Відкрита географічна студія "Електроенергетика України. Використання відновлюваних джерел енергії"

Тема: Електроенергетика України.  Використання відновлюваних  джерел енергії.

Мета: охарактеризувати структуру електроенергетики, її зна­чення, основні типи електростанцій; дати поняття про традиційні та нетрадиційні джерела електроенергії та типи електростанцій; розвивати інформаційно-цифрові компетентності учнів, формувати творчі здібності, географічне мислення, екологічну культуру школярів; виховувати національно свідомого  громадянина, дбайливого господаря своєї країни та раціонального природокористувача.

Тип уроку: комбінований

Форма проведення: відкрита географічна студія для учнів 8-11 класів.

Урок побудовано за принципом BYOD (Bring Your Own Device - "принеси власний дивайс")

Обладнання: інтерактивна панель PRESTIGIO, мультимедійні презентації, відеоматеріали, смартфони з додатком FUTURIO, маркери доповненої реальності для роботи з додатком, додаток сканування QR-кодів, електронні посібники програми  OURBOOX

ХІД УРОКУ

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

Вчитель:

Шановні учасники студії,

Ось тут,  ми зібралися з вами,

Щоб «Мудрості книгу» разом розгорнуть,

Пройтися її сторінками.

Сторінки яскраві чекають на вас,

Як зорі горять, це ж естетика!

І з радістю всіх запросили ми в клас,

Де тема всіх жде: ЕНЕРГЕТИКА

- Прийом «Мозковий штурм»

-       Енергетика – від слова Енергія, Що ж таке енергія?

-       На яких уроках ви вже з нею знайомились? (фізика, біологія, хімія)

    (діти роблять повідомлення, тези  яких записують  на дошці)

1. Фізика пояснює, що енергія це -   міра руху всіх видів матерії.

2. Для  хімії це  – здатність речовин в процесі хімічних  реакцій перетворюватись на  інші речовини.

3. Для  біології  «енергія»  -  здатність  живих організмів створювати умови для  існування, використовуючи власні ресурси.

А для географії ?

 Для   економічної географії та для господарства країни ,  «енергія» –  це тепло та  світло,   рух машин  та механізмів, спосіб господарювання, одним словом  це – невід`ємна складова  сучасного господарства.  Що ж об`єднує всі ці  визначення, що є спільного для всіх наук природничого циклу? Виведіть спільне поняття слова «енергія».

ІІІ.  МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Вчитель: Чи траплялося із вами таке, що ви граєте в улюблену гру на смартфоні або дивитеся цікаве відео і аж раптом у вас закінчується заряд батареї?
Що треба зробити? Мабуть знову "нагодувати" телефон енергією, щоб він почав працювати. При цьому "годувати" його треба майже щодня. Чи не так?
Хто з вас вже знає, звідки береться енергія і як вона перетворюється на струм у наших розетках?
Зазвичай для цього спочатку треба видобути з-під землі такі природні копалини як вугілля, нафту або природній газ.
Потім певним чином їх підготувати (наприклад, відокремити від каміння та сміття), та привезти на електростанцію.
На електростанції ці копалини палять. Тепло, яке виділяється під час спалювання перетворює воду на пару.
Пара змушує рухатися турбіну, яка поєднана із електрогенератором.
Електрогенератор виробляє електроенергію, яка мандрує дротами від електростанції аж до наших домівок.

Ресурси, про які ми тільки-но поговорили - вугілля, нафта та природній газ - не безкінечні. Вони вичерпуються. Так само, як і заряд батареї у вашому смартфоні.
Якщо людство й надалі використовуватиме природні ресурси, може статися що заряджати телефон буде більше нічим. Згодні?
- Уявімо, як зміниться життя, якщо ми не зможемо користуватися електроенергією?

Відповіді учнів:
Зникне теппо у квартирах, світло, не можна буде користуватися побутовими приладами, телефоном, телевізором, комп'ютером, грати в ігри. Зупиняться трамваї, тролейбуси, метро. Не зможуть працювати важливі установи: школи, лікарні, аеропорти.

Дійсно, буде не просто! А тепер погляньмо у вікно.
Хто бачить та може назвати джерела енергії?(Відповіді учнів).
Все це може зярядити ваш смартфон та навіть живити всю нашу школу.
Як це можливо? Давайте розбиратися.

ІV. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

4.1 Джерела енергії, їх види

- Прийом «Мультимедійна вітальня», «Географічний кінозал» (протягом уроку)

Отже, які бувають джерела енергії?
Як ви вже знаєте, джерела енергії ділиться на два типи: поновлювані та не поновлювані.

