Проектно-исследовательская работа «Энергоэффективность» 9 класс

4



	Управление образования администрации

Богородского муниципального района Нижегородской области

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Новинская средняя общеобразовательная школа





Фестиваль исследовательских и творческих работ учащихся «Портфолио» 

		

		Энергоэффективность

		

		

		

		

		

		



Адрес:

607635, Нижегородская область, Богородский район

п. Новинки, ул. Центральная, д.6

Телефон: 8-(831-70)-48-5-41

Электронная почта: nov-shkola@yandex.ru



	

Автор ученица 9 класса

Касюгина Елена, 15 лет

Руководитель

учитель химии, биологии, экологии

Малышева Галина Ивановна



























п. Новинки

2012 г









	Оглавление

	Введение	3

	Цель и задачи проекта	3

	Исследование и анализ	4

	Сроки реализации	4

	Дизайн-спецификация	4

	Первоначальные идеи	4

	Выбор лучшей идеи	5

	Реализация проекта	5

	Возобновляемые источники энергии.	5

	Энергия биомассы.	6

	Выполнение исследования	11

	Оценка эффективности мероприятий	12

	Как может проект развиваться в будущем	12

	Результат реализации проекта	12

	Заключение	13

	Литература	14




















Введение

Наличие энергии всегда было необходимым условием удовлетворения основных потребностей человека, увеличения продолжительности его жизни и повышения жизненного уровня.

Правильная оценка масштабов будущей энергетики и места в ней различных источников энергии необходима для решения проблем энергообеспечения, без чего невозможен дальнейший экономический рост как мира в целом, так и отдельных его регионов и государств.

Предметом особого внимания в последнее время становится антропогенное загрязнение атмосферы углекислым газом и целым рядом газовых примесей, влияющих на климат. Основным источником поступления метана, помимо сельского хозяйства, является также энергетика: утечка природного газа при его добыче  и транспортировке, а также накопление его в угольных шахтах и выброс в атмосферу при их вентилировании.

Таким образом, дальнейшее развитие традиционной энергетики на органическом топливе при отсутствии средств удержания СО2 имеет серьезные ограничения из-за возможного изменения климата Земли.

Масштаб и характер воздействия человека на природу сегодня таковы, что ставят под угрозу само существование современного человека. Он просто-напросто может не успеть приспособиться к изменениям природы, с такой скоростью они начинают происходить. Энергетика, обеспечивающая жизнедеятельность человека, оказывает значительное влияние на окружающую среду. Возможности удовлетворения потребностей человека в энергии я и попыталась отразить в этом проекте.

Цель и задачи проекта

Найти ответ на вопрос: как можно удовлетворить наши потребности в энергетических ресурсах без чрезмерных и опасных последствий для природы.

Разработать беззатратные энергосберегающие меры и мероприятия, которые учитывают разнообразие местных условий.

Воспитать навыки экологически устойчивого стиля жизни, просветить молодёжь в вопросах энергосбережения.

Исследование и анализ

	Мой проект предназначен для учащихся любых классов, взрослых людей, поэтому он должен быть прост в обращении, иллюстрирован, чтобы привлекать внимание. Работа социально значима, важна для каждого, содержит информацию о применении энергии биомассы, исследование возможности применения биомассы,  наглядна и содержит рекомендации, советы, доступные каждому.

Сроки реализации

		Проект реализуется в течение всего года. Возможно ежегодное применение проекта.

Дизайн-спецификация

	Мой проект можно будет использовать любому жителю планеты Земля. Проект содержит альтернативу, советы в наглядном, эмоционально окрашенном виде, что повышает интерес к нему. Проект выполнен в единичном экземпляре и будет служить помощью в агитации. Этот проект позволит лучше понять проблему, ведь для его создания я использовала богатый, отобранный и проанализированный материал. 

Первоначальные идеи

	1.Проблема утилизации отходов. Я хотела бы рассказать о видах отходов, о химических методах их переработки.

	2.Кислотные дожди: перспектива и реальность. Я хотела бы рассказать о проблеме глобальной кислотных дождей  связать ее с краеведческим материалом - соседство г. Дзержинска («химической бомбы в центре России»).

