Проведен анализ научно-методической литературы и требований по разработке элективных курсов;

1.  Проведен анализ научно-методической литературы и требований по разработке элективных курсов;

2.  В результате проделанной работы был разработан элективный курс «Альтернативная электроэнергетика», предназначенный для учащихся 9 класса общеобразовательной школы. Элективный курс состоит из двух модулей, каждый из которых включает в себя 3 часа занятий, рассказывающих учащимся о нетрадиционных способах получения электрической энергии.

3.  Изготовлено два прибора к элективному курсу – модели СЭС и ВЭС.

Самостоятельная работа учащихся в процессе изучения данного элективного курса заключается в проектной деятельности и тестировании. В связи, с чем разработаны электронные тесты и составлены примерные темы докладов с рекомендуемой литературой для их написания к каждому модулю.

Помимо поурочного планирования в элективный курс включены дополнительные материалы, позволяющие педагогу по своему усмотрению, в связи с уровнем подготовки учащихся, изменять преподаваемый материал.

Элективный курс апробирован в школе.

4.  Ожидаемый образовательный результат курса:

·  успешная самореализация школьников в учебной деятельности;

·  место и значимость физики в жизни;

·  опыт дискуссий, работы в коллективе (группе);

·  умение искать, отбирать и оценивать информацию;

·  умение применять MS Power Point, Word.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Геотермальная энергетика (http://www.science-award.siemens.ru/default. asp?trID=1403) Проверено 11.06.08.

2. Дворникова М.В. Активизация познавательного интереса у учащихся 9 классов с помощью элективного курса «Альтернативная электроэнергетика» // Сборник научных трудов по актуальным вопросам математики, физики, информатики и методике их преподавания. Иркутск: Ред.- изд. Отдел ГОУВПО «ИГПУ», 2008.

3. Емельянов А. Нетрадиционная энергетика // Экология и жизнь.- 2001. - № 6.

4. Енохович А.С. Справочник по физике. - М.: Просвещение, 1990.- 152 с.

5. Ермаков Д.С., Петрова Г.Д. Создание элективных учебных курсов для профильного обучения // Школьные технологии. – 2003. - №6.

6. Клёнова Н. Как подготовить школу к профильному обучению // Народное образование. – 2003. – №7.

7. Методический справочник учителя физики /сост.: М.Ю. Демидова, В.А. Коровин. – М.: Мнемозина, 2003. – 229 с.: ил.

8. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования: Учеб. пособие для студ. пед. вузов и системы повыш. квалиф. пед. кадров / Е.С.Полат, М.Ю.Бухаркина, М.В.Моисеева, А.Е. Петров; Под ред. Е.С.Полат. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 272 с.

9. Откуда берется электричество? (http://www.udarnik.org/stati/electrostancii/elect.html) Проверено 11.06.08.

10. Солоницын А. Второе пришествие ветроэнергетики (http://www.nauka.relis.ru/06/0403/060403006.htm) Проверено 11.06.08.

11. Теория и технология обучения: Учеб. пособие для студентов пед. вузов / Загрекова Л.В., Николина В.В. – М.: Высш. Шк.,2004. – 157 с.: ил.

12. Трухин В.И., Показаев К.В. и др. Основы экологической геофизики. – М.: 2001. – 256 с.

13. Физическая энциклопедия // Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. Кол. Д.М. Алексеев, А.М. Балдин, А.М. Бонч – Бруевич, А.С. Боровик – Романов и др. – М.: Большая Российская энциклопедия. 1994г. - т.4.

14. Харитонов В.П. Особенности развития мировой ветроэнергетики (http:// www.adok.ru/for_speuarticles.php?nid=146) Проверено 11.06.08.

15. Черникова Т.В. Выбор профиля обучения // Профильная школа. – 2006. - №1.

16. Черникова Т.В. Методические рекомендации по разработке и оформлению программ элективных курсов // Профильная школа. – 2005. – №5.

17. Энергосбережение Минообразования РФ (http://www.energy-efficiency.ru/ elispgeoen.html) Проверено 11.06.08.

18. Энциклопедический словарь юного физика /сост. Э 61 В. А. Чуянов. - М.: Педагогика - Пресс, 1995. – 366 с.: ил.

Приложение 1

 

Поурочное планирование

Модуль 1 Энергия солнца и ветра

План Модуля 1(3ч)

Цель:[I, II, IV, V] Задачи:

Образовательная: 8, А, Б, В, Г.

Воспитательная: 1,

Развивающая: 2,3, 4, 5, 6,7

Блок 1/1(1ч)

Тема: Получение электрической энергии с помощью энергии солнца.

Цель: [I, III, IV, V(1)]

Задачи:[2, 6, 8, А]

Формы работы: Лекция с элементами дискуссии.

