Что, если не КАЭС

Что, если не КАЭС? Авторы: обучающиеся 10 класса  МБОУ СОШ №5 с углублённым  изучением отдельных предметов  Кошкин Сергей и Богатова Анна Руководитель: учитель                 биологии и географии МБОУ СОШ №5 с углублённым  изучением отдельных предметов Крестенина Нина Сергеевна 1 г. Удомля 2016 г. Оглавление Актуальность                                                                                                  3 Цели исследования                                                                                         3 Задачи исследования                                                                                      3 Методы исследования                                                                                    3  Введение Значение КАЭС                                                                                               4 Типы электростанций в России                                                                     4 Основная часть Преимущества и недостатки ТЭС                                                                 6 Математические расчёты                                                                               6 Экология                                                                                                           7 Преимущества и недостатки ВЭС                                                                 11 Математические расчёты                                                                               13            Заключение Опрос                                                                                                                15 Выводы                                                                                                             16 Источники                                                                                                         17 2 Приложения                                                                                                       18 Актуальность: Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что куда бы мы ни взглянули, везде мы сталкиваемся с электроэнергией. Мы живём в мире,  который стал для нас таким привычным, и нам уже кажется, что так было  всегда. Каждый день мы измеряем шагами проспекты атом града.  Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека:  промышленность и сельское хозяйство, науку и космос, наш быт.  Электроэнергетика необходима человеку так же, как вода и воздух. У нас  достаточно энергии благодаря тому, что в г. Удомля построена Калининская  Атомная Электростанция. Сможем ли мы обеспечить комфортные условия для  жизни населения за счёт других типов станций? Цели исследования: Найти альтернативы КАЭС или доказать, что их нет. Задачи исследования:  Изучить преимущества и недостатки ТЭС, АЭС, ВЭС  Рассчитать затраты  Определить эффективность строительства и мощность ТЭС и ВЭС  Изучить влияние ТЭС, ВЭС, АЭС на экологию Методы исследования:  Подбор и изучение литературы о типах станций  Анализ диаграмм   Сравнение показателей мощности ТЭС, ВЭС, КАЭС за год  Математические методы исследования  Обобщение и систематизация собранной информации 3 Введение Значение КАЭС: Электроэнергетика   в   Тверской   области   стабильно   занимает   второе   место   в структуре промышленного производства и, благодаря высокой рентабельности, первое место среди отраслей промышленности по вкладу в ВВП. Калининская АЭС (см. приложение №1) ­ крупнейший производитель  электроэнергии в Центральной части России. Калининская АЭС — это одна из  самых мощных станций России, расположенная в центральной полосе страны.  Поставщик электроэнергии в 8 регионов, включая Москву и Санкт­Петербург.  За 30 лет работы она произвела 447 миллиардов киловатт часов энергии. Типы электростанций в России: Но какие станции возможно построить вместо КАЭС? Вид Возможность строительства Причина ГЭС ­ В нашем районе не  4 ТЭС СЭС ВЭС ГеоЭС ПЭС + ­ + ­ ­ Значит, будем рассматривать ТЭС и ВЭС. протекает крупных рек. Есть возможность  доставлять уголь. Малое количество  солнечного света. В  среднем  40 солнечных  дней в году­ нерентабельно. Наличие ветра и  территории для  размещения . Отсутствие подземных  источников. Отсутствие морских  берегов. Основная часть 5 Преимущества: ТЭС 1. Используемое топливо достаточно дешево (Россия обладает огромными  запасами топливных ресурсов). 2. Строительство требуют меньших капиталовложений по сравнению с  другими электростанциями. 3. Могут быть построены в любом месте независимо от наличия топлива.  Топливо может транспортироваться к месту расположения  электростанции железнодорожным или трубопроводным транспортом. 