Электростанций преимущества и недостатки: Сравните преимущества и недостатки электростанций разных типов.

Преимущества и недостатки электростанций. — физика, уроки

Сценарий проведения открытого урока по физике 8 -9 класс

Тема урока: «Преимущества и недостатки различных типов электростанций».

Цели урока:

образовательные:

организовать деятельность обучающихся по формированию знаний темы «современная энергетика России»- виды электростанций, их преимущества и недостатки,

создать условия для формирования культуры умственного и практического труда,

актуализировать и углубить знания обучающихся о физических основах производства электроэнергии на различных видах электростанций, а также об их преимуществах и недостатках в экологическом отношении,

формирование ключевых предметных компетенций на основе систематизации знаний по теме и реализации межпредметных связей.

развивающие:

направить деятельность обучающихся на самостоятельное приобретение недостающих знаний для решения познавательных и практических задач,

продолжить формирование информационных компетенций: умения структурировать информацию, вычленяя главные составляющие, переводить информацию в различные знаковые формы — составление презентации, диаграмм,

содействовать развитию умений самостоятельной работы с ресурсами Интернета и дополнительной литературой,

содействовать развитию умения самостоятельно разрабатывать проект, оформлять результаты,

работать в направлении приобретения обучающимися коммуникативных умений, социальных, работая в группах, ораторских способностей при защите проекта.

воспитательные:

продолжить воспитание личностных качеств: взаимопомощи, чувства коллективизма, ответственности, организованности,

продолжить формирование коммуникативных умений: публично выступать по теме, вести диалог, участвовать в дискуссии, активно слушать.

Тип урока: комбинированный урок

Методическая характеристика урока:

по решению основных дидактических задач: урок открытия новых знаний

по характеру познавательной деятельности: информационный, репродуктивный, иллюстративный.

Оснащение урока:

учебно-методическое-

презентации по темам — АЭС, ТЭС, ГЭС, альтернативные электростанции;

карта «электроэнергетика России».

ТСО: компьютер.

Межпредметные связи:

основы информатики и ВТ – Интернет ресурсы,

история России — тема «Электрификация России»,

литература – поэтическое восприятие действительности,

физика – тема «Производство электроэнергии»,

география – тема «Мировые природные ресурсы».

биология, химия, экология — экологическое содержание проблемы урока.

ХОД УРОКА

В наше время уровень производства и потребления энергии – один из важнейших показателей развития производственных сил общества. Современному человеку необходимо иметь в своём распоряжении разнообразные энергетические источники, помогающие ему не только жить, но и осуществлять свою профессиональную деятельность. Ведущую роль при этом играет электроэнергия – самая универсальная и удобная для использования форма энерги.

Электроэнергия обладает неоспоримыми преимуществами перед другими видами энергии:

Электроэнергию можно получать за счёт других разнообразных видов энергии (энергии воды, ветра, пара, Солнца, различных видов топлива, атомной, ядерной)

С помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы (механическую, внутреннюю, световую).

Можно передавать по проводам на большие расстояния со сравнительно малыми потерями.

Напряжение и силу переменного тока можно в широких пределах преобразовывать почти без потерь.

Электроэнергия не наносит вреда окружающей среде.

Электричеством человек стал пользоваться с 1800 года. 

В 1800 году  Алессандро Вольта изобрел первую батарею. Его открытие постоянного течения электричества явилось большим шагом вперед в науке. На основе этого открытия были разработаны различные типы электрических машин, это был лишь очередной толчок в использовании электричества на службе человеку.

Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию.  Это и привело к появлению электрических динамомашин и трансформаторов.

Первая электростанция постоянного тока была построена в Санкт-Петербурге в 1883 году, она дала свет 32 фонарям на Невском проспекте.
В 1895 была пущена в строй первая гидростанция в России в Санкт-Петербурге на реке Большая Охта.

В 1897 запущена первая крупная электростанция в России в Москве.

В 1951 году руководство страны поручило известному ученому Игорю Васильевичу Курчатову создать в Обнинске первую в мире атомную электростанцию, которая стала бы примером мирного применения атомной энергии.

Первая в мире атомная электростанция была построена в Обнинске недалеко от Москвы в 1954году. Она была введена в эксплуатацию на два года раньше чем в Англии и на три с половиной года раньше, чем в США.

