Конкурс школьных проектов по энергоэффективности «Энергия и среда обитания»

Вид материала

Содержание

Контактная информация образовательного учреждения или автора
Аннотация проекта
Солнечная энергия – как вид альтернативного электроснабжения промышленного объекта в приморском крае
Материалы и методы
2.2. Дополнительные причины использования альтернативных источников
2.3. Преимущества использования солнечных батарей
2.4. Сборка и установка конструкции
Фото 1. Подготовка к сборке
2.5. Расчет самоокупаемости
Фото 2. Окончание сборки панелей
2.6. Определение количества сэкономленной электроэнергии и углекислого газа
4.Список использованных источников информации

Подобный материал:

Международный конкурс школьных проектов по энергоэффективности «Энергия и среда обитания»

2011-2012 учебный год

Страна: Российская Федерация
Название конкурсной работы/проекта: Солнечная энергия – как вид альтернативного электроснабжения промышленного объекта в Приморском крае.
Номинация, к которой относится Ваша работа:
для школьников:				для учителей:
1практическая работа	2		3	4
Фамилия, имя автора (авторов): Вайман Михаил
Возраст школьника: 12 лет.
Фамилия, имя, отчество, должность, место работы руководителя (для школьников): Передериева Елена Валентиновна, учитель биологии МБОУ «Гимназия №2 г. Владивостока»
Название, номер образовательного учреждения (школа, учреждение дополнительного образования): Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Гимназия №2 г. Владивостока»
Контактная информация образовательного учреждения или автора Почтовый адрес с индексом: 690002, г. Владивосток, проспект Острякова д.26 . кв.104
Телефон с кодом: +7(423)2456244		Факс с кодом:-+7(423)2205408
Электронная почта: v205408@yandex.ru, Pereval5 @yandex.ru
Аннотация проекта: Актуальность проблем: какие местные или региональные проблемы вызвали необходимость вашей работы (не более 20 слов). В связи с невозможностью и дороговизной подключения к централизованным сетям электроснабжения найдена возможность использования альтернативного источника энергии.
Содержание проекта: что было сделано: какие применены меры энергосбережения, смоделированы или спроектированы возобновляемые источники энергии, разработан урок (не более 60 слов) Проведено исследование эффективности применения солнечных панелей как одного из способов энергосбережения и уменьшения количества выбросов углекислого газа в атмосферу для предотвращения дальнейшего процесса изменения климата. Создана конструкция, накапливающая и преобразующая солнечную энергию.
Полученный или ожидаемый результат (не более 60 слов) Можно сделать вывод о том, что солнечная энергетика – одно из перспективных направлений в нашем Приморском крае, а использование солнечных батарей может быть: экономически выгодным, комфортным, модным, эффективным и здоровьесберегающим способом предотвращения дальнейших последствий изменения климата.
Мы согласны на опубликование материалов нашего проекта в буклете, на интернет-сайте или других публикациях SPARE/ШПИРЭ. Да
Дата заполнения регистрационной формы: 06.01.12 г.
Фамилия, имя, отчество ответственного лица: Передериева Е.В.

Регистрационная форма участника

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ – КАК ВИД АЛЬТЕРНАТИВНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА В ПРИМОРСКОМ КРАЕ

1.Введение

Использование традиционных топливных ресурсов, таких как нефть, каменный уголь или природный газ, не только является дорогостоящим способом получения энергии, но и оказывает негативное влияние на окружающую среду. При этом в атмосферу выбрасывается значительное количество «парниковых» газов: ссылка скрытаа, ссылка скрытаа и ссылка скрытаа, способствуя дальнейшему процессу изменения климата на нашей планете. [1]

В результате мы можем наблюдать в Приморском крае такие последствия изменений, как:

погодные катаклизмы - сильные ветры и наводнения, бесснежные зимы;
усыхание лесов, создающее предпосылки для развития лесных пожаров и распространения клещей;
повышение риска развития инфекционных заболеваний у населения;
смена биологического состава обитателей Японского моря.

Поэтому целью моей работы является изучение эффективности применения солнечных панелей как одного из способов энергосбережения и уменьшения количества выбросов углекислого газа в атмосферу для предотвращения дальнейшего процесса изменения климата.

Задачи:

изучение различных видов солнечных панелей;
создание конструкции, накапливающей и преобразующей солнечную энергию;
доказательство преимущества использования солнечной энергии как вида альтернативного источника в Приморском крае;
определение количества сэкономленной электроэнергии и углекислого газа, не выброшенного в атмосферу в результате многолетнего использования данной установки.

