Статистика
Онлайн всього: 1 Гостей: 1 Користувачів: 0
|
Каталог файлов
Фізика. Збережемо клімат за допомогою простих енергетичних рішень
| [ Викачати з сервера (1.28 Mb) ] | 09.04.2012, 13:35 |
МЕТА УРОКУ:
Навчальна. Ознайомити учнів з проблемою енергозбереження та деякими практичними кроками вирішення цієї проблеми.
Розвиваюча. Розвивати кругозір учнів. Логічне мислення, пам’ять.
Виховна. Виховувати цікавість, допитливість. Бажання навчатися та поважати тих, хто вчить.
ПЛАН УРОКУ.
I.Використання енергії. Основні принципи енергозбереження.
II.Використання альтернативних джерел енергії – газотурбінних когенераційних установок, пріоритетний напрямок підвищення ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів в Україні.
III.Про переваги використання вітрових установок.
IV.Майбутнє за безкоштовною енергією Сонця.
V.Правильне освітлення = комфорт + економія.
VI.Енергія з надр Землі.
I. Виробництво енергії, яку ми споживаємо, завдає значної шкоди рослинному і тваринному світу, довкіллю, здоров’ю людини. Це змушує нас задуматись над можливостями ефективнішого використання енергії, що, безперечно, сприятиме збереженню навколишнього середовища і в той же час буде вигідно споживачу. Економія ресурсів і енергії – реальний спосіб зменшити витрати і зберегти довкілля для майбутніх поколінь.
Використання енергії
Енергія у вигляді електричного струму, нафти або газу сама по собі не є корисною. Але робота чи інші способи використання енергії , отриманої з цих джерел – невід’ємна частина нашого повсякденного життя. Невидимі й безпечні джерела енергії можуть бути застосовані для одержання світла, тепла, механічної роботи тощо. Таке використання джерел енергії ми називаєм корисним застосуванням.
Різні джерела енергії використовуються для:
- Нагрівання ;
- охолодження;
- Освітлення;
- Механічної орбіти.
Основні принципи енергозбереження
Енергія надає людині важливі "послуги" у вигляді тепла для обігрівання і готування їжі, забезпечує роботу промисловості і транспорту. Ми вже знаємо, що для отримання цієї енергії необхідне паливо - нафта, газ, вугілля, ядерне паливо, дрова та інші первинні джерела (сонце, вітер, вода). Для того, щоб одержати цю енергію, необхідне спеціальне устаткування, наприклад, печі, турбіни або двигуни та ін.
Використовуючи різні джерела енергії та технології ми будемо досягати різного корисного ефекту, оскільки значна кількість первинної енергії витрачається марно через недосконалу конструкцію та низьку ефективність експлуатації обладнання. Для зменшення витрат енергії при її перетворенні й зниженні негативного впливу її споживання на довкілля потрібно застосовувати передові знання з техніки, соціології та природничих наук.
З закону збереження і перетворення енергії ми знаємо, що енергія не виникає з нічого і не зникає в нікуди, а використану енергію не повернути. Отже, потрібно намагатися не витрачати енергію марно, бо запаси енергоносіїв на Землі обмежені.
Прагнучи поліпшити життєві умови і знизити вплив на навколишнє середовище, люди постійно шукають нові методи і технології, що дозволяють ефективно використовувати енергію.
Для досягнення корисного ефекту ми повинні якомога повніше використовувати енергію і звести до мінімуму непродуктивні витрати. Це передусім: усунення витоків теплого повітря з помешкання, використання енергоефективних електроламп, економія гарячої води та багато іншого.
Якщо ми можемо послуговуватись енергією низької якості (тепло), не слід витрачати енергію високої якості (електричний струм). Це повинно зрозуміти суспільство. У процес формування екологічного світосприйняття кожного громадянина, створення нового способу життя повинні широко залучатися науковці, політики і громадськість. Організація суспільства, закони природи й економічні важелі повинні сприяти енергоефективності, збереженню корисних копалин, скажімо, шляхом вторинної переробки матеріалів, розвитку громадського транспорту тощо.