В настоящее время на территории России успешно работают электростанции различных типов.

Расположение крупнейших из них посмотрим на карте.

Переходим к следующему этапу нашего урока

— защита творче­ских проектов.

Чтобы проверить, как усвоена информация , учащимся предлагается решить ряд заданий.

Задания для групп.

Карточка 1

Установите соответствие между типом электростанций и источники энергии, которыми они пользуются.

Карточка 2

На диаграмме показана доля электроэнергии, производимой различными типами электростанций. Определите их.

Карточка 3

Стрелками разного цвета покажите, к каким типам электростанций относятся следующие технико-экономические особенности.

ТЭС

Карточка 4. Какие экологические проблемы предстоит решить энергетикам (при поддержке правительства) для сохранения природы и благополучной жизни человека? Выберите правильные ответы.

1. Изменение климата.

2. Вырубка лесов

3. Изменение водного режима рек

4. Охота на диких животных

5. Загрязнение вод Мирового океана химическими веществами

6. Появление кислотных дождей

7. Глобальное перенаселение

8. Загрязнение атмосферы газами, пылью, вредными выбросами

9. Парниковый эффект

10. Эпидемии и неизлечимые заболевания

11. Радиоактивное и химическое загрязнение литосферы

12. Голод населения

13. Затрата невозобновимых природных ресурсов.

(Ответы: 1,3,5,6,8,9,11,13)

Закончить урок я предлагаю поэтической минутой:

«Ода электричеству!»

Согласитесь с истиной простой,
ни одним поэтом не воспетой,

энергетик нужен, как никто,
ну куда мы без тепла и света?
Без работы фабрик и машин,
институтов, здравниц и трамваев,
без всего, что завтра совершим,
если нет энергии — не знаем!
А она — как ключик золотой
к дверце, открывающей возможность
управлять конструкцией любой
и держать в руках ее надежность.
Жизнь — движенье. А движенья суть
навсегда в энергии сокрыта.

5

Обзор аккумуляторов и рекомендации по их использованию в бесперебойных (ИБП) или автономных электростанциях с солнечными батареями.

Энергия, получаемая не путем сжигания добываемого сырья (нефть, газ, уголь или радиоактивных ресурсов), часто называют «зеленой». И объем так называемая «зеленой энергетики» с каждым годом все увеличивается. Люди стремятся не сколько улучшить экологическую обстановку, но и значительно сэкономить средства на оплате электричества. Но если говорить о получении электроэнергии в местах не подсоединенных к общей электросети, то использование солнечных батарей или ветрогенераторов, позволяет получить и экономию в затратах, и уменьшить (или совсем исключить) время работы дизельгенераторов.

Одним из главных и обязательных компонентов при обустройстве бесперебойной (ИБП) или автономной солнечной электростанции выступает накопитель электроэнергии. Его цена составляет от 50% до 70% стоимости затрат на покупку. Именно поэтому необходимо тщательным образом подойти к выбору аккумуляторных батарей для электростанции.

Давайте разберемся какие на данный момент бывают аккумуляторы для бесперебойных (ИБП) или автономных солнечных станций, и как лучше их применять.

Критерии выбора

Чтобы обеспечить себя бесперебойной подачей электричества, необходимо со всей серьезностью подойти к вопросу подбора АКБ для бесперебойных (ИБП) или автономных солнечных электростанций. Каждый тип АКБ отличается разными характеристиками и параметрами использования. Поэтому прежде, чем выбрать, нужно знать основные характеристики и параметры их эксплуатации. При этом важно руководствоваться не только техническими характеристиками, но эксплуатационными и гарантийными условиями компании-изготовителя. Серьезная компания, предлагающая качественный товар, не боится давать реальные сроки гарантии и условия гарантийного обслуживания.

При покупке аккумуляторов для бесперебойных (ИБП) или автономных солнечных систем, рекомендуют обращать внимание на следующие моменты:

* Количество циклов полной перезарядки. Этот критерий позволяет рассчитать приблизительный срок работы накопителя.

* Максимально допустимые токи при цикле разрядки-зарядки. Данный критерий дает возможность узнать предельно допустимые нагрузки, при которых аппарат может исправно функционировать.

