Возможность использования энергии ветра в Новоуральске

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средней общеобразовательной школы №56» г. Новоуральск
VII Открытые Курчатовские чтения
г. Заречный
Возможность использования энергии ветра
в
Новоуральске
Исследовательская работа
Выполнила: Таганова Анна Евгеньевна
ученица 11 класса МОУ «СОШ №56»
г. Новоуральска Свердловской области
Руководитель: Колесникова Наталья Александровна
учитель географии МОУ «СОШ №56»
г. Новоуральска Свердловской области
Новоуральск
2010
1
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................................................................. 3
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ...................................................................................................................................................... 4
I.
1.
A)
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ................................................................................................................................................................. 4
ТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ......................................................................................................................................... 4
1) Тепловые электростанции ............................................................................................................................................. 4
2) Гидроэлектрическая станция ........................................................................................................................................ 4
3) Атомные электростанции ............................................................................................................................................. 5
B)
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ....................................................................................................................................... 5
1) Солнечная энергетика..................................................................................................................................................... 5
2) Энергетика биомасс ....................................................................................................................................................... 6
3) Энергия ветра .................................................................................................................................................................. 7
2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ НОВОУРАЛЬСКА ...................................................................................................................................... 12
A)
ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ГОРОДА ...................................................................................................................................... 12
B)
ОСОБЕННОСТИ РЕЛЬЕФА ........................................................................................................................................................... 12
C)
КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НОВОУРАЛЬСКА ................................................................................................................................ 15
D)
ОСОБЕННОСТИ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА ....................................................................................................................................... 15
3. ИСТОЧНИК ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ НОВОУРАЛЬСКА – ВЕРХНЕТАГИЛЬСКАЯ ГРЭС ............................................................................. 16
ΙΙΙ. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ....................................................................................................................................................... 18
1.
2.
3.
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА НАПРАВЛЕНИЕМ И СКОРОСТЬЮ ВЕТРА. ............................................................................................. 18
ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ МАКЕТА ....................................................................................................................................................... 22
ИНФОРМАЦИОННЫЙ БУКЛЕТ .................................................................................................................................................... 24
ΙV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................................................................................... 25
V. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................................................................................ 26
VΙ. ПРИЛОЖЕНИЕ ................................................................................................................................................................... 27
2
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире, проблема экономии и энергии очень актуальна. Мне
показалось, что в связи с мировым кризисом, власти и обычные люди буду искать
способ, что бы сэкономить. Так вот, ветровая станция, это то благодаря чему можно
сберечь свои денежные средства на электричестве. Но, основная причина, это моя
заинтересованность, в различных способах добычи энергии, помимо, традиционных
электростанций.
Цель: определить возможность использования ветровой энергии в Новоуральске.
Задачи:
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
3
I. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1. Источники энергии
a) Традиционные источники энергии
1) Тепловые электростанции
Тепловая
электростанция
(ТЭС),
электростанция,
вырабатывающая
электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в конце 19 века и
получили преимущественное распространение. В середине 70-х гг. 20 в. ТЭС —
основной вид электрической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии
составляла: в России и США свыше 80% (1975), в мире около 76% (1973).
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 довольнотаки 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
Гидроэлектрическая станция, гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс сооружений
и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в
электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических
сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание
напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под
напором воды в механическую энергию вращения
которая, в свою очередь,
преобразуется в электрическую энергию. (Приложение № 2) (Приложение № 3)
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
4
значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.
(Приложение № 4)
3) Атомная электростанция
Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является
атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции
деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых
электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. ( Приложение № 5) В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основе
233
U,
235
U,
Pu). При делении 1 г изотопов урана или плутония высво-
239
бождается 22 500 кВт/ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного
топлива. Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран,
плутоний и др.)