Оборудование: иллюстрация схемы (принцип работы СЭС), прибор, показывающий превращение энергии солнца в электрическую энергию.

 

Ход урока:

№ этапа	Деятельность учителя	Деятельность учеников
I. Организационно-мотивационный этап	Учитель заходит в класс, приветливо здоровается. Разрешает сесть.	Ученики приветствуют учителя стоя. Устанавливается тишина. После того как учитель разрешил сесть, ученики готовы воспринимать речь педагога.
II. Изучение нового материала	Педагог рассказывает новый материал. Затем проводит дискуссию.	Ученики записывают необходимую информацию, рассматривают схемы. Ведется дискуссия.
III. Домашнее задание	Учитель диктует домашнее задание	Записывают д/з: сконструировать модель СЭС.

В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: солнечные электростанции башенного типа и солнечные электростанции распределенного (модульного) типа.

В башенных солнечных электростанциях используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем значительно сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550ºС, воздух и другие газы — до 1000ºС, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) — до 100ºС, жидкометаллические теплоносители — до 800ºС.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 1, Урок 2, Слайды 2,3).

Главным недостатком башенных солнечных электростанций являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения солнечной электростанции мощностью 100 МВт требуется площадь в 494,21 акр, а для АЭС мощностью 1000 МВт — всего 50 га. Башенные солнечные электростанции мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250 м.
В солнечных электростанциях распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболоцилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная солнечная электростанция этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт.
При небольшой мощности солнечные электростанции модульного типа более экономичны, чем башенные. В солнечных электростанциях модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 1, Урок 2, Слайды 4).

Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей — устройство, состоящее из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов. Преимущество фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен. Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Модульный тип конструкций позволяет создавать установки практически любой мощности и делает их весьма перспективными. Недостатком ФЭП является высокая стоимость и низкий КПД (в настоящее время практически 10-12 %).

Солнечные батареи пока используются в основном в космосе, а на Земле только для энергоснабжения автономных потребителей мощностью до 1 кВт, питания радионавигационной и маломощной радиоэлектронной аппаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолетов. В 1988 г. в Австралии состоялись первые всемирные ралли солнечных автомобилей. По мере совершенствования солнечных батарей они будут находить применение в жилых домах для автономного энергоснабжения, т.е. отопления и горячего водоснабжения, а также для выработки электроэнергии для освещения и питания бытовых электроприборов.

Вопросы для дискуссии:

1)  Какой главный недостаток башенных СЭС? (ОТВЕТ: высокая стоимость и большая занимаемая площадь).

2)  Какие СЭС при небольшой мощности более экономичны? (ОТВЕТ: СЭС модульного типа более экономичны, чем башенные).

3)   Посредством чего энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток? (ОТВЕТ: посредством солнечных батарей).

4)  Что такое солнечные батареи? (ОТВЕТ: солнечных батареи — устройство, состоящее из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов).

5)  Какой недостаток фотоэлектрических преобразователей? (ОТВЕТ: высокая стоимость и низкий КПД (10-12%).

Блок 1/2(1ч)

Тема: Получение электрической энергии с помощью энергии ветра.

Цель: [I, II, IV, V(2)]

Задачи:[2, 7, 8, Б]

Формы работы: Беседа с элементами рассказа. Демонстрация.

Оборудование: иллюстрация схемы (принцип работы ВЭС), прибор, показывающий превращение энергии ветра в электрическую энергию.

Ход урока:

№ этапа	Деятельность учителя	Деятельность учеников
I. Организационно-мотивационный этап	Учитель заходит в класс, приветливо здоровается. Разрешает сесть.	Ученики приветствуют учителя стоя. Устанавливается тишина. После того как учитель разрешил сесть, ученики готовы воспринимать речь педагога.
II. Изучение нового материала	Педагог рассказывает материал, ведется беседа. После беседы учитель проводит демонстрацию.	Ученики записывают необходимую информацию, рассматривают схемы. Смотрят демонстрацию, затем обсуждают увиденное.
III. Домашнее задание	Пишет на доске Д/З	Записывают Д/З: сконструировать ВЭС. Подготовиться к защите проекта.

Энергия ветра очень велика. Ее запасы в мире, по оценке Всемирной метеорологической организации, составляют 170трлн кВтч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: эго энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем – часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки.

Первой лопастной машиной, преобразующей энергию ветра в движение, был парус. Ему уже почти 6000 лет (под парусом ходили еще древние египтяне), но до сих пор это древнее изобретение обладает наивысшим коэффициентом полезного действия среди всех известных ветроагрегатов. Позже появились ветряные мельницы, которые служили человечеству несколько столетий, вплоть до середины прошлого века. Они качали воду, поднимали камни, вращали мукомольные жернова. Пришедшие им на смену ветродвигатели выполняют не только механическую работу, например, оснащенные электрогенератором ветроэнергетические станции (ВЭС) вырабатывают электрическую энергию.