* Условия эксплуатации. Необходимо предельно четко понимать, при каких температурах устройство должно работать.

* Правила обслуживания. Предписания для правильной профилактического ухода — что также влияет на долговечность эксплуатации. Являются определяющими при невозможности или дороговизне обслуживания.

* Время, затраченное на процесс зарядки и полной разрядки.

* Значение саморазряда прибора. Цифра прямо влияет на скорость изнашиваемости при циклическом использовании.

* Емкостный объем (размер и вес). Данный показатель определяет мощностные характеристики АКБ и важен для мобильных применений.

Как работает бесперебойная (ИБП) или автономная электростанция.

В работе домашней электростанции АКБ играют роль накопителя электроэнергии, запасенной или выработанной в течении дня. Во время отключения внешней сети или в вечерне-ночное время для автономных электростанций, сохраненная энергия используется по мере надобности потребителями электричества. Упрощенная схема автономной солнечной электростанции — бесперебойная (ИБП) система аналогично ей, но в ней нет солнечных батарей:

Надо отметить, что вообще-то аккумулятором правильно называть одну ячейку. А вот из ячеек набирают блок из нескольких аккумуляторов и объединяют их путем соединения между собой. Подключение можно реализовать последовательно, параллельно или же комбинированным способом. Какой именно выбрать, зависит от конкретных целей – выходного напряжения и силы тока. Объединенные накопители стараются разместить как можно ближе, так как с увеличением длины соединяющего кабеля, возрастает сопротивление соединительных проводов, и, как следствие, падает КПД системы. Готовые блоки желательно размещать в сухих помещениях с температурой воздуха от +10 до +25 градусов. Это условие нужно для стабильной работы, уменьшению электрических потерь и более длительного срока службы оборудования. Для специальных условий эксплуатаций применяют либо защитные боксы, либо специализированные типы аккумуляторов.

При объединении аккумуляторов в единый массив, может появиться разность по уровню заряда между ячейками в цепи. При значительной разнице зарядов между ячейками в момент заряда или разряда, будет неполноценное функционирование ячеек аккумуляторов (перезаряд или переразряд), вследствие чего его их срок жизни падает в разы. Разница в заряде происходит из-за погрешности при изготовлении ячеек аккумуляторов — именно поэтому качество их производства является определяющим при выборе конкретного аккумулятора. Но даже в случае установки качественных аккумуляторов, вследствие эксплуатации появляется небольшая разница в заряде. Если не поставить специальное устройство, балансирующее уровень заряда ячеек, то может получиться так, что придется менять аккумуляторы задолго до предполагаемого истечения его срока эксплуатации. А также, чтобы избежать разбалансировки элементов в объединенном массиве, рекомендовано использовать аккумуляторы одной модели, а еще лучше с одной партии. Устройства балансирования заряда (или проще говоря — балансиры) стоят намного дешевле самого АКБ — их установка снимает риск выхода дорогостоящего блока АКБ из строя.

Сохраненная в АКБ электрическая энергия преобразовывается в переменное напряжение 230 или 380 вольт, т.к. большинство потребителей рассчитаны именно на этот тип питания. Для этого применяется инвертор-преобразователь. Обычно он также является и зарядным устройством для АКБ. При заряде АКБ необходимо использовать специальные алгоритмы и стадии заряда — это очень важно как для эффективности заряда, так и для продления срока жизни АКБ. Именно поэтому важно чтобы применяемый инвертор мог быть настроен для работы с выбранным типом АКБ, а также имел обратную связь с контроллером АКБ.

Типы аккумуляторов

Современный производители предоставляет широкий выбор технологии аккумулирующей техники, которую можно применять в создании электростанции. Принцип действия конкретной модели будет зависеть от того, из чего она сделана и какой тип конструкции представляет. Ниже приведем самые распространенные виды АКБ, применяемых в бесперебойных (ИБП) или автономных солнечных электростанциях, их основные достоинства и недостатки.