существенно превышают энергоресурсы природных запасов
органического, топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Кроме того, необходимо
учитывать
всё
увеличивающийся
объём
потребления
угля
и
нефти
для
технологических целей мировой химической промышленности, которая становится
серьёзным конкурентом тепловых электростанций. Несмотря на открытие новых
месторождений органического топлива и совершенствование способов его добычи, в
мире наблюдается тенденция к относительному, увеличению его стоимости. Это
создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива
органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития
атомной энергетики, края уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда
промышленных стран мира. В России работает девять крупных АЭС – Курская (4 млн
кВт), Смоленская, Кольская, Тверская, Нововоронежская, АЭС близ СанктПетербурга, в Поволжье (Балаковская), на Урале (Белоярская). (Приложение № 6
b) Альтернативные источники энергии
1) Солнечная энергетика
Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в 6,7
раз больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Использование
только 0,5 % этого запаса могло бы полностью покрыть мировую потребность в
энергии на тысячелетия. На Сев. Технический потенциал солнечной энергии в России
5
(2,3 млрд. т усл. топлива в год) приблизительно в 2 раза выше сегодняшнего
потребления топлива.
Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за
неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. И в
России наибольший теоретический потенциал, более 2000 млрд. тонн условного
топлива, имеет солнечная энергия. Несмотря на такой большой потенциал в новой
энергетической программе России вклад возобновляемых источников энергии на 2005
г определен в очень малом объеме - 17-21 млн. т у. т.
Существует широко
распространенное мнение, что солнечная энергия является экзотической и ее
практическое использование-дело отдаленного будущего (после 2020г). Солнечная
энергия является серьезной альтернативой традиционной энергетике уже в настоящее
время.
Известно, что каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее
образуется в природных условиях за 2 млн. лет. Гигантские темпы потребления не
возобновляемых энергоресурсов по относительно низкой цене, которые не отражают
реальные совокупные затраты общества, по существу означают жизнь в займы,
кредиты у будущих поколений, которым не будет доступна энергия по такой низкой
цене. Энергосберегающие технологии для «солнечного дома» являются наиболее
приемлемыми по экономической эффективности их использования. Их применение
позволит снизить энергопотребление в домах до 60%. В качестве примера успешного
применения этих технологий можно отметить проект "2000 солнечных крыш" в
Германии. В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт
установлены в 1,5 млн. домов. ( Приложение № 7)
2) Энергетика биомасс
Человечество может получить достаточное количество электроэнергии, не
вырабатывая ее на ГЭС, АЭС или ТЭС, работающих на угле, нефти, природном газе и
горючих сланцах. Можно необходимую энергию получать от ТЭС, работающий на
биомассе. Под альтернативной энергией понимаются биогаз, биодизель и другие
углеводороды, полученные в результате переработки биомассы. Ресурсы данных
источников колоссальны, но ограниченны. Использование биомассы в энергетических
целях дает большие перспективы: можно использовать отходы сельского хозяйства
(получение
биогаза
в
животноводстве,
использование
на
ТЭС
отходов
6
растениеводства), а также получать топливо (выращивание энергетических лесов).
Биогаз. Всего в мире в настоящее время используется или разрабатывается около
шестидесяти
разновидностей
технологий
получения
биогаза.
Наиболее
распространенный метод - анаэробное сбраживание в метатанках, или анаэробных
колоннах. Биомасса (экскременты сельскохозяйственных животных; солома и прочие
отходы
растениеводства)
сбраживаются
в
результате
жизнедеятельности
метанобактерий, в результате чего образуются биогаз и побочные продукты (витамин
В, удобрение). Потенциал: Россия ежегодно накапливает до 300 миллионов тонн в
сухом эквиваленте органических отходов, 250 млн. т. в сельскохозяйственном
производстве и 50 млн. т в виде бытового мусора. Эти отходы являются сырьем для
производства биогаза. Потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может
составить 90 млрд. м3. (Приложение № 8)
3) Энергия ветра
Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы,
человек задумывался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра. Ветряные
мельницы с крыльями-парусами из ткани первыми начали сооружать древние персы,
жившие 1,5 тыс. лет назад. (Приложение № 11) В дальнейшем ветряные мельницы
совершенствовались. Первый электрогенератор был сконструирован в Дании в 1890
г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных установок. Энергия ветра очень
велика. Ее запасы по оценкам Всемирной метеорологической организации, составляют
170 трлн. кВт/ч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду.