II . Впровадження в теплоенергетику систем комбінованого виробництва теплової та електричної енергії (далі по тексту - когенерація) в Україні до цього часу в основному реалізовувалася тільки на ТЕЦ.
Теплоенергетика України має ідеальні умови для застосування технологій когенерації. На протязі десятиліть створювалась розгалужена система котельних для централізованого теплозабезпечення та гарячого водопостачання в містах і великих населених пунктах, що забезпечувала близько 85 % потрібної теплової енергії. З екологічних причин переважна більшість котельних муніципального теплопостачання працює на природному газі, завдяки чому доля газу у витратах палива на теплопостачання перевищує 75 %. Всього на опалення витрачається понад 20%газу, що споживається Україною в цілому. До речі, ще 66 % природного газу витрачається в промисловій теплоенергетиці, де також є можливим застосування комбінованого виробництва теплоти, що використовується в теплотехнологічних процесах, та електричної енергії. Завдяки цьому потреби підприємств в значній мірі, а в деяких випадках і повністю, можуть бути забезпечені власною електроенергією.
На сьогодні промисловістю України (ДНВП "Машпроект", НВО "Зоря", ВАТ "Турбоатом", АТ "Мотор-Січ", АТ"Констар" та багато інших) освоєні і серійно випускаються різноманітні газотурбінні двигуни потужністю від 1,6 до 50 МВт. Вони придатні для створення досить економічних парогазових ТЕС і ТЕЦ та реконструкції існуючих станцій шляхом надбудови ними діючих паротурбінних блоків та котелень, що підвищить економічність їх роботи. Розроблені і підготовлені до виробництва потужні ГТУ які за своїми технічними та економічними показниками не поступаються найкращим закордонним аналогам.
Також одним із шляхів вирішення зазначеної проблеми є напрямок розвитку використання потенційної енергії надлишкового тиску природного газу в газотранспортних мережах України для виробництва електроенергії та отримання теплоти або холоду. Ця технологія теж відноситься до напрямку когенерації та використання скидного енергетичного потенціалу, що дає змогу значно скоротити витрати природного газу. Цілий ряд заходів в цьому напрямку (зокрема, й використання надлишкового тиску газових потоків ГТС) передбачено Програмою державної підтримки розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії та малої гідро- і теплоенергетики, в якій визначено річний обсяг технічно доступного потенціалу енергозбереження за рахунок використання надлишкового тиску газотранспортних мереж України в обсязі 2,4 млрд. кВт.год, що дорівнює економії органічного палива в обсязі до 840 тис. т.у.п. на рік.
III. Енергію вітру люди використовували з давніх часів. Багато тисячоліть саме вітер допомагав подорожувати, робити нові географічні відкриття, наповнюючи паруси своєю силою. А повітряні млини довгий час були самим ефективним інструментом для помолу зерна чи перекачування води.
Ріст цін і зменшення запасів не відновлюваних джерел привели до появи нових ідей і можливостей вироблення електричної енергії за допомогою вітру.
Із за відсутності стимулювання з боку держави вітроенергетика в Україні розвивається не так швидко як могло би бути. І все ж вона рухається вперед. Причина тому самосвідомість людей, бажання автономності від нестабільних мереж.
Вітрогенератор бере у повітря енергію, яка називається кінетичною і перетворює її на електричну, забираючи у повітря 40 – 45% кінетичної енергії.
Потужність вітроустановки залежить від швидкості вітру і площі приймачів вітру. Так з 1 м3 при швидкості віітру 3 м/с можна отримати 6,5 Вт електроенергії, при 7 м/с – 82 Вт, при 21м/с – 2200 Вт, при 50 м/с 30000 Вт.
