К вопросу о будущем...

К вопросу о будущем... Будущее может быть таким... ...а может быть таким... Авторы проекта Зиганшин Раис, Зверев Иван , ученики 9В класса Руководитель проекта Громова Светлана Фёдоровна , учитель информатики Актуальность Выживание современного человека напрямую зависит от того, как он будет использовать имеющиеся природные ресурсы. Если человек в ближайшее время не найдет альтернативные источники энергии, а также будет небрежно использовать уже имеющиеся, то его судьба будет плачевной. Гипотеза Неправильное, неэкономное использование природных (энергетических) ресурсов человеком приведёт к их истощению. А истощение топлива приведёт к деградации и одичанию человека... Основополагающий вопрос Что рождает жизнь? Проблемно-тематические вопросы 1. Почему солнце, воздух и вода – наши лучшие друзья ? 2. Как укротить стихии? 3. Как посредством меньшего получить большее? Цели проекта 1. Познакомиться с историей развития электроэнергетики. 2. Узнать о возможных альтернативных источниках электроэнергии. 3. Применить на практике способы энергосбережения. Задачи проекта 1. Изучить различные источники электроэнергии. 2. Экспериментально доказать возможное получение электроэнергии альтернативными способами. 3. Изучить и применить на практике способы энергосбережения. Этапы создания проекта 1. Начинай взбираться вверх снизу (теоретический). 2. Дорого лишь то, что нелегко даётся (практический). 3. Белый свет не клином сошёлся (заключительный). Использованные методы Теоретические: Поиск, анализ, обработка, изучение различных источников информации. Практические: Оформление проекта на сайте, используя текст, изображения, презентации; опросы, эксперименты. Этап 1. Начинай взбираться вверх снизу «Был мир земной кромешной тьмой окутан. Да будет свет! И вот явился Ньютон! Но сатана не долго ждал реванша: Пришел Эйнштейн и стало все, как раньше...». Использование огня Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь. Первым способом его получения, по-видимому, стал метод получения из произвольного источника нагревания, такого как молния. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д. Поэтому огню уделялось большое внимание в ряде мифологий. Но огонь не мог дать всего, что хотел взять человек... Использование воды Для удовлетворения своих потребностей человек ищет новый источник энергии и им становится вода. Энергию воды в механическую энергию превращало водяное колесо, которое давало много преимуществ. Самое раннее водяное колесо в Европе происходит из Древней Греции, образцы зарегистрированы в работе Аполлония Пергского , 240 год до н.э. Водяные колеса широко использовались в период Античности и Средневековья, являясь своеобразной движущей силой развития промышленности в Европе: они помогали молоть зерно, пилить брёвна, ковать железо, дублить кожу, изготовлять бумагу. Её значение в жизни средневековых людей было очень велико. Использование ветра Альтернативой водяному колесу была ветряная мельница. Первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, 1-й век н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в XIII веке принесены в Европу крестоносцами. На протяжении всего Средневековья ветряные мельницы (наряду с водяными мельницами) были единственными машинами, которые использовало человечество. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей. Однако главной функцией ветряной мельницы была молка зерна. Использование пара и топлива Позже люди стали использовать паровые механизмы. Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано тем же Героном Александрийским. Первая паровая машина была создана лишь в середине XVII века испанским изобретателем Херонимо Аянсом де Бомонт. Огромный вклад в развитие паровых машин внес также английский кузнец Томас Ньюкомен . Неоценимый вклад внёс шотландский инженер Джеймс Уатт. Механизмы созданные этими изобретателями были очень удобны, однако их КПД был невелик. Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления. Однако с увеличением давления возникала и большая опасность взрывов в машинах и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования. Их применяли во всех отраслях производства: они широко использовались в промышленности, на транспорте и стали энергетической основой промышленной революции XIX века. Использование электричества В XIX веке начинает зарождаться электроэнергетика. Само явление электричества открыл греческий философ Фалес. Первую теорию электричества создает американец Бенджамин Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость». Далее, в 1791 году, итальянец Луиджи Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока — гальванический элемент. После этих экспериментов электричеством заинтересовываются другие учёные, такие как Кулон, Ампер, Герц, Фарадей, Эрстед, Oм и делают другие очень важные открытия. Неоценимый вклад в познание свойств электричества вложил знаменитый экспериментатор Никола Тесла. Создание надёжных источников тока сделало возможным удовлетворение возросших потребностей в электрической энергии для практических целей. Идея применения электрической энергии для освещения была высказана Василием Петровым в 1802. Уже в 1880-ом Томас Эдисон начал выпуск безопасных лампочек. Начало применению электроэнергии для технологических целей положили работы Бориса Якоби с 1838. Развитие электроэнергетики связано с массовым распространением электрического освещения, которое завершилось уже к середине XX века в большинстве развитых стран. Но запрос на электричество с каждым годом колоссально растёт. На сегодняшний день ежедневное мировое потребление энергоресурсов на нужды транспорта, электроэнергетики, сельского хозяйства, промышленности, отопления и на другие потребности человечества представляет из себя очень большие числа. С учетом прогнозируемого экономического роста и увеличения численности населения, ожидается, что к 2030 г. общий мировой спрос на энергию увеличится приблизительно на 35%, несмотря на значительное повышение эффективности использования энергии. Этап 2. Дорого лишь то, что нелегко даётся Энергия огня Солнце - центр нашей системы из 8 планет, является первичным и главным источником энергии в нашей системе планет. Являясь большим термоядерным реактором, выделяющим громадное количество энергии, оно согревает Землю, приводит в движение и верхние слои атмосферы, океанские течения и реки. Благодаря совместному труду Солнца, воды и воздуха, за миллионы лет, на 3емле накоплены запасы углеводородов - угля, нефти, газа и пр., которые мы сейчас активно расходуем. Для удовлетворения потребностей человечества в энергоресурсах, на сегодняшний день, требуется сжечь около десяти миллиардов тонн углеводородного топлива в год. НО! Этих энергорисурсов человеку хватит на ближайшие 50 лет! Энергия воды Вода – источник жизни на земле. Это одно из самых уникальных и удивительных явлений на нашей планете, обладающее множеством уникальных свойств, использование которых может быть очень выгодно и полезно для человека. Согласно результатам исследований NASA из мирового океана можно получать 91000 ТВч энергии в год. Энергию воды грубо можно разделить на три типа по ее виду, в котором она преобразовывается: 1) Энергия приливов/отливов Вообще само явление отлива очень интересно и долгое время оно никак не могло быть объяснено. Большие массивные (и разумеется близкие к Земле) космические объекты, такие как Луна или Солнце, действием своей гравитации приводят к неравномерному распределению воды в океане, создавая «горбы» из воды. Из-за вращения земли начинается движение этих «горбов» и их перемещение к берегам. Но из-за того же вращения Земли, положение океана относительно Луны изменяется, уменьшая тем самым действие гравитации. Приливной генератор Плюсы: Экологичность Низкая себестоимость производства энергии Минусы: Создание дамбы приводит к увеличению амплитуды приливов со стороны океана Изменение флоры и фауны биологической системы водоёмов Высокая стоимость строительства Может работать только в составе энергосистемы 2) Энергия морских волн Данный вид энергии обладает довольно высокой удельной мощностью(приблизительная