Но у ветра есть два существенных недостатка:
 энергия сильно рассеяна в пространстве;
 часто меняет направление.
Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих
в любую погоду под открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектростанция такой же
мощности, как ГЭС, ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна занимать большую
площадь.
Ветроэлектростанции небезвредны:
 они мешают полетам птиц и насекомых,
 шумят,
7
 отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему
телепередач в близлежащих населенных пунктах.
Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за
счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот
в
свою
очередь
вырабатывает
энергию
электрическую.
Получается,
что
ветроэлектростанции работают как игрушечные машины на батарейках, только
принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии
в механическую, энергия ветра превращается в электрический ток.
Для получения энергии ветра применяют разные конструкции:
 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.
Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого
направления. Остальным приходится разворачиваться по ветру. Чтобы как-то
компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы».
Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую
сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки
нельзя ставить слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому
ферма занимает много места. Такие фермы есть в США, во Франции, в Англии, а в
Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там
она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше. Чтобы снизить зависимость от
непостоянного направления и силы ветра, в систему включают маховики, частично
сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы. Чаще всего они
электрические. Но применяют также воздушные (ветряк нагнетает воздух в баллоны;
выходя оттуда, его ровная струя вращает турбину с электрогенератором) и
гидравлические (силой ветра вода поднимается на определенную высоту, а, падая
вниз, вращает турбину). Ставят также электролизные аккумуляторы. Ветряк дает
электрический ток, разлагающий воду на кислород и водород. Их запасают в баллонах
и по мере необходимости сжигают в топливном элементе (т.е. в химическом реакторе,
8
где энергия горючего превращается в электричество) либо в газовой турбине, вновь
получая ток, но уже без резких колебаний напряжения, связанного с капризами ветра.
Сейчас в мире работает более 30 тыс. ветроустановок различной мощности.
(Приложение № 16) Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей
Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии. По мере того как ветряные
электростанции окупаются, а их конструкции совершенствуются, цена воздушного
электричества падает. Так, в 1993 г. во Франции себестоимость 1 кВт·ч
электроэнергии, полученной на ветростанции, равнялась 40 сантимам, а к 2000 году
она снизилась в 1,5 раза. Правда энергия АЭС обходится всего в 12 сантимов за 1
кВт/ч. (Приложение № 10)
Какой должна быть скорость ветра, для того, что бы заработала ветровая
станция.
Плотность воздуха. Лопасти ветряка вращаются за счет движения воздушной
массы. Чем больше воздушная масса, тем быстрее вращаются лопасти и тем больше
электроэнергии вырабатывает ветрогенератор. Мы знаем из курса физики, что
кинетическая энергия движущегося тела (например, воздуха) пропорциональна его
массе, поэтому энергия ветра зависит от плотности воздуха. Плотность зависит от
количества молекул в единице объема. При нормальном атмосферном давлении и при
температуре 15oС плотность воздуха составляет 1,225 кг/м3. Однако с увеличением
влажности плотность воздуха слегка уменьшается. Из-за того, что зимой воздух более
плотный, ветрогенератор будет вырабатывать зимой больше энергии, чем летом, при
одинаковой скорости ветра. На территории, расположенной высоко над уровнем моря,
например, в горах, атмосферное давление меньше и, соответственно, меньше
плотность воздуха.
