Научно-исследовательская работа по теме "Ветрогенератор - альтернативный источник электроснабжения"

Муниципальная окружная открытая научная конференция школьников

Секция: физика

Название работы:  Ветрогенератор – альтернативный источник

                               энергоснабжения

ОГЛАВЛЕНИЕ

I. Введение.                                                                          3

II. Основная часть.

        2.1. Ветроэнергетика в России и за рубежом                 4                    

       2.2.  Ветрогенератор: достоинства и недостатки         6

       2.3.  Изготовление модели ветрогенератора               7                                

 III. Заключение.  Выводы.                                                  8                      

 IV. Библиографический список.                                         9                        

1. ВВЕДЕНИЕ

Энергия – одна из важнейших составляющих жизни человека.   Энергия очень разнообразна и каждый вид ее по-своему уникален и ценен для нашей жизни.   В современной энергетике существует два источника получения энергии: традиционные и возобновляемые. Запасы традиционных источников энергии исчерпаемы. Это приводит к нескольким путям решения этой проблемы: экономия существующих запасов или же переход на другие источники энергии, а именно – на возобновляемые. Ветер, солнце, энергия рек и океанов – все эти практически неисчерпаемые природные ресурсы способны полностью заменить нам нефть, природный газ, уголь.    

    АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Проблема исчерпания природных ресурсов и ухудшения экологии Земли сегодня является одной из самых актуальных. Запасы полезных ископаемых с большой скоростью сводятся к нулю, а ведь не зря говорят: "Энергетика - хлеб промышленности".  

        ЦЕЛЬ ПРОЕКТА

  Раскрыть выгоду использования альтернативного источника энергии, способствовать популяризации альтернативных источников, создать модель ветрогенератора.

       ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 

найти и изучить  информацию о ветроэнергетике в России и за рубежом;

определить достоинства и недостатки ветрогенератора, понять принцип его работы;

 разработать инструкцию по созданию альтернативного  источника и собрать  ветрогенератор  своими руками,

определить назначение данного источника энергии для конкретного потребителя.

 ГИПОТЕЗА

Альтернативная энергетика, построенная на использовании возобновляемых источников энергии, может стать той путеводной звездой, которая решит проблему экологии и исчерпаемости топливных ресурсов.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ

 У России есть обширные возможности для того, чтобы развивать возобновляемую энергетику. Однако, несмотря на это, на сегодняшний день она  занимает только 64 место в мире по объему общей электрической мощности ветропарков. Говоря иначе, в России налицо почти полное отсутствие интереса к потенциалу данной сферы энергетики. Согласно разным источникам суммарная мощность ветроэлектростанций в России составляет не более 16-17 МВт электроэнергии. При этом   в Китае мощность всех ветроэлектростанций составляет около 76 ГВт. А это значит, что российская ветроэнергетика производит за год примерно столько же энергии, сколько китайская ветроэнергетика может выдать за 2 часа. Специалисты утверждают, что главная проблема развития альтернативной энергетики в России состоит в том, что подобные проекты нуждаются в значительных финансовых влияниях. Согласно информации из интернета, если учитывать расходы на приобретение, монтаж и применение соответствующего оборудования в Российской Федерации, себестоимость 1 кВт/ч «ветряного» электричества составит от 6 до 18 рублей. При этом так называемая традиционная энергетика продает 1 кВт/ч за 2-4 рублей. Казалось бы, это показывает, что ветроэнергетика не является выгодным делом. Но при этом стоит сделать пару поправок. Во-первых, газ, нефть и другие ископаемые источники энергии рано или поздно закончатся. Во-вторых, благодаря стремительному развитию данной области энергетики и техническому прогрессу себестоимость вырабатываемой энергии продолжает ощутимо снижаться.

  В отдаленных регионах страны ветроэлектростанции наиболее перспективны, ведь люди живут там вдали от ЛЭП, и цены на топливо многократно увеличиваются из-за транспортировки энергетических ресурсов. На сегодняшний день на долю ветровой энергетики в России  отводится менее 1% в общем энергетическом балансе страны.    

В то же время в Европе развитие ветровой энергетики идет стремительными темпами.   Мировая ветроэнергетика на сегодняшний день является основным направлением стратегии развития возобновляемых источников энергии, которые должны рано или поздно заменить традиционные углеводороды.   

   Сегодня в России действуют 9 ветроэнергетических станций.  

  Ставропольский край совершил настоящий прорыв в "зеленой" энергетике и занял лидирующие позиции по использованию возобновляемых источников энергии. В Кочубеевском районе построена ветряная электростанция мощностью 210 МВт. 