мощность волнения океанов достигает 15 кВт/м). Мощность этого вида добычи энергии напрямую зависит от высоты волны. На сегодняшний день использование энергии морских волн не особо распространено из-за ряда сложностей, возникающих при создании установок (таких как сложные условия эксплуатации и непредсказуемость поведения волн). Пока эта сфера находится только на стадии экспериментальных исследований. Волновой генератор Плюсы: Волновые электростанции могут выполнять роль волногасителей, защищая порты, гавани и берега от разрушения Маломощные волновые электрогенераторы некоторых типов могут устанавливаться на стенках причалов, опорах мостов, уменьшая воздействие волн на них. Поскольку удельная мощность волнения на 1-2 порядка превышает удельную мощность ветра, волновая энергетика может оказаться более выгодной, чем ветровая. Минусы: Волновая энергетика может привести к вытеснению рыбаков из продуктивных рыбопромышленных районов и может представлять опасность для безопасного плавания. 2) Энергия падающей воды А этот вид энергии стал доступным для человека благодаря совместной «работе» трех стихий: воды, воздуха и, конечно же, солнца. Солнце испаряет с поверхности озер, морей и океанов воду, образуя облака. Ветер перемещает газообразную воду к возвышенным областям, где она конденсируется и, выпадая в виде осадков, начинает стекать обратно к своим первоисточникам. На пути этих потоков ставятся гидроэлектростанции, которые перехватывают энергию падающей воды и преобразуют ее в электрическую. Мощность, вырабатываемая станцией, зависит от высоты падения воды, поэтому на ГЭС стали создаваться дамбы. Они так же позволяют регулировать величину потока. Разумеется создание такого огромного сооружения стоит очень дорого, но ГЭС полностью себя окупает благодаря неисчерпаемости используемого ресурса и свободного доступа к нему. Энергия падающей воды Плюсы: Для получения электроэнергии не нужно топливо Нет выбросов в атмосферу Простота в обслуживании и эксплуатации Минусы: Перекрыть крупную реку - очень дорогое удовольствие При перекрытии рек затапливаются огромные территории Построить ГЭС можно только в определенных местах Энергия ветра К 19 веку ветряки стали уже привычным делом на людей. А создание первой ветряной мельницы, преобразующей ветер в электроэнергию, стало началом нового витка в истории современной энергетики - ветроэнергетики. Данная отрасль энергетики стала весьма перспективной, потому что ветер является возобновляемым источником энергии. Развитие ветроэнергетики идет очень активно: к 2008 году общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 120 гигаватт! Поскольку мощность ветрогенератора зависит от площади лопасти генератора, имеется тенденция к увеличению их размеров, и эти сооружения мельницами никак не назовешь – теперь это турбины. Большое распространение данный вид энергетики получил в США. К середине двадцатого века там было построено несколько сотен тысяч турбин. С течением времени ветряные фермы стали весьма распространенным явлением в ветряной Калифорнии да и по всей территории штатов, а после выхода в свет закона об обязательной скупке коммунальными предприятиями лишней электроэнергии, полученной из ветра, у рядовых граждан, эта область стала привлекательной и материально. Важным является экологический аспект ветроэнергетики. По данным Global Wind Energy Council к 2050 году эта отрасль поможет уменьшить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн. К тому же турбины занимают совсем небольшую площадь ветряной фермы (порядка одного процента), а значит, остальная площадь открыта для сельского хозяйства. Это имеет большое значение в небольших густонаселенных странах. Энергия земли Планета Земля. Мать всего живого и неживого. Для выживания человеку необходима энергия. И он берет ее, разворовывая недра нашей планеты: добывает тоннами нефть, уголь, вырубая леса и т.д. Одним из возможных решений этой насущной проблемы стала геотермальная энергетика, то есть использование внутреннего тепла земли и превращение его в электроэнергию. Приблизительная температура земного ядра 5000 ?