Площадь ротора. Ротор ветротурбины "захватывает" энергию ветрового потока,
находящегося возле него. Понятно, что чем больше площадь ротора, тем больше
электроэнергии он может выработать. Так как площадь ротора увеличивается
пропорционально квадрату диаметра ротора, ветрогенератор вдвое больше по размеру
сможет выработать в четыре раза больше энергии. Однако, процесс увеличения
площади ротора нельзя свести к простому удлинению лопастей ветряка. С первого
взгляда
кажется,
что
это
наиболее
простой
путь
увеличения
количества
"захватываемой" ветряком энергии. Но, увеличивая размер площади, охватываемой
9
лопастями при вращении, мы тем самым увеличиваем нагрузку на систему при той, же
скорости ветра. Для того чтобы система выдержала все нагрузки, необходимо усилить
все ее механические компоненты. Становится понятно, что подобное решение
проблемы требует дополнительных финансовых затрат.
Скорость ветра. Скорость ветра является наиболее важным фактором,
влияющим на количество энергии, которое ветрогенератор может преобразовать в
электроэнергию. Большая скорость ветра увеличивает объем проходящих воздушных
масс. Поэтому с увеличением скорости ветра возрастает и количество электроэнергии,
выработанной ветроэлектроустановкой. Энергия ветра изменяется пропорционально
кубу скорости ветра. Таким образом, например, если скорость ветра удваивается,
кинетическая энергия, полученная ротором, увеличивается в восемь раз. Приведенная
внизу таблица показывает значения энергии ветра в стандартных условиях (сухой
воздух, плотность - 1,225 кг/м3, атмосферное давление над уровнем моря 760 мм рт.
столба). Формула расчета количества энергии (определяется в Вт/м2) выглядит
следующим образом: 0,5*1,225*V3, где V - скорость ветра в м/сек. (согласно Датской
ассоциации производителей ветротурбин).
м/с
Вт/м2
1
1
3
17
5
77
9
477
11
815
15
2067
18
3572
21
5672
23
7452
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.
10
Скорость ветра, м/сек
Тип ветра
0-1,8
Безветрие
1,8-5,8
Слабый
5,8-8,5
Умеренный
8,5-11
Нормальный ветер
11-17
Сильный ветер
17-25
Очень сильный
25-43
Шторм
Более 43
Ураган
Неровность рельефа. Поверхность Земли с ее растительностью и строениями,
находящимися на ней, является основным фактором, влияющим на уменьшение
скорости ветра. Это явление описывают как влияние неровности рельефа. С удалением
от поверхности Земли уменьшается и влияние неровности рельефа, при этом
ламинарные воздушные потоки увеличиваются. Другими словами, чем выше - тем
больше скорость ветра. На высоте около 1 км рельеф практически не влияет на
скорость ветра. В более низких слоях атмосферы на скорость ветра большое влияние
оказывает трение с поверхностью Земли. Для ветроэнергетики это означает, что чем
больше неровность рельефа, тем ниже будет скорость ветра. Скорость ветра в
значительной степени замедляется из-за лесов и больших городов, в то время как
большие водные пространства или, к примеру, территории аэропортов почти не
оказывают замедляющего эффекта на ветер. Здания, леса и другие препятствия не
только замедляют скорость ветра, но и создают турбулентные потоки.
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?
11
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
a) Географическое положение города
Географические координаты города Новоуральска: географическая широта —
570 15`; географическая долгота — 60о 05`; высота над уровнем моря — 300 метров.
b) Особенности рельефа
Через территорию сегодняшнего Новоуральского городского округа (НГО)
проходит осевая линия
Главного
водораздельного
хребта
Уральских
гор.
Многочисленные горные хребты имеют, в основном, меридиональное направление.
Основной горный массив пересекает территорию НГО с севера на юг, расположен в
5-6 километрах к западу от Новоуральска. В научной литературе он называется
Бунарским, по имени горы Бунар (612,2 м) в северной его части,
наибольшей
вершины в окрестностях НГО. Наибольшая вершина этого горного массива — гора
Перевал (604,7 м) — расположена в средней части массива, рядом с заброшенной
дорогой, ранее соединявшей поселок Верх-Нейвинский и деревню Пальники, где она
переваливает через хребет.
12
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.
