Какое будущее у ветровых электростанций?»

Предмет: физика

Класс: девятый

Тип проектов: исследовательский

Оборудование: ноутбук, слайд – проектор

Цель проектов: рассмотреть перспективы и экологические проблемы СЭС и ВЭС.

Для работы над проектами были сформированы две группы, каждая группа в свою очередь разбивалась еще на две подгруппы. Первая подгруппа искала необходимый материал по теме «Перспективы развития СЭС и ВЭС» анализировала и обрабатывала. Вторая подгруппа искала необходимый материал по теме «Экологические проблемы СЭС и ВЭС», также анализировала и обрабатывала материал, из найденного материала выделяла экологические проблемы и пути их решения. (развитие умений самостоятельного приобретения новых знаний и умений с использованием различных источников информации (энциклопедии, справочники, журналы, газеты, Интернет и т. д.); развитие умений производить обработку материалов и анализировать) Затем подгруппы обменивались найденной информацией, оформляли ее и создавали презентации. В конце всей проделанной работы каждая группа защищала свои проекты. После защиты класс принимал активное участие в обсуждении частей проекта. Учитель в свою очередь задавал возникающие вопросы, советовал, на что еще следует обратить внимание.

Модуль 2 Энергия воды, используемая для получения электрической энергии

План Модуля 2(3ч)

Цель:[I, II,III, IV, V]

Задачи:

Образовательная: 8, Д, Е, Ж.

Воспитательная: 1

Развивающая: 2,3, 4, 5, 6,7

Блок 2/1(1ч)

Тема: Получение электрической энергии с помощью энергии приливов и отливов.

Цель: [I, IV, V(4)]

Задачи:[2, 8, Д]

Формы работы: Лекция с элементами дискуссии.

Оборудование: иллюстрация схемы.

Ход урока:

На ход прилива и отлива влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см.

Максимально возможная мощность в одном цикле прилив – отлив, т. е. от одного прилива до другого, выражается уравнением

 (1)

где р – плотность воды, g – ускорение силы тяжести, S – площадь приливного бассейна, R – разность уровней при приливе.

Как видно из формулы, для использования приливной энергии наиболее подходящими можно считать такие места на морском побережье, где приливы имеют большую амплитуду, а контур и рельеф берега позволяют устроить большие замкнутые «бассейны».

Приливная электростанция (ПЭС)- электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной, залив или устье впадающей с море реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (>4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины. При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4—5 ч с перерывами соответственно 2—1 ч четырежды за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия). Для устранения неравномерности выработки электроэнергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна, в одном из которых поддерживается уровень «малой», а в другом — «полной» воды; третий бассейн — резервный; гидроагрегаты устанавливаются в теле разделительной плотины. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии, обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячного периода. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми электростанциями энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов.

На ПЭС устанавливают капсульные гидроагрегаты, которые могут использоваться с относительно высоким кпд в генераторном (прямом и обратном) и насосном (прямом и обратном) режимах, а также в качестве водопропускного отверстия. В часы, когда малая нагрузка энергосистемы совпадает по времени с «малой» или «полной» водой в море, гидроагрегаты ПЭС либо отключены, либо работают в насосном режиме — подкачивают воду в бассейн выше уровня прилива (или откачивают ниже уровня отлива) и таким образом аккумулируют энергию до того момента, когда в энергосистеме наступит пик нагрузки.

(см.Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 2, Урок 5, Слайды 2).

В случае если прилив или отлив совпадает по времени с максимумом нагрузки энергосистемы, ПЭС работает в генераторном режиме. Таким образом, ПЭС может использоваться в энергосистеме как пиковая электростанция. Так, например, работает ПЭС на 240 Мвт, построенная в 1966 в эстуарии р. Ране во Франции.

(см.Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 2, Урок 5, Слайды 3).

Использование приливной энергии ограничено главным образом высокой стоимостью сооружения ПЭС (стоимость сооружения ПЭС Ране почти в 2,5 раза больше, чем обычной речной ГЭС такой же мощности). В целях её снижения в СССР впервые в мировой практике строительства ГЭС при возведении ПЭС был предложен и успешно осуществлен так называемый наплавной способ, применяющийся в морском гидротехническом строительстве (тоннели, доки, дамбы и т.п. сооружения). Сущность способа состоит в том, что строительство и монтаж объекта производятся в благоприятных условиях приморского промышленного центра, а затем в собранном виде объект буксируется по воде к месту его установки. Таким способом в 1963—68 на побережье Баренцева моря в губе Кислой (Шалимской) была сооружена первая в СССР опытно-промышленная ПЭС. Здание ПЭС (361815 м) из тонкостенных элементов (толщиной 15—20 см), обеспечивающих высокую прочность при небольшой массе сооружения, было возведено в котловане на берегу Кольского залива, близ г. Мурманска. После монтажа оборудования и испытания корпуса здания на водонепроницаемость котлован был затоплен, здание на плаву вывели в море и отбуксировали в узкое горло губы Кислой. Здесь во время отлива оно было установлено на подводное основание и соединено сопрягающими дамбами с берегами; тем самым было перекрыто горло губы и создан бассейн ПЭС.

