Проект по теме ветрогенератор

ветрогенератор-альтернативный источник энергии

Сегодня актуальна проблема исчерпаемости природных ресурсов и ухудшение экологии Земли. Технологии будущего учёные очень тесно связывают с экологически чистыми источниками энергии.

Скачать:

Вложение	Размер
vetrogenerator-alteranativnyy_istochnik_energii.docx	717.29 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 6 г.Бикина

Бикинского муниципального района Хабаровского края

Районная школа «ИНТЕЛЛЕКТ»

ВЕТРОГЕНЕРАТОР-АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Молчанова А.Ю., учитель физики

Сегодня актуальна проблема исчерпаемости природных ресурсов и ухудшение экологии Земли. Технологии будущего учёные очень тесно связывают с экологически чистыми источниками энергии.

Постоянно и повсюду на земле дуют ветры- от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику и на Дальнем Востоке. Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется?

В связи с ростом цен на энергоносители, все больше владельцев частных домов обращаются к возобновляемым и нетрадиционным источникам энергии, таких как ветровая, солнечная, гидроэнергия и геотермальная. Размышляя над тем, какой источник энергии выбрать нам для создания агрегата, вырабатывающего электроэнергию, мы пришли к выводу, что это будет ветер.

И так, темой нашего проекта является разработка идеи использования возобновляемых источников энергии в такой важнейшей сфере, как жизнеобеспечение населения электроэнергией. Сфера обеспечения бытовых потребностей населения энергией является главнейшей, и в отличие от потребностей промышленности требует немедленного удовлетворения. Актуальность проекта связана с ожидаемым исчерпанием традиционных источников углеводородного сырья, которые сегодня используются как основные первичные источники энергии. В частности, ветер является практически неисчерпаемым источником, и потому может служить реальной основой устойчивого развития человечества.

Можно ли создать эффективно действующую модель ветрогенераторной установки?

Целью проекта является предложение конкретной схемы изготовления ветрогенератора для обеспечения локальных нужд населения в электроэнергии.

Энергия – её источники и потребители

Новый источник энергии — Ветер

1) изучить литературу по теме;

2) произвести расчёт бытового потребления электричества;

3) изучить и различать возобновляемые источники энергии от невозобновляемых;

4) создать модель ветрогенератора.

Модель ветрогенератора будет способна вырабатывать напряжение, которое можно будет использовать в бытовых нуждах.

Были проведены практические научно-исследовательские работы по изучению работы с целью 1) первоначального практического овладения основными научно-техническими принципами, положенными в основу проекта; 2) использования полученных численных экспериментальных значений для коррекции расчетов по проектно-технической реализации; 3) составления технической блок-схемы проекта ветрогенераторной системы.

Была изготовлена с помощью преподавателя основная модель ветрогенератора, с диаметром лопастей 0,38м и широкие лопасти из жести. С помощью этого измеренного поля скоростей было выяснено, что самодельный ветряк с тремя лопастями начинает крутится при средней скорости около 4 м/с. Таким образом был сделан вывод что для того, чтобы ветряк начинал крутится, начиная с малой скорости ветра, необходимо, чтобы у него была довольно большая площадь лопастей. Этого можно добиться не только делая широкие лопасти, но и увеличивая их количество. Широкие лопасти с точки зрения надежности менее выгодны, так как большие массы на концах лопастей создают возможность их разрыва при больших скоростях. Сняты показания напряжения, силы тока, угловая скорость.

С учетом всей проведенной работы в части технологической реализации и научно-исследовательских экспериментов технической части была разработана общая схема ветрогенераторной установки.

Завершение исследования и обоснования – февраль 2013 г.

Завершение создания модели — март 2013 г.

В результате работы над проектом была выработана оптимальная по нашему мнению схема ветрогенераторной установки на основе многолопастных, а не трехлопастных ветряков, какие применяются обычно сегодня в Западной Европе.

Серьезным практическим результатом нашей работы был расчет средней установочной мощности ветрогенераторной системы. Это число составляет 0,34 Вт.

