Vii открытые Курчатовские чтения г. Заречный Возможность использования энергии ветра в Новоуральске

Выполнила: Таганова Анна Евгеньевна

ученица 11 класса МОУ «СОШ №56»

г. Новоуральска Свердловской области

учитель географии МОУ «СОШ №56»

г. Новоуральска Свердловской области

Новоуральск

2010

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. 
   Найти и проработать информацию по данной теме
   
2. 
   Отслеживать в течение года направление ветра
   
3. 
   Построить розы ветров по месяцам и определить преобладающее направление ветра
   
4. 
   Сделать выводы
   
5. 
   Создать наглядный макет ветровой станции
   
6. 
   Выпустить информационный буклет
   
7. 
   Создать презентацию
   
8. 
   Выступить по данной проблеме
   

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Источники энергии

1. Традиционные источники энергии

1. Тепловые электростанции

Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно при передаче также понижается. Крупнейшая ТЭС России – Сургутская (4, 8 млн кВт). (Приложение № 1)

2. Гидроэлектрическая станция

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низ­кую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооруже­нию ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 кВт установлен­ной мощности и продолжительные сроки строи­тельства, придавалось и придаётся боль­шое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств. (Приложение № 4)

3. Атомная электростанция

2. Альтернативные источники энергии

1. Солнечная энергетика

2. Энергетика биомасс

3. Энергия ветра

• 
  энергия сильно рассеяна в пространстве;
  
• 
  часто меняет направление.
  

• 
  они мешают полетам птиц и насекомых,
  
• 
  шумят,
  
• 
  отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах.
  

• 
  многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у нее есть груз противовес);
  
• 
  вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку;
  
• 
  некое подобие «вставшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой.
  

Природные ветровые условия постоянно изменяются, меняется также и скорость ветра. Конструкция ветрогенератора рассчитана для работы при скорости ветра в диапазоне 3 - 30 м/сек. Более высокая скорость ветра может разрушить ветряк, поэтому большие ветрогенераторы оснащены тормозами. Малые ветряки могут работать и при скорости ветра меньше, чем 3 м/сек.

В промышленности также существует такое понятие как сдвиг ветра. Оно описывает процесс уменьшения скорости вихревых потоков по мере их приближения к поверхности земли. Сдвиг ветра также необходимо учитывать во время проектирования ветроустановки. Так, если ветротурбина имеет большой диаметр ротора, но высота ее башни незначительна, то в результате ветер, воздействующий на конец лопасти, находящейся в верхней позиции, будет иметь максимальную скорость, а ветровой поток, воздействующий на конец лопасти, находящейся внизу, будет минимальным, что может привести к разрушению ветряка. (Приложение № 9) Классификация неровностей поверхности и рельефа, для размещения ветровых станций. Где же здесь Новоуральск?

0 - водная поверхность;
0.5 - полностью открытый рельеф с гладкой поверхностью (взлетные полосы на территории аэродромов, покосы);
1 - открытая сельскохозяйственная местность без заборов, изгородей и низких строений; малые возвышенности;
1.5 - сельскохозяйственные угодья с несколькими зданиями и навесами высотой до 8 м, расположенными друг от друга на расстоянии около 1250 м;
2 - сельскохозяйственные угодья с несколькими зданиями и навесами высотой до 8 м, расположенными друг от друга на расстоянии около 500 м;
2.5 - сельскохозяйственные угодья с большим количеством зданий, с деревьями, кустарниками или навесами высотой до 8 м, расположенными друг от друга на расстоянии около 250 м;
3 - деревни, поселки, сельскохозяйственные земли с большим количеством или с очень высокими изгородями, лесами, а также очень неровный рельеф;
3.5 - города с высокими зданиями;
4 - большие города, мегаполисы с высокими зданиями и небоскребами.

2. Природные условия Новоуральска

1. Географическое положение города

2. Особенности рельефа

В пяти километрах к югу от горы Перевал находится гора Карабай (517,5 м). В 2,5 километра севернее Перевала расположены Красные горы — горная гряда между речками Каменка и Бунар, отходящая от массива Перевал в северо-западном направлении на три километра. На юге массив Перевал заканчивается Жужинскими горами . Центральная часть массива имеет высоты 500-600 метров. Отходящие от него хребты разделены глубокими узкими долинами. К югу от горного массива Перевал, между реками Черный Шишим и Восточный Шишим, расположены Шаромские горы. С юга и запада они просматриваются как несколько явно выраженных, обособленных вершин на фоне сплошного горного массива. Главная осевая линия водораздельного хребта Уральских гор, по которой проходит условная граница Европы и Азии, только частично совпадает с осью горного массива Перевал.

