --------------------------------------------------------------------- 15

Приложение ------------------------------------------------------------------ 16

1.Введение

Цель:

• создание рациональной системы потребления электроэнергии в общеобразовательной школе и населённом пункте.

Актуальность:

   В наше время человек ищет пути решения своей проблемы, в частности и энергопотребления, он строит разные теории, проводит эксперименты и приходит к определенному выводу: Что именно бережное использование электричества выгодно как для нас, так и для природы.

Задачи:

1. Провести детальный обзор электропотребления в МОУ «Чучковская СШ».

2. Проанализировать энергозатраты в посёлке Чучково.

3. Привести и сравнить пример рациональной альтернативы.

4. Сделать экскурс на умное освещение.

План проекта:

1. История развития Электричества
2. Школьное освещение и его затраты
3. Сравнение нового освещения со старым
4. Освещение поселка
5. «АСУНО»
6. Преимущества «умного» освещения
7. Затраты на умное освещение
8. Подведение итогов

2. Основная часть

2.1 История изобретения электричества

Электричество было обнаружено еще в 7 веке до нашей эры древнегреческим философом Фале́сом. Он выяснил, что натертый шерстью янтарь способен притягивать меньшие по массе предметы. Однако масштабные эксперименты с электричеством начинаются в эпоху возрождения в Европе.

В 1650 г. магдебургским бургомистром О́тто фон Ге́рике была построена электростатическая установка.

В 1729 г. Стивеном Греем был поставлен опыт по передаче электроэнергии на расстояние.

В 1747 г. Бе́нджамин Фра́нклин издал очерк известных фактов об электричестве и новые теории.

В 1785 г. — закон Кулона.

1800 г. стал переломным: итальянец Вольт изобретает первый источник постоянного тока.

В 1820 г. датским ученый Эрстед обнаружил электромагнитное взаимодействие предметов.

В 1821 г. Ампер выяснил, что магнитное поле создается электрическим током, но не статическими зарядами.

Такие великие исследователи, как Гаусс, Джоуль, Ленц, Ом внесли неоценимый вклад в изобретение электричества.

В 1830 г. Гаусс разработал теорию электростатического поля.

Явление электромагнитной индукции и разработка двигателя, работающего на токе, принадлежит Майклу Фарадею.

В конце 19 века опыты с электричеством проводились многими учеными, в их числе Пьер Кюри́, Д.А. Лачи́нов, Герц, Томсон, Резерфорд.

В начале 20 века появилась теория квантовой электродинамики.

2.2 Школьное освещение и его затраты

Наша школа использует 2 типа освещения: энергосберегающие и люминесцентные двухцокольные лампы.

1 кВт·час=7,8 рублей

Таблица: Освещение классов + коридоры

Вывод: Использование люминесцентных двухцокольных ламп не экономично и дороже энергосберегающих лампочек (ЭСЛ).

2.3 Сравнение нового освещения со старым

За новое освещение я выбрал настольную лампу стоимостью 1700 рублей, которая может работать за люминесцентные или энергосберегающие лампы.

Таблица: Освещение классов

Вывод: Можем заметить из таблицы, что разница в стоимости почти 10 раз (128.5 рублей против 12.87 рублей, то есть 115.63 рублей)!

Практическая часть:

3.1 За какое время окупится школьное освещение

Задача: нужно найти время. И так как в школе 30 учебных класс, то и ламп придётся закупить в количестве 30 штук, что обойдётся примерно в 1700х30=51 000 рублей.

Мы пользовались старым освещением, которое расходовало 128.5 рублей за 5 часов будем считать за день (так как учебный день длится примерно 5 часов). Теперь вычтем разницу и получим: 128.5-12.87=115.63 рублей.

Мы знаем наши расходы на закупку: 51 000 рублей. Получается каждый день наши расходы окупается на 115.63 рублей. Следовательно, мы получаем: 51 000/115.63≈441 дней.

Ответ: расходы в 51 000 рублей окупятся за 441 день

2.4 Освещение поселка

В Чучково 26 улиц. По документам в посёлке установлено 15 счётчиков и 12 лампочек по 250 и 400 Ватт, не привязанных к счетчику.