С, а давление там достигает 361 ГПа! Такие невероятно высокие значения достигаются вследствие радиоактивности ядра. Как будто внутри Земли работает природная атомная станция. Ядро разогревает близлежащие пласты породы, создавая тем самым горячие потоки, размером с континенты. Они медленно поднимаются из глубины земных недр, заставляя двигаться континенты, провоцируя извержения вулканов и землетрясения. Наша планета постоянно находится в движении, ее динамические изменения изучаются учеными всей планеты, стремящимися раскрыть все тайны и загадки земных недр. При удалении от ядра температура постоянно уменьшается, но жар при извержении вулканов говорит нам о том, что даже «низкая» для ядра температура, просто колоссальна для нас. Тепловая энергия земли огромна, но загвоздка в том, что современные технологии пока не позволяют использовать ее если не полностью, то хотя бы наполовину. В некотором смысле земное ядро можно считать вечным двигателем: есть сильное давление (а оно благодаря гравитации будет всегда), значит есть высокая температура и атомные реакции. Но пока не создано ни технологий, ни материалов, которые смогли бы выдержать столь жесткие условия и позволить добраться до ядра. Зато уже сегодня мы можем использовать тепло приповерхностных слоев, температура которых конечно же не сравнима с тысячами градусов, но вполне достаточна для выгодного ее использования. Существует несколько способов использования геотермальное энергии. Например можно использовать горячие подземные воды для обогрева жилых домов, всевозможных предприятий или учреждений. Но больший интерес вызывает использование тепловой энергии для преобразования ее в электроэнергию. Геотермальную энергию различают по форме, в которой она вырывается из-под земли: «Сухой пар». Это пар, вырывающийся из-под земли без капелек воды и примесей. Его очень удобно использовать для вращения турбин, вырабатывающих электрическую энергию. А конденсированная вода, как правило, остается довольно чистой и ее можно возвращать обратно в землю или даже в ближайшие водоемы. «Влажный пар». Это смесь воды и пара. В данном случае задача несколько усложняется, поскольку приходится сначала отделить пар от воды, а лишь потом его использовать. Капли воды могут повредить турбины. «Система с бинарным циклом». Из-под земли вырывается просто горячая вода. Используя эту воду, изобутан переводят в газообразное состояние. А затем используют изобутановый пар для вращения турбин. Ну и естественно эту воду можно использовать для непосредственного обогрева помещений – централизованное теплоснабжение. Недостаток таких установок в том, что они привязаны географически к районам газотермальной активности, которые расположены совсем неравномерно по поверхности земли. Например в России источники геотермальной энергии расположены на Камчатке, Курильских островах и Сахалине – экономически плохо развитых регионах. Биоэнергия Биоэнергия – это совокупность целого спектра альтернативных источников энергии. Этот спектр объединяют одним общим понятием биомасса. По сути это результат жизнедеятельности всех живых организмов нашей планеты. Ежегодно прирост биомассы на планете достигает 130 млрд. тонн сухого вещества. Это соответствует 660 000 ТВтч в год, при том, что мировой общественности требуется всего лишь 15 000 ТВтч в год. Foto-53253-12660.jpg Сегодня более 99% автовладельцев используют топливо, производимое из нефти. И с каждым днем количество автомобилей на дорогах растет. Нефтяное топливо едва ли можно считать возобновляемым. Количество нефти с каждым годом неумолимо уменьшается, что приводит к повышению цены на нее. А поскольку экономика многих стран только развивается, то несмотря на повышение цен, спрос на нефть все равно будет расти. Замкнутый круг, выходом из которого может стать биотопливо. Долгое время биотопливо считалось неконкурентоспособным, потому что уступало ископаемому топливу и по производимой мощности и по сложности внедрения. Но постоянно развивающиеся технологии помогли решить эти