Альтернативные виды энергии

Министерство науки и образования РБ

МО  Иволгинский район

МОУ Нижне – Иволгинская средняя общеобразовательная школа

Исследовательская работа на тему:

Альтернативные виды энергии. Солнечная батарея

Выполнил: ученик 10 «а» класса Доржиев Эрдэни

Научный руководитель: Чимитова О.Д. учитель физики

с. Нижняя Иволга

2022год

Введение.

Наша цивилизация нуждается в огромных количествах энергии – для любого вида производства, заправки транспорта, освещения домов... Но Земля, кажется, совершенно неистощима. Сегодня мы расскажем вам об альтернативных источниках энергии. Какие их виды существуют сегодня, и каковы перспективы их использования по мнению ученых?

Основные источники энергии — например, уголь или нефть, имеют обыкновение кончаться, и к тому же загрязняют окружающую среду. Им противопоставляются возобновляемые ресурсы — такие как геотермальная энергия или солнечное излучение. Сегодня мы рассмотрим десять альтернативных источников энергии, которые уже показали себя в деле.

В условиях постоянного ухудшения экологической обстановки на планете человечество вынуждено искать альтернативные источники энергии. Все больше стран делают выбор в их пользу. Конечно, перестраивать энергетическую инфраструктуру — затратное дело, но стоит рассматривать этот процесс как вклад в будущее всей планеты.

Актуальность выбранной темы обосновывается тем, что на сегодняшний день потребление электроэнергии возрастает с каждым днем. И вся эта нагрузка  ложится на передающие линии, что  в свою очередь требует постоянной модернизации электросетей, а значит новых затрат.

Цель работы: познакомить с альтернативными источниками энергии.

Задачи исследования:

1. дать определение понятию «альтернативные виды энергии»;

2. познакомить с видами альтернативных источников энергии;

3. дать сравнительную характеристику данным видам энергии; оценить их достоинства и недостатки;

4. оценить перспективы развития альтернативных видов энергии.

Гипотеза: 

Объект исследования:

Предмет исследования: Виды энергии

1.Гидроэнергия

2.Ветряная энергия

3.Солнечные батареи

Теоретическая часть.

Что такое альтернативная энергия?

При нынешних темпах развития производительных сил и освоении углеводородных ресурсов вопросы охраны окружающей среды приобретают особую актуальность, так как вследствие широкого внедрения энергоёмких и химических технологий, производства новых химических продуктов, недостаточного экологического контроля увеличиваются выбросы в атмосферу вредных для жизни человека веществ. Наряду с этим запасы нефти, газа, угля, торфа, ядерного топлива истощаются. Сегодня весь цивилизованный мир ищет новые пути в решении своих энергетических и экологических проблем.

Энергию можно разделить на два больших класса: невозобновляемая и возобновляемая. К первой категории относится использование таких энергоносителей, как нефть и каменный уголь. Рано или поздно из запасы на планете будут исчерпаны. К тому же, их применение связано с выбросами в атмосферу углекислого газа и глобальным потеплением. Возобновляемые, или альтернативные источники энергии — неисчерпаемые ресурсы, например, ветер или солнечный свет. Их применение имеет меньше «побочных эффектов», а риск истощения запасов отсутствует полностью. В наши дни большая часть энергии вырабатывается за счет сжигания нефти и газа, а также благодаря работе атомных электростанций. Все эти источники потенциально опасны для окружающей среды. Поэтому востребованной становится альтернативная энергетика, позволяющая получать энергию более экологичным способом, наносящим минимальный вред окружающей среде.

Альтернативные источники энергии — это устройства, позволяющие получать электрическую энергию (или другой вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, работающие на нефти, природном газе и угле.

Виды энергии.