4. Занимают меньшую площадь по сравнению с другими станциями. Недостатки: 1. Загрязняют атмосферу, выбрасывая в воздух большое количество дыма и  копоти. 2. Более высокие эксплуатационные расходы по сравнению с  гидроэлектростанциями. 3. Используют исчерпаемые,  невозобновимые природные ресурсы. Мощность КАЭС составляет 4 млн. кВт в год, тогда, сколько потребуется угля  или мазута, чтобы выработать столько энергии на ТЭС? Расчёты: КПД ТЭС и КАЭС одинаковы и равны 33%, т. е. электрической энергии будет  33% от тепловой. Воспользуемся формулой мощности тепловой энергии.  6 N=Q/t, где Q=q*m, q­удельная теплота сгорания топлива (возьмём из таблицы),  m­масса топлива, t­время, но т.к. присутствует КПД, то итоговая формула  будет выглядеть так N=(q*m*КПД)/t, из которой мы получим формулу расчёта  массы m=(N*t)/(q*КПД).  Найдём сколько потребуется угля в год: m=(4*109 *3600*365*24)/ (29*106*0.33)=13 181191(т) Найдём сколько потребуется мазута в год: m = (4*109 *3600*365*24)/ (39.2*106*0.33) =9 751 391(т) Т.к. в нашем районе нет залежей угля, то будем возить его с Донецкого  угольного бассейна. На 1км 200р за тонну. Расстояние между угольным  бассейном и нашей областью приблизительно2100км. Тогда затраты будут  составлять: 200*2100*13181191=5 536 100 220 000(р) в год. В реакторах на АЭС в качестве топлива используется двуокись урана. Уран  находится в ТВЭСах в количестве 163 по 500кг каждая для 1 реактора, которых  хватает на 4 года. Тогда в год для всех 4 реакторов нужно: m=163*500*4/4=81 500(кг) уранового топлива. Стоимость 1 кг топлива  приблизительно составляет 2360$, тогда затраты в год составят 81500*2360=192 340 000 $ или   11 709 659 200 рублей.  Следует, что затраты на топливо для ТЭС будут в 473 раза выше, чем топливо  для АЭС. Экология: При сжигании угля также выделяются разнообразные отходы: 7 Если использовать каменный уголь, то выделится совместно CO2, NO2, SO2и  твёрдых отходов (см. приложение №2) 147.66*13181=1 936 306(т) загрязняющих веществ, а использование мазута ( см.  приложение №3) ­ 45.9*9751=447571(т). Увеличение количества углекислоты в атмосфере Земли ведёт к возникновению  так называемого “парникового эффекта”. Углекислый газ поглощает  длинноволновое излучение нагретой поверхности Земли, нагревается и тем  самым способствует сохранению на ней тепла. Увеличение доли углекислого  газа в атмосфере может привести к повышению на несколько градусов  температуры низких слоёв атмосферы, а это в свою очередь, может привести к  таянию ледников Гренландии и Антарктиды и затоплению части суши. Наряду с увеличением содержания углекислого газа, происходит уменьшение  доли кислорода в атмосфере, который расходуется на сжигание топлива на  тепловых станциях. 8 Вредное воздействие на животный и растительный мир оказывает загрязнение  атмосферы окисью серы. Наибольшее загрязнение атмосферы серой приходится  как раз на долю электростанций и отопительных установок. Вредное воздействие окиси углерода на человека и животных состоит в том, что  она, соединяясь с гемоглобином крови, очень быстро лишает организм  кислорода. Станции, работающие на угле, потребляют его в больших количествах и больше  всего выбрасывают загрязняющих атмосферу веществ. Выбросы в атмосферу  зависят ещё и от качества сжигаемого угля. Сбросы горячей воды в водоёмы и повышение вследствие этого их температуры  приводят к нарушению экологического равновесия, установившегося в  естественных условиях, что неблагоприятно влияет на флору и фауну. Тепловое загрязнение водоёмов может быть уменьшено с переходом на замкнутые циклы  использования воды. Таким образом мы видим, что влияние ТЭЦ на биосферу огромно и  неблагоприятно. Но несмотря на это пока тепловые электростанции и  теплоэлектроцентрали остаются преобладающими при производстве  электроэнергии и тепла для нужд человека. АЭС также влияет на экологию окружающей среды, но в масштабах гораздо  меньших, чем ТЭС. Влияние на атмосферу минимальное, а в основном  происходит тепловое загрязнение водоёмов­охладителей. По таблице мы видим,  как меняется влажность в разных точках города. 9 Выходит, что строительство ТЭС в нашем районе является нерентабельным, т.  к. затраты только на топливо в 473 раза выше чем у АЭС. Также ТЭС гораздо  сильнее загрязняет окружающую среду и портит экология местности. 10 ВЭС Люди все больше задумываются о том, чтобы пользоваться надежными,  безопасными и экономически дешевыми источниками энергии. Например —  энергией ветра. ВЭС —   несколько ВЭУ,   собранных   в   одном   или   нескольких   местах   и объединённых в единую сеть. Преимущества: 1. Станции достаточно дешёвые и простые по своей  конструкции. 