Всего в Чучково освещают 100 лампочек.

Расходы уличного освещения за январь 2020 года составляют 16000 кВт·ч.

Расходы уличного освещения за август составляют 8000 кВт·ч.

2.5 Светодиодное «умное» освещение

Сегодня мы рассмотрим сущность стратегии «умного» освещения, входящего в межнациональную концепцию создания «умных» городов.

Принцип работы такого освещения сводится к тому, чтобы применять адаптивное и энергосберегающее оборудование. Для этого задействуются специальные светильники, оснащённые датчиками и включённые в сети автоматизированного регулирования. Например, освещение может полностью отключаться или сводиться к минимуму в те периоды, когда в его зоне нет никаких объектов, требующих света. Разумеется, при приближении машины или человека оно будет включаться. В зависимости от тонкости настройки, автоматика может игнорировать передвижение животных или обеспечивать их светом минимальной яркости во избежание порчи частного имущества.

Аппаратурное обеспечение таких комплексных систем построено на базе LED-технологий* и полупроводниковой осветительной техники.

*LED — англ. light emitting diode (светодиод)

Чем удобно «умное» освещение?

Кроме уже высказанных ранее аспектов, такое освещение помогает повысить безопасность на улицах, особенно там, где наблюдается оживлённое дорожное движение. Один из самых простых и типичных случаев – это снижение видимости при понижении температуры окружающей среды с выпадением осадков в виде дождя или снега, а также туман.

Обычные уличные светильники зачастую не способны эффективно противостоять данным особенностям окружения и всегда работают в одинаковом режиме. С применением оборудования нового поколения, смарт-система самостоятельно отрегулирует уровень освещённости таким образом, чтобы водитель с одной стороны не был ослеплён отражениями от снежной корки или мокрого асфальта, но при этом имел возможность видеть трассу на несколько десятков метров вперёд даже сквозь туманную пелену.

Описанные меры могут показаться слишком незначительными в разрезе будничного представления людей, однако эффективность подобной системы уже подтверждена сотнями сохранённых жизней. Случаи предотвращения аварий благодаря хорошей освещённости пространства продолжают мониторить специальные комиссии. Они же стимулируют разработку мер для определённых эксплуатационных сценариев и возможных погодных условий. Фонарные столбы начинают по-разному освещать местность, отличать гололёд со снегом от гололёда без покрова, балансируя работу светильников требуемым образом.

Разумеется, преимущественная часть мер направлена на создание условий, в которых вероятность ДТП стремится к нулю, однако человеческий фактор, к сожалению, сохраняется. Таким образом, для мест, в которых чрезвычайные ситуации происходят чаще обычного, а также на участке, где оно только что произошло, должна обеспечиваться максимально яркая подсветка.

При включении всех осветительных приборов в единую сеть с координационным центром, каждое место аварии анализируется датчиками и освещённость прилежащей территории выставляется на максимум. Это позволит избежать усугубления ситуации другими транспортными средствами, а также улучшить условия работы медиков и полиции на месте происшествия. В некоторых странах светильники настроены таким образом, чтобы начинать особым образом мигать на подъезде к зоне аварии, взывая водителей к большей бдительности за рулём.

В чрезвычайных случаях могут задействоваться не только светодиодные светильники, но и светодиодные информационные панели, которые наравне с цифровыми дорожными знаками отражают информацию о состоянии на дороге в режиме реального времени. Они могут предписывать снижение скорости на участке, запрещать парковку для освобождения проезжей части и пр. В итоге комфорт и безопасность на улицах повышаются.

 «Умное» оборудование принимает участие и в работе с криминогенной обстановкой в городе. Имея информацию о совершённом правонарушении и предполагаемом месторасположении преступника, правоохранительные органы могут увеличить освещённость в этом районе и следить за передвижениями последнего при помощи камер. Система идентификации людей по лицам, снятых на оборудование для видеонаблюдения, пока что скорее остаётся уделом голливудских фильмов, однако упрощение работы полиции при использовании умного освещения налицо.