(см.Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 2, Урок 5, Слайды 4).

В здании ПЭС предусмотрено размещение 2 обратимых гидроагрегатов мощностью 400 квт каждый. 28 декабря 1968 ПЭС дала промышленный ток. Создание ПЭС Ране и Кислогубской ПЭС и их опытная эксплуатация позволили приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС (6—14 Гвт) в Белом море, Пенжинской (35 Гвт) и Тугурской (10 Гвт) в Охотском море, а также ПЭС в заливах Фанди и Унгава (Канада) и в устье р. Северн (Великобритания).

Вопросы для дискуссии:

1) Дайте определение приливной электростанции?

2) Что использует ПЭС?

3) Бассейном ПЭС называют …

4) Какие виды ПЭС существуют?

5) Что можно сделать для устранения неравномерности выработки электроэнергии?

6) В каких режимах можно использовать капсульные гидроагрегаты?

7) Когда ПЭС работает в генераторном режиме?

Блок 2/2(1ч)

Тема: Получение электрической энергии с помощью геотермальной энергии.

Цель: [I, IV, V(3)] Задачи:[2, 8, Е]

Формы работы: Беседа с элементами рассказа.

Оборудование: иллюстрация схемы.

Ход урока:

Геотермальная энергия — это энергия, внутренних областей Земли, запасенная в горячей воде или водяном паре. Первая в мире геотермальная электростанция была построена в 1904 году в Италии.

Температура Земли обычно достигает ста градусов на глубине 2–3 км. В районах вулканической активности термальные воды имеют высокую температуру и расположены гораздо ближе к поверхности, иногда выделяясь в виде перегретого пара, который можно использовать в турбине с электрогенератором. Считается, что при температуре выше ста градусов месторождение пригодно для строительства геотермальной электростанции, при более низкой температуре - для теплоснабжения. По использованию геотермальных электростанций в мире лидируют США, Филиппины и Мексика, а по использованию геотермального тепла - Китай, США и Исландия. В балансе производства электроэнергии и тепла из возобновляемых источников геотермальная энергия занимает 6–7%.

В отличие от энергии солнца и ветра геотермальную энергию можно использовать круглый год и по мере надобности. Обходится она, как правило, дешевле энергии от сжигания органического топлива. Однако высокотемпературных геотермальных ресурсов немного. В России они есть только на юге Камчатки, Курильских островах и Чукотке.

В нашей стране на Камчатке построены и работают две геотермальные электростанции – на реке Паужетке и на Паратунских источниках. Мощность Паужетской электростанции составляет 5 тыс. киловатт ив дальнейшем может быть доведена до 70 тыс. киловатт. В недалеком будущем войдут в строй геотермальные электростанции в районе Махачкалы и около Южно-Курильска. Кроме нашей страны, геотермальные электростанции имеются в Италии, Новой Зеландии, Мексике, Конго, США (Калифорния), Японии и Исландии. Общая мощность всех геотермальных электростанций мира превышает 700 тыс. киловатт.

Поскольку для получения электрической энергии на геотермальных электростанциях используется даровое тепло Земли, они вырабатывают более дешевую энергию, чем энергия тепловых, атомных и гидроэлектростанций. Если принять при этом во внимание и большие запасы геотермальной энергии в земной коре, можно утверждать, что геотермальной энергетике принадлежит большое будущее.

К сожалению, использование геотермальной энергии осложняется экологическими проблемами. Вода с больших глубин часто содержит фенолы и ядовитые окислы металлов. Такую воду после использования ее тепла приходится закачивать обратно в пласт, что требует дополнительных затрат. Экологические проблемы надеются решить с помощью полностью замкнутых систем с подземным теплообменником, в которых циркулирует легкокипящая жидкость.

Эффективны схемы отопления, использующие теплую (около 20 °С) термальную воду в сочетании с тепловыми насосами. Впрочем, тепловой насос иногда выгодно применять для отопления и в обычной местности, используя, например, тепло грунта, температура которого на глубине уже нескольких метров равна среднегодовой температуре на поверхности.

Самый популярный тепловой насос - обыкновенный холодильник. Он перекачивает тепло от холодной морозилки в теплую кухню, тратя на это электроэнергию. Если разобрать холодильник и закопать морозилку или просто выставить ее на улицу, а горячий задний радиатор оставить в доме, то им, в принципе, можно обогревать помещение. При определенных условиях на приведение в действие компрессора холодильника потребуется в несколько раз меньше электроэнергии, чем, если бы мы просто отапливали помещение электрическим нагревателем. Недостающее тепло насос возьмет от грунта, лишь бы температура грунта была выше, чем у морозилки.

Разумеется, обычный холодильник здесь непригоден. Но для той же цели серийно выпускаются схожие по сути устройства, которые тем эффективнее, чем меньше перепад температур между обогреваемым помещением и грунтом или другим источником тепла (водоемом, сточными водами, сбросами теплой воды или воздуха промышленных предприятий). Тепловые насосы - одна из перспективных энергосберегающих технологий, которая выгодна при наличии подходящих источников тепла, а также в районах, где обычное теплоснабжение затруднено или имеется избыток электроэнергии.

Приложение 2