Альтернативные источники энергии. Создание модели. Физика 8 класс.

Комитет по делам образования города Челябинска

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГИМНАЗИЯ № 10 г. ЧЕЛЯБИНСКА»

Проектная работа

«Ветродвигатель»

Тип проекта: практико - ориентированный

Выполнил:

Жаворонков

Глеб Игоревич,

Ученик  9 -б класса

Руководитель проекта: Петрякова

Лариса Леонидовна

Челябинск, 2023г.

Содержание

Введение                                                                                         5

I. Теоретическая часть                                                                    5

I.1.История ветродвигателя                                                            5

I.2.Основные функции ветродвигателя                                          7

I.3. Достоинства и недостатки                                                        8

II. Практическая часть                                                                    10

II.1. Создание шаблонов для ветродвигателя.                                10

Заключение                                                                                    13

Список источников                                                                        14

Приложения                                                                                   15

Введение

Актуальность выбранной темы

Актуальность работы состоит в том, что ветряной генератор является экологически чистым источником альтернативной энергии, не создает выбросов в атмосферу, не является источником вредного излучения, позволяет снизить себестоимость продукции. Гипотеза исследования — ветродвигатель является не только чистым источником электроэнергии, но и экономически выгодным.

Цель: создать генератор, который будет преобразовывать механическую энергию в электрическую.

Задачи:

1. Изучить теорию.

2. Освоить технику пайки.

3. Освоить методику работы.

4. Отработать навыки пайки деталей, научиться делать пайку в соответствии с планом.

5. Создать модель ветродвигателя.

Продукт проекта: модель ветродвигателя

I. Теоретическая часть

I.1. История ветродвигателя

Ветродвигатель - устройство для приведения в действие транспортного средства, которое для этого использует силу ветра. Транспортные средства с приводом от ветра получают свою энергию от парусов, воздушных змеев или роторов и едут на колесах, которые могут быть связаны с ротором (с приводом от ветра), или полозьями. Независимо от того, приводятся ли они в движение парусом, воздушным змеем или ротором, эти транспортные средства имеют общую черту: по мере того, как транспортное средство увеличивает скорость, наступающий аэродинамический профиль сталкивается с усиливающимся вымпельным ветром под углом атаки, который становится все меньше. В то же время такие транспортные средства обладают относительно низким лобовым сопротивлением по сравнению с традиционными парусными судами. В результате такие транспортные средства часто способны развивать скорость, превышающую скорость ветра. [2]

История ветроэнергетики начинается сотни лет назад, когда люди начали строить ветряные мельницы для того, чтобы накачать воду для орошения сельскохозяйственных культур и превратить зерно в муку. Археологи утверждают, что первые ветряные мельницы были построены на территории Ближнего Востока примерно в IX веке на границах между современным Афганистаном и Ираном. Это были мельницы с вертикально ориентированной осью, вертикальными валами и лопастями прямоугольной формы, на которые была натянута плотная ткань. Функцией таких мельниц были помол зерна и насосная подача воды. Более поздние свидетельства использования энергии ветра ученые находят на Ближнем Востоке и Средней Азии, в Китае и Индии

На территории современной Европы ветряные мельницы появились значительно позже: примерно в ХII веке. «Европейский вариант» с горизонтальной осью отличается принципиально от «восточного» с вертикальной. Это аргумент в пользу европейской изобретательности. Другая же версия — это опыт, полученный в крестовых походах, где европейцы могли видеть восточные образцы. Распространению ветряков в Европе способствовало замерзание рек зимой, когда водяные мельницы переставали работать.

Первую ветроэнергетическую установку построил в 1887 году шотландский профессор Джеймс Блайт. Десятиметровый ветряк, установленный на участке его загородного дома, использовался для зарядки аккумуляторов, от которых коттедж питался электроэнергией. Это был первый в мире дом, обеспеченный электричеством с помощью ветра. Блайт предложил использовать излишек своего электричества для освещения главной улицы деревни, однако никто не согласился, считая электричество «силой дьявола». Позже он построил ветроэнергетическую установку как резервный источник питания для психиатрической больницы, лазарета и амбулатории, однако изобретение никогда не воспринималось как экономически жизнеспособная технология.  