	3.Народная экология. Я хотела бы рассказать о народных обычаях, приметах в области строительства, огородничества, здоровья.

	4.Мусор – монстр цивилизации. Я хотела бы рассказать об истории мусора, зарубежном опыте борьбы с ним.

	5.Ритмы. Я хотела бы рассказать о ритмах в жизни человека, о возможности просчитывать по дате рождения удачные и неудачные дни.

	6.Дружественные природе отходы. Я хотела бы рассказать об упаковке, ее экологичности, возможностях вторичного использования.

	7.Язык телодвижений. Я хотела бы рассказать о жестах и движениях; их значении и интерпретации.

	8.Паранормальные явления. Я хотела бы рассказать о ясновидении, экстрасенсорике, гипотезе.

	9.Энергоэффективность. Я хотела бы организовать как можно больше практических акций по применению энергии биомассы, привлечь как можно больше людей к сотрудничеству и поддержке.

Выбор лучшей идеи

Так как для организации идей 1-8 требуется привлечение денежных средств и они являются теоретическими, не очень удобными для воплощения, необходимы знания по химии, которую я ещё не изучаю, мы решили всерьёз заняться идеей №9 и организовать, и принимать участия в различных акциях по применению энергии биомассы.

Реализация проекта

 Возобновляемые источники энергии.

Теоретически возобновляемые источники энергии могут ежегодно обеспечивать количество энергии, соответствующее ее мировому потреблению в настоящее время. Сегодня они обеспечивают около 18% мирового потребления энергии, из которых 12% приходится на биомассу, 6%-на гидроэнергию.

Анализ возможных видов возобновляемых источников энергии применимо к поселку Новинки.

1.Солнечная энергия. Такой вид энергии для нашей местности не подходит, так как в нашем поселке нет приспособлений для выработки электроэнергии из биомассы, как нет и больших площадей для фиксация света с помощью зеркал.

2. Получение энергии за счет ветра. Для получения энергии за счет ветра у нас нет необходимых установок.

3. Геотермальный источник энергии. Наш поселок не находится в области, где тепло земных глубин близко подступает к поверхности.

4. Энергия биомассы. Изучив соответствующую литературу, узнав, как и где используются установки по добыче альтернативной энергии, я решила, что этот источник энергии наиболее приемлем для нашего поселка. 

Энергия биомассы.



Биомасса может рассматриваться как идеальное энергетическое вещество, поскольку «биомасса - это все что растет», это аккумулированная в углеродных соединениях солнечная энергия, которая может быть использована в случае необходимости в больших объемах.

 Биомассу как энергоноситель можно подразделить на две группы:

 1.Органические отходы животноводства(навоз), солома, дрова, отходы лесозаготовок и деревообработки, торф.

 2.Энергетические растения - быстрорастущие виды древесины, масличные и специальные культуры(рапс, сорго, тростник и т.д.).

 В нашем поселке ежегодно накапливается большое количество отходов животноводства и растениеводства. Степень их использования очень низкая.

 Основные методы преобразования и энергетического использования биомассы приведены.   а) термохимические методы.

 При подводе тепла биомасса превращается в более ценный энергоноситель. Основными способами переработки являются: коксование древесины, газификация и сжижение.

 Применяются также пиролиз (термическое расщепление биомассы без доступа воздуха). Цель этой технологии в получении из биомассы жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания. Основным недостатком является стоимость оборудования.

 б) физико-химические методы.

 Одна из форм физический биоконверсии - получение растительного масла при извлечении его из семян масличных культур. После получения растительного масла его можно использовать непосредственно как горючее для моторов или, после химической обработки, в качестве биодизеля.

 в) биохимические методы.

 При анаэробном (без доступа кислорода) брожении органического материала(навоз, органические отходы) под воздействием различных групп бактерий происходит образование биогаза. Полученная смесь состоит в основном из метана (55-70%) и углекислого газа. Метан можно сжигать в моторах для производства электрической и тепловой энергии.

 В дальнейшем я подробно расскажу об использовании  и производстве биогаза из навоза.