МБОУ СОШ №6 г.Бикина, районная школа «ИНТЕЛЛЕКТ»

Приборы, материалы и оборудование, необходимое для создания модели.

Форма представления результатов

1. Модель ветрогенератора.
2. Постер.
3. Текстовая презентация и ее иллюстративное обеспечение.

История создания ветрогенератора

В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Техника 20 века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой -получение электроэнергии. В начале века Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания. В наши дни к созданию конструкций ветроколеса — сердца любой ветроэнергетической установки- привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Первой лопастной машиной, использовавшей энергию ветра, был парус. Парус и ветродвигатель кроме одного источника энергии объединяет один и тот же используемый принцип. Исследования Ю. С. Крючкова показали, что парус можно представить в виде ветродвигателя с бесконечным диаметром колеса. Парус является наиболее совершенной лопастной машиной, с наивысшим коэффициентом полезного действия, которая непосредственно использует энергию ветра для движения.

Ветроэнергетика, использующая ветроколеса и ветрокарусели, возрождается сейчас, прежде всего, в наземных установках. В США уже построены и эксплуатируются коммерческие установки. Проекты наполовину финансируются из государственного бюджета. Вторую половину инвестируют будущие потребители экологически чистой энергии.

Еще в 1714 году француз Дю Квит предложил использовать ветродвигатель в качестве движителя для перемещения по воде. Пятилопастное ветроколесо, установленное на треноге, должно было приводить в движение гребные колеса. Идея так и осталась на бумаге, хотя понятно, что ветер произвольного направления может двигать судно в любом направлении.

Первые разработки теории ветродвигателя относятся к 1918 г. В. Залевский заинтересовался ветряками и авиацией одновременно. Он начал создавать полную теорию ветряной мельницы и вывел несколько теоретических положений, которым должна отвечать ветроустановка.

В начале ХХ века интерес к воздушным винтам и ветроколесам не был обособлен от общих тенденций времени — использовать ветер, где это только возможно. Первоначально наибольшее распространение ветроустановки получили в сельском хозяйстве. Воздушный винт использовали для привода судовых механизмов. На всемирно известном «Фраме» («Фрам» [фр. frum вперед] — исследовательское судно Ф. Нансена, исследователя Арктики ) он вращал динамомашину. На парусниках ветряки приводили в движение насосы и якорные механизмы.

В России к началу нынешнего века вращалось около 2500 тысяч ветряков общей мощностью миллион киловатт. После 1917 года мельницы остались без хозяев и постепенно разрушились. Правда, делались попытки использовать энергию ветра уже на научной и государственной основе. В 1931 году вблизи Ялты была построена крупнейшая по тем временам ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, а позднее разработан проект агрегата на 5000 кВт. Но реализовать его не удалось, так как Институт ветроэнергетики, занимавшийся этой проблемой, был закрыт.

Сложившаяся ситуация отнюдь не обусловливалась местным головотяпством. Такова была общемировая тенденция. В США к 1940 году построили ветроагрегат мощностью в 1250 кВт. К концу войны одна из его лопастей получила повреждение. Ее даже не стали ремонтировать — экономисты подсчитали, что выгодней использовать обычную дизельную электростанцию.

Дальнейшие исследования этой установки прекратились, а ее создатель и владелец П. Путнэм изложил свой горестный опыт в прекрасной книге «Энергия ветра», которая не потеряла до сих пор своей актуальности.

Неудавшиеся попытки использовать энергию ветра в крупномасштабной энергетике сороковых годов не были случайны. Нефть оставалась сравнительно дешевой, резко снизились удельные капитальные вложения на крупных тепловых электростанциях, освоение гидроэнергии, как тогда казалось, гарантирует и низкие цены и удовлетворительную экологическую чистоту.

Существенным недостатком энергии ветра является ее изменчивость во времени, но его можно скомпенсировать за счет расположения ветроагрегатов. Если в условиях полной автономии объединить несколько десятков крупных ветроагрегатов, то средняя их мощность будет постоянной. При наличии других источников энергии ветрогенератор может дополнять существующие. И, наконец, от ветродвигателя можно непосредственно получать механическую энергию.