Свинцово-кислотные

Свинцово-кислотный аккумулятор — тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса (от 300 циклов и более), довольно высокой удельной мощности. Но его недостатком выступает довольно малый срок эксплуатации, быстрый разряд и малый гарантийный срок — обычно менее 1 года. Основные области применения: стартерные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии. Но некоторые типы свинцово-кислотных АКБ также можно применять в автономных станциях:

Гелевые

Данная технология батарей получила такое название, за счет гелеобразного электролита, используемого внутри. Подобные в устройства характеризуются длительным периодом службы, стойкостью к повреждениям и огромным количеством циклов «заряд/разряд». Подобная техника может эксплуатироваться при низких температурах, вплоть до -40 градусов. Однако при продолжительной работе на морозе, их все же стоит утеплять. Длительное хранение также практически никак не влияет на свойства прибора из-за низкой уровня саморазряда. На данный момент это наиболее распространенный тип АКБ, применяемый в бесперебойных (ИБП) или автономных солнечных станциях.

Также важное отличие таких АКБ — они не требуют регулярного обслуживания. В отличии от стандартных свинцово-кислотных АКБ, они не выделяют газы кислорода и водорода при заряде или разряде. Эти газы абсорбируются в геле и преобразуются обратно в электролит. Но при этом, для гелевых аккумуляторов крайне важно контролировать уровня заряда — при большом уровне зарядного напряжения газы создают излишнее давление и сбрасываются в окружающую среду. А так АКБ необслуживаемые, то восполнить электролит невозможно — в этом случае АКБ выходят из строя или значительно теряют свою емкость. В зависимости от качества материалов и процесса производства, гарантия на гелевые АКБ составляет от 1 до 2-х лет максимум.

AGM

AGM относятся к разряду свинцово-кислотных, но имеют ряд отличительных характеристик. У них внутри расположен стекловолоконный материал, напитанный электролитом. Она полностью заполняет все микропоры. За счет этого происходит хорошая рекуперация выделяемых газов и позволяет сделать АКБ необслуживаемым — без контроля уровня электролита и доливки дистиллированной воды, а также может размещаться в любом положении кроме вверх дном. AGM батареям характерны длительный срок службы, достаточный объем и неплохой ресурс циклов перезарядки. Как и гелевые АКБ, чувствителен к уровню зарядного напряжения. Стандартная гарантия на AGM аккумуляторы составляет от 1 год, но некоторые производители предлагают 2 года гарантии при условии тщательного соблюдения условий эксплуатации.

OPzS и OPzV

Щелочные

Этот вид АКБ не получил существенного распространения, хотя они и имеют довольно существенные преимущества — довольно продолжительным сроком службы, возможностью эксплуатации при сильно отрицательных температурах без дополнительного утепления, широкий разброс зарядного напряжения. Но они довольно дороги, требуют регулярного обслуживания, эксплуатировать их можно только на открытом воздухе или в специальных помещениях, а хранить подобные устройства нужно исключительно в разряженном состоянии.

Необходимость регулярного и грамотного обслуживания щелочных АКБ не позволяет производителям давать гарантию более чем 1 год. Хотя при правильном обслуживании и эксплуатации они могут прослужить дольше чем свинцово-кислотные аккумуляторы.

Литиевые

Литиевые аккумуляторы только недавно начали широко применяются в автономных солнечных станция — сдерживало их применение высокая цена и нестабильность технологии. Но с развитием технологии LiFePO4 (литий-железно-фосфатные) они стали более доступны, и, самое главное, безопасны для широкого применения. Несмотря на то, что основными отличиями LiFePO4 АКБ от многих прочих является большая емкость, малый весом, быстрая зарядка и большие токи разряда, основное его достоинство это высокое количество циклов заряда / разряда. В современных LiFePO4 АКБ оно гарантированно составляет 6000 циклов при 90% разряде. Этого достаточно для того, чтобы однажды установленная станция работала без замены каких-либо комплектующих, без ремонта и дорогого обслуживания огромный срок — от 10 до 15 лет! На данный момент LiFePO4 аккумуляторы позволяют запасать и хранить электрическую энергию с самой низкой стоимостью одного цикла заряда / разряда. Конечно у LiFePO4 аккумуляторов есть свои недостатки — это невозможность заряда при отрицательных температурах, разряд возможен только до температуры не ниже -20С и обязательная необходимость применения схем балансировки и выравнивания уровня заряда ячеек. Именно поэтому при покупке LiFePO4 АКБ стоит брать только комплексное решение — так называемые «системы хранения энергии». Они включают в себя сами ячейки LiFePO4 аккумуляторов, систему контроля и балансировки ячеек, а также систему мониторинга и оповещения, которая предупредит о возможных потенциальных проблемах задолго до их появления.