проблемы. Боитопливо бывает разных типов: - жидким: метанол, этанол, биодизель; - газообразным: водород, сжиженный нефтяной газ; - твердым: дрова, уголь, солома. Недавно созданное жидкое биотопливо отличается своей экологичностью и доступностью, но помимо этого имеет и еще одно важно преимущество. Для перехода на жидкое биотопливо не понадобиться существенных изменений в структуре двигателей и оборудования. Само биотопливо представляет собой сырьё, получаемое при переработке, как правило, семян рапса, сои, стеблей сахарного тростника или кукурузы. Развивается еще много направлений получения органического топлива. Атомная энергия На протяжении долгого времени человечество находило те или иные варианты решения вопроса альтернативных источников энергии, но настоящим прорывом в истории энергетики стало появление ядерной энергии. Ядерная теория прошла долгий путь развития, прежде чем люди научились применять ее в своих целях. Все началось еще в 1896 году, когда А.Беккерель зарегистрировал невидимые лучи, которые испускала урановая руда, и которые обладали большой проникающей способностью. В дальнейшем это явление получило название радиоактивности. История развития ядерной энергии содержит в себе несколько десятков выдающихся фамилий, в том числе и советских физиков. Завершающим этапом развития можно назвать 1939 год – когда Ю.Б.Харитон и Я.Б.Зельдович теоретически показали возможность осуществления цепной реакции деления ядер урана-235. Далее развитие ядерной энергетики шло семимильными шагами. По самым приблизительным подсчетам энергию, которая выделяется при расщеплении 1 килограмма урана, можно сравнить с энергией, которая получается при сжигании 2 500 000 кг каменного угля. Так как же получают эту энергию? Все дело в цепной реакции деления ядер некоторых радиоактивных элементов. Обычно используется уран-235 или плутоний. Деление ядра начинается, когда в него попадает нейтрон – элементарная частица, не имеющая заряда, но обладающая сравнительно большой массой (на 0,14 % больше, чем масса протона). В результате образуются осколки деления и новые нейтроны, обладающие высокой кинетической энергией, которая в свою очередь активно преобразуется в тепло. Этап 3. Белый свет не клином сошёлся Способы энергосбережения: Рациональное использование электроприборов: Использование энергосберегающих устройств Статистка свидетельствует, что 50% сэкономленной электроэнергии - это экономия за счет освещения. Сэкономить на освещении можно разными способами. Например:энергосберегающие лампы потребляют энергии примерно на 80 процентов меньше, чем традиционные лампы накаливания и служат в 8-10 раз дольше. Частичная замена ламп накаливания энергосберегающими позволяет снизить потребление электроэнергии на освещение в квартире в 2 раза.Или утюг - весьма энергоемкий прибор. Разогревается он быстро, а остывает в десяток раз медленнее. Поэтому прежде чем начать гладить, подготовьте белье. При постепенном разогреве утюга гладьте вещи из натурального и искусственного шелка, потом из чистой шерсти, хлопка и льна. В последнюю очередь - накрахмаленное белье и изделия из плотных тканей.Чтобы немного сэкономить при глажке, оставляйте белье недосушенным. Чтобы отгладить пересушенное белье, нужен более горячий утюг, а значит, энергопотребление больше. Сбережение тепла; Многие используют электрообогреватели в зимнее время года, непродолжительная работа обогревателя может «съесть» всю сэкономленную электроэнергию. Но поддерживать нормальную температуру и ,как следствие, экономить электроэнергию можно более простыми способами: 1. Не выбрасывайте деньги в окно. Окно, часами остающееся приоткрытым, не обеспечит Вам приток свежего воздуха, но большой счет за отопление оно обеспечит наверняка. Лучше проветривать чаще, но при этом открывать окно широко и всего на несколько минут. Полное проветривание в течении 2 минут каждые 3-4 часа сохраняет намного больше тепла, чем постоянное частичное проветривание. Зимой достаточно 2-3 минут полного проветривания. Весной и осенью – до 15 минут Окна Более радикальным