В 1918 году ветряками заинтересовался профессор В. Залевский. Он создал теорию ветряной мельницы и вывел несколько положений, которым должна отвечать ветроустановка. В 1925 году другой наш выдающийся соотечественник - профессор Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте. Отрасль начала стремительно развиваться. В 1931 году в СССР заработала крупнейшая в мире ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, вслед за ней на юге страны были установлены десятки подобных ветрогенераторов. В 1938-м в Крыму развернулось строительство ветроэлектростанции мощностью 5 МВт. С 1950 по 1955 год страна производила до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до 30 кВт. На целине впервые была сооружена многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт - прообраз современных европейских ветропарков и систем "ветро-дизель". В 1960-1980-е годы энергетическая отрасль нашей страны была ориентирована на строительство крупных ТЭС, ГЭС и АЭС. Естественно, развитие малой энергетики, в том числе и ВЭС, затормозилось. И только к началу 1990-х годов, значительно позже, чем в других странах, в СССР вновь заговорили о практическом использовании ветроэнергетических установок (ВЭУ), и встал вопрос об организации их производства.

Что же представляют собой ветроэлектростанции, которым отводится серьезное место в энергетике XXI века? Они мало, чем напоминают своих древних собратьев - парус и ветряную мельницу, хотя принцип работы ветроагрегатов практически не изменился: под напором ветра вращается колесо с лопастями, передавая крутящий момент другим механизмам, причем чем больше диаметр колеса, тем больший воздушный поток оно захватывает и быстрее вращается.

Сегодня в мире широко распространены ветродвигатели двух типов: крыльчатке и карусельные. Встречаются еще барабанные и некоторые другие оригинальные конструкции.

Крыльчатые ВЭС - их еще называют ветродвигателями традиционной схемы - представляют собой лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Ветроагрегат вращается с максимальной скоростью, когда лопасти расположены перпендикулярно потоку воздуха. Поэтому в конструкции предусмотрены устройства автоматического поворота оси вращения: на малых ВЭС - крыло-стабилизатор, а на мощных станциях, работающих на сеть, - электронная система управления рысканием. Небольшие крыльчатые ВЭС постоянного тока соединяют с электрогенератором напрямую (без мультипликатора), мощные станции оснащают редуктором.

Мощность ВЭС зависит от скорости ветра и размаха лопастей ветроколеса.

Коэффициент использования энергии ветра у крыльчатых ВЭС (чаще всего их ветроагрегаты бывают двух- или трехлопастными) намного выше, чем у других ветряков, недаром они занимают более 90% рынка.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 1, Урок 3, Слайды 2,3).

Карусельные, или роторные, ВЭС с вертикальной осью вращения, в отличие от крыльчатых, могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Когда ветровой поток усиливается, карусельные ВЭС быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения ветроколеса стабилизируется. Ветродвигатели этой группы тихоходны, поэтому не создают большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах, что позволяет применять простые электрические схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 1, Урок 3, Слайды 4,5).

Конструкция лопастных ВЭУ роторной схемы обеспечивает максимальную скорость вращения при запуске и ее автоматическое саморегулирование в процессе работы. С увеличением нагрузки скорость вращения ветроколеса уменьшается, а вращающий момент возрастает. Подобные ветродвигатели с лопастями разной формы строят в США, Японии, Англии, ФРГ, Канаде, Финляндии. Идея карусельного ветродвигателя в виде так называемого роторного паруса была реализована на знаменитом исследовательском судне "Калипсо", построенном по заказу Жака Ива Кусто. По данному типу спроектирована и одна из ВЭС в Белоруссии номинальной мощностью 250 кВт.

Существуют роторные ВЭУ с лопастями того же профиля, что и у крыльев "дозвуковых" самолетов, которые, прежде чем опереться на подъемную силу, должны разбежаться. С ветроагрегатами происходит то же самое. Чтобы раскрутить и довести их до определенных аэродинамических параметров, сначала нужно подвести энергию извне, и только после этого ВЭУ начнут работать в режиме генератора. Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная мощность достигается при 14-16 м/с. Предварительные расчеты показывают, что ортогональные установки смогут вырабатывать электроэнергию мощностью от 50 до 20 000 кВт.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 1, Урок 3, Слайды 6).

Из недавно появившихся оригинальных проектов стоит назвать ВЭС принципиально новой конструкции, состоящую из фундамента, трехопорного несущего основания и смонтированного на нем кольцеобразного генератора со встроенным подшипником и центральным ротором. Кольцо генератора может достигать в диаметре 120 м и более.