Только такие системы хранения энергии позволяют производителям давать официальную гарантию 5 лет, а некоторые крупные производители дают даже 10 лет гарантии. Такой гарантией не может похвастаться не один другой тип аккумуляторных батарей! Фактически можно сказать, что чем больше официальный срок гарантии производителя, то тем качественные используемые ячейки и выше качество схемы контроля и балансировки.

Преимущества и недостатки гидроэлектроэнергии

Хотя гидроэнергетика обеспечивает мир чистой энергией, с ней возникают некоторые проблемы. Сегодня мы рассмотрим преимущества и недостатки гидроэнергетики.

Гидроэлектроэнергия является наиболее часто используемым возобновляемым источником энергии в мире. Согласно Отчету о состоянии гидроэнергетики за 2019 год, гидроэнергетика дала нам колоссальные 21,8 ГВт энергии и выросла на 9% за год.

Преимущества гидроэнергетики

1. Возобновляемая

Гидроэнергия полностью возобновляемая, а это означает, что она никогда не иссякнет, если не перестанет поступать вода. В результате гидроэлектростанции строятся на века. В некоторых случаях оборудование, рассчитанное на 25 лет эксплуатации, все еще работает после того, как прошло вдвое больше времени.

2. Без выбросов

Создание гидроэлектростанций не приводит к выбросам в атмосферу. Это, конечно, самая большая привлекательность любого возобновляемого источника энергии.

3. Надежность

Гидроэнергетика, безусловно, является самой надежной возобновляемой энергией, доступной в мире. В отличие от того, когда солнце садится или когда стихает ветер, вода обычно имеет постоянный и стабильный поток 24/7.

4. Регулируемый

Поскольку гидроэнергетика настолько надежна, гидроэлектростанции могут фактически регулировать поток воды. Это позволяет заводу производить больше энергии, когда это необходимо, или снижать выход энергии, когда она не нужна. Это то, что не может сделать ни один другой возобновляемый источник энергии.

5. Создание озер

Озера можно использовать для отдыха и даже для привлечения туристов. Ищите не дальше, чем на озере Мид. Он был создан в результате плотины Гувера и привлек более 7,5 миллионов посетителей в 2018 году. Это может дать близлежащим городам огромный экономический импульс.

6. Faster Developed Land

Так как гидродамбы можно строить только в определенных местах, они могут помочь в освоении земель для близлежащих городов. Это связано с тем, что для строительства плотины требуется много оборудования. Чтобы транспортировать его, должны быть построены шоссе и дороги, что помогает открыть новые пути для сельских городов.

Недостатки гидроэнергетики

1. Воздействие на рыбу

Для создания гидроэлектростанции необходимо перекрыть источник проточной воды плотиной. Это препятствует тому, чтобы рыба достигла места своего размножения, что, в свою очередь, влияет на любое животное, которое полагается на эту рыбу в качестве пищи.

Когда вода перестает течь, прибрежные места обитания начинают исчезать. Это может даже лишить животных доступа к воде.

2. Ограниченное количество мест расположения электростанций

Хотя гидроэнергетика является возобновляемой, в мире существует ограниченное количество мест, подходящих для строительства электростанций. Кроме того, некоторые из этих мест находятся далеко от крупных городов, которые могли бы в полной мере воспользоваться энергией.

3. Более высокие первоначальные затраты

Несмотря на то, что построить электростанцию ​​не так-то просто, гидроэлектростанции требуют строительства плотины, чтобы перекрыть поток воды. В результате они стоят дороже, чем электростанции аналогичного размера, работающие на ископаемом топливе.

Хотя в дальнейшем им не нужно будет беспокоиться о покупке топлива. Так что это даже в долгосрочной перспективе.

4. Выбросы углерода и метана

Хотя фактическое производство электроэнергии на заводе не приводит к выбросам, существуют выбросы из резервуаров, которые они создают. Растения, находящиеся на дне водоема, начинают разлагаться. А когда растения умирают, они выделяют большое количество углерода и метана.