Длина главного водораздела Уральских гор, приходящаяся на территорию НГО, составляет около 25,5 километра. На территории Новоуральска и непосредственно рядом с ним расположены несколько вершин. Над Привокзальным районом города возвышается гора Трубная (421,4 м). Название горы имелось уже на чертежах 1760 года, когда еще только решался вопрос о строительстве в этом месте завода, и вряд ли связано с какими-либо сооружениями, имеющими трубы. Вероятнее всего оно произошло от слова «труба» — узкое место, проход, сужение. К западу от улицы Советской возвышается гора Кирпичная (411,6 м). Название гора получила по небольшому кирпичному заводу, действовавшему у восточной подошвы горы в первой половине 20 века. В километре к северу от Кирпичной находится гора Бакушная (407,3 м). В центре города расположена гора Осиновая. В начале 70-х годов 20 века вершина ее была взорвана при строительстве нового Дома культуры. Над северной частью жилого массива города, у пересечения улиц Первомайской и Уральской нависает гора, которую жители города называют Уральской.

На территории зоны промышленных предприятий имеется небольшая гора Острая. Впервые годы строительства комбината здесь действовал каменный карьер. В настоящее время здесь расположен гаражный кооператив «На карьере». В двух километрах к юго-западу от города высится гора Висячий Камень (545,6 м). Она примечательна тем, что по ее восточному склону проложены горнолыжные трассы. Название Висячий Камень связано также с горой, расположенной в 1,5 километра южнее. Восточный склон этой горы обрывается 20-метровым скальным обрывом. Гора так и называется — Скалы Висячий Камень. На юг от горы Висячий Камень до реки Восточный Шишим тянется 15-километровый хребет между реками Нейва и Черный Шишим, включающий вершины Медвежка (498,5 м), Высокая (504,0 м), Бакальская (490,2 м).

Вдоль западного берега южной части Верх-Нейвинского пруда вытянулся массив горы Мурзинка (364,2 м). Жители станционного поселка Мурзинка выделяют в нем три вершины, которые так и называют — Первая, Вторая и Третья Мурзинка. К востоку от села Тарасково, параллельно железной дороге вытянут массив горы Дедовой. На картах начала 20 века так называлась гора, вытянутая с востока на запад, у восточной подошвы которой, в километре южнее остановочного пункта Калиново, проходит железная дорога. На современных картах название переместилось на высшую точку массива — 452,2 метра. На территории НГО, расположенной на восточном берегу Верх-Нейвинского пруда, находятся горы, входящие в северную часть Верх-Исетского гранитного массива. Имеющиеся здесь горы и хребты вытянуты с востока на запад. Характерной особенностью гор этого района является наличие на их вершинах скальных выходов в виде матрацевидных стен и столбов-останцев. Наиболее крупными из них являются Вороньи скалы, расположенные на восточном отроге горы Березовой (385 м), возвышающейся напротив острова Ельничного.

В двух километрах восточнее границы городского округа расположены скалы Семь Братьев (422,5 м), являющиеся памятником природы областного значения, и скалы Три Сестры. Скальные выходы имеются и в горах центральной части муниципального образования. Они представлены скальными сбросами высотой до 15—20 метров (горы Трубная, Шамшурная, Кирпичная, Бакушная, Висячий Камень, скалы Висячий Камень) или скальными стенами из стоящих вертикально каменных плит — на склонах горы Бунар и ее восточном отроге — горе Заплотный Камень. Часть скальной гряды на Заплотном Камне взорвана при разработке карьера строительного камня. Западная часть территории представлена широкими долинами рек Казачий Шишим, Восточный Шишим и Черный Шишим, Билимбаиха. (Приложение № 12) (Приложение № 13)

3. Климатические условия Новоуральска

Самый холодный месяц года – январь, его средняя температура воздуха – 14 ⁰С. Абсолютный минимум – 44, 9 ⁰С наблюдался 31 декабря 1978 года. Средняя температура июля – самого теплого месяца года – составляет 18, 2 ⁰С. Зарегистрированный максимум температуры в 35, 4 ⁰С относится к 25 июля 1971 года.