13
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 столбовостанцев. 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)
14
c) Климатические условия Новоуральска
Климат
Новоуральска
–
умеренный
континентальный,
характеризуется
морозной продолжительной зимой с устойчивым снежным покровом и довольно
теплым, но относительно коротким летом с ранними осенними и поздними весенними
заморозками, небольшим количеством осадков с максимумом в теплый период года,
хорошо выраженными сезонами года.
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.
Некоторые различия в климатических показателях наблюдаются в
отдельных частях территории НГО. В горной водораздельной полосе выпадает
больше осадков, чем в межгорных котловинах и понижениях. Высота, крутизна,
экспозиция склонов, пересеченность рельефа, лесные массивы и городская застройка
внося свои коррективы в характеристику микроклимат районов.
d) Особенности растительного мира
Город расположен в подзоне южной тайги. Лесом покрыто 36% территории
НГО. Из общей площади лесов 68,6% занято хвойными породами, из них более
половины — сосна, 10% — ель, остальное — пихта, лиственница. Встречаются
единичные экземпляры кедра сибирского, на широте Новоуральска проходит южная
граница его распространения. Лиственные насаждения представлены в основном
березой повислой (или бородавчатой) и белой (или пушистой) — 80%, остальное —
осина, ольха серая, липа мелколистная.
В подлеске и травостое преобладают можжевельник, жимолость обыкновенная,
рябина обыкновенная, шиповник, черника, брусника, папоротники: орляк и
страусопер, сныть обыкновенная, борец, борщевик, живокость,
саранка,
золотая
15
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
Верхнетагильская ГРЭС — тепловая электростанция в Верхнем Тагиле
(Свердловская область), работающая в составе «ОГК-1». В эксплуатации с 29 мая
1956 года. Станция включает 11 энергоблоков электрической мощностью 1497 МВт и
тепловой — 500 Гкал/ч. Топливо станции: природный газ (77 %), уголь (23 %).
Численность
персонала —
1119
человек.
Строительство
станции
проектной
мощностью 1600 МВт началось в 1951 году. Целью строительства было обеспечение
тепловой и электрической энергией Новоуральского электрохимического комбината.
В 1964 году электростанция достигла проектной мощности.
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. «ОГК1» 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),
16
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. deSOx) и каталитического
восстановления оксидов азота аммиаком (deNOx). 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)
17
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 = Vср
Для месяцев - апрель, июнь, сентябрь, ноябрь
(v1+v2+ v3+v4+v5+…+v30) : 30 = Vср
Для месяца - февраль
(v1+v2+ v3+v4+v5+…+v28) : 28 = Vср
где, v1, v2, v3, v4, v5, … v28 - средняя скорость за сутки;
Vср – средняя скорость за месяц
Результат вычисления в таблице № 1
18
3. Вычисляю среднюю скорость ветра за год по формуле:
(vя+vф+ vм+vа+vм+vи+vи+vа+vс+vо+vн+vд ) : 12 = Vсреднегодовая
(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
19
20
Годовая роза ветров
5. Построение годовой розы ветров.
21
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».
1. Подбор материалов
6. Этапы создания макета
2. Построение домика
3.Покраска домика
a. Создание макета ветровой установки:
А) Разработка лопастей
Б) Построение макета ветровой станции
22
В) Проведение проводов
Установка на удерживающий щит
b. Итог работы
Вывод: этот макет является действующей моделью. Домик был создан из картонной
коробки, а сама ВЭС из оргстекла, моторчика, подставки и антенны.
23
3. Информационный буклет
24
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.
25
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 .
26
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.
27
Приложение № 2
Приложение № 3
28
Приложение № 4
29
Приложение № 5
Приложение № 6
30
Приложение №7
31
Приложение № 8
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
(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.
32
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
33
Приложение № 9
34
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.
35
Приложение № 11
Современные ветрогенератор обычно состоят
из следующих основных компонентов: лопастей;
ротора;
контроля.
трансмиссии;
Лопасти.
генератора;
Именно
этот
система
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
36
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.
37
Приложение № 12
Приложение № 13
38
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.
39
Приложение № 15
Верхнетагильская ГРЭС –
снимок с космоса.
Приложение № 16
40