4.2 Типи електростанцій, що використовують вичерпні джерела енергії

До джерел не поновлюваної енергії відносяться: нафта, природний газ, вугілля.
За попередніми оцінками у нас є приблизно двісті років до того як вичерпаються запаси всіх видів горючих корисних копалин.
Але час не єдина проблема.
- Прийоми «Випереджальне завдання», «Виступ фахівців» (учні «Енергетики» презентують електронний посібник «Типи електростанцій»)

Учні «Екологи»:

Традиційні види енергетики, що в основному базуються на спалюванні, завдають неймовірної шкоди нашій планеті та суттєво погіршують якість нашого життя.
Ці причини і є основною рушійною силою для пошуку та використання нових поновлюваних джерел енергії, які до речі мають фактично невичерпний ресурс.

4.3 Джерела поновлювальної енергії
Розгляньмо, на що ж нам можна розраховувати в майбутньому.
До поновлюваних джерел енергії відносяться:

• енергія сонця
• енергія вітру
• егергія води
• геотермальна енергія
• енергія водню
• біопаливо
• енергія термоядерного синтезу

Розгляньмо, як працюють основні види поновлювальної енергії.

4.4 Сонячна енергія

Серед усіх поновлюваних джерел саме на сонячну енергію людство покладає найбільші надії.
Перші робочі технології з'явилися приблизно півсторіччя тому. А нині ми вже навчилися їх доволі ефективно використовувати.
Енергію сонця можна збирати за допомогою панелей, встановлених на дахах будинків (для "домашнього" використання), або на відкритих ділянках землі (для промислового використання).
Ось як це працює: сонце світить на спеціально встановлені сонячні панелі. Поверхня сонячних панелей створена із двох шарів спеціального матеріалу - кремнію.
Один з шарів має негативний заряд, а другий - позитивний.
Коли верхній шар "вхоплює" сонячні промені, електрони всередині шару починають рухатися та "штовхатися".
Так сильно, що штовхають електрони нижнього шару, які у свою чергу також починають рухатися. Якраз на кордоні двох шарів, які постійно штовхаються та взаємодіють один із одним утворюється електроенергія.

За допомогою дротів вона рухається у електромережу або спеціальні батареї, які зберігають цю енергію на майбутнє. Якщо ж надлишкову енергію не зберігати в батареї, то можна продавати її, перенаправляючи у міську мережу.
Сонячна енергія - один з найдешевших видів електроенергії. Давайте подумаємо, у чому її переваги?
- Прийом «Мозковий штурм»
сонце сходить кожного дня, цілий рік;
сонце не можна привласнити, воно належить усім;
сонце не можна монополізувати, політизувати, купити чи продати;
сонце ніколи не скінчиться;
сонце легко спрогнозувати: його "кількість" і "наявність".

Ось приклад, як сонячна енергія може живити цілий острів:
Острів Кауаї з населенням 58 тисяч чоловік є частиною Гавайських островів в Тихому Океані. Одна американська компанія побудувала там сонячну ферму з сонячними панелями потужністю 13 мегаватів та батареями в 52 мегавата.
Завдяки цьому жителі острова мають можливість користуватися енергією незалежно від часу доби та скоротити споживання викопного палива на майже 6 мільйонів літрів на рік.

Таких проектів стає все більше, адже ефективність сонячних панелей збільшується, а їхня ціна падає. Україна як кажуть теж «не пасе задніх».

- Прийоми «Випереджальне завдання», «Виступ фахівців» (учні  «Енергетики» презентують матеріали про найбільшу геліоенергетичну станцію)
- Прийом «Краєзнавчий  лекторій» (учні «Краєзнавці» розповідають про сонячну електростанцію у с. Куянівка)

- Прийом «Дивуй!» (виступ учнів «Аналітиків»)
Деякі вчені вважають, що можна використовувати сонячну енергію ще ефективніше. Оскільки земна атмосфера поглинає 55-60 відсотків сонячного випромінювання, для більшої ефективності сонячні станції мають бути розміщені в космосі. Завдяки дзеркалам на супутниках енергія концентруватиметься на спеціальних колекторах, або на сонячних панелях. Після чого передаватиметься на землю за допомогою мікрохвильових, або лазерних пучків. На початку 2015 року в Агентстві аерокосмічних досліджень Японії заявили, що змогли конвертувати 1,8 кіловата електроенергії у мікрохвилі та передати їх на довжину 50 метрів. Таким чином вони підтвердили можливість проекту.

4.5 Енергія вітру

Ми також можемо здобувати електроенергію з вітру.
Можливо ви й не здогадуєтесь, але вітер - це у певному сенсі також енергія сонця.
Чи пам'ятаєте ви з уроків природознавства, звідки береться вітер і як це може бути пов'язано із сонцем? Назвіть причини виникнення вітру.

