asyan.org
добавить свой файл
1 2 3 4

Альтернативні джерела електроенергії України.



Науково-практична

конференція



Підготували і провели учні Чмирівського НВК «Школа-гімназія»

Керівник:Лаптінова Н.Н.




Тема: Альтернативна енергетика України .
Мета: розглянути перспективи використання відновлювальних джерел енергії (вітру, сонця, біомаси, малих і середніх річок);

розвивати в учнів дослідницьку та самоосвітню компетенції шляхом залучення їх до пошуково – дослідницької діяльності, розв’язання завдань, що мають практичне значення для розвитку науки і техніки;

формувати вміння в учнів спів ставляти факти отримані на уроках природничо – математичного циклу, виділяти головне, встановлювати причинно – наслідкові зв’язки та робити висновки;

виховувати раціональне ставлення до природних ресурсів, бережливе відношення до навколишнього середовища.
План роботи конференції

І Вступ

ІІ Сонячна енергетика

ІІІ Вітрова енергетика

IV Біоенергетика

V Гідроенергетика малих і середніх річок

VI Висновок

1-й слайд

Вступ (Учитель географії): Рівень розвитку енергетики має визначальний

Вплив на стан економіки в державі, на вирішення проблем соціальної сфери та рівень життя людей.

Глобалізація світового енергетичного ринку є виразною ознакою сьогодення. Відповідно до глобальних енергетичних процесів Україна має унікальне геополітичне та географічне значення і є значним транспортером відповідних ресурсів.

Проблема забезпечення української економіки енергоносіями – одна з найбільш наболілих.
(2 слайд)Україна забезпечена власним вугіллям на 83%, природним газом – на 15-20%, нафтою – на 7-8%.
(3 слайд)Значну долю енергоресурсів доводиться імпортувати:

Вугілля – до28млн.т., нафти – 14млн.т., газу – 40-45 млрд.м3.
(4 слайд)За нинішніх об’ємів видобутку та споживання енергоносіїв України може вистачити власних запасів природного газу на 30-32 роки, нафти (з газовим конденсатом) на 20-25 років, вугілля – на 400 років, уранової руди – на 100 років (за існуючих типів реакторів).

В умовах постійного зростання цін на традиційні енергоносії, залежності України від імпорту основних енергоносіїв змушує уряд і бізнес розвивати (5 слайд) альтернативну енергетику (використання енергії вітру, сонця, геотермальної енергії, біомаси), яка зараз займає всього 0,2% у загальному енергобалансі країни. Для порівняння, у Євросоюзі її частка вже досягла 10%.

Головним недоліком чистої енергетики є висока вартість обладнання для виробництва альтернативної енергетики. Тому в Україні в 2009 році для стимулювання виробництва електроенергії з відновлюваних джерел – вітру,сонця, біомаси та води було запроваджено “зелені тарифи”, (6 слайд)”Зелений тариф ” – це спеціальний тариф, по якому накуповується електроенергія, вироблена на об’єктах енергетики, використовуючи альтернативні джерела енергії. (7 слайд)Мета “зеленого тарифу” – дати можливість інвестору окупити додаткові витрати на встановлення обладнання для отримання електроенергії з ВДВ. Крім того держава сприяє кредитування цього бізнесу. Тож, на український ринок “зеленої” енергетики відчинено двері.

(8 слайд) Незалежна Україна швидко усвідомила, що таке енергетична криза, імпортуючи 78% необхідного природнього газу й 87% нафти з Росії, яка постійно підвищує на них ціни.

Платежі за енергоносії стають головним болем національної економіки.

Замість курсу на альтернативну енергетику й енергозбереження шляхом придбання й розвитку високих технологій країна пішла шляхом згортання енергомістких виробництв.

(9 слайд)У 1993 році в Криму в районі затоки Донузлав було введено в експлуатацію вітроелектростанцію потужністю 100 кВт. У середині 2001 року став до ладу 101 вітроагрегат загальною потужністю 10,9 МВт.

(10 слайд)Сьогодні в Україні працюють Аджигольська, Асканійська, Донузлавська, Новоазовська, Трускавецька, ВЕС із уведеною в дію загальною потужністю 24 МВт.

Вітроенергетика є складовою частиною Національної енергетичної програми України.

Крім вітроенергетики, альтернативної енергетики, як сформованої галузі економіки в Україні на даний час не існує.