Материалы и методы: в процессе исследования мною было изучено большое количество информации и осуществлен поиск видов солнечных панелей, которые можно наиболее эффективно использовать как источник энергии для индивидуального жилья в условиях Приморского края. Данная конструкция была закуплена, собрана и установлена на здании в Надеждинском районе. Произведены математические расчеты по самоокупаемости, определено количество сэкономленной электроэнергии и углекислого газа, не выделяемого в атмосферу.

2. Основная часть

2.1. Перспективы развития солнечной энергетики

Сжигание ссылка скрыта, автомобильные выбросы, лесные ссылка скрыта, деятельность промышленных предприятий и сельскохозяйственные работы являются антропогенными причинами, которые усиливают последствия ссылка скрыта. Использование инновационных подходов в энергопотреблении поможет снизить накопление углекислого газа в атмосфере и, соответственно, влияние парникового эффекта [4]. При этом запасы природных топливных ресурсов являются исчерпаемыми, а энергию ветра, Солнца и воды можно использовать неограниченно долго. Солнечная энергия является одним из экологических чистых альтернативных источников потому, что миллиарды лет поступает на Землю, и все земные процессы с ней взаимосвязаны. Поток этой энергии люди могут взять под свой контроль и максимально его использовать, сохраняя неизменённым уникальный земной климат [7].

Порой использование традиционных источников окупается очень дорого, или они расположены так далеко от загородного дома, что коммуникации проложить невозможно. В этих случаях главная задача - электроэнергию и тепло получить на месте использования. Это реально и со временем установка солнечных батарей становится экономически выгодной [7]. «За год на Землю приходит 10¹⁸ кВтч солнечной энергии, всего 2% которой эквивалентны энергии, получаемой от сжигания 2 * 10¹² тонн условного топлива. Эта величина сопоставима с мировыми топливными ресурсами – 6 * 10¹² тонн условного топлива (в России за единицу условного топлива (у.т.) принимается способность при сжигании 1 кг ссылка скрыта выделяться 7000 ссылка скрыта энергии)» [7]. «Так что в перспективе солнечная энергия вполне может стать основным источником света и тепла на Земле», отмечает доктор физико-математических наук Б. Лучков (ссылка скрыта). Причина медленного развития солнечной энергетики проста: средний поток радиации, поступающий на поверхность Земли от нашего светила, очень слаб. Чтобы его усилить, надо собирать её с большой площади и запасать впрок в аккумуляторах. Пока это удаётся сделать в малой энергетике, предназначенной для снабжения электроэнергией и теплом жилых домов, а также небольших предприятий [3].

2.2. Дополнительные причины использования альтернативных источников

Как известно, без электроэнергии человеку существовать не комфортно. При помощи электричества работают почти все необходимые приборы – печь, стиральная машина, телевизор, компьютер и т.д. Что делать, если электроэнергия отсутствует, или ее трудно получить? Ответ прост – установить современные солнечные аккумуляторы.

С проблемой электроснабжения мы столкнулись на промышленном объекте, находящемся по адресу: Приморский край, с. Вольно-Надежденское Надежденского района, переулок Заречный, дом 10. На земельном участке находится склад горюче – смазочных материалов и здание административно-бытового корпуса площадью 39,5 кв.м. В настоящий момент объект находится в «замороженном» состоянии, электроэнергия отсутствует, в здании постоянно находится сторож. Рядом расположен поселок Западный, в котором происходят постоянные перебои с электропитанием или отключения электроэнергии. Мощность подаваемого тока в поселке ниже необходимого уровня. В результате у жильцов постоянно ломаются или не работают электроприборы. Из промышленных объектов вблизи находится база Роснефти (хранилище) и асфальтовый завод, не работающий в зимнее время. Эти объекты потребляют энергию от трансформаторной подстанции (ТП). Однако они используют весь запас электроэнергии и подключиться к ближайшей подстанции нет возможности. Остаются варианты: согласовывать с администрацией Надеждинского района установку новой ТП или начинать использовать альтернативные источники электропитания. В первом варианте необходимо было согласовать новый лимит энергопотребления и установить дополнительную трансформаторную подстанцию. Оказалось, что такой возможности нет, потому что:

для того чтобы поставить ТП, хозяин объекта должен приобрести материалы и установить ее за свои деньги, при этом материальные затраты составят примерно 700000 рублей. При этом ТП остается на балансе электрообеспечивающих организаций, т.е. не является собственностью хозяина объекта.
При согласовании лимита потребляемой электроэнергии, за каждый кВтч необходимо заплатить 40000 рублей.
Если в месяц не потребляется вся электроэнергия (запрашиваемый лимит), хозяин должен внести за него оплату в полном объеме.
Для того чтобы провести кабель, потребуются также большие материальные затраты. Платить также придется и за согласование.

