Урок на тему "Енергетичні проблеми суспільства."

Тема: Енергетичні проблеми суспільства.

Мета: пояснити причину енергетичної проблеми, та наслідки які можуть бути;

 ознайомити з альтернативними джерелами енергії;

формувати вміння висловлювати власні судження щодо вирішення проблем.

Розвивати увагу, пізнавальний інтерес, логічне мислення учнів.

Виховувати вміння раціонально розподіляти час, прислухатися та поважати думку інших.

формувати навички роботи в групі;

Тип уроку: комбінований.

Хід уроку.

І Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

На минулому уроці ми з вами говорили про глобальні проблеми людства. Давайте пригадаємо їх.

• Демографічна проблема
• Продовольча проблема
• Енергетична  проблема
• Проблема миру і роззброєння
• Проблема подолання відсталості країн, що розвиваються
• Екологічні проблеми.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Подивіться на зображення. Як ви думаєте, що ми будемо вивчати сьогодні.

Розвиток технічної цивілізації на Землі в XX ст. характеризується стрімким збільшенням енергоспоживання. За оцінками, в 1945— 1995 pp. населення планети використало 2/3 всього палива, добутого людством за час свого існування. Такі бурхливі темпи розвитку енергетики спричинили появу низки гострих проблем.

IV. Вивчення нового матеріалу.

На перший план виходить проблема ресурсозабезпеченості енергетичного господарства. З одного боку, сумарні запаси паливних  ресурсів досить великі, до того ж щороку стають відомими нові поклади викопного палива. Крім того, сучасна технологія відкриває доступ до використання нетрадиційних джерел енергії; це свідчить на користь того, що абсолютного дефіциту енергетичних ресурсів на планеті поки що не існує. З іншого боку, спостерігається відносна ресурсна обмеженість, зумовлена можливістю швидкого вичерпання найбільш доступних родовищ, і перехід до розробки складніших, що спричинює подорожчання енергоносіїв і робить використання більшої частини паливних ресурсів нерентабельним. Аналітики прогнозують наближення того моменту, коли енергетичні затрати на розвідування й добування головного виду палива — нафти — за межами Близького Сходу перевищуватимуть кількість енергії, яка може бути одержана з неї.

  Але особливо загострилися проблеми, пов'язані з негативним впливом енергетики на стан навколишнього середовища. Масове використання викопного палива — нафти, вугілля, газу завдає збитків природі і здоров'ю людини через викиди, що містять важкі метали, двоокис сірки, окис азоту та інші шкідливі речовини. Рослини та океан уже не встигають поглинути всю кількість вуглекислоти, яка утворюється внаслідок спалювання органічного палива. Це веде до поступового збільшення її концентрації в атмосфері, що посилює «парниковий ефект» і викликає потепління клімату.

  Якщо тенденція зростання споживання енергії та викидів двоокису вуглецю збережеться, то вже до 2025 р. на Землі потеплішає на 2 °С, що призведе до глобальних катастрофічних наслідків: зміщення кліматичних зон, зникнення багатьох видів рослин, скорочення лісових площ, збільшення пустель, розтавання льодовиків тощо. Все це створить небезпеку голоду, хвороб, масових міграцій населення із зон екологічного лиха.

Спалювання викопних видів палива і дров порушує баланс кисню в атмосфері, оскільки на 1 т. органічного палива при цьому витрачається більш як 2 т. чистого кисню. Розширення його споживання на техногенні потреби, зменшення його відтворення через вирубування лісів веде до виникнення на планеті реальної небезпеки дефіциту кисню.

  Необхідність подолання відсталості країн, що розвиваються, збільшення населення в них вимагає швидкого розвитку енергетики, зростання енергоспоживання.