Энергия ветра

Ветровая энергетика — преобразование энергии движущихся воздушных масс в электричество, которое может быть использовано потребителем. Подсчитано, что запасов ветровой энергии в 100 раз больше, чем энергетических запасов всех рек нашей планеты. Основа установки для получения энергии — ветровые генераторы и ветровые мельницы. Особенно развит этот способ в Германии, Дании и Ирландии.
Основные плюсы ветровой энергетики — экологичность и низкая стоимость получаемой энергии. Но есть и существенный минус. Предсказать силу ветра невозможно, она непостоянна и зависит от множества факторов. Поэтому приходится использовать дополнительные источники получения энергии. Есть у ветрогенераторов еще одно неприятное свойство: они могут вызывать радиопомехи. Наконец, ветровая энергетика может потенциально оказывать влияние на климат планеты, так как ветрогенераторы забирают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс. Однако ученые все еще не могут определить, насколько выраженным может быть это влияние и приведет оно к позитивным или негативным последствиям.

Сила воды

Основа гидроэнергетики — преобразование энергии водных масс в электричество. В качестве примера можно привести гидроэлектростанции, которые устанавливаются на крупных реках. Движущаяся вода воздействует на лопасти турбины, вращая их. Возникающая во время вращения энергия и преобразуется в электричество. Строительство ГЭС обходится государству очень дорого. Однако затраты быстро окупаются, так как цена полученной энергии получается сравнительно низкой (например, по сравнению с атомными электростанциями).

Строить гидроэлектростанции можно только на реках, которые никогда не пересыхают и имеют быстрое течение. Для возведения ГЭС необходимо обустроить плотину, позволяющую добиться определенного напора воды.

В России доля электрической энергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, составляет около 20% от всей энергетической генерации, а суммарная мощность всех ГЭС составляет 48085 МВт. В последние годы появилась идея использовать энергию приливов. Строятся приливные станции, преобразующие кинетическую энергию движущейся морской воды. В России самая крупная приливная электростанция функционирует в Мурманской области. Ее установленная мощность достигает 1,7 МВт. Наконец, есть способы генерации энергии из волн.

Эффективными оказались только три из них: поплавки, искусственные атоллы и подводные камеры. Такие электростанции передают кинетическую энергию по кабелю на станцию, где происходит выработка электричества. Есть у волновой энергетики два недостатка. Себестоимость полученное энергии довольно высока, а позволить себе обустройство станции могут только страны, имеющие продолжительную береговую линию. По этой причине этот вид используется редко.

Геотермальная энергетика

Наша планета вырабатывает большое количество тепла. Для получения энергии, в частности, используются геотермальные источники, располагающиеся в сейсмически опасных территориях и вулканических районах. Горячая вода может быть использована для непосредственного отопления зданий. Также ее перерабатывают в электроэнергию при вращении горячим паром турбины, идущей к генератору. Больше всего таких станций во Франции, Мексике и Америке.

Энергия осмотической диффузии

Этот вид альтернативной энергии стал разрабатываться сравнительно недавно. Осмотические электростанции устанавливаются в устьях рек и извлекают энергию из энтропии жидкостей в процессе взаимодействия соленой и пресной воды. Когда концентрация солей выравнивается, возникает избыточное давление, благодаря которому вращаются лопасти турбины. Пока в мире существует только одна осмотическая электростанция, функционирующая в Норвегии.

Биотопливо

Биотопливо производится из органических продуктов, в процессе переработки которых получается электрическая энергия. Выделяют твердое и жидкое биотопливо. К первой группе относятся дрова, топливные брикеты. Жидкое биотопливо — это биодизель, биобутанол, диметиловый эфир и т. д. Топливо можно получать непосредственно из биомассы (остатков растительного и животного происхождения), которые во время брожения выделяют горючий газ. Такие биогенераторы устанавливаются в сельских местностях. В России в последние годы построено множество заводов, которые перерабатывают древесные отходы в топливные брикеты и пеллеты, применяемые как топливо для различных видов котлов.

Гравитационная энергетика

Гравитационная энергетика — преобразование потенциальной энергии гравитационного поля планеты в электроэнергию. На данный момент уже разработан проект гравитационной электростанции, которая представляет собой подъемный кран со стрелами. Двигатели приходят в действие, когда опускаются блоки. Подъем блоков осуществляется, когда в сеть поступает избыток энергии.