• Прийом «Повторення раніше вивченого матеріалу»

Вітер фактично виникає через дію сонця. Все навколо нас, будь яка поверхня землі - вода, земля, дерева, пісок - поглинає сонячне випромінювання, зберігає його, нагріваючись та відбиває чи випускає його. Це трапляється не рівномірно, в різні проміжки часу. Через це повітря над поверхнею землі нагрівається та охолоджується із різною швидкістю. Тепле повітря, як ви знаєте, піднімається угору, а холодне опускається вниз. Цей рух повітря ми й називаємо вітром.
В залежності від різних обставин (наприклад, атмосферного тиску) він може бути сильнішим або майже зовсім непомітним.
Наступного разу по дорозі у школу зверніть увагу, чи сильний вітер. Адже енергію вітру можна перетворити на іншу енергію - електричну або механічну.
Електроенергія, яка з'являється за допомогою спеціальних вітряків - це чиста, поновлювана енергія.
Чому її називають чистою?

• Прийом «Коло думок»

Тому що для її вироблення не спалювалися викопні копалини, які забруднюють атмосферу, грунт та воду. Виробництво чистої енергії не має шкідливих відходів.
Нині з вітру людство вже отримує близько трьох відсотків від глобальної потреби електроенергії. Потужність та якість турбін для вітряків зростає  щорічно і вже до 2020 року кількість вітрової енергетики зросло вчетверо.

Та вітер має одну неприємну особливість - він дме з різною силою, інколи занадто повільно щоб крутити турбіну, а інколи навпаки занадто сильно і тоді турбіну зупиняють щоб не пошкодити установку. В такі моменти подача електроенергії зазвичай припиняється.
- Прийом «Дивуй!» (виступ учнів «Аналітиків»)
Деякі компанії пропонують таке вирішення проблеми непостійності вітру - застосовувати летючі вітряки. Вітряк підніматиметься спеціальним дирижаблем на висоту 300-600 метрів над землею, а турбіна закріплена в ньому зможе виробляти вдвічі більше енергії ніж стаціонарна установка такого ж розміру.
На даний момент одна компанія  вже зуміла протестувати вітряк потужністю 30 кіловатів зі спеціальною автономною системою, яка налаштовується на потрібну висоту та згортається у випадку надзвичайних ситуацій.

4.6 Енергія води

- Прийом «Дивуй!» (виступ  учнів«Аналітиків» )

Енергію води ми використовуємо ще з початку 19-го сторіччя, саме тоді були збудовані перші гідроелектростанції, які працюють завдяки рікам.
Багато років до того за допомогою енергії води молотили зерно.
Чи бачили ви колись такий млин?
Ось як він працював:
Потік води у річці рухався та обертав колесо, перетворюючи кінетичну енергію води у механічну роботу колеса. Воно, у свою чергу, мололо зерно для того, щоб можна було зпекти хліб.
У сучасному світі такі млини не потрібні більше, їхню роботу виконують спеціальні машини.
А от принцип роботи млина тепер використовують для того, щоб отримувати не механічну, а електричну енергію.

Вчитель
Енергія води може видобуватися одним з цих способів:
— За допомогою енергії морських хвиль (або також енергії приливів та відливів).
— На гідроелектростанціях (ГЕС) та гідроакумулюючих електростанціях (ГАЕС);
— За допомогою енергії річок (Руслові ГЕС);.
Інколи на станціях можуть використовуватися одночасно декілька способів і це нормально - дамби та станції будуються зазвичай у місцях де вода має натуральну потужну силу.

Енергія морських хвиль все ще досліджуєтья, адже хвилі можуть бути доволі потужні й не так то просто збудувати для них відповідні установки.
Принцип їхньої дії доволі схожий на той, що використовується для отримання енергії за допомогою приливів та відливів, то ж давайте коротко розглягнемо осбливості цього типу. Тож як працює енергія приливів та відливів?
Під час приливу вода наповнює спеціальні резервуари, що знаходяться неподалік берега. Ці резервуари ще називаються дамбами.
Під час відливів вода рухається назад. Саме цей зворотній рух води використовується для того, щоб рухати турбіну та виробляти енергію.
Для цього процесу важливо, аби різниця висот під час приливу та відливу була якомога більшою, хоча б десять метрів.