Нетрадиційні джерела

У ХХІ столітті ми тверезо віддаємо собі звіт в реальностях третього тисячоліття. На жаль, запаси, газу, вугілля зовсім на нескінченні. Природі, щоб ці запаси, знадобилися мільйони, витрачені вони сотнями. Сьогодні у світі стали всерйоз замислюватися з того, як і допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже у своїй умови запасів палива може вистачити навіки. На жаль, багато нафтовидобувні країни живуть сьогоденням. Вони нещадно витрачають подарований ним природою нафтові запаси. Що ж станеться тоді, але це рано чи пізно станеться, коли родовища нафти і є вичерпаються? Можливість швидкого виснаження світових запасів палива, і навіть погіршення екологічній ситуації у світі, (переробка і досить часті аварії під час її представляють реальну загрозу для довкілля) примусили замислитися про інші видах палива, здатних замінити нафта та природний газ.

Нині у світі усі більше науковців інженерів вдаються в пошуки нових, нетрадиційних джерел які б прийняти хоча би частину турбот з постачання людства енергією. Нетрадиційні відновлювані джерела енергії включають сонячну, вітрову,геотермальную енергію, біомасу та енергію Світового океану

А для продовження вивчення нового матеріалу, я пропоную об’єднатися вам в групи. Для цього оберіть одну з карток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хто вибрав однакові картки об’єднуються в групу.

 

Групам потрібно опрацювати матеріал поданий в кейсах. Та підготуватися до виступу. Кожна з груп виступає зі своєю темою. Та вказує чи можливо використати їхній вид нетрадиційної енергії в нас на території.

Кейс 1.

Енергія Сонця

Останнім часом інтерес до проблеми використання сонячної енергії різко зріс, і хоча це джерело також відноситься до поновлюваних, увага, що приділяється йому в усьому світі, змушує нас розглянути його можливості окремо. Потенційні можливості енергетики, заснованої на використанні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі. Зауважимо, що використання всього лише 0,0125% цієї кількості енергії Сонця могли б забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використання 0.5% - повністю покрити потреби на перспективу. На жаль, навряд чи коли-небудь ці величезні потенційні ресурси вдасться реалізувати у великих масштабах. Одним з найбільш серйозних перешкод такої реалізації є низька інтенсивність сонячного випромінювання.

Навіть при найкращих атмосферних умовах (південні широти, чисте небо) щільність потоку сонячного випромінювання складає не більше 250 Вт/м2. Тому, щоб колектори сонячного випромінювання "збирали" за рік енергію, необхідну для задоволення всіх потреб людства потрібно розмістити їх на території 130 000 км ². Найпростіший колектор сонячного випромінювання є зачернений металевий лист, у якому розташовуються труби з циркулюючої в ній рідиною. Нагріта за рахунок сонячної енергії, поглиненої колектором, рідина поступає для безпосереднього використання. За розрахунками виготовлення колекторів сонячного випромінювання площею 1 км ^2, вимагає приблизно 10 ⁴ тонн алюмінію. Доведені на сьогодні світові запаси цього металу оцінюються в 1.17 * 10 ⁹ тонн. 
Ясно, що існують різні фактори, що обмежують потужність сонячної енергетики. Припустимо, що в майбутньому для виготовлення колекторів стане можливим застосовувати не тільки алюміній, але і інші матеріали. Чи зміниться ситуація в цьому випадку?

У традиційній енергетиці на органічному паливі цей показник становить 200-500 людино-годин. Поки що електрична енергія, породжена сонячним промінням, набагато дорожче, ніж отримувана традиційними способами. Вчені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на досвідчених установках і станціях, допоможуть вирішити не тільки технічні, але й економічні проблеми. 
Перші спроби використання сонячної енергії на комерційній основі відносяться до 80-х років минулого сторіччя. Найбільших успіхів у цій області домоглася фірма Loose Industries (США). Нею в грудні 1989 року введено в експлуатацію сонячно-газова станція потужністю 80 МВт. Тут же, в Каліфорнії, в 1994 році було введено ще 480 МВт електричної потужності, причому, вартість 1 кВт / год енергії - 7-8 центів. Це нижче, ніж на традиційних станціях. У нічні години і взимку енергію дає, в основному, газ, а літом і в денні години - сонце. Електростанція в Каліфорнії продемонструвала, що газ і сонце, як основні джерела енергії найближчого майбутнього, здатні ефективно доповнювати один одного. Тому не випадковий висновок, що в якості партнера сонячної енергії повинні виступати різні види рідкого або газоподібного палива. Найбільш вірогідною "кандидатурою" є водень. 