         Первый ветродвигатель - Более сложный и крупный ветряк для выработки электроэнергии был построен в конце 1800-х годов в Кливленде, штат Огайо. Чарльз Браш спроектировал и построил ветряную турбину на восемнадцатиметровой опорной башне, с ротором 17 метров в диаметре, состоящим из 144 деревянных лопастей. Этот гигант выдавал 12 кВт электроэнергии и прослужил верой и правдой с 1886г. до 1900 года. До тех самых пор, пока в Кливленде не построили теплоэлектростанцию.

 Самое динамичное развитие ветровой энергетики в 20м веке наблюдалось в Дании. Так, к 1908 году уже было построено 72 ветряка мощностью от 5 до 25 кВт. Конструкция легкого ветряка с тремя лопастями и направлением на ветер, характерная для этой ветреной страны, теперь стала классикой!

1931 год — год рождения ветродвигатель с вертикальной остью. Французский изобретатель Дарье своим инженерным решением убил сразу двух зайцев: теперь ветряк мог работать при любом направлении ветра, а тяжелый редуктор и генератор теперь можно было размещать на земле. Это позволило сэкономить на материалах и обслуживании ветроустановки.

Предшественником современных ветряков был советский ветряной двигатель около Ялты, работавший с 1931 по 1942 год. Он обладал мощностью 100 кВт и был подсоединен к местной распределительной системе напряжением 6,3 кВ. Следует отметить, что его годовой коэффициент нагрузки был 32%, что весьма близко к показателям современных установок.

Ветродвигатель парк перенесемся ближе к нашему времени. 17 октября 1973 год. Страны ОПЕК прекратили поставки нефти странам поддерживающим Израиль в Войне Судного дня. В течение следующего года цена на нефть поднялась с трёх до двенадцати долларов за баррель. Это дало новый толчок для развития энергии ветра. США и Европейские страны резко увеличили финансирование исследований и производства оборудования для альтернативной энергетики.

Результатом этого стали многочисленные технологии сооружения ветряков, мощность которых исчисляется мегаваттами. Сюда можно отнести использование генераторов с регулируемой частотой вращения, составные материалы для лопастей, аэродинамическое и акустическое проектирование. С этого момента стало возможным использование энергии ветра в крупных масштабах.

В настоящее время, мы можем видеть ветровые турбины во многих местах, прибрежные районы очень подходят для таких машин, и даже морские районы являются хорошим местом, чтобы использовать силу ветра.

Плавающий ветродвигатель - В последнее время, появился новый вид ветроустановок: плавающие ветровые турбины. Эти машины созданы для использования в отдаленных районах, где рядом нет источника энергии. Такие инженерные решения могут предложить подключение к Интернету для этих удаленных и изолированных районов. Ветровые ресурсы нашей страны еще предстоит освоить! Наличие пока дешевого газа и электроэнергии на сегодня делает экономически нецелесообразным развитие альтернативной энергетики. Тем не менее, в районах, где преобладает ветреная погода, а доступ к энергосети затруднен, использование ветроустановок - это верное решение!

I.2. Основные принципы работы ветродвигателя

Главные компоненты  - Устройство ветродвигателя базируется на превращении кинетической силы ветровой нагрузки в механическую энергии с последующим преобразованием ее в электроэнергию. Для воплощения последовательных действия данной переходной цепочки прибор оснащается следующими основными узлами: Лопастный пропеллер. Количество лопастей может варьироваться в широком диапазоне от модели к модели – от двух и трех до десяти и более. Ротор. Элемент турбины, вращающийся под действием лопастей. Редуктор. Передает и регулирует частоту вращения от ротора к генератору. Генератор. Преобразуется механическую силу в электроэнергию. Инвертор - преобразователь тока из переменного значения в постоянное.

