Інтегровані завдання "Альтернативні джерела енергії"

 

 

 

 

 

Дидактичне забезпечення інтегрованих уроків

дисциплін природничого циклу

 

 

(Інтегровані завдання для  учнів  11 класу

                      Альтернативні джерела    енергії)

 

 

 

Годунова Антоніна Іванівна,

учитель хімії Софіївського НВК

Костянтинівської районної ради

 Донецької області

 

 

 

 

 

М.Костянтинівка  2020

 

 

 

 

 

 

     Альтернативні джерела    енергії

          Існуючі на сьогодні джерела енергії поділяють на традиційні та альтернативні. До традиційних відносять корисні копалини – нафту, газ, вугілля. Їх найбільший недолік полягає в тому, що це – невідновлювані ресурси. У цьому полягає перший фактор, що мотивує визнати необхідність використання інших енергоносіїв. Рано чи пізно навіть найбагатші родовища вичерпають себе, тому пошук нових варіантів отримання енергії стає з кожним роком більш актуальним.

       Другим фактором, а за значимістю, можливо, і першим, є вплив на екологію планети. Викиди парникових газів, які утворюються при спалюванні корисних копалин, порушують кліматичний баланс. Наслідки зміни клімату в останнє десятиліття стають все відчутнішими. Проливні дощі й урагани, сніг посеред весни, періоди тривалої посухи, повені, торнадо й інші природні явища виникають все частіше, і керувати ними ми не можемо. Єдиний доступний людям спосіб знизити темпи зміни клімату – це перехід на більш екологічно чисті джерела енергії, до яких належать відновлювані, або альтернативні: сонце, вітер, вода, біогаз та інші.

           Фактичні концентрації золи, оксидів сірки і азоту в димових газах

                                        ТЕС україни

Назва ТЕС	Концентрації мг/м3
	Зола	SO2	NOx
Криворізька ТЕС	1158-1427	2589–2881	-
Зміївська ТЕС   424	1740	1630	424
Курахівська ТЕС	1200	2100	-
Трипільська ТЕС	75	2118	360
Луганська ТЕС	340–2240	271–2087	109–435
Придніпровська ТЕС	866	1798	-
Ладижинська ТЕС	577–760	3246	109
Миронівська ТЕС	6011–8376	2343–2930	-
Слов’янська ТЕС	327–3516	1515–4146	428–514
Чернігівська ТЕЦ	406–1092	2699–2864	642–672

 

       

 

Планується значно скоротити використання в електроенергетиці вугілля як найбільш шкідливого  викопного енергоносія. В європейських країнах уже в 2022 році загальна потужність вугільних електростанцій зменшиться на четверть.

 

 

        

 Альтернативні джерела енергії – невикопні джерела енергії, які постійно існують або періодично з’являються в навколишньому природному середовищі.

        До них відносять:

• сонячне електромагнітне випромінювання;
• кінетичну енергію руху повітряних мас (вітер);
• кінетичну енергію водного потоку (річки);
• енергію морських припливів і відливів;
• теплову енергію гарячих джерел.

       До альтернативної енергетики відносять, також,  отримання тепла в процесі спалювання відновлюваного палива – біогазу, біоетанолу, паливних пелет та ін.

           

Біопаливо як альтернативне джерело     енергії.

        Біопаливо – альтернативний вид палива, який отримують в результаті переробки тваринної або рослинної сировини, а також органічних промислових відходів і продуктів життєдіяльності. Альтернативна енергетика розглядає біопаливо як варіант заміни традиційного – вугілля, нафти, природного газу і т.д. Біопаливо відноситься до поновлюваних видів енергії, його основна перевага – екологічність, а сучасні методи виробництва дозволяють отримувати такі зразки палива, які за своїми характеристиками і вартістю перевершують традиційні зразки.

           Багато електростанцій спалюють паливо на основі вуглецю і виділяють вуглекислий газ в атмосферу, що спричинює   негативний вплив на глобальний клімат на планеті.Вчені використовують різні стратегії, щоб зменшити кількість вуглекислого газу, який попадає в атмосферу.                                                                                                        

    Один із таких методів – спалювання біопалива замість викопного палива. В той час, як викопне паливо створене із давно померлих організмів, біопаливо створюється із рослин, які жили і загинули недавно.