Принцип действия ветрогенератора

Принцип действия всех ветродвигателей один: под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через систему передач валу генератора, вырабатывающего электроэнергию. Чем больше диаметр ветроколеса, тем больший воздушный поток оно захватывает и тем больше энергии вырабатывает агрегат.

Принципиальная простота дает здесь исключительный простор для конструкторского творчества, но только неопытному взгляду ветроагрегат представляется простой конструкцией.

Различают крыльчатые и карусельные ветродвигатели.
Для крыльчатых ветродвигателей, наибольшая эффективность которых достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости вращения лопастей крыльев, требуется устройство автоматического поворота оси вращения. С этой целью применяют крыло-стабилизатор. Карусельные ветродвигатели обладают тем преимуществом, что могут работать при любом направлении ветра не изменяя своего положения.

Различие в аэродинамике дает карусельным установкам преимущество в сравнении с традиционными ветряками. При увеличении скорости ветра они быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения стабилизируется.

1. генератор;
2. батарейка пальчиковая 1,5 В;
3. вольтметр;
4. переключатель;
5. лампа накаливания 1,5 В.
6. провода.

Необходимый инструмент: гаечные ключи, дрель со сверлами, отвертка, пассатижи и т.п.

К основным компонентам системы, без которых работа ветряка невозможна, относят следующие элементы:

Генератор – необходим для заряда аккумуляторных батарей. От его мощности зависит как быстро будут заряжаться ваши аккумуляторы. Генератор необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра.

Лопасти – приводят в движение вал генератора благодаря кинетической энергии ветра. Лопасти можно делать различной формы. Мы сделали несколько вариантов для того, чтобы сравнить, какой вариант будет вырабатывать больше электроэнергии.

В результате фаворитом стал третий вид лопастей. Максимальное напряжение, вырабатываемое генератором, достигло 1,5 В.

Соединив генератор, лопасти и мачту ветрогенератора мы получили ветрогенераторную установку.

Аккумуляторные батареи – накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им можно получить стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание объекта идёт от аккумуляторных батарей.

Эксперимент с ветрогенератором

С помощью Цифровых датчиков от фирмы «Научные развлечения» мы провели некоторые измерения.

1. Цифровой датчик напряжения дал нам возможность измерить напряжение в цепи и посмотреть как оно изменяется по мере увеличения числа оборотов лопастей ветрогенератора.

1. Цифровой датчик угловой скорости (числа оборотов) измерил число оборотов за 1 времени. За 1 секунду совершается 25 оборотов лопастями

1. Цифровой датчик тока позволил нам определить значение тока в цепи 0.225 мА.

4. В цепь нами был подключен переключатель и лампочка на 1, 5 В. Переключатель работает в 3 режимах: Выключено — Генератор — Генератор+ батарейка. Лампа служит индикатором наличия тока в цепи и положительным результатом опыта.

Преимущества и недостатки

1. Эффективный способ резервирования энергии на случай кратковременных отключений.
2. Бесшумный, экологически чистый, безопасный.
3. Не требует топлива и регулярных ТО.
4. Быстрый монтаж/демонтаж без заливки бетонного фундамента.
5. Небольшие размеры оборудования позволяют перевозить его в большом легковом автомобиле или микроавтобусе.
6. Подходит для садового домика или бытовки с низкой потребностью в энергии.

1. Шум
2. Зависимость от скорости ветра
3. Необходимость большой свободной площади

В результате проведенной нами работы мы пришли к выводу, что внедрение ветрогенератора с точки зрения альтернативной энергии оправдано. С помощью созданной нами мини-модели ветрогенератора смогли добиться, что наш генератор вырабатывает напряжение 1,5В и мощность нашей станции 0,34Вт. Эти значения малы для применения в быту, но не стоит забывать, что параметры нашей модели можно увеличить. В частности, можно увеличить диаметр ротора, площадь лопастей, материал из которого сделаны лопасти, установить ветрогенератор на высокую мачту, чтобы поток воздуха и его скорость были больше, тем самым увеличить мощность установки.