Наш район обладает уникальным сочетанием важных   параметров: хорошими ветровыми характеристиками  и  транспортной доступностью.  

По словам специалистов,   Кочубеевская электростанция находится в зоне ветрового коридора, здесь среднегодовая скорость ветра достигает 10-12 м/с. Кочубеевская электростанция станет крупнейшей ветроэлектрической станцией в России. 

 Энергию ставропольских ветров будут ловить 84 ветряные установки,   суммарной мощностью 210 МВт. 

 Планируется, что в 2024 году Ставрополье будет вырабатывать до 1,5 ГВт электроэнергии за счёт возобновляемых источников, что составит до 30% отечественных мощностей в сфере «зелёной энергетики».  

ВЕТРОГЕНЕРАТОР: ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию.

Преимущества:

• топливо для работы не требуется;

• не снижается производительность в зимний период, в отличие от солнечных панелей, зимой производительность не уменьшается, а, скорее, растет из-за того, что скорость ветра в зимний период, как правило, выше, чем в летнее время, что является существенным преимуществом только потому, что в зимний период значительно возрастает спрос на электроэнергию;

• ветрогенераторы могут быть установлены в любых климатических условиях и для них подходит почти любая местность.  

  Недостатки:  

• непостоянность, заключается в том, что получить необходимое количество электроэнергии получается не всегда из-за изменчивости ветра. В некоторых частях земли энергии ветра может быть не достаточно, чтобы произвести необходимое количество электроэнергии.  Ветрогенераторы более эффективны и надежны в обеспечении  электроснабжения объектов в сочетании с солнечными панелями, дизель- бензо- газогенераторами, т.к., к сожалению, ветер весьма непостоянное погодное явление.
• значительные затраты: стоимость установки, которая производит 1   гига-ватт мощности, около 1 миллиона долларов.  
• опасность для дикой природы: лопасти турбины представляют собой потенциальную угрозу для некоторых видов живых организмов. Согласно статистике, лопасти турбины каждый год являются причиной смерти  многих видов    птиц.  Но при разработке  ветроустановок Кочубеевской  электростанции предусмотрено отключение или снижение скорости вращения лопастей турбин во время массового передвижения птиц. Кроме того, ВЭС оснастили устройствами для ультразвукового отпугивания птиц, а на края лопастей нанесли отпугивающую пернатых цветовую маркировку.
• шумовое загрязнение: шум ветрогененратора может причинять неудобства животным и людям, живущих поблизости.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ  МОДЕЛИ  ВЕТРОГЕНЕРАТОРА

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) состоит из следующих основных элементов:

1. Ветроколесо, лопасти которого непосредственно улавливают ветер;

2. Генератор, преобразующий энергию ветра в электрическую.

Для изготовления модели ветрогенератора потребовалось следующее оборудование: лопасти от настольного вентилятора, моторчик от электробритвы; электрический провод; светодиод; деревянная доска для подставки;   саморезы;   отвертка; электрический паяльник.

Принцип работы ветрогенератора основан на преобразовании кинетической энергии силы ветра в энергию вращения вала генератора. Роль ветра выполняет струя воздуха фена. Именно она вращает лопасти, что приводит во вращение ротор генератора. В результате этого вырабатывается электрический ток. Светодиод загорается.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ

При выполнении проекта

 -  изучил информацию о ветроэнергетике в России и за рубежом, но, к сожалению, в нашей стране ветроэнергетические установки используются крайне редко.

- определил преимущества ветроэнергетики:

а) нeзaвиcимocть oт иcкoпaeмых pecypcoв;

б) иcпoльзование aбcoлютнo бecплaтного иcтoчника энepгии;

в) экoлoгичecкaя чиcтoтa;

г) возможность  устанавливать в местах, где есть мощные потоки ветра и куда невозможно доставить электроэнергию.

- изучил принцип работы ветрогенератора, разработал и создал его действующую модель;

  - определил назначение данного источника энергии для конкретного потребителя (ветрогенератор можно использовать для коттеджей, ферм, дачных домиков, для малых производств в отдаленных районах, где центральная электросеть отсутствует)

Использование альтернативных источников энергоснабжения, возможно,  решит проблему экологии и исчерпаемости топливных ресурсов.

4. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Возобновляемые источники электроэнергии: учебное пособие / Б.В. Лукутин. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 187 с.
2. Энергетика, экология и альтернативные источники энергии / О. М. Лисов, В. Е. Степанов // Экология промышленного производства : Межотрасл. науч.-практ. журн. по отеч. и заруб. матер. - М.: ВИМИ, 2013. - N1.- С.47-55
3. Ветровая энергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2002.-58с.
4. www.wikipedia.org