Недостатки ВЭС остаются в прошлом

Ветроэнергетика привлекательна не только тем, что не наносит вреда природе. ВЭС можно достаточно быстро установить там, где других источников энергии нет. Однако приходится констатировать, что работа ветроагрегатов сопровождается некоторыми неприятными явлениями. Главное из них - шум. На уровне оси ветроколеса в непосредственной близости от ВЭС мощностью 850 кВт уровень шума составляет 104 дБ. Система управления углом атаки способна уменьшить его, но очень незначительно. На расстоянии 300 м шум снижается до 42-45 дБ (на оживленной улице наши уши страдают больше). В "тесной" Европе на таком расстоянии от ближайшего жилья ВЭС уже ставят, в России же мы имеем возможность удалить их от застройки на 700-1000 м.

Помимо шума, воспринимаемого человеческим ухом, вокруг ВЭС возникает опасный инфразвук частотой 6-7 Гц, вызывающий вибрацию. От него дребезжат стекла в окнах и посуда на полках. Кроме того, ВЭС могут затруднить прием телепередач. Так было, например, на Оркнейских островах в Англии, когда в 1986 году там установили экспериментальный ветродвигатель. Тут же от жителей ближайших населенных пунктов начали поступать многочисленные жалобы на ухудшение телевизионного сигнала. Оказалось, что помехи создавали стальной каркас лопастей и имеющиеся на них металлические полоски для отвода ударов молний. Сами же лопасти, сделанные из стеклопластика, распространению телесигнала не мешали. В подобных случаях около ВЭС стали возводить ретрансляторы.

В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций:

Ø система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки);

Ø система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы);

Ø система управления рысканием - электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции);

Ø система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором "беличья клетка").

Совсем недавно запущена в производство совершенно новая ВЭУ, в которой использован высоковольтный синхронный генератор со статором, имеющим обмотки из кабеля, и многополюсным ротором на постоянных магнитах. Получаемый переменный ток низкой частоты выпрямляется, а затем преобразуется инвертором в переменный ток сетевой частоты. Редуктор генератору не нужен, поскольку он низкооборотный. Такие установки можно использовать на ВЭС мощностью от 500 кВт до 5 МВт и выше.

За состоянием ВЭС и режимами их работы следит бортовой компьютер, куда по модемным каналам поступает вся текущая информация. Если, например, во время работы возникают кратковременные всплески напряжения (так называемый фликкерный эффект), происходящие при коротких, сильных порывах ветра либо при резком изменении нагрузки, их гасят с помощью специальных электронных устройств. Электроника и автоматика надежно защищены от постороннего излучения (в том числе от электромагнитного излучения самой сети и переключающих сетевых устройств) радиотехническим заземлением и экранированием. Важную роль здесь играют современные изоляционные материалы.

Демонстрация

Наглядно покажем получение электроэнергии с помощью ветра.

Возьмем сначала лопасти подуем на них, увидим, что они совершают круговые вращения на стержне.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 1, Урок 3, Слайды 7).

Теперь возьмем прибор и пылесос. Направим поток ветра пылесоса на лопасти, лопасти начнут вращаться под потоком ветра. Но этой энергии ветра (потока пылесоса) не хватит, чтобы преобразовать ее в электрическую энергию. Для того чтобы показать, что энергию ветра можем преобразовать в электрическую, крутанем лопасть с большой силой. Результат будет таков: наглядно увидим, что лампочка загорелась, т.е. мы показали преобразование энергии ветра в электрическую энергию.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 1, Урок 3, Слайды 8).

 Блок 1/3(1ч)

Тема: Перспективы развития и экология энергии солнца и энергии ветра.

Цель: [I, II, III, IV]

Задачи:[1, 2, 3, 4, 5, 8, В]

Формы работы: проектная деятельность учащихся

Проекты:

1) «Что ждет человечество – энергетический голод или энергетическое изобилие?»

2) « Какое будущее у ветровых электростанций?»

Предмет: физика

Класс: девятый

Тип проектов: исследовательский

Оборудование: ноутбук, слайд – проектор

Цель проектов: рассмотреть перспективы и экологические проблемы СЭС и ВЭС.

Для работы над проектами были сформированы две группы, каждая группа в свою очередь разбивалась еще на две подгруппы. Первая подгруппа искала необходимый материал по теме «Перспективы развития СЭС и ВЭС» анализировала и обрабатывала. Вторая подгруппа искала необходимый материал по теме «Экологические проблемы СЭС и ВЭС», также анализировала и обрабатывала материал, из найденного материала выделяла экологические проблемы и пути их решения. (развитие умений самостоятельного приобретения новых знаний и умений с использованием различных источников информации (энциклопедии, справочники, журналы, газеты, Интернет и т. д.); развитие умений производить обработку материалов и анализировать) Затем подгруппы обменивались найденной информацией, оформляли ее и создавали презентации. В конце всей проделанной работы каждая группа защищала свои проекты. После защиты класс принимал активное участие в обсуждении частей проекта. Учитель в свою очередь задавал возникающие вопросы, советовал, на что еще следует обратить внимание.