Кейс 2.

 Вітрова енергія

Величезна енергія рухомих повітряних мас. Запаси енергії вітру більш ніж в сто разів перевищують запаси гідроенергії усіх річок планети. Вітри, що дмуть на просторах нашої країни, могли б легко задовольнити всі її потреби в електроенергії. Чому ж настільки багатий, доступний та і екологічно чисте джерело енергії так слабо використовується? У наші дні двигуни, що використовують вітер, покривають всього одну тисячну світових потреб в енергії. Техніка XX століття відкрила зовсім нові можливості для вітроенергетики, завдання якої стала іншою - отримання електроенергії. На початку століття Н.Є. Жуковський розробив теорію вітродвигуна, на основі якої могли бути створені високопродуктивні установки, здатні отримувати енергію від самого слабкого вітерцю. З'явилося безліч проектів вітроагрегатів, незрівнянно більш досконалих, ніж старі вітряні млини. У нових проектах використовуються досягнення багатьох галузей знання. У наші дні до створення конструкцій вітроколеса - серця будь вітроенергетичної установки залучаються спеціалісти-літакобудівники, вміють вибрати найбільш доцільний профіль лопаті, досліджувати його в аеродинамічній трубі. Зусиллями вчених і інженерів створені найрізноманітніші конструкції сучасних вітрових установок. 
Першою лопатевої машиною, яка використала енергію вітру, був вітрило. Парус і вітродвигун крім одного джерела енергії об'єднує один і той же використовується принцип. Дослідження Ю. С. Крючкова показали, що вітрило можна представити у вигляді вітродвигуна з нескінченним діаметром колеса. Вітрило є найбільш досконалою лопатевої машиною, з найвищим коефіцієнтом корисної дії, що безпосередньо використовує енергію вітру для руху. 
Вітроенергетика, яка використовує вітроколеса і ветрокарусели, відроджується зараз, перш за все, в наземних установках. У США вже побудовані і експлуатуються комерційні установки. Проекти наполовину фінансуються з державного бюджету. Другу половину інвестують майбутні споживачі екологічно чистої енергії. 
Перші розробки теорії вітродвигуна відносяться до 1918 р . В. Залевський зацікавився вітряками і авіацією одночасно. Він почав створювати повну теорію вітряка і кілька теоретичних положень, яким повинна відповідати вітроустановка. 
На початку ХХ століття інтерес до повітряних гвинтів та вітроколесам не був відокремлений від загальних тенденцій часу - використовувати вітер, де це тільки можливо. Спочатку найбільшого поширення вітроустановки отримали в сільському господарстві. Повітряний гвинт використовували для приводу суднових механізмів. На всесвітньо відомому "Фрам" він крутив динамо-машину. На вітрильниках вітряки приводили в рух насоси і якірні механізми. 
У США до 1940 року побудували вітроагрегат потужністю 1250 кВт. До кінця війни одна з його лопатей отримала ушкодження. Її навіть не почали ремонтувати - економісти підрахували, що вигідніше використовувати звичайну дизельну електростанцію. Подальші дослідження цієї установки припинилися.
Невдалі спроби використовувати енергію вітру у великомасштабній енергетиці сорокових років XX століття не були випадковими. Нафта залишалася порівняно дешевої, різко знизилися питомі капітальні вкладення на великих теплових електростанціях, освоєння гідроенергії, як тоді здавалося, гарантує і низькі ціни і задовільну екологічну чистоту. 
Істотним недоліком енергії вітру є його мінливість в часі, але його можна компенсувати за рахунок розташування вітроагрегатів. Якщо в умовах повної автономії об'єднати кілька десятків великих вітроагрегатів, то середня їх потужність буде постійною. При наявності інших джерел енергії вітрогенератор може доповнювати існуючі. І, нарешті, від вітродвигуна можна безпосередньо одержувати механічну енергію. 