В бытовой деятельности производится большое количество отходов, на утилизацию которых тоже тратится энергия либо в доме, либо при транспортировке и утилизации на специализированных предприятиях. Экономия энергии здесь достигается двумя путями: сокращением отходов и утилизацией органической части отходов и утилизаций органической части отходов без затрат энергии - домашним компостированием, либо компостированием на приусадебном участке с последующим использованием на приусадебном участке для удобрения почвы.

Производство биогаза из отходов животноводства основано на использовании процесса анаэробного сбраживания навоза в специальных герметических емкостях - метантенках. Устройство биогазовой установки с 

плавающим газосборником. 

 

Биогаз получается при анаэробном брожении органического материала и состоит в основном из метана  и углекислого газа. Полный биохимический процесс разложения сложных органических веществ идет 10 суток в нескольких стадиях, за каждую из которых отвечают определенные бактерии. Максимальный выход и скорость сбраживания достигается при соблюдении соотношения углерода к азоту в массе 30:1 и повышенной до 60 оС температуре. Опилки и газеты состоят в основном из углерода и обеспечивают его недостающее количество в массе. Постоянное давление биогаза поддерживается тяжелым плавающим колпаком. 

В таблице приведены данные по выходу метана в зависимости от состава биомассы.

Материал

Содержание материала в смеси, %

Выход биогаза,

М3/КГ

Содержание метана, %

Свиной навоз

100

1,0- 1,6



Коровий навоз

100

0,6- 1,0



Куриный помет

100

1,2-2,6

59,8

Домовая канализация

100

1,0- 1,8



Куриный помет и бумага

31/61

1,5

60

Древесные опилки и осадки очистных устройств

10/90

1,85

68,9

Газеты и осадки очистных устройств

10/90

2,0

67,1

Газеты и осадки очистных устройств

30/70

1,5

65,5

 Установке нельзя давать остыть: биопроцесс замедляется в десятки раз при температуре     12 0С и полностью прекращается при 6 оС; новый запуск потребует внешнего подогрева в течение минимум 6 дней. Тем не менее, установку вполне можно использовать в холодном климате. Для круглогодичной работы бак, в котором производится сбраживание, должен быть хорошо утеплен. Для этого его часто закапывают под землю, укладывая сверху солому или другие утепляющие материалы (опилки, стружки), которые необходимо будет добавлять в загружаемую жидкую массу.

При производстве электроэнергии из биогаза в электрический ток преобразуется всего 30% его энергоресурса, остальная часть - отбросная теплота. Производить и использовать биогаз лучше всего вне дома. Имеющиеся на рынке большие биогазовые установки оснащены устройством очистки газа, после которых газ может использоваться и внутри дома, и при нагревании воды для бытовых нужд, содержания скота, отопления жилых помещений и теплиц, подогрева воздуха для сушилок, а также при создании микроклимата в животноводческих помещениях. 

Американский фермер Джон Девонс разработал наиболее подходящую с точки зрения экономии энергии и эффективности систему биоинтенсивного земледелия для небольших участков земли, основанную на ручной подготовке почвы без внесения минеральных удобрений. С помощью этой системы можно организовать замкнутый цикл по обеспечению жителей дома собственными овощами без использования внешних удобрений и утилизацией всех органических и пищевых отходов для удобрения.

 В климатических условиях России биогазовые установки малопригодны для автономного энергосбережения индивидуальных жилищ, а для целого поселка это хороший способ энергосбережения. 

Выполнение исследования

В посёлке Новинки Богородского района расположено учебно-опытное хозяйство НГСХА. Сельское хозяйство включает в себя два ключевых направления: растениеводство и животноводство. В учебном хозяйстве на трёх фермах содержатся 835 голов крупного рогатого скота. Нас заинтересовало возможное использование энергии биомассы для производства электроэнергии в посёлке с помощью биогазовой установки с плавающим газосборником. По моим подсчётам, 836 коров могут в год производить 7,6*106  кг навоза.

При наличии в хозяйстве как минимум 3 коров (лошадей) и нескольких свиней образующиеся органические отходы следует использовать для получения биогаза, с помощью которого можно полностью обеспечить семью из 4 человек энергией для отопления дома.

В нашем поселке есть деревообрабатывающие предприятия. В процессе их работы образуется большое количество отходов производства - опилок, которые бездумно сжигаются. Если бы в нашем поселке поставить биогазовую установку для производства альтернативной энергии, то в окружающую среду поступало меньше отравляющих элементов, а опилкам найти рациональное применение.