Годовая амплитуда температур достигает 32 ⁰С. Среднегодовая температура воздуха + 2, 2 ⁰С. В течение года преобладают ветры западного, юго – западного и северо – западного направлений ( повторяемость 17%; 16% 13%).

Средняя скорость ветра зимой 3, 8. 2 июля 1986 года наблюдался шквалистый ветер со скоростью 35 – 36 метров в секунду, отдельные порывы доходили до 50 метров в секунду.

4. Особенности растительного мира

В подлеске и травостое преобладают можжевельник, жимолость обыкновенная, рябина обыкновенная, шиповник, черника, брусника, папоротники: орляк и страусопер, сныть обыкновенная, борец, борщевик, живокость, саранка, золотая розга, подмаренник, майник, грушанка, копытень европейский, ясменник душистый; большое разнообразие злаковых: мятлик луговой, щучка, лисохвост, пырей ползучий.

Так же в городе Новоуральск, можно встретить растения, занесенные в «Красную книгу». Это такие растения как: астра альпийская; цицербита уральская; шиверекия подольская; гвоздика иглолистная; лилия кудреватая; кувшинка чисто – белая; пион уклоняющийся; адонис весенний; ветреничка (ветреница) уральская и т. д.

3. Источник энергопотребления Новоуральска – Верхнетагильская ГРЭС

Основными системами ГРЭС являются:

• 
  котельная установка;
  
• 
  паротурбинная установка;
  
• 
  топливное хозяйство;
  
• 
  система золо- и шлакоудаления, очистки дымовых газов;
  
• 
  электрическая часть;
  
• 
  техническое водоснабжение (для отвода избыточного тепла);
  
• 
  система химической очистки и подготовки воды.
  

Экология. На ГРЭС существует проблема выбросов в окружающую среду. «ОГК-1» подписала контракт с «Инженерным центром энергетики Урала» на 3,068 млн рублей, который предусматривает разработку проекта реконструкции котла Верхнетагильской ГРЭС, который приведёт к снижению выбросов для соблюдения нормативов ПДВ.

Выброс дымовых газов в атмосферу является наиболее опасным воздействием тепловой электростанции на окружающую природу. Для улавливания золы из дымовых газов после дутьевых вентиляторов устанавливают фильтры различных типов (циклоны, скрубберы, электрофильтры, рукавные тканевые фильтры), задерживающие 90—99 % твердых частиц. Однако для очистки дыма от вредных газов они непригодны. За рубежом, а в последнее время и на отечественных электростанциях (в том числе газо-мазутных), устанавливают системы десульфуризации газов известью или известняком (т. н. deSO_x) и каталитического восстановления оксидов азота аммиаком (deNO_x). Очищенный дымовой газ выбрасывается дымососом в дымовую трубу, высота которой определяется из условий рассеивания оставшихся вредных примесей в атмосфере.

Электрическая часть ГРЭС предназначена для распределения электрической энергии потребителям. В генераторах ГРЭС создается трехфазный электрический ток напряжением обычно 6—24 кВ. Так как с повышением напряжения потери энергии в сетях существенно уменьшаются, то сразу после генераторов устанавливаются трансформаторы, повышающие напряжение до 35, 110, 220, 500 и более кВ.

Система технического водоснабжения обеспечивает подачу большого количества холодной воды для охлаждения конденсаторов турбин. Системы разделяются на прямоточные, оборотные и смешанные. В прямоточных системах вода забирается насосами из естественного источника (обычно из реки) и после прохождения конденсатора сбрасывается обратно. При этом вода нагревается примерно на 8—12 °С, что в ряде случаев изменяет биологическое состояние водоёмов. В оборотных системах вода циркулирует под воздействием циркуляционных насосов и охлаждается воздухом. Охлаждение может производиться на поверхности водохранилищ-охладителей или в искусственных сооружениях: брызгальных бассейнах или градирнях. В маловодных районах вместо системы технического водоснабжения применяются воздушно-конденсационные системы (сухие градирни), представляющие собой воздушный радиатор с естественной или искусственной тягой. Это решение обычно вынужденное, так как они дороже и менее эффективны с точки зрения охлаждения. (Приложение № 14)(Приложение № 15)

ΙΙΙ. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Веду наблюдение за направлением и скоростью ветра в Новоуральске в период с января 2009 года по декабрь 2009 года. Результаты наблюдения за направлением и скоростью ветра представлены в таблице.

