Использование альтернативных источников питания для освещения улиц Москвы

Размещено на http://allbest.ru

ГБОУ Школа № 1143

Исследовательская работа

на тему: «Использование альтернативных источников питания для освещения улиц Москвы»

выполнил ученик 7 «Н» класса

Мамедов Эльдар

Научный руководитель:

Дубова Инна Владимировна

Москва 2017



Введение

Цель и задачи: Обратить внимание общественности на альтернативные источники энергии для уменьшения загрязнения окружающей нас среды и экономить бюджет города

1. Сбор информации

2. Анализ собранного материала

3. Систематизация полученной информации

4. Создать мини-проект «Освещение школьных и дворовых территорий города Москва»

Объект исследования: экономия энергии

Предмет исследования: использование альтернативных источников энергии и освещение улиц Москвы с помощью фонарей на солнечных батареях.

Гипотеза: Если, увеличить число фонарей с солнечными батареями и увеличить количество альтернативных источников энергии, то мы сможем уменьшить энергозатратность.

Актуальность: В план Года экологии включено 64 природоохранных мероприятия, реализуемых 21 крупным предприятием в 22 субъектах Российской Федерации. Планируемое снижение выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду составит свыше 70 тыс. тонн в год. Минприроды России и Росприроднадзором уже подписано 25 соглашений о реализации экологических программ с предприятиями на сумму 24 млрд. руб. и планируется заключить еще 13 соглашений

Проблема: Итак, одна угольная ТЭЦ мощность в 1000 МВт ежегодно выбрасывает в атмосферу около 7 млн тонн углекислого газа, 100 тысяч тонн оксидов серы, 20 тысяч тонн твердых частиц, 25 тысяч тонн окислов азота и 400 тысяч тонн токсичных металлов. Кроме того из ее труб в воздух ежедневно (!) вылетает около 50 тонн золы. Можно не вникать в эти цифры, но их размер уже впечатляет. Не случайно нормами СанПиН ТЭЦ и котельные тепловой мощностью 200 Гкал и выше, работающие на угольном и мазутном топливе, относятся ко второму классу опасности с санитарно-защитной зоной не менее 500 метров.

Впрочем, за счет высоты труб вредные веществ разносятся на территорию до 50 километров, вследствие происходит не только загрязнение окружающей среды, но и абсолютная не экономия энергии.



Источники электроэнергии

Тепловые электростанции - 65,40%

Гидроэлектростанции - 18,00%

Атомные электростанции - 16,50%

Ветровые электростанции - 0,37%

Геотермальные электростанции - 0,37%

Остров тепла - площадь в центре большого города, для которой характерна повышенная по сравнению с окраинами температура воздуха. Больше всего эффект острова тепла заметен в вечернее и ночное время, особенно весной и осенью.

Разница температур между центром города и пригородом может достигать в это время 10-15 градусов. Расход электричества в жаркие дни многократно возрастает от работающих в офисах и квартирах кондиционеров. Зимой их сменяют отопительные приборы, также потребляющие большое количество энергии. В частности это происходит не только благодаря изменению температур, но и работе ТЭЦ



Источники возобновляемой электроэнергии

ь Солнечные батареи;

ь Ветроэнергетические установки (ветряки);

ь Микро или малые гидроэлектростанции;

ь Термоэлектрические генераторы.

ь Ветроэнергетические установки (ветряки)

Для преобразования энергии ветра в электрическую используется ветроэнергетическая установка (ВЭУ) с горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока. ВЭУ выполнена в виде ветроколеса с тремя лопастями, расположенными по радиусам и под углом к плоскости вращения, и синхронного генератора переменного электрического тока. возобновляемый электрический энергия москва

Однако, как видно из графика, при скоростях ветра менее 3 м/с мы имеем малую мощность ветрогенератора, а, следовательно, и не большое количество электроэнергии. И в этом случае мы можем воспользоваться другим неиссякаемым источником энергии: нашим небесным светилом - Солнцем.

Социологический опрос

Знаете ли вы о лампах работающих на солнечных батареях?

Знаете ли вы о альтернативных источниках энергии?

Какая электростанция, по вашему мнению самая вредная для человека?

Результаты социологического опроса:

· 60% думают, что самая вредная электростанция - «Атомная

· 40% думают, что самая «грязная» электростанциям - «Тепловая», собственно чем она и является

· 50% опрошенных знает о альтернативных источниках энергии

· Большая часть опрошенных имеют представление о фонарях на солнечных батареях

Геотермальные электростанции

Стремительный рост энергопотребления, ограниченность невозобновляемых природных богатств, экологические проблемы вынуждают задуматься об использовании альтернативных источников энергии.

Особого внимания заслуживает применение геотермальных ресурсов. Геотермальные электростанции (ГеоЭС) - сооружения для получения электрической энергии за счет природного тепла Земли. Геотермальная энергетика имеет более чем столетнюю историю. Ученые подсчитали, что Земля выделяет 42 х 1012 Вт тепла.

Остывание планеты происходит со скоростью 350 °С в миллиард лет. В земной коре содержится всего 2 % общего тепла планеты, что составляет 840 миллиардов Вт энергии. Остальные показатели приходятся на мантию и ядро. Но и этих 2 % достаточно для того, чтобы обеспечить человечество неиссякаемой энергией.

Применение геотермальных установок в России. На Курильских островах функционируют две электростанции, использующие геотермальную энергию - на острове Кунашир (2,6 МВт) и на острове Итуруп (6МВт). Их суммарная мощность не превышает и 90 МВт, но камчатские электростанции, к примеру, обеспечивают потребности региона в электричестве на 25 %, что в случае непредвиденных прекращений поставки топлива не позволит жителям полуострова остаться без электроэнергии.

В России имеются все возможности для разработки геотермальных ресурсов - как петротермальных, так и гидрогеотермальных.

Однако используются они крайне мало, а перспективных областей более чем достаточно. Кроме Курил и Камчатки возможно практическое применение на Северном Кавказе, Западной Сибири, Приморье, Прибайкалье, Охотско-Чукотском вулканическом поясе.

Солнечные батареи

В основе второго способа получения электричества лежит солнечный свет, названный в учебниках как: солнечное излучение, солнечная радиация, световой поток или поток элементарных частиц - Фотонов. Для нас он интересен тем, что, так же как и движущийся воздушный поток, световой поток обладает энергией! В ясный солнечный день солнечные батареи выработают примерно 6,5 килоВатт-часов электроэнергии, а за летний месяц её может накопиться уже более двухсот кВтч.

Школа работающая на солнечных батареях. Недалеко от столицы ЮАР, в небольшом местечке Фомолонг, начала свое существование полностью завершенная, независимая от внешних источников электрической энергии, школа на солнечных батареях. Проект, разработанный и внедренный компанией Samsung, называемый Solar Powered Internet School. Компания Samsung в своем проекте постаралась максимально сконцентрировать внимание на балансе энергопотребления и энергосбережения, что позволило эффективно использовать энергию солнечного света.

Энергосберегающие лампы

Энергосберегающие лампы, как отмечают специалисты, позволяют не только экономить электроэнергию, но и в разы долговечнее своих предшественниц натриевых ламп. По сравнению с обычными они светят мощно, причем настолько, что смотреть на них не рекомендуется.



Принцип действия фонарей

Принцип работы всех фонарей на солнечных батареях одинаков. Гелиомодули заряжают аккумулятор в светлое время, причем благодаря производительности современных фотоячеек зарядка идет даже зимой или в пасмурную погоду.

При снижении уровня естественного освещения срабатывает датчик, и включается светодиодный фонарик. Специальный контроллер отвечает за работу лампы только в темное время суток и не допускает полного разряда аккумулятора.

Перспективы внедрения энергосберегающих ламп

Результат повышения энергоэффективности при массовом внедрении

Снижение энергопотребления при уличном освещении в 1,5 -2,5 раза относительно существующего в настоящее время.

Прогноз эффективности технологии (метода) в перспективе с учетом:

- роста цен на энергоресурсы

Увеличение экономического эффекта от внедрения технологии, т.к. затраты на энергопотребление в производстве изделий, относительно, незначительные.