способом снижения теплопотерь является установка окон с одно- или многокамерным вакуумным стеклопакетом. Современные металлопластиковые или деревянные окна обладают хорошими звуко- и теплоизолирующими свойствами. В отличие от обычных «советских» окон, стеклопакеты пропускают тепло только в инфракрасном диапазоне, поскольку между слоями стекла нет воздуха. Теплопотери правильно установленного оконного блока ниже в 6-7 раз по сравнению с традиционным. Их дополнительная тепловая изоляция или замена на современные стеклопакеты может повысить температуру в помещении на 4-5 °С. Балкон Застекленный балкон способствует повышению температуры внутри помещения на 1-2 градуса. Традиционно лучшим "теплым" полом является деревянный пол. Бетонные полы покрытые ПХВ плиткой, линолеумом или ламинатом можно покрыть ковровым покрытием. Температуру воздуха в помещении это не поднимет, но физиологический эффект "тепла" обеспечит. Двери Чтобы в квартире было по настоящему тепло, следует утеплить входную дверь или поставить двойные двери. Щели между входной дверью и косяками лучше уплотнить самоклеющими резиновыми трубчатыми уплотнителями.Особое внимание уделите уплотнению балконных дверей. Для того, чтобы выбрать профиль уплотнителя, определите размер зазора. С этой целью положите в зазор окна или двери через целлофан кусочек пластилина и измерьте толщину сжатого пластилина.Не  экономьте на качестве уплотнителя.Уплотнив двери, Вы сможете повысить температуру в помещении на 1-2°С, и кроме этого обеспечите задержание пыли, выхлопных газов и снижение внешнего шума. 2.Не преграждайте путь теплу. Не облицованные батареи отопления не всегда красивы на вид, зато это гарантия дополнительных 5-10% тепла. 3.Длинные шторы, радиаторные экраны, неудачно расставленная мебель, стойки для сушки белья перед батареями могут поглотить до 20 % тепла. 4.Не выпускайте тепло. На ночь опускайте жалюзи, закрывайте шторы, чтобы уменьшить теплопотери через окна. 5.Термоизолируйте ниши для отопительных батарей и разместите за радиаторами отражательную серебряную фольгу (теплоотражающий экран). Благодаря этому можно сэкономить до 4 % затрат на отопление. 6.Не перегревайте квартиру. Помните: каждый дополнительный градус температуры в помещении обходится примерно в 6 процентов дополнительных затрат на энергию. 7.Утеплите окна и двери. Это позволит вам отказаться от электрообогревателей, которые потребляют значительное количество электроэнергии. Заключение Наша жизнь держится на трех «китах»: это энергия, материя и информация. Уберем одного из них, и жизнь станет невозможной. Что рождает жизнь? Жизнь рождает энергия, и мы это доказали. Развитие и существование жизни без энергии не возможно. Долго ли будет существовать наша цивилизация? Во многом это завит от нашего отношения к потреблению энергии. Прикладное значение проекта Проект подготовлен для представления на конкурсе проектов. Проект предназначен для пополнения коллекции школьных ЦОР музея школы МБОУ СОШ №1. Использованная литература Интернет – Источники: http://www.russia-energy.ru - информационный портал о малой энергетике http://ru.wikipedia.org - свободная универсальная интернет-энциклопедия http://www.priroda.su - сайт, посвящённый экологическим проблемам нашей планеты http://www.3dplanet.ru - познавательный научный портал http://www.eprussia.ru - портал, посвящённый промышленности и энергетике http://www.energy-source.ru - информационный портал о альтернативных источниках энергии Библиографические источники: Познавательный журнал "Вокруг света": №7 (2694) | Июль 1998, №1 (2748) | Январь 2003, №10 (2793) | Октябрь 2006, №8 (2815) | Август 2008 Учебное пособие для 9-11 классов "Справочник по физике и технике.", Изд. «Просвещение» / Енохович А.С. - Москва, 1976. - 288стр. Энциклопедия "Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии", Изд. « РадиоСофт» / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин - Москва, 2008. - 228стр. Энциклопедия "Альтернативные источники энергии", Изд. «НиТ» / Б. Германович, А. Турилин - Москва, 2011. - 320стр.