Модуль 2 Энергия воды, используемая для получения электрической энергии

План Модуля 2(3ч)

Цель:[I, II,III, IV, V]

Задачи:

Образовательная: 8, Д, Е, Ж.

Воспитательная: 1

Развивающая: 2,3, 4, 5, 6,7

Блок 2/1(1ч)

Тема: Получение электрической энергии с помощью энергии приливов и отливов.

Цель: [I, IV, V(4)]

Задачи:[2, 8, Д]

Формы работы: Лекция с элементами дискуссии.

Оборудование: иллюстрация схемы.

Ход урока:

№ этапа	Деятельность учителя	Деятельность учеников
I. Организационно-мотивационный этап	Учитель заходит в класс, приветливо здоровается. Разрешает сесть.	Ученики приветствуют учителя стоя. Устанавливается тишина. После того как учитель разрешил сесть, ученики готовы воспринимать речь педагога.
II. Изучение нового материала	Педагог рассказывает новый материал. Затем проводит дискуссию.	Ученики записывают необходимую информацию, рассматривают схемы. Ведется дискуссия.

На ход прилива и отлива влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см.

Максимально возможная мощность в одном цикле прилив – отлив, т. е. от одного прилива до другого, выражается уравнением

 (1)

 

где р – плотность воды, g – ускорение силы тяжести, S – площадь приливного бассейна, R – разность уровней при приливе.

Как видно из формулы, для использования приливной энергии наиболее подходящими можно считать такие места на морском побережье, где приливы имеют большую амплитуду, а контур и рельеф берега позволяют устроить большие замкнутые «бассейны».

Приливная электростанция (ПЭС)- электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной, залив или устье впадающей с море реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (> 4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины. При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4—5 ч с перерывами соответственно 2—1 ч четырежды за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия). Для устранения неравномерности выработки электроэнергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна, в одном из которых поддерживается уровень «малой», а в другом — «полной» воды; третий бассейн — резервный; гидроагрегаты устанавливаются в теле разделительной плотины. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии, обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячного периода. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми электростанциями энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов.

На ПЭС устанавливают капсульные гидроагрегаты, которые могут использоваться с относительно высоким кпд в генераторном (прямом и обратном) и насосном (прямом и обратном) режимах, а также в качестве водопропускного отверстия. В часы, когда малая нагрузка энергосистемы совпадает по времени с «малой» или «полной» водой в море, гидроагрегаты ПЭС либо отключены, либо работают в насосном режиме — подкачивают воду в бассейн выше уровня прилива (или откачивают ниже уровня отлива) и таким образом аккумулируют энергию до того момента, когда в энергосистеме наступит пик нагрузки.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 2, Урок 5, Слайды 2).

В случае если прилив или отлив совпадает по времени с максимумом нагрузки энергосистемы, ПЭС работает в генераторном режиме. Таким образом, ПЭС может использоваться в энергосистеме как пиковая электростанция. Так, например, работает ПЭС на 240 Мвт, построенная в 1966 в эстуарии р. Ране во Франции.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 2, Урок 5, Слайды 3).

Использование приливной энергии ограничено главным образом высокой стоимостью сооружения ПЭС (стоимость сооружения ПЭС Ране почти в 2,5 раза больше, чем обычной речной ГЭС такой же мощности). В целях её снижения в СССР впервые в мировой практике строительства ГЭС при возведении ПЭС был предложен и успешно осуществлен так называемый наплавной способ, применяющийся в морском гидротехническом строительстве (тоннели, доки, дамбы и т.п. сооружения). Сущность способа состоит в том, что строительство и монтаж объекта производятся в благоприятных условиях приморского промышленного центра, а затем в собранном виде объект буксируется по воде к месту его установки. Таким способом в 1963—68 на побережье Баренцева моря в губе Кислой (Шалимской) была сооружена первая в СССР опытно-промышленная ПЭС. Здание ПЭС (361815 м) из тонкостенных элементов (толщиной 15—20 см), обеспечивающих высокую прочность при небольшой массе сооружения, было возведено в котловане на берегу Кольского залива, близ г. Мурманска. После монтажа оборудования и испытания корпуса здания на водонепроницаемость котлован был затоплен, здание на плаву вывели в море и отбуксировали в узкое горло губы Кислой. Здесь во время отлива оно было установлено на подводное основание и соединено сопрягающими дамбами с берегами; тем самым было перекрыто горло губы и создан бассейн ПЭС.