- Прийом «Дивуй!» (виступ учнів«Аналітиків» )

Шотландська компанія* створила електрогенератор морських хвиль**. Він встановлюється неподалік від берега на глибині 10-16 метрів.
Плаский поплавок закріплюється на дні на потужних шарнірах, хвилі його розгойдують та завдяки насосам качають на берег воду, яка приводить в рух стандартну гідроелектричну турбіну. Одна така установка має потужність 800 кіловатів.
* компанія Aquamarine Power [Акуамарін Пауер]*
** електрогенератор морських хвиль Oyster [Ойстер].

Вчитель

В наш час гідроелектростанції є надійними джерелами відновлювальної енергетики та сумарно виробляють більш ніж 15 відсотків від всієї світової електроенергії.

Нині гідроенергетика добре розвинена і становить 25% від світового виробництва електроенергії. Давайте поглянемо як виглядає Дніпровська ГЕС.

- Прийоми «Випереджальне завдання», «Виступ фахівців» (учні  «Енергетики» презентують матеріали по ГЕС України)

4.7 Геотермальна енергія

Давайте також розглянемо інші варіанти "чистої" енергії, наприклад геотермальну енергію. Вона менш популярна, аніж вітер, сонце та вода, але не менш дієва і для деяких країн є дуже важливою. Наприклад, в Ісландії та Філіппінах її доля складає третину від всієї виробленої електроенергії. Це дуже багато.
Геотермальна енергія - це спосіб перетворення теплової енергії земних надр на електричну Нещодавно в Ісландії почали розробляти нову перспективну технологію глибокого буріння. Такі свердловини матимуть глибину п'ять кілометрів або більше і сягатимуть аж до лави. Завдяки цьому закачана туди вода досягатиме температури від 400 до 1000 градусів за Цельсієм та перетвориться на флюїд - це стан речовини коли зникає відмінність між її рідкою та газоподібною формою.
Планується, що така свердловина зможе видавати потужність 50 мегаватів, а це в десять разів більше ніж стандартна геотермальна свердловина.

4.8 Використання біопалива.

- Прийом «Дивуй!» (виступ учнів «Екологів»)

Коли ми говоримо про біопаливо одразу на думку спадають неосяжні жовті поля ріпаку з якого в основному зараз виробляють біопаливо.
Хоча таке паливо дуже популярне в європейських країнах - воно надзвичайно неефективне, оскільки використовує ті самі земельні території, на яких можна вирощувати їжу. До того ж такі "біокультури" як ріпак дуже сильно виснажують землю, що стає окремою проблемою. Але що як використовувати за основу водорості? Саме цим питанням задалася одна американська компанія та побудувала перший у світі завод з перероблювання водоростей у біопаливо. На відміну від інших біокультур, щоб виростити водорості потрібна лише вода, сонце та вуглекислий газ, яким сильно забруднена наша планета. Далі водорості збирають та відділяють їх від води, яка стає настільки чистою що її можна вживати для пиття. З концентрованої маси виробляють високооктанове пальне або дизель - зовсім як зі звичайної нафти, а залишки можуть використовуватися як добрива.

4.9 Використання альтернативних джерел енергії у побуті

- Прийом «Географічний кінозал»

 - Прийом «Інформаційно-цифровий практикум» ( використання додатку FUTURIO, маркерів доповненої реальності для роботи з додатком смартфона

- енергія сонця вдома;

-відновлювальна енергія в смарт(розумному)-містечку)

Давайте тепер на власному досвіді перевіримо, як можна використовувати поновлювані джерела енергії у житті.
Для цього виконаємо з вами суперзавдання.
Ви отримали спеціальні малюнки.

1. Дістаньте свої смарфони чи планшети.
2. Відкрийте додаток Futurio.
3. Покладіть малюнок-маркер перед собою
4. Наведіть камеру смартфону так, щоб весь малюнок уміщався на екрані.
5. Що ви бачите?

Роздивіться малюнок з усіх боків. Наблизьте камеру до малюнку або навпаки, віддаліть. Торкніться екрану, щоб "ввімкнути" світло.

Виконайте завдання до малюнку.

V. РЕФЛЕКСІЯ

-Тож ми сьогодні багато говорили про різні види енергії.
Нагадайте мені, які з них поновлювані, а які ні:
Вітер (поновлюване джерело енергії).
Вугілля (не поновлюване джерело енергії).
Природний газ (не поновлюване).
Нафта (не поновлюване).
Сонце (поновлюване).
Вода (поновлюване)

-А що ви ще запам'ятали?
-Що таке чиста енергія і чому вона так називається?
- У чому перевага енергії сонця, вітру і води?
VІ. ПІДСУМОК УРОКУ

- Підсумок роботи відкритої географічної студії підводять вчитель і учні

- Прийом «Мікрофон»

VІІ. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