2. Экологически безопасны, отсутствуют вредные выбросы. 3. Ветер – неисчерпаемый источкик энергии. 4. Территория в непосредственной близости может быть использована для с/х  целей. 11 5. Вырабатывают достаточное количество энергии для снабжения домов, заводов и других сооружений.    Недостатки: 1. Изменчивость мощности во времени. 2. Шум достигает уровня шума среды обитания. 3. Угроза для птиц. 4. Возможность искажения сигнала телевидения. 5. Области территории, выведенные из почвенных ресурсов. Средняя скорость: В Удомельском районе показатель средней скорости достигает  4­5 м/с.  С  помощью анемометра (см. приложение №9) скорость ветра была измерена на  берегу оз.Кубыча, на окраинах и в центре города,  и были зафиксированы  следующие показатели: Место измерения Берег оз.Кубыча(южный) Берег оз.Кубыча(юго­западный) Ул.Космонавтов Просп.Энергетиков Ул.Автодорожная Выезд из г.Удомля Аэродром(лыжная база) Центр города(ЦОИ КАЭС) Просп. Курчатова Ул. Энтузиастов Зафиксированная скорость, м/с 5,5 6 4,3 5 3,9 5,4 4,6 3 3,8 3,5 Затем , вычислив среднее арифметическое, получаем среднюю скорость, равную  4,5 м/с. Построив розы ветров за декабрь на протяжении 5 лет , видно,  что  преобладает юго­западный ветер(см. прил.№ 4­8).Согласно шкале Бофорта сила  ветра – 3 балла, ветер­ слабый. 12 ВЭС функционируют при скорости выше 4,5 м/с, тогда рассчитаем  мощность  такой  установки за год при скорости ветра, равной 5 м/с. Проведем математические расчёты: Для расчёта мощности воспользуемся формулой: P=k?R?V³?S/2, где   K=0,2­0,5   ­   коэффициент   эффективности   турбины,   учитывающий невозможность работы установки на 100%; Обычно k принимают равным 0,25. R   –   плотность   воздуха,   кг/м³.   При   нормальных   условиях   принимают равной 1,225 кг/м³; 13    V – скорость потока воздуха, м/с; S=пD²/4 – площадь ветрового потока, м²; D­ диаметр колеса турбины, м; V =5 м/с. Тогда  при D = 1 м, P = 0,25*1,225*5*5*5*3,14*1/8  ≈  15Вт*с При D = 2 м, P = 0,25*1,225*5*5*5*3,14*4/8 60Вт*с ≈ Тогда даже если взять D = 10 м, то P = 0,25*1,225*5*5*5*3,14*100/8 1,5кВт*с. ≈ Рассчитаем мощность ВЭС за год при тех же V и D: P = 1,5кВт*с *60*60*24*365= 47 304 000 кВт. При том, что мощность КАЭС за год равна: P = 4000МВт*ч*24*365 = 34 944 000 000 кВт. ВЭС или АЭС? 34 944 000 000 / 47 304 000   738≈ 14 Мощность электроэнергии, вырабатываемой на КАЭС в год в 738 раз  больше мощности, вырабатываемой на ВЭС.  Заключение Мы провели опрос среди старшеклассников МБОУ СОШ№5 г. Удомля: «Довольны ли жители города жизнью рядом с КАЭС?» В опросе приняли участие 60  человек. Да или нет? 2 25 Да Да/Нет Нет 33 По результатам опроса, можно сделать вывод, что жители г.  Удомля считают проживание рядом с КАЭС благоприятным. 15 Выводы  Строительство ТЭС в нашем районе является нерентабельным, т. к. затраты  только на топливо в 473 раза выше чем у АЭС. Также ТЭС гораздо сильнее  загрязняет окружающую среду и портит экология местности.  А установка ВЭС на территории Удомельского района является невыгодной,  так как: 1. Скорости ветра недостаточно для выработки большого количества  электроэнергии. 2. Небольшой показатель мощности, необходимой для обеспечения  электроэнергией населения города. 3. Довольно часто бывает абсолютный штиль, поэтому необходимы  аккамулирующие ветровые электростанции.  Таким образом, ВЭС и ТЭС – не альтернатива КАЭС. Они показали себя  нерентабельно  на данной территории, поэтому мы должны благодарить  тех, кто построил в нашем городе КАЭС. Мы обеспечены электричеством. Необходимо увеличивать количество электроэнергии, вырабатываемой на  АЭС. АЭС­энергия будущего! 16 Источники 1. http://eircenter.com/ua­analiitika/skolko­stoit­aes­ postroito­ili­ekonomika­yadernoj­energetiki/ 2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница 3. https://www.yandex.ru 4. http://vetrodvig.ru/vetrovye­elektrostancii/ 5. http://www.energya.by/raschet­vetrogeneratora­chto­ nuzhno­uchityivat/ 6. http://mfina.ru/vetrovye­elektricheskie­stancii 7. https://chernobylguide.com/ru/kalininskaya_aes.html 17 Приложение №1 (КАЭС) Приложения Приложение №2(Отходы, получающиеся при сжигании каменного угля) 18 6% 44% Углекислый газ(CO2) Диоксид азота(NO2) Сернистый газ(SO2) Твёрдые частицы 43% 6% Приложение №3(Отходы, получающиеся при сжигании мазута) 1% 11% 11% 77% Углекислый газ(CO2) Диоксид азота(NO2) Сернистый газ(SO2) Твёрдые частицы 19 Приложение №4(Роза ветров, январь 2012г.)   Приложение №5(Роза ветров,  2013г.)       Приложение №6(Роза ветров, 2014г.)                Приложение №7(Роза ветров, 2015г.) Приложение №8(Роза ветров, 2016г.) 20 Приложение №9(Анемометр) 21 22 23