Кроме этого, нашу установку можно модернизировать и использовать совместно с солнечной батареей, что и стоит в дальнейших планах нашей рабочей группы районной школы «ИНТЕЛЛЕКТ».

Источник

Исследовательская работа «Ветряная электростанция – здоровое будущее планеты»

Просмотр содержимого документа
«Исследовательская работа «Ветряная электростанция – здоровое будущее планеты»»

Министерство образования и науки РБ

Октябрьский район г.Улан-Удэ

Республиканская научно-практическая конференция

для учащихся 1-8 классов

Номинация: «Моделирование и конструирование из разных материалов»

Тема: «Ветряная электростанция – здоровое будущее планеты»

Автор: Ишмухаметов Ильяс, ученик

3Б класса, МАОУ «СОШ №57» г.Улан-Удэ

Домашний адрес: 140а квартал, 19-33,

Руководитель: Норбоева Татьяна Валерьевна

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 2-3

II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 3-4

Список литературы. 6

Одним из важнейших открытий в истории человечества является изобретение электричества. Без электричества нельзя представить нашу жизнь. Однако при производстве электроэнергии наносится большой вред окружающей среде и экологии.

Так при производстве электроэнергии на теплоэлектростанциях в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ от продуктов сгорания угля или нефтепродуктов. При строительстве гидроэлектростанций сооружаются большие плотины и вследствие чего затопляются обширные территории земли, так же нарушается экосистема реки. На атомных электростанциях возникает проблема хранения отработанного радиоактивного топлива, которое очень токсично.

В наше время потребление электричества возрастает с каждым днем, при этом ресурсы нашей планеты уменьшаются, и возникает вопрос об использовании экологически чистых видов энергии не причиняющий вред окружающей среде.

На уроке окружающего мира я узнал, что одним и таких видов энергии является сила ветра, и что еще важно — запасы силы ветра неисчерпаемы.

А можно ли создать такую электростанцию дома и действительно ли ветряная электростанция не наносит вред окружающей среде. Захотелось найти ответ на эти вопросы.

Таким образом, целью моей работы является изготовление действующей модели ветряной электростанции.

Объект: получение электрической энергии.

Предмет: ветряная электростанция.

1. Проанализировать научную литературу по проблеме исследования.

2. Изучить принцип действия и устройство электростанции.

3. Изготовить модель ветряной электростанции.

Практическая значимость: создание модели ветряной электростанции для практического использования в быту.

При выполнении проекта были использованы следующие основные методы исследования:

теоретический анализ научной литературы;

конструирование и сборка модели ветряной электростанции;

Устройства, которые преобразуют энергию ветрового потока в механическую энергию с последующим её преобразованием в электрическую энергию называют ветрогенераторами.

Первый ветряк, использующийся для производства электроэнергии, был построен в Шотландии в июле 1887 г. профессором Джеймсом Блит в колледже Андерсона. Его диаметр был равен 10 метрам. Он была установлен в саду его коттеджа и использовался для зарядки аккумуляторов. Аккумуляторы в свою очередь были нужны для питания освещения в коттедже. Блит предложил излишки электроэнергии для освещения главной улицы, однако, жители отклонили предложение, поскольку они думали, что электричество было «работой дьявола.» Несмотря на это, Блит построил ветряные турбины для поставки аварийного питания местного лазарета и диспансера. Никто не обратил внимания на его изобретение, посчитав их экономически невыгодными.

В наши дни с развитием техники ветрогенераторы стали мощнее и производительнее, но принцип действия остался прежним: сила ветра вращает лопасти ветряного колеса, которое передает крутящий момент на вал генератора посредством системы передач, в дальнейшем в генераторе происходит преобразование механической энергии в электрическую.

Производительность ветрогенератора зависит от размеров лопастей и генератора, а так же от высоты расположения ветрогенератора. Воздушные потоки на разной высоте ведут себя неодинаково. Вблизи земли их сила снижается, и скорость замедляется из-за ландшафта, тормозящего перемещение ветра. Чем выше находится ветряное колесо, тем мощнее поток воздуха, попадающий на него.

Плюсы и минусы ветряных электростанций.

Ветряные электростанции сегодня довольно востребованы, что связано с рядом причин.

Во-первых, производство электроэнергии таким способом намного дешевле, да и позволяет экономить богатства недр.

Во-вторых, запасы силы ветра неисчерпаемы.

В-третьих, такие мельницы имеют простое устройство, поэтому их монтаж производится довольно быстро.

В-четвертых, такие устройства абсолютно безопасны для окружающей среды, что тоже очень важно.

С другой стороны, как и любой другой источник энергии, ветряные электростанции имеют и минусы.

Во-первых, ветряные конструкции работают довольно шумно, значит, располагать их нужно вдали от жилых объектов.

Во-вторых, такие мельницы могут стать помехой для радио- и телеприборов. Еще один минус – подобные установки могут навредить летящим птицам, поэтому возводить их нужно там, где нет мест их миграции и гнездования.

Таким образом плюсов применения больше, чем минусов. Кроме этого ветрогенераторы можно использовать совместно с другими экогически чистыми источниками энергии, например с солнечными батареями.

Мы познакомились с теоретическим материалом, теперь попробуем сами собрать макет ветряной станции.

Основанием ветряной электростанции послужила дощечка из фанеры. На основание установили башню, сделанную из металлического профиля и конструктора. Лопасти винта выполнены из жести. В качестве генератора использовали электрический моторчик от игрушечного автомобиля. Генератор закрепили на башне стяжкой, а башню закрепили на основании с помощью саморезов.

Сборка электрической цепи:

— К контактам генератора припаяли медные провода

— От генератора провода подсоединили к потребителю электричества. У нас это — маленькая электрическая лампочка (светодиод)

— Для определения электрического тока в цепи использовали прибор для измерения силы тока – амперметр. Данный амперметр подсоединили к электрической цепи.

Теретически — при вращении лопастей винта, вращение передается на генератор. В генераторе механическая энергия вращения преобразуется в электрическую. Проверим.

Проверим как работает наша станция на улице. Я вышел во двор дома. Сила ветра была 3-5 м/с, амперметр показал отклонение, значит наша ветряная станция работает.

А как привести генератор в действие дома? Роль воздушных потоков выполнил мамин фен. Под действием воздушного потока пропеллер начинает вращаться, приводя в движение вал генератора. Магнитное поле внутри генератора вызывает направленное движение электронов (ток) в проводниках вращающихся на валу. Нам остается только подключить светодиод к генератору, чтобы показать как используя силу ветра получить электроэнергию. Ветер дует — ветряк крутится — генератор вырабатывает ток — светодиод горит.

А как использовать, полученную энергию? Что чаще всего нуждается в подзарядке? Ну, конечно же телефон. Мы подключили к контактам генератора зарядное устройство от телефона…и он начал заряжаться!

Мы построили действующий макет ветрогенератора и на его основе изучили возможность преобразования механической энергии силы ветра в электрическую. Подключив к контактам генератора зарядное устройство от телефона, можно заряжать в ветряную погоду сотовый телефон, находясь, например, на природе или на даче, где нет электричества.

Ветряки используют неисчерпаемую энергию ветра и при этом никак не загрязняют окружающую среду.

Также, установка ветрогенераторов будет более выгодной в нашей местности, так как отроги Хамар-Дабана в пригородной зелёной зоне достигают абсолютной высоты 1114 м, а высотные отметки на территории нашего города Улан-Удэ колеблются в пределах 500—800 м. Чем выше находится ветряное колесо, тем мощнее поток воздуха, попадающий на него.

Потому использование ветрогенераторов в наших условиях оказывается выгодным не только с точки зрения экологичности и возобновляемости, но и с экономической точки зрения. И пусть пока доля возобновляемой энергии в нашей республике невелика, но за ней будущее.

Источник