Сьогодні ми розглянемо основні сучасні тенденції в розвитку деяких відновлюваних джерел енергії у світі, а також стратегію розвитку ВДЄ в Україні.

Ми зупинимося на таких аспектах нетрадиційних і відновлювальних джерел енергії, як біоенергетика, вітроенергетика, сонячна енергія та гідроенергоресурси малих та середніх річок України.

Дозвольте представити спеціалістів, які приймають участь у нашій конференції. Це учні, 8 – 11 класів. Питання фізико та економіко – географічних чинників, кліматичних умов розвитку альтернативної енергетики вивчали: Тищенко Христина, Данилова Маргарита, Думанов Денис, питання екології вивчала Прадед Тетяна. Зайцев Володимир, Мазаєв Олексій, Калініна Анна – вивчали питання з фізики. Шавлак Аліна – з економіки.

Слово надається Тищенко Христині

( 11 слайд)Фізико – географічні та економіко – географічні чинники використання сонячної енергії вивчав учень.

Сонячна енергія.

Учень 1:(12 слайд) Головними фізико – географічними чинниками, що впливають на геліоенергетичні ресурси, є:

  • кут падіння сонячних променів на приймальну поверхню та особливості його динаміки;

  • хмарність та її особливості;

  • аерозольна прозорість атмосфери;

  • властивості рельєфу

Кількість надходження сонячної радіації на одиницю земної поверхні залежить від кута падіння сонячних променів. Максимальна кількість сонячної радіації надходить на поверхню, що розміщена перпендикулярно до потоку сонячних променів.

Виходячи з цього, сонячні батареї доцільно розміщувати з орієнтацією на південь, під кутом до поверхні землі, що забезпечує максимальне надходження сонячної енергії на їх поверхні протягом року.

Другим за важливістю чинником є хмарність. Хмарність значно зменшує надходження прямої сонячної радіації, яка є головним джерелом енергії для сонячних електростанцій. Тому використання сонячних батарей у регіонах, для яких характерна часта або тривала хмарність, є малоефективним. Такими є райони з переважаючою циклонічною діяльністю.

Аерозольна прозорість атмосфери впливає так само, як і хмарність. Аерозольне забруднення розсіює пряму радіацію та зменшує її надходження до поверхні землі. Воно може бути спричинене як фізико – географічним чинниками, так і пилові, піщані бурі тощо, так і економіко – географічними факторами (забруднення атмосфери промисловими підприємництва ми та автотранспортом).

Властивості рельєфу впливають в першу чергу на відкритість горизонту щодо надходження сонячних променів.

(13-14 слайд) Серед економіко – географічних чинників розвитку використання сонячної енергії слід відмітити такі:

  • наявність вільних площ для встановлення сонячних батарей на дахах або стінах будівель,

  • підтримка місцевих та державних органів влади, що дозволяє економити на витратах,

  • фінансування встановлення об’єктів із місцевих або державних бюджетів.

Ведучий: Слово надається Прадед Тетяні.

Учень 2: Сонячні станції є ще недостатньо вивченими об’єктами, тому

віднесення їх до екологічно чистих не є обґрунтованим. У найкращому

випадку до екологічно чистої можна віднести кінцеву стадію – стадію

експлуатації СЕС.

Сонячні станції є достатньо землемісткими. Питома земле місткість СЕС змінюється від 0,001 до 0,006 га/кВт з найбільш вірогідними значеннями 0,003 – 0,004 га/кВт. Це менше, ніж для ГЕС, проте більше, ніж для ТЕС і АЕС. При цьому потрібно враховувати той факт, що сонячні електростанції значно матеріаломісткі (метал, скло, бетон тощо), до того ж у наведених значеннях землемісткості не враховується вилучення земель на стадіях видобутку та обробки сировини. Для енергетики майбутнього необхідно було б переробити 48 млрд. т гірських порід, а на усі потреби людства зараз видобувається біля 20 млрд. т. (Відомо, що гірничодобувна промисловість посідає перше місце за вилученням земельних ресурсів.) У випадку створення СЕС із сонячними старками питома( 15 слайд) землемісткість збільшиться, а також збільшиться небезпека забруднення підземних вод розсолами.