Приусадебный участок, также как оранжерея и теплица, является неотъемлемой частью знергоэффективного дома. На них часто тратится энергия сравнимая с той, что потребляется в доме. Здесь, безусловно, имеется большой потенциал сбережения энергии, который может быть реализован максимальным использованием солнечной энергии и рациональным - тепловой и электрической. Достигается это специальной конструкцией и размещением, а также использованием подходящих материалов. Пристроенные к дому с южной стороны теплицы и оранжереи могут быть не только использованы по назначению, но и вносить вклад в обогрев дома. 

Оценка эффективности мероприятий

Апробация не производилась. Этап организационный: выбрали тему своего исследования, определили задачи, собирали информацию. 

Как может проект развиваться в будущем

Ознакомление населения с информацией, содержащейся в проекте. Проект был бы интересен владельцам частных домов, садоводческих участков, фермерам. Для этого планируется создать буклет с информацией об использовании энергии биомассы, методиками, расчётами. В простейшем варианте биогазовые установки с плавающим газосборником могут быть легко изготовлены при наличии сварочного оборудования, металла и антикоррозионного материала.

Результат реализации проекта

Одна семья в зависимости от размеров хозяйства потребляет за год от 1000 до 4000 КВт электроэнергии (включая освещение, телевизор, радио и холодильник, то есть практически всё, но без электротепловых приборов).

Навоз от 836 коров теоретически может снабдить 140 семей электроэнергией. В посёлке Новинки около 2000 жителей; если предположить, что в среднем семья состоит из 4-х человек, то в Новинках около 500 семей. 28% семей посёлка Новинки могли бы получать электроэнергию за счёт навоза коров, затрачивая при этом минимум средств.

Заключение

Сейчас наш поселок встал на интенсивный путь развития: строятся новые здания, торговые точки, развлекательные учреждения. Все это отнимает большое количество энергии из, уже не новых, линий электропередач. На нас лежит огромная ответственность сохранить мир пригодным к проживанию людей, животных, растений, всех живых организмов. Пусть это станет нашей общей целью и целью каждого из нас. 






















Литература

Гладкий Ю.Н.: Лавров С.Б. Дайте планете шанс!- М.: Просвещение, 1985.

География Нижегородской области- Н.Новгород, 1991.

Дмитриев А.И. Практическая экология. Часть П. — Н.Новгород: изд. Нижегородского педагогического ун-та, 1994.

Дмитриев А.И. Экологический практикум. — Н.Новгород: 1995.

Косариков А.Н. и др. Экологическая обстановка в Н.Новгороде, 1993.

Кузнецова МЛ., Ибрагимов А.К., Неручев В.В., Юлова Г.А. Полевой практикум по экологии. — М.: Наука, 1994.

Литвинова Л. С. , Жиренко О. Е. Нравственно – экологическое воспитание школьников. – М. , 2005.

Медоуз X. Д., Медоуз Д. Л., Рэндерс Й, Беренс В. Пределы роста: Доклад по проекту Римского клуба «Сложное положение человечества». - М.: Изд-во МГУ, 1991.

Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: Пер. с англ.- М.: Мир, 1993. - Т. 1,2.

 Рамад Ф. Основы прикладной экологии. — Л.. Гидрометеоиздат, 1981.

Природопользование под редакцией Э.А.Арустамова- М.: «Дашков и К0», 2001.

Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник. -М.: Мысль, 1990.

Риклефс Р. Основы общей экологии. - М.: Мир, 1979.

Розанов В. В. Основы учения об окружающей среде. - М.: Изд-во МГУ, 1984.

Самкова В. А. , Прутченков А. С. Экологический бумеранг. – М. : Новая школа, 1996.

Одум Ю. Экология. - М.: Мир, 1986. - Т. 1 - 2.

Экологическая обстановка в городах и районах Нижегородской области- Н.Новгород, 1991.

Экологический практикум- Н.Новгород, 1994.

Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химия и экология – Н.Новгород, 1994.

Скурлатов Ю.И. и др. Введение в экологическую химию- М.: Высшая школа, 1994.

21.Ресурсы Интернет.