Найбільш поширені автономні ВЕП (вітроенергетичні пристрої). До їх складу входять додатково: акумуляторні батареї, реле-регулятор зарядки акумуляторів і інвертор для перетворення постійного струму у змінний. Крім того, датчик напряму вітру допомагає самостійно визначити напрям і швидкість вітру, а автоматичний перемикач джерела живлення у безвітряну погоду швидко підключає будинок до дизельного генератора чи загальної електромережі. Строк служби ВЕП може досягати до 25 років.
Так ВЕП під ключ, якої вистачить для середнього котеджу площею 150 м2 коштуватиме до 50 тис. гривень і окупить себе за 7 - 10 років.
Використання вітроенергетики дозволяє зменшувати забруднення навколишнього середовища бо ″брудним″ електростанціям не потрібно виробляти для вас електроенергію.
IV. Використання сонячної енергії добре підходить до України де сонячне випромінювання становить 800 – 1450 кВт/год на 1м2 на рік. Будівлі, які використовують сонячні системи, більш самостійні і менш залежні від цін на енергоресурси, наприклад на природний газ.
Існує декілька технологій використання сонячної енергії: для нагрівання води, для опалення і для одержання електроенергії.
Сонячні колектори перетворюють сонячну енергію у теплову (ККД ~80%), або в електричну (ККД ~ 20%).
Так сонячний колектор за рік дає енергії 1000 кВт · год/м2. Наприклад при площі колектора 5 м2 на нагрівання води піде 5000 кВт · год енергії а таку енергію можна отримати від спалювання 600 кг кам’яного вугілля в ідеальному котлі, а реально це не менше 1000 кг.
V. Якісна лампа не тільки забезпечує людині комфортне освітлення і безпеку для зору, але і дозволяє значно економити. В останній час стали використовувати компактні люмінесцентні лампи (КЛЛ) які споживають у 5 раз менше електроенергії, чим звичайні лампи розжарювання.
Оскільки строк роботи лампи становить 400 – 500 годин, а КЛЛ – 12000 год, то проста арифметика показує, що 25 звичайних ламп рівняються одній енергоефективній. Затрати на електроенергію протягом всього строку експлуатації 1 лампи розжарювання 292,32 грн. на КЛЛ 58,46 грн.
Таким чином чиста економі становить 233,86 грн. тільки на одній лампочці. А якщо в будинку замінити зразу 20 ламп, цей показник досягне 4677,20 грн. .
VI. Більшості населення України поки малознайоме поняття "тепловий насос", але ми постійно їх використовуємо. Теплові насоси працюють у звичних холодильниках і кондиціонерах.
Геотермальний тепловий насос, на відміну від кондиціонерів, адаптований для роботи при будь-яких погодних умовах і мінусових температурах. Головна проблема кондиціонерів - зменшення ефективності та зупинка кондиціонерів при мінусових температурах, коли опалення особливо потрібно - вирішена у геотермальних теплових насосах.
Принцип роботи теплового насосу відображений в циклі Карно, опублікованому в 1824 р. у його дисертації, та загальновідомий з шкільного курсу фізики. Практичну теплонасосну систему запропонував лорд Кельвін у 1852 р. під назвою „помножувач тепла”. Принципова схема зображена на малюнку
Відповідно до зображеного принципу дії, тепловий насос бере теплову енергію з одного міста, переносить (перекачує) її, та віддає у інше місце. Наприклад, у звичайному холодильнику тепло відбирається морозильною камерою з холодильника та викидається у кухню, при цьому задня поверхня холодильника стає гарячою.
Для збору тепла незамерзаюча рідина тече по трубі, розташованій у ґрунті або водоймі біля будинку, і надходить до теплового насосу. Теплонасос, подібно холодильнику, охолоджує незамерзаючу рідину (відбирає тепло), при цьому рідина охолоджується орієнтовно на 5 °С. Рідина знову тече по трубі у ґрунті або воді, відновлює свою температуру і надходить до теплонасосу. Відібрані тепловим насосом градуси передаються системі опалення та/або на підігрів гарячої води.