I.3. Достоинства и недостатки

         Автономная ветряная электростанция для частного дома имеет следующий ряд плюсов: Прибор работает за счет фактически неисчерпаемого и возобновляемого вида энергетического ресурса. Существенные затраты связаны только с покупкой, доставкой, установкой и подключением. На обслуживание средства практически затрачиваются. Поэтому на ветряк требуются едино кратные вложения средств, которые быстро окупаются в последующем применении.
         Ветродвигатель – источник тока для частного дома Источник ytimg.com Получаемый вид энергии и применяемая для этой цели техника полностью экологически безопасны. Генераторы приспособлены ко всем климатическим зонам и защищены от негативных погодных факторов. Оборудование не требует настроек, регулировок и доработок в ходе эксплуатации.

К недостаткам ветродвигатель относятся:

1.     Зависимость производительности от наличия ветра.

2.     В ходе работы оборудование создает электромагнитные помехи, что может негативно сказаться на ТВ, радио, интернете и связи.

3.     При чрезвычайных погодных проявлениях существует риск повреждения техники.

4.     Требуется обязательное заземление – для защиты прибора и конструкции или здания, на котором он установлен, от ударов молнии.

5.   Неправильный монтаж, нарушение инструкции или эксплуатация неисправного экземпляра может приводить к возникновению шума.

II. Практическая часть

II.1. Создание шаблонов для ветродвигателя

Для создания ветродвигателя нам потребуется:

1. Шаблон ветродвигателя, его история. В этом году я посветил свой проект ветродвигателю. Эта тема показалась мне интересной с точки зрения энергии, потому что можно рассказать ученикам об истории ветродвигателя  в доступной форме.

2. Для создания ветродвигателя мне необходимо создать шаблоны.

3. Чтобы создать ветродвигателя мне необходимо подготовить рабочее место. Рабочее место - место для проведения работы. Моё рабочее место состоит из стола и инструментов. Сверху конструкции находиться фонарь.

4. Чтобы ветродвигатель работал, нужно точно и качественно работать с материалом. Я купил вентилятор для компьютера взял старые провода и соединил в соответствии с полярностью.

5. Пользовался я паяльником и клеем “Момент”. (Приложение II)

6. Работал качественно не торопясь.

7. Соединив все детали, проверил на домашней вентиляции.

8. Еще раз все проверил, где-то подклеил и закончил работу.

Заключение

Во время работы над проектом я освоил технологию создания ветродвигателя, я создал модель ветродвигателя, который позволяет преобразовать механическую энергию в электрическую. Цель работы достигнута. Создание ветродвигателя – это занятие полезное и интересное, может оказаться полезным и детям, и взрослым. Я был очень увлечён процессом и считаю, что моя работа интереса и увлекательна.

Таким образом, и подручных материалов я создал рабочую модель ветродвигателя, которая не хуже настоящих. Мой проект очень легко воссоздать. Мой генератор очень легко монтируется и экономит расход энергии. Это было  интересно, доступно и увлекательно.

Список источников

1.Ветродвигатель  [Электронный ресурс]: Материал из Википедии — свободной энциклопедии/ Авторы Википедии // Википедия, свободная энциклопедия. — Электрон. Дан. — Сан-Франциско: Фонд Викимедиа, 2017. — Режим доступа:  https://goo.su/5MzwErz

2. История ветродвигателя. Уроки для взрослых. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://goo.su/YyZ3

3. Игорь Белецкий. [Видео ресурс] / Игорь Белецкий: ХАЛЯВНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЗ ВОЗДУХА ВЕТРОГЕНЕРАТОР НА КУХНЕ ИГОРЬ БЕЛЕЦКИЙ, 2018

Приложения

Приложение I

Камера рисованной мультипликации

Приложение II

Техника работы

Техника работы

Приложение III

Картинки в процессе работы