    Інший метод – це уловлювання і зберігання вуглекислого газу. А саме:  уловлювання частини СО_2, який виділяється електростанціями і зберігання його  глибоко під землею чи в океані.     

 

 Питання 1.Біопаливо.

Використання біопалива в меншій мірі впливає на рівень вуглекислого газу (СО₂) в атмосфері ніж використання викопних видів палива. Яке із приведених нижче тверджень  краще пояснює чому так виходить?

 

 

 

А. Біопаливо при горінні не виділяє вуглекислий газ (СО₂).

Б. Рослини, які використовують для виробництва біопалива, поки вони ростуть, поглинають вуглекислий газ із атмосфери.

В.По мірі згорання біопаливо поглинає частину вуглекислого газу із атмосфери.

Г. Вуглекислий газ, який виділяється електростанціями на біопаливі, має інші хімічні властивості, ніж СО₂, який виділяється електростанціями на викопному паливі.

Біопаливо. Оцінка відповіді на питання 1

Відповідь приймається повністю.

Код 1.

Б. Рослини, які використовують для виробництва біопалива, поки вони ростуть, поглинають вуглекислий газ із атмосфери.

Відповідь не приймається.

Код 0. Другі відповіді.

Код 9. Відповідь відсутня.

 

Вітрова енергетика.

               Вітроенергетика — галузь альтернативної енергетики, яка спеціалізується на перетворенні кінетичної енергії вітру в електричну енергію.

       Джерело вітроенергетики  - сонце, так як воно є відповідальним за утворення вітру. Атмосфера землі вбирає сонячну радіацію нерівномірно через неоднорідності її поверхні та різний кут падіння світла в різних широтах в різну пору року. Повітря розширюється та підіймається догори, утворюючи потоки. Там де повітря нагрівається більше ці потоки підіймаються вище та зосереджуються у зонах низького тиску, а холодніше повітря підіймається нижче, створюючи зони високого тиску. Різниця атмосферного тиску змушує повітря пересуватися від зони високого тиску до зони низького тиску з пропорційною швидкістю. Цей рух повітря і є тим, що ми називаємо вітром.

         Альтернативна енергія вітру використовується людством здавна, прикладом чого є вітряки. Їх сучасний прообраз – вітрова енергетична установка – використовує перетворення кінетичної енергії рухомих повітряних мас в електричну енергію. Кілька десятків вітрогенераторів, об’єднані в одну мережу, утворюють вітрову електростанцію.

        В останні роки енергія вітру все більше використовується для одержання електроенергії. Створюються вітряки великої потужності і встановлюються на місцевості, де дмуть часті й сильні вітри. Кількість і якість таких двигунів зростає щорічно, налагоджене серійне їх виробництво.

        

 

 

        Потенціал використання в Україні

          Процес будівництва української вітроенергетики розпочався у 1996 році, коли була зпроектована Новоазовська ВЕС проєктною потужністю 50 МВт.

          У 1997 році — запрацювала Трускавецька ВЕС. В 2000 році в Україні працювало вже 134 турбіни та закладено близько 100 фундаментів під турбіни потужністю 100 кВт. У 1998-1999 роках розпочали роботу ще  три нові ВЕС.

          Значне зростання будівництва вітроелектростанцій спостерігається з 2009 року, після запровадження Урядом України «Зеленого тарифу».

          Інститутом відновлюваної енергетики НАН України складена карта вітроенергетичного потенціалу нашої країни. Найбільш привабливими регіонами для використання енергії вітру є узбережжя Чорного та Азовського морів, гірські райони тимчасово окупованої АР Крим, територія Карпатських гір, Одеська, Херсонська та Миколаївська області.