(см. Приложение 4, Электронные плакаты, Модуль 2, Урок 5, Слайды 4).

В здании ПЭС предусмотрено размещение 2 обратимых гидроагрегатов мощностью 400 квт каждый. 28 декабря 1968 ПЭС дала промышленный ток. Создание ПЭС Ране и Кислогубской ПЭС и их опытная эксплуатация позволили приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС (6—14 Гвт) в Белом море, Пенжинской (35 Гвт) и Тугурской (10 Гвт) в Охотском море, а также ПЭС в заливах Фанди и Унгава (Канада) и в устье р. Северн (Великобритания).

Вопросы для дискуссии:

1)  Дайте определение приливной электростанции?

2)  Что использует ПЭС?

3)  Бассейном ПЭС называют …

4)  Какие виды ПЭС существуют?

5)  Что можно сделать для устранения неравномерности выработки электроэнергии?

6)  В каких режимах можно использовать капсульные гидроагрегаты?

7)  Когда ПЭС работает в генераторном режиме?

Блок 2/2(1ч)

Тема: Получение электрической энергии с помощью геотермальной энергии.

Цель: [I, IV, V(3)] Задачи:[2, 8, Е]

Формы работы: Беседа с элементами рассказа.

Оборудование: иллюстрация схемы.

Ход урока:

№ этапа	Деятельность учителя	Деятельность учеников
I. Организационно-мотивационный этап	Учитель заходит в класс, приветливо здоровается. Разрешает сесть.	Ученики приветствуют учителя стоя. Устанавливается тишина. После того как учитель разрешил сесть, ученики готовы воспринимать речь педагога.
II. Изучение нового материала	Педагог рассказывает новый материал. Затем проводит дискуссию.	Ученики записывают необходимую информацию, рассматривают схемы. Ведется дискуссия.
III. Домашнее задание	Учитель пишет на доске Д/З	Д/З: подготовиться к защите проекта.

Геотермальная энергия — это энергия, внутренних областей Земли, запасенная в горячей воде или водяном паре. Первая в мире геотермальная электростанция была построена в 1904 году в Италии.

Температура Земли обычно достигает ста градусов на глубине 2–3 км. В районах вулканической активности термальные воды имеют высокую температуру и расположены гораздо ближе к поверхности, иногда выделяясь в виде перегретого пара, который можно использовать в турбине с электрогенератором. Считается, что при температуре выше ста градусов месторождение пригодно для строительства геотермальной электростанции, при более низкой температуре - для теплоснабжения. По использованию геотермальных электростанций в мире лидируют США, Филиппины и Мексика, а по использованию геотермального тепла - Китай, США и Исландия. В балансе производства электроэнергии и тепла из возобновляемых источников геотермальная энергия занимает 6–7%.

В отличие от энергии солнца и ветра геотермальную энергию можно использовать круглый год и по мере надобности. Обходится она, как правило, дешевле энергии от сжигания органического топлива. Однако высокотемпературных геотермальных ресурсов немного. В России они есть только на юге Камчатки, Курильских островах и Чукотке.

В нашей стране на Камчатке построены и работают две геотермальные электростанции – на реке Паужетке и на Паратунских источниках. Мощность Паужетской электростанции составляет 5 тыс. киловатт ив дальнейшем может быть доведена до 70 тыс. киловатт. В недалеком будущем войдут в строй геотермальные электростанции в районе Махачкалы и около Южно-Курильска. Кроме нашей страны, геотермальные электростанции имеются в Италии, Новой Зеландии, Мексике, Конго, США (Калифорния), Японии и Исландии. Общая мощность всех геотермальных электростанций мира превышает 700 тыс. киловатт.

Поскольку для получения электрической энергии на геотермальных электростанциях используется даровое тепло Земли, они вырабатывают более дешевую энергию, чем энергия тепловых, атомных и гидроэлектростанций. Если принять при этом во внимание и большие запасы геотермальной энергии в земной коре, можно утверждать, что геотермальной энергетике принадлежит большое будущее.

К сожалению, использование геотермальной энергии осложняется экологическими проблемами. Вода с больших глубин часто содержит фенолы и ядовитые окислы металлов. Такую воду после использования ее тепла приходится закачивать обратно в пласт, что требует дополнительных затрат. Экологические проблемы надеются решить с помощью полностью замкнутых систем с подземным теплообменником, в которых циркулирует легкокипящая жидкость.

Эффективны схемы отопления, использующие теплую (около 20 °С) термальную воду в сочетании с тепловыми насосами. Впрочем, тепловой насос иногда выгодно применять для отопления и в обычной местности, используя, например, тепло грунта, температура которого на глубине уже нескольких метров равна среднегодовой температуре на поверхности.