В результате можно сделать вывод, что гораздо дешевле будет перейти на альтернативные источники питания.

2.3. Преимущества использования солнечных батарей

Из альтернативных источников энергопитания нам с семьей предстояло выбрать ветряки или солнечные батареи. В селе Вольно - Надеждинское бывает достаточно ветрено, а также имеется положительный опыт использования населением ветрогенераторов в целях получения энергии. Мы решили установить солнечную батарею, т. к. планировали последующее увеличение их количества (используя со временем самоокупаемость) для увеличения получаемой электроэнергии. Наш край является рекордсменом по количеству солнечной радиации в зимнее время в России. Владивосток находится на одной широте с Сочи и количество солнечных дней в нем за год составляет около 270 дней. Мощность поступления солнечной энергии на территории Приморского края составляет около 30 млрд. кВтч. Данные ресурсы с учётом экологических ограничений составляют: при получении тепловой энергии – 16 млн. кВтч; при получении электрической – 4,9 млн. кВтч [8].

2.4. Сборка и установка конструкции

Для начала нами были приобретены (Рис.1):

фотоэлектрические модули с техническими характеристиками 100W/24V (в количестве 4 штук);
контролер заряда;
инвертор;
аккумуляторные батареи по 75А (в количестве 4 штук).

Рис.1. Схема подключения фотоэлектрической системы

Стоимость за весь комплект при покупке в 2011 году составила 73 тысячи 866 рублей. Дополнительно был приобретен металлокаркас за 27000 рублей. Сумма материальных затрат составила около 100000 рублей.

Солнечная панель (фотоэлектрический модуль) – предназначена для преобразования солнечного излучения в электрический ток.

Контролер заряда - устройство, которое следит за правильностью заряда аккумулятора (не позволяет перезарядить аккумулятор или довести до глубокого разряда).

Аккумуляторная батарея - накапливает вырабатываемую электрическую энергию.

Инвертор - устройство, преобразующее напряжение 12V постоянного тока в 220V переменного тока. Принцип действия солнечных батарей состоит в преобразовании солнечного

электромагнитного излучения фотоэлектрическими Фото 1. Подготовка к сборке

панелями в электрический ток (при этом генерируется постоянный ток напряжением в 12V).

Энергия может использоваться напрямую различными потребителями постоянного тока, накапливаться в аккумуляторных батареях для последующего использования, а также преобразовываться посредством инвертора в переменный ток напряжением в 220V - для питания различных электрических устройств [5]. Процесс подготовки к сборке и вид солнечной батареи можно увидеть на фотографиях (Фото 1, Фото 2).

2.5. Расчет самоокупаемости

Данная конструкция обеспечивает потребителей электроэнергией в количестве 500 Вт в час. При этом за сутки (24 часа) энергопотребление составляет 12 кВтч, за месяц – 360 кВтч. Для сравнения можно привести пример: в городе Владивостоке наша семья из четырёх человек, проживая в четырехкомнатной квартире, потребляет примерно столько же электроэнергии.

Объект, в котором мы устанавливаем систему электроснабжения, является промышленным. В селе Вольно - Надеждинское стоимость 1 кВтч электроэнергии для промышленных предприятий составляет 4,62 рубля. Т.о., материальные затраты за один месяц составляют 4,62 * 360 кВтч, то есть 1663,2 рубля.

При материальных затратах в сумме 100000 рублей наша конструкция окупится примерно за 60 месяцев (100000 / 1663,2 = 60,13), т.е. за 5 лет. Если учитывать ежегодное повышение энерготарифов от 5 до 10%, [9] (для Приморского края 10,5% на 2011г.) то самоокупаемость солнечной установки наступит еще раньше (менее 5 лет).

В будущем, в случае увеличения количества солнечных панелей и аккумуляторов, можно будет подключать и электроприборы с большим энергопотреблением (электросварочные агрегаты, трансформаторы, станки и т.д.)

Фото 2. Окончание сборки панелей

В настоящее время для снижения энергопотребления также использованы светодиодные лампы вместо люминесцентных ламп. Светоотдача у светодиодных ламп нового поколения в 1,5 раза выше, а энергопотребление в 2 раза ниже. Т.о., производится освещение не только внутри помещения, но и всей территории промышленного объекта. Мощность одной светодиодной лампы 7 Вт. Используя данную установку можно включить одновременно 70 таких ламп, которые по энергопотреблению равны 105 люминесцентным лампам и заменяют 26 светильников типа «Армстронг», в состав которых входит по 4 лампы.