Солнечная энергия, солнечные электростанции

Солнечную энергию преобразуют в электрическую посредством солнечный батарей. Удивительно, но всей планете на год хватило бы энергии, которую Солнце отправляет на Землю в течение одного дня. При этом выработка электроэнергии солнечными батареями не превышает 2% от общего количества. Однако солнечная энергия — одна из самых экологичных, безопасных и недорогих по себестоимости.

Пожалуй, единственным недостатком солнечной энергии является зависимость ее получения от времени суток и погодных условий. В северных странах строительство солнечных электростанция экономически невыгодно. По крайней мере, на данном этапе: ученые не исключают, что удастся создать солнечные батареи, которые будут улавливать фотоны даже в пасмурные дни.

Есть еще одна проблема: фотоэлементы необходимо вовремя утилизировать, так как в них содержатся мышьяк, галлий и свинец. Далеко не все страны могут позволить себе создание производств по переработке отработанных солнечных батарей. Наиболее широкое распространение солнечное электричество получает там, где оно обходится дешевле всех других видов. Например, солнечные электростанции устанавливаются на отдаленных фермерских участках, на комических станциях. Используется оно и в странах, где высока себестоимость других видов энергии. В качестве примера можно привести Израиль, где примерно 90% воды нагревается за счет энергии Солнца.

Солнечные батареи в последние годы активно используются для создания экологически безопасных автомобилей, самолетов и даже поездов. Солнечными батареями нередко оснащаются так называемые «умные дома», которые самостоятельно могут регулировать мощность установки в зависимости от потребностей обитателей жилья. В нашей стране солнечная энергетика получает все большее распространение в качестве резервного источника электрической энергии.

В России суммарная мощность электростанций, работающих на энергии Солнца, составляет 400,0 МВт. Проектируются новые станции, мощность которых будет составлять 850,0 МВт. Широко обсуждается проект создания космических солнечных электростанций. В открытом космосе преграды для солнечной радиации в виде атмосферного слоя отсутствуют. Поэтому возможен запуск на орбиту установок, оснащенных солнечными батареями, улавливающими энергию Солнца и пересылающих их на землю. КПД таких станций потенциально обещает быть приближенным к 100%, однако на данный момент их создание и запуск обойдется настолько дорого, что себестоимость энергии для потребителей получится слишком высокой.

Плюсы и минусы использования альтернативных источников энергии

Главными плюсами использования альтернативных источников энергии являются:

• возобновляемость ресурсов. Если поставить получение альтернативной энергии на поток, человечество никогда не столкнется с тем, что природные запасы исчерпают себя;
• экологическая безопасность. Альтернативная энергетика предполагает отсутствие опасных выбросов в окружающую среду;
• доступность по цене. На данный момент разработано множество способов получения альтернативной энергии.

Поэтому любое государство может подобрать те варианты, которым наилучшим образом соответствуют его климатическим условиям.

Есть у альтернативной энергетики и минусы, затрудняющие ее широкое распространение:

• высокая стоимость необходимого оборудования. Не все государства могут позволить себе строительство и монтаж солнечных и ветровых электростанций;
• зависимость от внешних условий и климата. Солнечная энергия, которая признается наиболее перспективной, недоступна в странах с невысокой продолжительностью светового дня, сейсмическая и геотермальная энергия может быть получена лишь в вулканических, сейсмически нестабильных регионах и т.д.;
• небольшая мощность установок. Единственным исключением из этого правила являются гидроэлектростанции, мощность которых можно сравнить с аналогичным показателем АЭС;
• воздействие на климат. Даже альтернативные источники энергии оказывают воздействие на климатические условия. Например, высокий спрос на биотопливо может стать причиной уменьшения площади посевных площадей, а строительство плотин для гидроэлектростанций оказывает влияние на речные биотопы.