Тепловий насос може використовувати накопичену в скалах, ґрунті, воді сонячну енергію для нагріву будівлі: опалення, підігріву гарячої води, басейну, зимового саду, рушникосушарок тощо. Перетворення накопиченої в природі енергії в тепло для нагріву відбувається в трьох контурах. В ґрунтовому контурі (1) вільне тепло переходить від навколишнього середовища до незамерзаючої рідини, та подається при температурі біля нуля градусів до теплового насосу. В контурі фреону (2) теплонасос збільшує температуру отриманого тепла до 100 градусів. У контурі гріючої сторони (3) тепло від фреону переходить в систему опалення та розповсюджується по будинку.
1.Ґрунтовий контур
AВ трубах незамерзаюча рідина – розсіл – циркулює від теплового насоса до джерела тепла (скала/ґрунт/озеро/вода). Накопичена енергія джерела тепла нагріває розсіл на декілька градусів, наприклад від –3°C до 0 °C.
B Розсіл по трубам повертається у випарник теплового насосу. Тут розсіл віддає теплову енергію, охолоджується на кілька градусів з 0 °C до –3°C. Потім розсіл повертається до джерела тепла і отримує енергію знову.
2.Контур фреону
C Фреон циркулює в закритому контурі теплового насосу, і також проходить через випарник. Фреон має дуже низьку температуру кипіння. У випарнику фреон отримує теплову енергію від розсолу, підігрівається з –20°C до ‐2°C, починає кипіти, і перетворюється в пар.
D Пар надходить до компресору з електроприводом. Компресор стискає пар, тиск підвищується, і температура пара зростає від ‐2°C до +100 °C.
E Від компресора пар надходить в теплообмінник – конденсатор – де він віддає тепло системі опалення, після чого газ охолоджується від +100°C до +70°C і конденсує в рідкий фреон.
F Тиск фреону ще залишився високим, і він проходить через розширювальний перепускний кран. Тиск падає і фреон повертається до своєї початкової температури –20°C. Відбувся повний цикл. Фреон повертається у випарник і процес повторюється.
3.Гріюча сторона
G Теплова енергія, яку віддав фреон в конденсаторі, передається воді опалювальної системи, або на підігрів гарячої води, басейну, тощо.
H Теплоносій системи опалення циркулює по замкнутому контуру. З температурою +40°C він підходить до теплового насосу, нагрівається в конденсаторі до +50°C, і транспортує тепло для нагріву води або радіаторів/опалювальних приборів. Віддавши тепло приборам, і охоловши до +40°C, теплоносій повертається до теплонасосу за наступною порцією тепла.
Вищенаведена схема застосовується при роботі в режимі обігріву.
ПІДСУМОК УРОКУ
Енергія – це невід’ємна частина нашого життя, але все ж таки її виробництво завдає значної шкоди навколишньому середовищу та здоров’ю людини.Використання будь якого виду енергії і виробництво електроенергії супроводжується утворенням багатьох забруднювачів води і повітря, запобіганням цьому може бути використання нових альтернативних технологій на виробництвах і в побуті. І в Україні є всі можливості для цього. Якщо ми будемо більш раціонально використовувати енергетичні ресурси, то ми зможемо зберегти природу в цілісності ще на багато років.
Використана література:
Журнал ″ Приватный ДОМ ″ № 1-12 2010 рік.
″ Альтернативні енергетичні ресурси та енергозбереження ″ автор:Виктор Самохвалов.
″Енергозбереження: Ще не втрачені можливості ″ автор: Іван Сергієнко
Інтернет сайт: www.teplonasos.com |
| Категорія: Мои файлы | Додав: zosh_nb |
| Переглядів: 973 | Завантажень: 160 | Рейтинг: 0.0/0 |
|
|