Уведено в експлуатацію кілька невеликих вітрових електростанцій (ВЕС).. Середньої потужності ВЕС споруджено в Новоазовську (поблизу Маріуполя). Будуються вітрові електростанції в Карпатах (у Східниці поблизу Борислава).

Кейс 3.

Термальна енергія землі

Здавна люди знають стихійних проявах гігантської енергії, яка зачаїлася у надрах земної кулі. Потужність виверження набагато перевищує потужність найбільших енергетичних установок, створених руками людини. Щоправда, про безпосередньому використанні енергії вулканічних вивержень годі й казати — ще немає люди можливостей приборкати цю непокірливу стихію, та й, на щастя, виверження ці досить рідкісні події. Але це прояви енергії, яка зачаїлася у земних надрах, коли лише крихітна частка цієї невичерпною енергії знаходить вихід через вогнедишні жерла вулканів. Маленька європейська країна Ісландія повністю забезпечує себе помідорами, яблуками і навіть бананами! Численні ісландські теплиці отримують енергію від тепла землі — інших місцевих джерел енергії в Ісландії у тому. Зате дуже багата ця країна гарячими джерелами і знаменитимигейзерами-фонтанами гарячої, з точністю хронометравиривающейся з-під землі. І хоча ісландцям належить пріоритет використання тепла підземних джерел, жителі цій маленькій північної країни експлуатують підземну котельну дуже інтенсивне.

Рейк'явік, у якій проживає половину населення країни, опалюється тільки завдяки традиційному підземних джерел. Та не опалювання черпають люди енергію із глибин землі. Давно вже працюють електростанції, використовують гарячі підземні джерела. Перша така електростанція, зовсім ще малопотужна, була побудована 1904 року у невеличкому італійському містечкуЛардерелло. Поступово потужність електростанції росла, до ладу вступали дедалі нові агрегати, використовувалися нові джерела гарячої, й у наші дні потужність станції сягнула вже значній величини — 360 тисяч кіловат. У Новій Зеландії є така електростанція у районіВайракеи, її потужність 160 тисяч кіловат. У 120 кілометрах від Сан-Франциско США виробляє електроенергіюгеотермальная станція потужністю 500 тисяч кіловат.

Кейс 4

Енергія внутрішніх вод

Раніше всього люди навчилися використати енергію річок. Однак у золоте століття електрики, сталося відродження водяного колеса як водяний турбіни. Електричні генератори, що виробляють енергію, потрібно було крутити, але це досить успішно могла робити вода. Можна вважати, сучасна гідроенергетика народилася 1891 року. Переваги гідроелектростанцій очевидні — постійно поновлюваний сама природа заклала запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення довкілля. Та й досвід будівництва та експлуатації водяних коліс міг би подати чималу допомогугидроенергетикам.

Найбільші ГЕС в Україні – Київська, Канівська, Кременчуцька (мал. 20), Дніпродзержинська, Дніпрогес (Запоріжжя) і Каховська

посідають порівняно незначне місце в електроенергетиці України. Можливості спорудження нових потужних електростанцій у країні обмежені. Певний інтерес має освоєння гідроенергоресурсів Карпатських і Кримських гір, а також окремих невеликих річок.

Основний обсяг виробництва гідроелектроенергії дає каскад дніпровських ГЕС: Київська, Канівська, Кременчуцька (мал. 20), Дніпродзержинська, Дніпрогес (Запоріжжя) і Каховська.