Перспективы в России

Россия может получать из ветра около 10% всей энергии и примерно 15% - за счет солнечного света. Однако широкого распространения альтернативные источники энергии в нашей стране не получают. Связано это с доступностью невозобновляемых ресурсов (нефти и газа). Отсутствует и экономическая стимуляция строительства альтернативных электростанций. Во многих странах Европы имеется стимулирующий тариф, по которому государство приобретает полученную альтернативными способами энергию. В России подобный тариф не введен. Тем не менее, в России успешно реализуется ряд проектов, связанных с альтернативной энергетикой. Например, в 2017 году в Химках был запущен проект по созданию Центра альтернативной энергетики. Задачей центра будет обеспечение энергией промышленных предприятий. В 2019 году в Мурманске начал строиться ветропарк, который начнет функционировать в 2021 году. Планируется, что мощность парка составит 201 МВт. Ученые уверены в том, что в ближайшие годы человечество вынуждено будет стремиться к полному переходу на альтернативные источники энергии. Это даст возможность сохранить планету для будущих поколений и избежать кризиса, связанного с исчерпанием невозобновляемых ресурсов. Согласно прогнозам, будущее энергетики связано с энергией Солнца и ветра. Остается надеяться на то, что людям удастся успеть научиться полностью обходиться возобновляемыми источниками энергии до момента, когда запасы нефти и газа на планете подойдут к концу.

Практическая часть

Данные опроса

Энергия Солнца. Солнечная энергия - самый мощный из возобновляемых источников энергии. Щедрое солнце может дать в тысячу раз больше энергии, чем другие источники питания. Солнечные электроустановки уверенно завоевывают позиции в мировой энергетике. Преимущества солнечной энергетики:

♣ это бесплатный, безвредный, безграничный источник энергии, особенно выгодный в местах, куда провода электросетей еще не добрались.

К недостаткам следует отнести:

♣ зависимость от погоды и времени суток;

♣ высокая стоимость, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур);

♣ они занимают много площади.

Уже сейчас, создаются проекты, которые бы позволили избавиться от этих минусов. Одна из таких идей - это орбитальный спутник с большой батареей солнечных элементов. Такая космическая станция могла бы, накопившуюся энергию с помощью луча микроволновых волн передавать на передатчик, находящийся на земле.

Сколько нужно солнечных батарей для частного дома?

При морозе около – 22°С, чтобы поддержать в доме + 20°С в сутки нужно не менее 120 кВт тепловой энергии. Понадобится до 90 панелей, но зимой и в облачную погоду даже они выработают не более 20 – 25 кВт в сутки.

Сколько стоит солнечная батарея на 220 вольт?

Цена: от до руб. 58 900 руб.

Как выбрать солнечные батареи для частного дома?

Мощность

1. для автономного электроснабжения всего частного дома необходимо подбирать массив солнечных батарей от 1000 Вт и выше;
2. для питания бытовой техники (например, холодильника и телевизора) оптимальна суммарная мощность панелей от 500 Вт.
3. Сколько нужно солнечных панелей для дома 100м2? 
4. Хорошо утеплённый дом  площадью 100 м², для отопления в холодное время года (с октября по апрель) потребует около 11,5 МВт тепловой энергии в год. Такую же величину энергии за год сможет производить и солнечная станция 10 кВт (это около 30 солнечных панелей).

Как рассчитать мощность солнечных батарей для дома?

Площадь крыши делим на площадь одной панели: 50/1,63 = 30,67, округляем в меньшую сторону, получаем 30 солнечных батарей.
...
Для этого вам нужно:

1. Знать площадь крыши, для примера возьмем 50 м²;
2. Площадь одной солнечной батареи, берем 1,63 м²;
3. И мощность солнечной панели — возьмем среднюю по рынку на 275 Вт.
4. Как рассчитать мощность солнечной электростанции?
5. Для расчета емкости в ваттах необходимо умножить разность потенциалов (напряжение) на емкость, выраженную в ампер-часах. Таким образом емкость аккумулятора с параметрами 250 Ач и 12 В составит 3000 Вт*ч или 3 кВт*ч.