- роста благосостояния населения

Энергосбережение - одна из составляющих роста благосостояния населения.

- введением новых экологических требований

Энергосбережение существенно и всесторонне влияет на улучшение экологии.



Солнечные батареи в России

За прошлый год производство электроэнергии с использованием солнечной энергии в мире увеличилась почти на 47 ГВт и составляет теперь почти три процента от всей производимой в мире электроэнергии. За четыре года гелиоэнергетика увеличила производство энергии почти в два с половиной раза. Это связано с тем, что, благодаря техническому прогрессу стоимость солнечных батарей за пять лет уменьшилась в пять раз, а их коэффициент полезного действия возрос до 20 %. До 2014 года Россия с помощью солнца не произвела и нескольких мегаватт электроэнергии. Но вот в 2014 году наступил перелом.

Во-первых, прирост количества электроэнергии, полученной за счет гелиоэнергетики, связан с работой четырех солнечных электростанций в Крыму, мощность которых в декабре 2014 года достигала 135 МВт.

Во-вторых, крупная по масштабам РФ солнечная станция мощностью в пять мегаватт была построена в Кош-Агаче на Алтае.

Кош-Агачская СЭС. Кош-Агачская электростанция была построена в соответствии с правительственной программой по возобновляемым источникам энергии. По этой программе в 2015 году планируется строительство второй очереди Кош-Агачской электростанции, которая будет иметь такую же мощность, что и станция первой очереди.

Общая мощность введенных в строй к 2020 г. в России солнечных электростанций достигнет полутора гигаватт. Эта солнечная электростанция сможет обеспечить электроэнергией прилегающие районы, потребление энергии в которых составляет не более трех с половиной мегаватт. Остаток электроэнергии будет поступать в сети и продаваться в другие районы.

Применение в городах России. В России солнечные батареи уже не новинка, существуют заводы по их производству в Москве, Краснодаре, Зеленограде, Новочебоксарске и Брянске. Их используют как в электронике, так и в быту и других сфера жизнедеятельности. Но они всё ещё слабодоступны из-за высокой стоимости: базовый элемент солнечной батареи - это дорогой монокристаллический кремний, и поэтому цена киловатт-часа этой электроэнергии больше, чем полученной из каких-либо других источников.

В Москве на Воробьевых горах и в парке «Долина реки Сетунь» установлены светодиодные фонари, питающиеся солнечной энергией. (координаты Широта: 55°45?07? с.ш. Долгота: 37°36?56? в.д., средняя температура 5,8, количество ясных дней- 80-114).

Такой опыт уже существует и на территории природного парка "Долина реки Сходня в Куркино" Вы можете встретить наружное освещение из 30 (тридцати) фонарей, уже работающее от электростанции на 6-ти солнечных батареях и ветрогенераторе. Также вы можете увидеть светофор на солнечной батарее около триумфальной колонны в Бородине.

В радиусе территорий Москвы и Московской области количество часов солнечных (ясных) дней позволяет использовать солнечные батареи

Освещение некоторых парков на территории Москвы

Для обеспечения электричеством освещения парка, сотрудниками Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы был выбран нетрадиционный, автономный способ получения электрической энергии, который является ещё и экологически чистым. В нем задействованы два вида преобразования энергии:

1.Преобразование кинетической энергии движения воздушных масс в электрическую, используя Ветроэнергетическую установку

2.Преобразование энергии светового потока от Солнца в электрическую, используя Фотоэлектрические модули - Солнечные батареи.

Вид фонаря	Светоотдача	Цена (включая световой столб)	Экологичность	Правила и нормативы	Энергосбережение	Варианты работы в экстраординарных случаях (нет солнечной погоды, поломка)	Часы работы	Климатические и механические воздействия	Влагозащищённость
Фонарь работающий на солнечной батарее (энергосберегающий)	Высокая	19000 Рублей	Да	Есть	Есть, но не используя энергии	Ветроэнергетическая установка аккумулятор гидроэлектростанции; генераторы	50000 часов	Высокая устойчивость	Высокая
Светодиодный фонарь	Средняя	15000 рублей	Да	В алгоритме изготовления не сформированы определенные правила	Есть, но используя энергию	Нет	30000 часов	Высокая устойчивость	Средняя

Сколько мы тратим на электроэнергию?