Сонячні концентратори спричиняють великі за площею затемнення земель, що призводить до значних змін ґрунтів, рослинності тощо. Небажану екологічну дію в районі розташування станції викликає нагрівання повітря при проходження через нього сонячного випромінювання, сконцентрованого дзеркальними відбивачами . Це призводить до зміни теплового балансу, вологості,напрямку вітрів; у деяких випадках можливі перегрів і займання систем,що випливають звідси. Застосування низько киплячих рідин і неминуче їх витікання в сонячних енергетичних системах під час тривалої експлуатації можуть призвести до значного забруднення питної води. Особливу небезпеку представляють рідини, що вміщують хромати і нітрати, які є високотоксичними речовинами.

Геліотехніка чинить опосередкований вплив на навколишнє середовище. У районах її розвитку мають споруджуватися великі комплекси з виробництва бетону , скла, сталі. Під час виготовлення кремнієвих, кадмієвих і арсенідогелієвих фотоелектричних елементів у повітрі виробничих приміщень з’являються кремнієвий пил, кадмієві і арсенідні сполуки, небезпечні для здоров’я людей.

Серед кліматологів існує думка, що повсюдне впровадження сонячної енергетики може змінити відбивну здатність земної поверхні і привести до зміни клімату. Відносно сонячної енергії можу завірити, що вона абсолютно безпечна для Землі, що оточує середовища і людей. Сонячна енергетика включає виробництво енергозбережних і енергорегулюючих продуктів на екологічно просунутих заводах, а також переробку і повторне використання матеріалів. Її використання дозволяє значно скоротити прямі і непрямі викиди під час виробництва. Аморфний кремінь, який використовується як провідник, не приченяє ніякої шкоди. При цьому термін дії носія вимірюється десятиліттями.

Ведучий (учитель географії) Слово надається Зайцеву Володимиру.

Учень 3: Використання енергії Сонця

Сонячна енергетика — використання сонячної енергії для отримання енергії в будь - якому зручному для її використання вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії і в перспективі може стати екологічно чистою, тобто такою, що не виробляє шкідливих відходів.

На сьогодні сонячна енергетика широко застосовується у випадках, коли малодоступність інших джерел енергії в сукупності з достатньою кількістю сонячного випромінювання виправдовує її економічно.

Електроенергію за рахунок використання сонячної енергії можна отримати в теплосилових установах, в яких тепло від згорання палива замінюється потоком концентрованого сонячного випромінювання. Принципова схема будови енергетичних геліоустановок наведена на рисунку.

Робочим тілом в колекторах є вода або водно-спиртовий розчин у зимовий період. Ефективність використання падаючого на приймач випромінювання становить від 20 до 35%, вироблена електроенергія становить від 10% до 30% ефективного падаючого випромінювання.

Ресивер - це сонячний котел, в якому виробляється водяна пара середніх параметрів, спрямована потім в стандартну парову турбіну. Принципова схема такої установки 1 наведена на (16слайд)

(17 слайд)Найбільша сонячна електростанція потужність 10 МВт (8о1аг Опе) була побудована в Каліфорнії (США). Більшість з подібних сонячних електростанцій передбачає однаковий принцип дії: поле розміщених на рівні землі дзеркал-геліостатів, що "слідкують" за сонцем, відбивають сонячні промені на приймач-ресивер, встановлений на досить високій вежі.

Щоб можна було виробляти електричну енергію в нічний час та в періоди зменшення сонячної радіації, користуються звичайним паливним котлом, що дає змогу турбіні працювати в різних режимах.

Інший проект вежевої сонячної електростанції реалізується німецьким консорціумом. Він передбачає спорудження сонячно-паливної електростанції потужністю 30 МВт з об'ємним ресивером для нагрівання атмосферного повітря, за допомогою якого виробляється водяна пара в паровому котлі. На шляху підігрітого повітря від ресивера до котра передбачається горілка для спалювання природного газу, кількість якого регулюється таким чином, щоб протягом доби підтримувати потрібну потужність.

Розрахунки показують, що, наприклад, для річного надходження сонячного випромінювання 6,5 ГДж/м2 (що характерно для півдня України) ця станція з сумарною поверхнею геліостатів 160 тис.м2 буде отримувати 290,2 ГВт.год/рік сонячної енергії, а кількість внесеної паливом енергії буде становити 176,0 ГВт.год/рік. При таких показниках електростанція виробить за рік 87,9 ГВт.год електроенергії із середньорічним ККД 18,8%. При таких показниках вартість електроенергії буде на рівні теплових електростанцій на органічному паливі.