В результате использования наших солнечных батарей одновременно:

работает телевизор;
производится внутреннее освещение пятью светильниками типа «Армстронг»;
осуществляется наружное освещение;
заряжается резервные аккумуляторные светильники, сотовые телефоны, ДВД плейер.

Т.о., установка обеспечила нам необходимый уровень комфорта.

2.6. Определение количества сэкономленной электроэнергии и углекислого газа,

невыброшенного в атмосферу

Если каждый месяц при использовании солнечных батарей нами будет сэкономлено 360 кВтч, то к моменту их самоокупаемости (менее 5 лет), мы можем сэкономить примерно 21600 кВтч. Конечно, установка стоила материальных затрат, но в эти 5 лет мы не будем оплачивать электроэнергию и в атмосферу не будут выбрасываться вредные вещества, появляющиеся при сжигании топлива (например, каменного угля) и негативно влияющие на наше здоровье.

Т.о., мы не сжигаем, а экономим 16,2 тонн каменного угля (расчеты проведены по формуле Гришана А.А.) В атмосферу при этом не будет выброшено 1,3 тонны углекислого газа.

Если на 100 индивидуальных объектах в Приморском крае появятся такие установки, за 5 лет можно сэкономить 2160000 кВтч электроэнергии, 1620 тонн каменного угля и предотвратить выбросы 130 тонн углекислого газа в атмосферу (Табл. 1).

Количество индивидуальных зданий	Количество сэкономленной электроэнергии за 5 лет, кВтч	Количество сэкономленного каменного угля за 5 лет, тонн	Количество углекислого газа, не выброшенного в атмосферу за 5 лет, тонн
1	21600	16,2	1,3
100	2160000	1620	130

Таблица 1. Экономия электроэнергии, каменного угля и предотвращение выбросов углекислого газа в атмосферу 100 потребителями в течение 5 лет.

Изучив данные, представленные в таблице, можно сделать вывод о том, что солнечная энергетика – одно из перспективных направлений в нашем Приморском крае, а использование солнечных батарей может быть: экономически выгодным, комфортным, модным, эффективным и здоровьесберегающим способом предотвращения дальнейших последствий изменения климата.

3.Заключение

В данной работе я хотел показать, что, несмотря на то, что еще существует стереотип использования традиционного электричества, необходимо переходить на альтернативные источники выработки электроэнергии. Единственный минус использования солнечных батарей - это дороговизна оборудования на момент покупки, но за несколько лет все затраты окупаются и в последствии вырабатываемое электричество бесплатное, а традиционное электричество дорожает с каждым годом. Система проста при сборке, ее может собрать даже школьник. Уверен, что с каждым годом таких установок будет все больше, производство их наладится в необходимом количестве, а значит, они будут значительно дешевле и станут быстрее окупаться.

Если на 100 индивидуальных объектах в Приморском крае появятся такие установки, тогда за 5 лет можно соответственно сэкономить 2160000 кВтч электроэнергии, 1620 тонн каменного угля и предотвратить выброс 130 тонн углекислого газа в атмосферу.

Использование солнечных батарей не только экономически выгодно, но и комфортно, современно, а также сохраняет наше здоровье и является эффективным способом предотвращения дальнейших последствий изменения климата.

4.Список использованных источников информации

Чан Г.М. и другие. Я, будущее и энергия. Методические рекомендации.- Владивосток, 2007.
Гришан А.А. Способ оценки предотвращения загрязнения природной среды продуктами сгорания топлива.
Изменение климата – практические решения, составитель Тимур Идрисов.- Душанбе, 2006.
ссылка скрыта (world.org/rus)
ссылка скрыта (world.org/rus/)
ссылка скрыта
В. Гермнович, А. Турилин «Альтернативные источники энергии» С-Пб 2011 Наука и техника.
Р. Любинский журнал «Дом» январь 2012 стр. 23
Приказ ФСТ России от 07 октября 2010 г. № 244-э/2 «Об установлении предельных максимальных уровней тарифов на тепловую энергию, поставляемую энергоснабжающими организациями потребителям, в среднем по субъектам Российской Федерации на 2011 год ссылка скрыта.

Blog

Конкурс школьных проектов по энергоэффективности «Энергия и среда обитания»

Содержание