Працюють також Дністровська ГЕС і Дністровська гідроакумулятивна станція (ГАЕС). Остання, коли споживання електроенергії скорочується (наприклад, вночі), перекачує воду з нижнього басейну у верхній, тобто накопичує (акумулює) воду, а в часи пікових навантажень перетворює енергію цієї води в електричну, пропускаючи воду через турбіни. В результаті виробляється більше електроенергії (за такою системою працює також Київська гідроелектростанція).

Потреба в гідроакумулятивних і гідравлічних електростанціях, які працювали б у час найбільшого споживання електроенергії (у так звані години «пік», коли дефіцит у ній різко зростає), в Україні збільшується. Передбачається завершити спорудження Дністровської ГАЕС-2, а також двох електростанцій поблизу Південноукраїнської атомної електростанції: Ташлицької ГАЕС, що буде використовувати води Ташлицького водосховища (басейн Південного Бугу), і Олександрівської ГЕС. Передбачено реконструювати дніпровські гідроелектростанції, що значно збільшить їх потужність.

У гірському районі Закарпаття споруджено середню за потужністю Теребле-Ріцьку ГЕС.

Кейс 5

Енергія біомаси

Розробка зелених джерел електроенергії — цікавий і перспективний напрямок еко-технологій. Вже не один рік багато компаній проводять дослідження у надії створити альтернативне джерело енергії, що було б максимально «зеленим», тобто не завдавало б шкоди довкіллю. І ось, голландська компанія Plant-e запропонувала свій унікальний спосіб отримання електрики — з рослин!

Принцип роботи «зеленого електрогенератора» полягає в наступному.

Рослини висаджують у спеціальні пластикові контейнери («акумулятор») площею ¼ м². Іоноселективна мембрана поділяє контейнер на 2 частини — аеробну катодну та анаеробну анодну. В результаті фотосинтезу в рослинах утворюються деякі види цукристих сполук, частина яких необхідна їм для росту, а «залишок» виводиться через коріння в ґрунт. У ґрунті цукри вступають в реакцію з атмосферним киснем. Бактерії, що містяться в ґрунті, розщеплюють цукри, в результаті чого виділяються електрони і протони. Електроди, занурені у вологий ґрунт, захоплюють електрони, і виробляють струм.

Одержуваний таким чином електричний струм живить світлодіодні освітлювальні прилади, зарядки акумуляторних батарей мобільних електронних пристроїв, точок Wi-Fi.

У листопаді 2014 року в одному з парків Гамбурга (Німеччина) пройшла презентація проекту компанії — «Starry Sky» («Зоряне небо»). У цей вечір 300 світлодіодних лампочок приєднали до «зеленого генератору», і вони освітлювали магістраль міста.

Сьогодні в місті Вагенінген і передмісті Амстердама вже застосовується ця технологія: на енергії, одержуваній від рослин, працюють близько 300 вуличних ліхтарів, кілька точок зарядки мобільних телефонів і точок Wi-Fi. У розробках компанії Plant-e також є електричні модулі для установки на дахи будинків.

 

V. Формування практичних навичок

Виступи груп.

Обговорення виступу кожної групи. Використання кожного з виду енергії в нашому регіоні.

Висловлення думок учнів.

 

VІ. Підсумки уроку.

У XXI в. неминучий значне зростання світового споживання енергії, насамперед,у країнах що розвиваються. У промислово розвинених країн енергоспоживання може стабілізуватися приблизно рівні і навіть знизитися наприкінці століття.

Метод «незакінчене речення»

• Я знаю…
• Я можу…
• Я вмію…

VІІ. Домашнє завдання.

Скласти міні проект «Використання нетрадиційних видів енергії в моєму селищі». У проекті проаналізувати та дійти висновку який вид енергії підходить для нашого регіону.

 

 

 

 

 

Використані джерела.

1.АнтроповП.Я. Паливно-енергетичний потенціал Землі. М., 1994

2.Одум Р.,Одум Є. Енергетичний базис чоловіки й природи. М., 1998