                                                                    

Багато хто вірить, що в майбутньому в якості джерел для виробництва електроенергії замість нафти і вугілля  будуть використовувати  вітряні установки. Це  вітрила,  які приводяться до руху вітром. Оберти  цих  вітрил виробляють електрику з допомогою генераторів, які працюють завдяки вітровим млинам.

Питання 2. Вітроенергетика.

         Чим сильніший вітер тим більша швидкість обертів вітрил і  виробництво електроенергії є потужнішим. Але в дійсності прямого відношення між швидкістю вітру і потужністю  електроенергії відсутнє. Нижче перелічені чотири необхідні умови роботи вітрил при генерації електроенергії на реальній  вітроелектростанції.

Виберіть правильний варіант.

А. Вітрила вітряного млина починають обертатись коли швидкість вітру досягає V_1.

Б. Виробництво електроенергії досягає максимуму коли швидкість вітру рівна V_2.

В.З метою безпеки вітрила не можуть досягати швидкості, яка перевищує ту, яку вони розвивають при швидкості вітру V_2.

Г.Вітрила  перестають рухатись при швидкості вітру V_3.

 

 

Вітроенергетика. Оцінка відповіді на питання 2

 Відповідь приймається повністю.

Код 1:В. З метою безпеки вітрила не можуть досягати швидкості, яка перевищує ту, яку вони розвивають при швидкості вітру V_2.

Відповідь не приймається.

Код 0. Другі відповіді.

Код 9. Відповідь відсутня.

       Питання 3. Вітроенергетика.

      Чим більша висота, тим повільніше обертаються вітрила млина при  тій самій швидкості вітру.

Який із виразів найкраще пояснює повільне обертання вітрил в більш високій місцевості  при  незмінній швидкості вітру.

А.Густина повітря зменшується по мірі збільшення висоти.

Б.Температура знижується по мірі збільшення висоти.

В.Сила при тяжіння зменшується по мірі збільшення висоти.

Г. В більш високій місцевості частіше ідуть дощі.

Вітроенергетика. Оцінка відповіді на питання 3

 Відповідь приймається повністю.

Код1 :А. Густина повітря зменшується по мірі збільшення висоти.

Відповідь не приймається.

Код 0. Другі відповіді.

Код 9. Відповідь відсутня.

Питання 4. Вітроенергетика.

Приведіть   найбільш значимі переваги і  найбільш значимі недоліки використання енергії вітру для виробництва електроенергії в порівнянні з використанням викопного палива, наприклад вугілля чи нафти.

Переваги___________________________________________________________

Недоліки___________________________________________________________

Вітроенергетика. Оцінка відповіді на питання 4

Відповідь приймається повністю.

Код 2. Приводяться   значимі переваги  і  значимі недоліки.

Коментар  до оцінки. Можливо, затрати на вітряні млини можуть сприйматися як перевага чи недолік в залежності від їх розгляду ( наприклад організаційні чи поточні витрати). Таким чином згадування «вартості» без пояснення є недостатнім для визначення того є це перевага чи недолік.

 

 

 

Переваги.

-Відсутній викид вуглекислого газу (СО₂).

-Не використовує викопні види палива.

-Ресурс вітряної енергії невичерпний.

-Після установки вітрогенератора вартість електроенергії становиться меншою.

-Відсутні відходи чи токсичні речовини.

-Використання екологічно чистої енергії.

- Є екологічно безпечним і має довгий  період експлуатації.

Недоліки.

-Генерація електроенергії в необхідній кількості неможлива (оскільки швидкість вітру не можна контролювати )

-Обмежена кількість дійсно хороших місць для розміщення вітряних млинів.

-Об’єм електроенергії, яку виробляє один генератор,  невеликий.

-В окремих випадках може бути шумове забруднення.

-Іноді птахи попадають у вітрила і гинуть.

-Зміна краєвиду.

- Установка вітроелектростанцій  є дуже дорогою.

Відповідь приймається частково.

Код1.Приводяться або переваги, або недоліки , або не в повному обсязі.

Відповідь не приймається.

Код 0. Не представлені ні переваги ні  недоліки, але є інша невірна відповідь.

Код 9. Відповідь відсутня.