Останнім часом через стрімкий розвиток космічної техніки у світі зросла цікавість до установок, які безпосередньо перетворюють сонячну радіацію на електричну енергію за допомогою напівпровідникових фотоелектроперетворювачів (ФЕП). Вартість електроенергії, що виробляється фотоелектричними установками (ФЕУ) на сьогодні в декілька разів вища, ніж на електричних станціях з тепловим циклом. Незважаючи на це,. ФРУ активно впроваджуються як у розвинутих країнах, так і в країнах, що розвиваються. При цьому можна дослідити дві протилежні тенденції.

У країнах, що розвиваються, мова йде про застосування порівняно невеликих установок для електропостачання індивідуальних будинків у віддалених селах, для оснащення культурних центрів, де завдяки ФЕУ можна користуватися телевізором тощо. В цих випадках на перший план виступає не вартість електроенергії, а соціальний ефект.

У промислово розвинених країнах активне впровадження ФЕУ пояснюється кількома факторами. По-перше, ФЕУ розглядаються як екологічно чисті джерела, що здатні зменшити забруднення довкілля. По-друге, використання ФЕУ у приватних будинках підвищує енергетичну автономію. В-третіх, вартість прокладання ліній електроживлення у важко/доступній місцевості становить 5-15 тис дол/км В-четвертих, велике значення має динаміка зміни показників ФЕУ за останні два десятиліття, на основі якої на найближчий час прогнозується досягнення конкурентоспроможності ФЕУ для широкого використання.

Вперше явище фотоефекту дослідив французький фізик Беккерель 1839 року, отримавши потік електронів при освітленні сонячним світлом пластини оксиду міді. Винахід був широко впроваджений у життя після відкриття напівпровідників. Як світлочутлива зона фотоелементів використовуються селен (8е), кристалічний кремній (8і), аморфний кремній (8іОе) тощо. Фотоефект утворюється, коли фотон (світловий промінь) падає на елемент із двох матеріалів з різним типом електричної провідності (дірчастий або електронний). Потрапивши в такий матеріал, фотон вибиває електрон з його комірки, утворюючи вільний від'ємний заряд і "дірку". В результаті рівновага так званого "р-п"- переходу порушується, і в колі виникає електричний струм. Будову і кремнієвого фотоелемента показано на рисунку (18 слайд ). Найближчими "родичами" сонячних фотоелементів є транзистори, світлодіоди та інші електронні пристрої.

Чутливість фотоелемента залежить від довжини хвилі світла та прозорості верхнього шару елемента. В ясну погоду кремнієві елементи виробляють електричний струм приблизно 0,5 В і 25 мА на 1 см2 або 12-13 мкВт/см . Найбільш поширені кремнієві фотоелементи. Вони бувають монокристалічні та полікристалічні. Різниця між цими 1 матеріалами полягає в специфіці отримання початкових кремнієвих заготовок при їх вирощуванні з розплавів. Монокристалічна заготовка більш однорідна але дорожча. Полікристалічна - менш однорідна має нижчу вартість, що може бути вирішальним фактором, коли йдеться про виготовлення фотоелементів. Теоретична ефективність кремнієвих елементів становить приблизно 28%, а практична - від 14% до 16%.

Незважаючи на поширену хибну думку, насправді фотоелементи виробляють більше енергії при низьких температурах. Це пояснюється тим, що фотоелементи - це електронні пристрої й виробляють енергію від світла, а не від тепла, тобто працюють ефективніше в холоді, ніж при високих температурах. А взимку вони виробляють менше енергії лише за рахунок скорочення світлового дня, тому що кут падіння сонячного світла у цей період менший, а хмарність більша.

За допомогою послідовно-паралельних електричних сполучень сонячні елементи складають у сонячну (фотоелектричну) батарею в герметичному корпусі. Потужність сонячних батарей, що серійно випускаються промисловістю, становить 50-200 Вт. На сонячних фотоелектричних станціях сонячні батареї використовуються для складання фотоелектричних генераторів. На рисунку (19слайд ) представлені склад та блок-схема сонячної фотоелектричної станції. Термін служби такої станції становить 20-30 років, експлуатаційні витрати мінімальні.

Сонячна фотоелектричні станції використовуються для живлення водопідйомних насосів, телекомунікаційних систем, катодного захисту трубопроводів, в домашніх господарствах тощо.(20 слайд)

Основною перешкодою на шляху розвитку фотоенергетики є велика вартість встановленої потужності та, відповідно, генерованої електроенергії.
Ведучий: Слово надається Даниловой Маргариті.



следующая страница >>