Аппаратурное обеспечение таких комплексных систем почти на 100 процентов построено на базе LED-технологий и полупроводниковой осветительной техники. Всё это множество изделий дробится на отдельные секции, специальные светодиодные лампы (в том числе с дистанционным индивидуальным управлением), кластеры приборов, относящихся к улице/микрорайону/двору.
Фактически, действует известнейший принцип «разделяй и властвуй», обеспечивающий гибкость управления каждой отдельно взятой единицей оборудования, если это необходимо. Данный аспект важен не только на этапе функционирования, но также имеет большое значение для диагностики работоспособности систем и принятия решений о необходимости замены ламп или светильников.

Отличия между традиционным и прогрессивным смарт-освещением

В то время как обычно требуется полноценная инспекция аварийных ситуаций, связанных с осветительной техникой, и привлечение ремонтных бригад с дежурными объездами, во случае применения «умной» концепции, сигнал о неисправности поступает автоматически. Система сама мониторит техническое состояние оборудования и заносит данные в базу. Все аварийные события, связанные с питанием (или отключением энергии), фиксируются, чтобы чётче прогнозировать ситуации в дальнейшем. В результате экономится время мастеров и топливо на объезды.

Подвесные уличные светильники старого типа демонстрируют одинаковость работы при всех видах внешних условий, а смарт-техника самостоятельно реагирует на смену дня и ночи, продолжительность светового дня, освещённость прилежащей именно к данному осветительному прибору зоны. При этом она экономит энергию при отсутствии трафика в ночные часы и наоборот поддерживает высокий уровень освещённости в криминальных районах.

Обслуживание старых единиц оборудования полностью организовано с использованием бумажного документирования событий, а «умные» системы самостоятельно отслеживают ситуацию и составляют карты маршрутов для выезда бригад на ремонты.

Хотя все уличные приборы имеют высокий уровень защиты, светодиодные светильники с IP65 гораздо более стойко выдерживают внешние явления. В равных условиях они служат дольше не только за счёт ресурса, исчисляемого десятками тысяч часов, но и благодаря фактическому уменьшению износа светоизлучающих элементов при ситуативном понижении освещённости.

Нетрудно догадаться, что заменить нынешние уличные светильники на подвесах и растяжках над проезжей частью чем-либо прогрессивным – это весьма дорогостоящее удовольствие. Прежде чем «умные» фонари начнут приносить ощутимую пользу местным бюджетам, последним придётся понести существенные материальные затраты и пережить период адаптации. Тем не менее, ряд стран в Западной Европе и Азии уже запустил пилотные проекты в небольших городках.

2.6 Автоматизированная Система Управления Наружным Освещением «АСУНО»

Автоматизированная Система Управления Наружным Освещением (АСУНО) применяется для управления освещением на автомагистралях и междугородних шоссе, улицах общегородского значения, внутриквартальных улицах.

«АСУНО» позволяет в автоматическом режиме управлять линией освещения, контролировать параметры энергопотребления, отслеживать работоспособность осветительных установок, отслеживать несанкционированное подключение к линии.

«АСУНО» с заранее заданным временным шагом высылает по каналу GSM оператору исчерпывающие отчеты о параметрах линии освещения – время включения/отключения, ток и напряжение по фазам, значение входного напряжения, перебои на линии, показание счетчика электроэнергии.

Предусмотрено три режима управления линией освещения:

ОСНОВНОЙ: Автоматическое управление освещением по заранее установленной программе, годовой календарный график (365 дней) с учетом географического положения системы;

РЕЗЕРВНЫЙ: Управление освещением в зависимости от внешней освещенности при помощи встроенного датчика освещенности;

РУЧНОЙ: Управление освещением осуществляется в ручном режиме.

АСУНО позволяет

Управлять линией наружного в автоматизированном режиме

Отслеживать в on-line режиме энергопотребление

Отслеживать работоспособность осветительных установок

Контролировать несанкционированные подключения

Отслеживать параметры сети

Обеспечить работоспособность системы после аварийного отключения напряжения

Обеспечить работоспособность системы при низких температурах, за счет установленного блока подогрева

Оперативно получать информацию об аварийных ситуациях

Формировать отчеты в удобном виде

Формировать и хранить архив событий

Корректировать график включения/отключения

Управлять линией освещения в ручном режиме

Управлять внешней нагрузкой общей мощностью до 50к Вт

Исключить расходы, связанные с несвоевременным включением/отключением линии освещения