5. Засухоустойчивость

Хотя гидроэнергетика является наиболее надежной из доступных возобновляемых источников энергии, она зависит от количества воды в любом данном месте. Таким образом, засуха может существенно повлиять на работу гидроэлектростанции. И поскольку изменение климата продолжает нагревать планету, это может стать более распространенным явлением.

6. Риск наводнения

Когда плотины строятся на возвышенностях, они представляют серьезную опасность для любого близлежащего города, который находится ниже его. Хотя эти плотины построены очень прочно, риски все же есть. Крупнейший прорыв плотины в истории — прорыв дамбы Баньцяо. Из-за чрезмерного количества осадков от тайфуна плотина рухнула. В результате погибло 171 000 человек.

Гидроэнергетика продолжает расти

Гидроэнергетика неуклонно растет по мере того, как мир начинает отказываться от ископаемого топлива в качестве источника энергии. Стоит отметить, что у гидроэнергетики есть много плюсов и минусов.

Однако, если сравнить ее с угрозой изменения климата, она, несомненно, лучше любой электростанции, работающей на ископаемом топливе. А учитывая, что в Европе планируется строительство более 8700 новых гидроэлектростанций, как никогда важно понимать недостатки.

Атомная энергия: что это такое, ее преимущества и недостатки

Как получают ядерную энергию?

Ядерная энергия получается путем распада атомов урана на атомных электростанциях. Уран является основным источником топлива для этих установок. И почему мы используем этот материал? Потому что его нестабильность порождает реакции, которые атомные электростанции провоцируют для получения энергии. В некоторых случаях также используется плутоний .

Есть два процесса, которые генерируют ядерную энергию: ядерное деление и ядерный синтез . Простым объяснением было бы сказать, что при обеих процедурах нестабильность химического элемента провоцируется тем, что отделяет (деление) или соединяет (слияние) атомов. Деление происходит на атомных электростанциях , а синтез происходит естественно .

Любой используемый метод вызовет столкновений между субатомными частицами и потерю массы, высвобождая большое количество тепловой энергии. При делении в силовой установке эта энергия превращается в пара, , и это запускает турбину, присоединенную к генератору переменного тока, и в результате вырабатывается электроэнергии .

Виды ядерной энергии

Как вы видели, для получения энергии существуют процессы ядерного деления и ядерного синтеза. Вы уже видели, что ядерное деление — это процесс, происходящий на атомных электростанциях. А как насчет fusion ? Возможно ли это? Рассмотрим подробнее обе возможности получения ядерной энергии.

Энергия ядерного деления:

Мы получаем энергии ядерного деления путем деления атома на другие, более легкие. Это делается на электростанциях путем провоцирования ядерных реакций. Реакция стремится сделать атом нестабильным из-за столкновений субатомных частиц.

Чтобы было понятнее: Атом получает удары нейтронов до тех пор, пока один из них не совпадет с ядром. Это приводит к тому, что атом делится и 9выделяется энергия 0076 , а также нейтроны и гамма-лучи.

При определенных условиях этот эффект может спровоцировать цепную реакцию в результате высвобождения нейтронов, если им удастся столкнуться с новыми ядрами, возникающими после деления атома.

Энергия ядерного синтеза:

Энергия ядерного синтеза возникает в результате союза двух легких атомов с образованием тяжелого атома. Этот процесс высвобождает энергию, которую можно использовать.

Чтобы дать вам представление, это явление происходит в природе и постоянно на солнце из-за слияния атомов водорода. Когда они соединяются, создается новый атом гелия, который излучает большое количество энергии.

Можно ли воспроизвести этот процесс с помощью современных технологий? Прогресс идет. Ядерный синтез требует очень высоких температур . Оптимизация и создание установок, подготовленных для этого процесса, будут полезны для окружающей среды. Замена урана водородом, неисчерпаемый и чистый источник , это только один пример.

Атомная энергия в Испании

Атомная энергия в Испании восходит к 1969 году, когда в Гвадалахаре была открыта электростанция Хосе Кабрера , более известная как Зорита. Эта станция работала до 2006 года. На данный момент у нас есть семи действующих реакторов, распределены по стране, все они введены в эксплуатацию в восьмидесятые годы.