Таблица № 1

2. 
   Вычисляю среднюю скорость ветра за месяц по формуле:
   

Для месяцев - январь, март, май, июль, август, октябрь, декабрь

(v₁+v₂+ v₃+v₄+v₅+…+v₃₁) : 31 = V_ср

Для месяцев - апрель, июнь, сентябрь, ноябрь

(v₁+v₂+ v₃+v₄+v₅+…+v₃₀) : 30 = V_ср

Для месяца - февраль

(v₁+v₂+ v₃+v₄+v₅+…+v₂₈) : 28 = V_ср

где, v₁, v₂, v₃, v₄, v₅, … v₂₈ - средняя скорость за сутки;

V_ср – средняя скорость за месяц

Результат вычисления в таблице № 1

3. 
   Вычисляю среднюю скорость ветра за год по формуле:
   

(v_я+v_ф+ v_м+v_а+v_м+v_и+v_и+v_а+v_с+v_о+v_н+v_д ) : 12 = V_{среднегодовая}

(1,8+1,4+1,6+2,06+1,5+1,6+1,5+1,4+1,5+2,03+1,6+2,2) : 12 = 1,7

4. 
   Построение розы ветров по месяцам для города Новоуральска
   

Годовая роза ветров

5. 
   Построение годовой розы ветров.
   
   
   
   

Вывод: Преобладающее направление ветра СЗ, средняя скорость средней скорости ветра в городе Новоуральск достаточно, для установки ВЭС, но мое исследование показало, что установка ВЭС потребует очищенной от лесных насаждений площади. Эта территория должна быть удалена от города, так как весьма сильный шум, может навредить человеку. Нельзя забывать о флоре и фауне, лопасти ветровой станции могут причинить вред редким птицам и насекомым, занесенным в «Красную книгу Среднего Урала».

6. Этапы создания макета

1. 
   Подбор материалов 2. Построение домика
   

3.Покраска домика

1. 
   Создание макета ветровой установки:
   

А) Разработка лопастей Б) Построение макета ветровой станции

В) Проведение проводов Установка на удерживающий щит

2. 
   Итог работы
   

Вывод: этот макет является действующей моделью. Домик был создан из картонной коробки, а сама ВЭС из оргстекла, моторчика, подставки и антенны.

3. Информационный буклет

ΙV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Я не с проста, затронула эту тему, так как она по своему актуальна. Энергетические запасы нашей планеты не бесконечны, и рано или поздно нужна будет замена. ВЭС – ветровая электростанция, один из многих способов не уничтожать драгоценные источники энергии, такие как нефть или уголь. В моем городе нет возможности для установки ВЭС. Хотя и территория и климатические условия подходящие, возведение ВЭС требует огромных очищенных от растений пространств. Это может привести к исчезновению многих видов растений, так как в городе Новоуральск растут некоторые растения, занесенные в «Красную книгу Среднего Урала». Да и в денежном плане ВЭС, довольно дорогостоящий вид электростанции.

Несмотря ни на что, один из экспериментальных ветровиков был возведен в городе Екатеринбурге, в месте где ученые пытаются с помощью альтернативных источников энергии доказать, что и без исчерпаемых запасов можно выжить!

В начале своей работы я поставила себе цель: определить возможность использования ветровой энергии в Новоуральске. Я могу с уверенностью заявить, что эта цель была достигнута. Эту энергию использовать можно, но слишком затратно и не выгодно для таких маленьких городов как мой.

Работая над своей темой, я пришла к выводу, что

1. 
   ВЭС один из лучших источников альтернативной энергии;
   
2. 
   ВЭС можно сочетать с энергией воды, солнца и того же урана, но стоить такое «удовольствие» будит очень много;
   
3. 
   Так же я поняла, что эти станции могут спасти мир от грядущей энергетической катастрофы.
   

V. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. allianterergy. com;

2. alternative - energy - news. info;

3. dic.academic. ru;

4. energoerfekt.gov. by;

5. nanonewsnet. ru;

6. ogkl. com;

7. teplonasos@gmail.com;

8. viter.com. ua;

9. Абакумова Г.М, Ананьева Г.С, Бондарев Л.Г - «Современная школьная энциклопедия. География». Издательство «Росмэн», город Москва 2008 год;

10. Лариса Голышева, Оксана Жидкова - «Новоуральск. Шаги времени».Издательство «Компания Реал-Медиа», город Новоуральск 2008 год .