Исключить расходы связанные с обслуживанием системы

Применяются для управления освещением

Автомагистралей

Междугородних шоссе

Общегородских улиц

Внутрирайонных улиц

Промышленных территорий

2.7 Преимущества «умного» освещения

• Потребление всего в 65 Вт
• Срок службы до 50 000 часов
• Отличная механическая прочность; контрастность, цветопередача
• Отличная устойчивость к перепадам и температурная устойчивость
• Слабо нагревается
• Безопасна для экологии
• Удобство в использовании

• Слабый световой поток (около 5 000 Лм)
• Большая стоимость

3.Практическая часть

3.1 Затраты на умное освещение

Задача: нам известно потребление за сентябрь, то есть — 11365 кВт∙ч. Цена за 1 кВт∙ч=7,8рублей и в итоге затраты на электричество примерно 11365x7,8=88 647 рублей. Если брать на каждую улицу (26) по 5 светодиодных светильников получается 130.

Далее общее потребление= 130х65х12х30≈3040 кВт∙ч и в итоге оплата за такое освещение составит всего 23 712 рублей.

Цена 1 светодиодного светильника =1600 рублей. Значит 1600х130=348 000 рублей.

Далее нужно купить Автоматизированную Систему Управления Наружным Освещением «АСУНО» в количестве 5 штук. Цена одного «АСУНО» 116 000 рублей. Следовательно, 116 000х5=580 000 рублей. Общая цена умной системы освещения составит 348 000+548 000=788 000 рублей.

Ответ: 778 000 рублей

3.2 Когда окупится умное освещение

Задача: наши расходы составляют 788 000 рублей. Разница в счёте за электроэнергию 88 647-23 712≈65 000 рублей, получается каждый месяц наши расходы окупаются на 65 000 рублей.

Теперь находим время — общую сумму поделив на разницу получаем:

788 000/65 000 ≈ 12 месяцев = 1 год.

Ответ: расходы в 788 000 рублей окупятся за 1 год.

4. Итог — продукт

Проведя все возможные пути решения проблемы и сопоставив все значения и комплексы мер ее решения, я пришёл к общему выводу выраженных в тезисах, представленных на следующем слайде: (Слайд 16)

Да такая система возможна (т.е. осуществима).

Система работает более выгодно (по сравнению со старой более экономична).

Система меньше наносит вреда природе (благодаря цифровым технологиям и научному прогрессу, такие комплексы систем не влияют на природу. В некоторых ситуациях даже помогают, например, водитель в темное время суток управляет транспортным средством, благодаря сенсорному датчику поток света моментально направляется на дорогу при приближении автомобиля из-за чего водитель замечает собаку, бегущую по пешеходному переходу, в результате чего водитель успевает среагировать и нажать педаль тормоза).

Система быстро окупится (благодаря не большим затратам, а именно до 1 миллиона рублей — расходы относительно быстро возместятся).

Система не требует тщательного обслуживания (Такой комплекс систем из-за своей точной продуманной программы, выполняющаяся в любой время года и суток, способен «самообслуживаться», т.е. система хорошо защищена от внешних воздействий природы (дождь, снег, град). Этот комплекс настолько универсален в своей работе что требует только мониторинг через сервер, который накапливает информацию, исходящую от всей периферии системы и выводит на интерфейс пользователя).

Источники

https://ledeffect.ru/ledeffect-asuno/led-effect-asuno.html 

https://light-mag.ru/product/asuno/ 

https://5watt.ua/blog/stati/umnoe-osvesshenie-gorodov 

https://market.yandex.ru/product--nastolnaia-lampa-arte-lamp-desk-a5810lt-1wh-11-vt/219664654?text=%D0%BD%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F%20%D0%BB%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0%201700%20%D1%80%D1%83%D0%B1%D0%BB%D0%B5%D0%B9&pricefrom=1650&priceto=1750 

https://www.proektant.kz/articles/avtomatizacija-sviaz/284739.html

Приложение

Также я написал статью в газету моего посёлка с целью проинформировать население п. Чучково и рассказать о стратегии умного освещения.