В среднем одна лампа уличного освещения потребляет 250 ватт, таким образом, за восемь часов работы каждый источник света расходует два киловатта электроэнергии, обладая низкой светоотдачей и недолгим сроком службы.

По экспертным оценкам, около 80 процентов осветительных систем в России можно сделать более эффективными.

На освещение в России ежегодно тратится более ста миллиардов киловатт-часов, или 12 процентов всего потребления электроэнергии, из них уличное освещение расходует приблизительно 4,5 миллиарда киловатт-часов.

С помощью энергоэффективных светодиодных технологий можно сократить этот показатель примерно наполовину.

Еще около 20 процентов можно сэкономить, установив в муниципалитетах современные автоматизированные системы управления наружным светом.

Эксперимент №1 (экономическая задача). Обычный дом в Москве, (16 этажей, 111 квартир) мы установим на крышу данного дома солнечные батареи, они обойдутся в 298 тысяч рублей (солнечные батареи установлены в 2012 году), дом тратит 22176 киловатт, 22000-вырабатывается солнечными батареями, для полного обеспечения дома энергией на год нужно дополнительно всего 176 киловатт.

Раньше жильцы платили за электроэнергию в местах общего пользования 83 тысячи в год, сейчас 557 рублей. Через 3,5 года деньги, затраченные на установку солнечных батарей, будут окуплены.

Вывод по эксперименту №1: При установке солнечных батарей мы сэкономим 82443 рубля- это составит 99,6% всей суммы, а за месяц можно сэкономить 6821 рубль, в високосный год-6803 рубля

Эксперимент №2. «Расчет экономической целесообразности установки фонарей на солнечной батарее на школьной территории ГБОУ школы №1143».

В нашей школе находится 13 фонарей с мощностью 100 ватт каждая, а так же 13 прожекторов, находящихся на спортивных площадках с мощность 75 ватт каждая, связались с фирмой tiu.ru, где предлагают купить оптом 26 фонарей по 15000 рублей каждая, в сумме это обойдется 390 тысяч рублей, если вся энергия Москвы окупится за 6 лет при использовании солнечных батарей, то школа через 1,5-2 года.

План территории ГБОУ Школа №1143 (красным цветом отмечены фонари и прожекторы)



Вывод по эксперименту №2:

· Простое электричество стоит дешевле, но энергосберегающие лампы гораздо эффективнее, к примеру лампы, на солнечных батареях святят ярко и намного долговечнее обычных светодиодных ламп

· Лампы на солнечных батареях меньше потребляют электроэнергию.

· Экономическая выгода: лампы на солнечных батареях стоят дороже, но высокая светоотдача и устойчивость к внешнему воздействию, делают обслуживание данных ламп дешевле чем светодиодных

· Лампы на солнечных батареях работают больше чем светодиодные на 20000 часов

· Лампы на солнечных батареях окупятся через 1,5-2 года активного использования



Выводы

Можно сделать следующие выводы:

ь Наиболее экологичными и безопасными считаются источники возобновляемой энергии (альтернативные источники)

ь Использование солнечных батарей экономически выгодно - энергосберегающая лампа на солнечной батарее более эффективна и имеет в активе 50000 часов работы, нежели обычная светодиодная лампа

ь Среди всех источники альтернативной энергии наиболее безопасными являются солнечные батареи



Список литературы

1. http://greenologia.ru/eko-zhizn/texnologii/geotermalniye-electrostancyi.html

2. http://krsk-ecology.ru/articles/fabriki-smerti-chem-opasny-tets-i-kotelnyye-dlya-ekologii-goroda.html

3. https://refdb.ru/look/1917582.html

4. http://www.solarroof.ru/theory/30/40/

5. Википедия https://ru.wikipedia.org

6. Экополис, комплект учебно-игровых материалов для школьников по теме «Устойчивое развитие города»

Размещено на Allbest.ru

...