Самый популярный тепловой насос - обыкновенный холодильник. Он перекачивает тепло от холодной морозилки в теплую кухню, тратя на это электроэнергию. Если разобрать холодильник и закопать морозилку или просто выставить ее на улицу, а горячий задний радиатор оставить в доме, то им, в принципе, можно обогревать помещение. При определенных условиях на приведение в действие компрессора холодильника потребуется в несколько раз меньше электроэнергии, чем, если бы мы просто отапливали помещение электрическим нагревателем. Недостающее тепло насос возьмет от грунта, лишь бы температура грунта была выше, чем у морозилки.

Разумеется, обычный холодильник здесь непригоден. Но для той же цели серийно выпускаются схожие по сути устройства, которые тем эффективнее, чем меньше перепад температур между обогреваемым помещением и грунтом или другим источником тепла (водоемом, сточными водами, сбросами теплой воды или воздуха промышленных предприятий). Тепловые насосы - одна из перспективных энергосберегающих технологий, которая выгодна при наличии подходящих источников тепла, а также в районах, где обычное теплоснабжение затруднено или имеется избыток электроэнергии.

Приложение 2

 

Электронное сопровождение: входной и выходной тест

1)Диск с электронным сопровождением/ Приложение 2/ Тестирование/ Входной тест. htm

2) Диск с электронным сопровождением/ Приложение 2/ Тестирование/ Выходной тест. htm

Входной тест

Ответы

Инструкция: Из вариантов ответов только один правильный. За каждый правильный ответ - 1 балл.

1. Сопротивление проводника равно R=0,5 кОм напряжение на его концах составляет U=200 В, тогда сила тока I в этом проводнике равна:

А) 2A

Б) 100A

В) 400A

Г) 550A

2. Выберите устройство, в котором происходит преобразование механической энергии в электрическую энергию:

А) Двигатель внутреннего сгорания

Б) Динамик радиоприемника

В) Паровая турбина

Г) Электрогенератор

3. По резистору сопротивлением R=20 Ом, протекает ток силой I=1А, при этом выделится мощность Р:

А) 5Вт

Б) 20Вт

В) 30Вт

Г) 40Вт

4. Действие генератора переменного тока основано на явлении:

А) излучения электромагнитных волн

Б) интерференции электромагнитных волн

В) электролитической диссоциации

Г) электромагнитной индукции

5. Воображаемые линии, в каждой точке которых вектор индукции направлен по касательной, называются линиями … поля.

А) гравитационного

Б) магнитного

В) электрического

Г) электромагнитного

6. Размерность индуктивности:

А)

Б)

В)

Г)

7. Сила кулоновского взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов при увеличении расстояния между ними в 4 раза:

А) увеличилась в 4 раза

Б) уменьшилась в 4 раза

В) увеличилась в 16 раза

Г) уменьшилась в 16 раза

8. Напряженность … поля в данной точке равна силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

А) гравитационного

Б) магнитного

В) электрического

Г) электромагнитного

9. Разность потенциалов двух точек . Тогда работа А переноса между этими точками заряда Q=10Кл равна:

А) 0,25 Дж

Б) 150 Дж

В) 250 кДж

Г) 250 Дж

10. Электрон, находящийся в электрическом поле в стоянии покоя, начинает движение в направлении:

А) в сторону более высокого потенциала

Б) в строну более низкого потенциала

В) останется на месте

Г) перпендикулярно линиям напряженности

11. Общая емкость двух конденсаторов 12 мкФ и 40 мкФ, соединенных последовательно равна:

А) 9,2 мкФ

Б) 12 мкФ

В) 40 мкФ

Г) 52 мкФ

12. По проводнику, к концам которого приложено напряжение U=5В, пришло Q = 100 Кл электричества при этом работа тока равна:

А) 0,5 Дж

Б) 5 Дж

В) 50 Дж

Г) 500 Дж

13. Электрическую лампу, рассчитанную на 220 В, включили в сеть 110 В. Сопротивление лампы не изменилось, при этом мощность:

А) уменьшилась в 2 раза

Б) увеличилась в 2 раза

В) не изменилась

Г) уменьшилась в 4 раза

14. Источником электростатического поля является:

А) движущийся электрический заряд

Б) неподвижный электрический заряд

В) постоянный магнит

Г) проводник с током

Впишите недостающие слова.

15. Сила тока электрического поля является … характеристикой.

Выходной тест

Ответы

Инструкция: Из вариантов ответов только один правильный. За каждый правильный ответ - 1 балл.