VΙ. ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение №1

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него — в дробильную установку 2, где превраща­ется в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых цир­кулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насы­щенный пар доводится до температуры 400—650°С и под дав­лением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турби­ну 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.

Способ преобразования тепловой энергии в механическую в паровой турбине.

Приложение № 2

Приложение № 3

Приложение № 4

Приложение № 5

Приложение № 6

Приложение №7

1.Хлев 2.Приямок 3.Подвоз и подготовка 4.Сосная станция 5.Основной ферментер 6.Конечный ферментер 7.Преобразователь энергии 8.Хранилище биогаза 9.Блочная тепловая установка 10.Вывоз

Приложение № 8

(1). Подвод навозной жижи. (2). Навозная жижа. (3). Миксер. (4). Насос. (5). Подвод свежей навозной жижи. (6). Теплообменник. (7). Трубочная мешалка. (8). Забор газа (9). Подвод горячей воды. (10). Отвод горячей воды. (11). Отток перебродившей навозной жижи.

Конструкция двухкамерной системы:

1. Газовый купол с автоматическим смесительным клапаном

2. Максимальный уровень шлама

3. Промежуточная крышка

4. Минимальный уровень шлама

5. Свежий субстрат

6. Основная бродильная камера

7. Смесительные лопасти

8. Сливная шахта

9. Постбродильная камера

10. Сливной трубопровод

11. Смесительная шахта

12. Загрузочный трубопровод

13. Центральная труба

14. Основной отвод шлама
Приложение № 9

Приложение № 10

(1) Фундамент. (2) Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления.(3) Башня. (4) Лестница. (5) Поворотный механизм. (6) Гондола. (7) Электрический генератор. (8) Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр).(9) Тормозная система. (10) Трансмиссия. (11) Лопасти. (12) Система изменения угла атаки лопасти. (13) Колпак ротора. Система пожаротушения. Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора. Система молниезащиты.

Приложение № 11

Современные ветрогенератор обычно состоят из следующих основных компонентов: лопастей; ротора; трансмиссии; генератора; система контроля. Лопасти. Именно этот компонент ветряка "захватывает" ветер. Современный дизайн ветряка позволяет увеличивать эффективность этого процесса. Как уже описано выше, обычно ветрогенераторы имеют две или три лопасти. Лопасти производят из стекловолокна, полистирола, эпоксидного полимера или углепластика. У некоторых из них есть деревянный каркас. Материал, из которого изготавливают лопасти, должен быть крепким и одновременно гибким, и не создавать волновые помехи, мешающие прохождению телевизионных сигналов. Длина лопастей современных ВЭУ варьируется от 25 до 50 метров, вес лопасти может превышать 1000 кг.

Тормозная система

Трансмиссия

Генератор

Установка ветровой электростанции.

Под ротором поднимают лопасти, соединенные с центральным валом. Центральный вал связан с ведущим валом привода через коробку передач - трансмиссию (в некоторых системах вал ротора напрямую соединен с приводом генератора). Трансмиссия и привод необходимы для передачи кинетической энергии через ведущий вал на генератор, который и вырабатывает электроэнергию. Все системы мощной ветроэлектроустановки контролируются и управляются с помощью компьютера, который может находиться на удалении от ветряка. Система контроля угла наклона лопастей "разворачивает" лопасти под углом, нужным для эффективной работы при любой скорости ветра.

Приложение № 12

Приложение № 13

Приложение № 14

Схема ГРЭС на угле: 1 — градирня; 2 — циркуляционный насос; 3 — линия электропередачи; 4 — повышающий трансформатор; 5 — турбогенератор; 6 — цилиндр низкого давления паровой турбины; 7 — конденсатный насос; 8 — поверхностный конденсатор; 9 — цилиндр среднего давления паровой турбины; 10 — стопорный клапан; 11 — цилиндр высокого давления паровой турбины; 12 — деаэратор; 13 — регенеративный подогреватель; 14 — транспортёр топливоподачи; 15 — бункер угля; 16 — мельница угля; 17 — барабан котла; 18 — система шлакоудаления; 19 — пароперегреватель; 20 — дутьевой вентилятор; 21 — промежуточный пароперегреватель; 22 — воздухозаборник; 23 — экономайзер; 24 — регенеративный воздухоподогреватель; 25 — фильтр; 26 — дымосос; 27 — дымовая труба.

Приложение № 15

Верхнетагильская ГРЭС – снимок с космоса.

Приложение № 16

жүктеу/скачать 3.27 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: