Проект ветрогенератор 9 класс

Проект ветрогенератор 9 класс

2) Собираем основу конструкции генератора

3) С помощью самодельного устройства наматываем 9 катушек по 70 витков

4) Магниты приклеиваем к стальному диску, чередуя полярность; а катушки крепим к пластине из оргстекла

5) На второй стальной диск клеим магниты со смещением

6) Соединяем катушки и собираем выпрямитель на диодах

7) Подключаем к генератору вольтметр

8) Раскручиваем генератор и измеряем напряжение, которое он может вырабатывать. От силы раскручивания диска зависела величина напряжения

9) Зажигаем с помощью генератора светодиод, потребляющая мощность которого 3 В

10) Для прошлого проекта мы с папой собрали повышающий преобразователь напряжения (ферритовое кольцо, медный провод, транзистор, резистор). Это электротехническое устройство позволило зажечь наш водный фонарик. Мы решили использовать его также для ветрогенератора

11) Делаем лопасти для нашего ветрогенератора и дорабатываем изобретение

12) Проводим тестовый запуск устройства около дома

Мы узнали, что площадь, которую может помочь осветить наш ветрогенератор, составляет около 1 кв.м.

2.2 Вывод из эксперимента

Нам удалось создать ветрогенератор. Напряжение, которое мы получили, раскручивая его руками, оказалось достаточным для свечения светодиода. Затем мы усовершенствовали ветрогенератор, установив повышающий преобразователь напряжения. После этого мы проверили наш ветряк с помощью вентилятора, и убедились, что наше изобретение работает. Также мы посчитали экономическую выгоду проекта (Приложение 1). Наше устройство является очень полезным. Оно может выручить в условиях отсутствия электричества. Но самое главное, что изготовленный нами ветрогенератор не вредит окружающей среде и сберегает ценные природные ресурсы. Этой весной мы с папой обязательно установим наше изобретение на даче, пока же мы провели пробную установку около дома. Это позволило нам узнать площадь, которую может помочь осветить наш ветрогенератор. Она составляет около 1 кв.м.

Как было сказано выше, в связи с увеличением количества электромобилей потребуется всё больше мест для их зарядки. Я размышляла над этим и пришла к выводу, что вдоль дорог можно было бы установить зарядные станции, работающие на таких ветрогенераторах, как наш. Получилась бы «экологичная» заправка для «экологичных» автомобилей.

Заключение

Электроэнергия – неотъемлемая часть жизни человека, и потребности в ней постоянно возрастают. Отказаться от благ цивилизации люди не смогут, но они должны отказаться от вредных для окружающей среды традиционных источников энергии в пользу альтернативных возобновляемых ресурсов, безопасных для будущего планеты. Тем более, такие уже есть: это подтверждает наш эксперимент по созданию ветрогенератора и альтернативные источники энергии, обнаруженные нами на Алтае. Это значит, наша гипотеза подтвердилась.

Человечество должно стремиться полностью перейти на производство именно экологичной энергии. Нам дана только одна планета, возможно, единственная во Вселенной, пригодная для жизни, и мы не можем её потерять.

Список литературы:

1. О внесении изменений в постановление Совета Министров — Правительства Российской Федерации от 23 октября 1993 г. № 1090: постановление Правительства Российской Федерации от 12 июня 2017 года № 832 // Собрание законодательства РФ. – 2017. – № 30. – ст. 4666.

2. Баскаков А.П. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Учебное пособие / А.П. Баскаков, В.А. Мунц. – М.: ИД Бастет, 2013. – 368 с.

3. Германович В.Т. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы / В.Т. Германович, А.В. Турилин. – СПб.: Наука и техника, 2014. – 318 с.

4. Кривченко И.В. Физика. 8 класс: учебник. / И.В. Кривченко. – М.: Бином. Лаборатория знаний, – 2015. – 152 с.

5. Максаковский В.П. Географическая картина мира Кн.1: Общая картина мира. Глобальные проблемы человечества / В.П. Максаковский. – М.: Дрофа, 2008. – 495 с.

6. Рязанцев В.Д. Большая политехническая энциклопедия / В.Д. Рязанцев. – М.: Мир и образование, 2011. – 707 с.

7. Сидорович В. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир / В. Сидорович. – М.: Альпина Паблишер, 2015. – 208 с.

8. Степанов И. Энергия будущего: черный, голубой, зеленый? / И. Степанов // Эксперт Сибирь. – 2017. – № 29 (497).

9. Чумаков В. Токи ветров / В. Чумаков // Вокруг света. – 2008. – № 8.

10. Такер Б. Энергия ветра без лопастей // Форбс [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.forbes.com/sites/billtucker/2015/05/07/wind-power-without-the-mills/#681581771812.

11. Анализ мирового производства электроэнергии // http://www.unep.org/ru/ — сайт ООН окружающая среда.

12. Две солнечные электростанции открыли в Республике Алтай // Новости Горного Алтая [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gorno-altaisk.info/news/83255.

13. Традиционные и нетрадиционные источники электрической энергии // Об альтернативных источниках энергии, электростанциях и генераторах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dom-en.ru/sprav2/

14. Начало положено. Fortum приступила к строительству ветропарка в Ульяновской области // Neftegaz.ru [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://neftegaz.ru/news/view/157767-Nachalo-polozheno.-Fortum-pristupila-k-stroitelstvu-vetroparka-v-Ulyanovskoy-oblasti.

15. Традиционная и нетрадиционная электроэнергетика // Все об энергетике [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://energomir.blogspot.ru/p/12.html

16. http://www.ecolife.ru/ — официальный сайт журнала Экология и жизнь.

17. http://dic.academic.ru/ — элекронная энциклопедия

18. http://www.popmech.ru/ — сайт журнала «Популярная механика».

Экономическое обоснование проекта

Затраты на освещение спортивной площадки с помощью традиционной энергетики:

1) 40 м кабеля по 20 руб/м: 40 Х 20 = 800 руб

2) Плафон с лампой 150 руб

3) Ожидаемую стоимость потребленной электроэнергии за год мы рассчитали исходя из среднего периода освещения (май – сентябрь в течение 4 ч/сутки) при освещении 100 Вт лампой и стоимости электроэнергии 4 руб/кВт: 100 Х 4 Х 153 : 1000 Х 4 = 244 руб 80 коп/год

Итого затрат за 1-й год использования: 800 + 150 + 244,8 = 1194,8 руб; за 2-й год: 1194,8 + 244,8 = 1439,6; за 3-й год 1439,6 + 244,8 = 1684,4

Затраты на освещение спортивной площадки с помощью ветрогенератора:

1) Магниты 900 руб

2) Металл + крепления 210 руб

3) Лампа-прожектор 340 руб

Итого: 900 + 210 + 340 = 1450 руб

Экономия за 3 года:

1684,4 — 1450 = 234,4 руб

Таким образом, окупаемость нашего проекта составит почти 3 года. К концу третьего сезона эксплуатации ветрогенератора мы даже получим экономию 234 руб 40 коп. И, конечно же, полученная нами энергия будет экологически чистой.

Старт в науке

Учредителями Конкурса являются Международная ассоциация учёных, преподавателей и специалистов – Российская Академия Естествознания, редакция научного журнала «Международный школьный научный вестник», редакция журнала «Старт в науке».

Источник

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