1. Лампочка накаливания 60 Вт, рассчитанная на 220 В, имеет сопротивление:

А ) 127 Ом

Б ) 220 Ом

В ) 300 ОМ

Г ) 807 Ом

2. Одинаковые по величине и по знаку заряды расположены в двух вершинах равностороннего треугольника. Вектор напряженности в третьей вершине треугольника направлен

А ) Вниз

Б ) Вверх

В ) Влево

Г ) Вправо

3. Суммарная мировая мощность, вырабатываемая на СЭС

А ) 5 тыс.МВт

Б ) 100 МВт

В )10 тыс.МВт

Г ) 400 МВт

4. В одну и ту же точку однородного электрического поля вначале поместили протон, а затем - электрон. Величина кулоновской силы, действующей на частицу,…

А) вначале увеличилась, а затем уменьшилась

Б) не изменилась

В) увеличилась

Г) уменьшилась

5. Центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч используют в электростанциях:

А)СЭС

Б) ВЭС

В) ГеоТЭС

Г) ПЭС

6. Для устройства ... нужен бассейн - перекрытый плотиной залив или устье реки.

А) ПЭС

Б) ВЭС

В) ГеоТЭС

Г) СЭС

7. Преобразование тепла Земли (энергии горячих источников) в электричество происходит в:

А ) ВЭС

Б ) ПЭС

В ) СЭС

Г ) ГеоТЭС

8. Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством:

А) паровой турбины

Б) теплового двигателя

В) солнечных батарей

Г) фотоэлектрических преобразователей

9. Нетрадиционные источники электрической энергии:

А) атомные электростанции

Б) ветровые электростанции

В) гидроэлектрические станции

Г) тепловые электростанции

10. Суммарная мировая мощность, вырабатываемая на ВЭС:

А ) 250 МВт

Б ) 4 тыс.МВт

В ) 10 тыс.МВт

Г ) 5 МВт

Установите последовательность:

11. Принцип работы солнечной электростанции с паровой турбиной:

А) конденсатор 4

Б) паропровод 2

В) прозрачная оболочка 1

Г паровая турбина 3

12. Установите последовательность получения энергии за счет геотермальных ресурсов, с использованием горячей воды:

А) Генератор 3

Б) Конденсатор 4

В) Сепаратор 1

Г) турбина 2

Впишите недостающее слово

13. Ветер крутит лопасти ветряка, приводя в движение …(вал) электрогенератора

14. Недостатком башенных солнечных электростанций являются высокая … (стоимость)

15. Устройство, непосредственно преобразующее энергию солнечного излучения в электрическую называется …(солнечная батарея)

Установите соответствие.

16.Установите соответствие между нетрадиционными электростанциями и суммарной мировой мощностью:

А) ВЭС 1) 250 МВт

Б) ГеоТЭС 2) 400 МВт

В) ПЭС 3) 4 тыс. МВт

Г) СЭС 4) 6 тыс. МВт

Приложение 3

 

Дополнительные материалы к элективному курсу

Солнечные электростанции

Диск с электронным сопровождением/ Приложение 3/ Дополнительные материалы /Солнечные электростанции

1. Солнечные электростанции

2. Солнечные паротурбинные аэростатные электростанции

3. Солнечные электростанции за границей

Ветровые электростанции

Диск с электронным сопровождением/ Приложение 3/ Дополнительные материалы / Ветровые электростанции

4. Конструкция ветродвигателей

5. Характеристика ветроустановок

6. Принцип работы ветроэлектростанции

7. Флюгеры

8. Перспективы использования ВЭС

9. Экология ВЭС

Приливные электростанции

Диск с электронным сопровождением/ Приложение 3/ Дополнительные материалы / Приливные электростанции

10. Приливные электростанции

11. Приливные электростанции и их экологические проблемы

Геотермальные электростанции

Диск с электронным сопровождением/ Приложение 3/ Дополнительные материалы / Геотермальные электростанции

12. Геотермальная энергетика

13. Энергетическое использование геотермальной энергии

14. Двухконтурная ГеоТЭС на водяном паре

15. Перспективы ГеоТЭС

Приложение 4

 

Список электронных плакатов для повышения наглядности

Модуль 1

Урок 2 Солнечные электростанции

1. Солнечная электростанция башенного типа

2. Солнечная электростанция с паровой турбиной

3. Солнечные электростанции модельного типа

4. Солнечная электростанция Nevada Solar One

5. Прибор

Урок 5 Ветровые электростанции

1. Крыльчатые ВЭС

2. Крыльчатые ВЭС с горизонтальной осью вращения

3. Карусельные (роторные) ВЭС

4. Роторные ВЭС

5. ВЭС новой конструкции

6. Прибор: модель ВЭС

Модуль 2

Урок 2 Приливные электростанции

1. График внутриустойчивого регулирования режима работы ПЭС

2. ПЭС Ранс (Франция)

3. Кислогубская ПЭС (СССР), вид с моря