Оглавление Введение ................................................................................................................... 3 Глава 1. Теоретические основы изучения альтернативных источников электроэнергии ........................................................................................................ 5 1.1. Понятие и виды альтернативных источников энергии ............................. 5 1.2. Развитие альтернативных видов энергетики в России и мире ............... 15 Глава 2. Методические основы изучения альтернативных источников электроэнергии ...................................................................................................... 26 2.1. Содержание элективного курса по изучению альтернативных источников электроэнергии .............................................................................. 26 2.2. Методические рекомендации по проведению занятий элективного курса по изучению альтернативных источников электроэнергии ................ 38 Заключение ............................................................................................................ 53 Список литературы ............................................................................................... 54 2 Введение Актуальность исследования. Главная цель современного развития энергетики во всем мире – сделать ее доступной. Традиционные источники энергии по многим объективным и субъективным причинам часто не могут достичь этой цели. В связи с этим возрастает значение альтернативной энергетики. Переход к более чистым источникам энергии означает учет экономических и энергетических потребностей наряду с экологическими. Общая оценка источника энергии основана не только на том, насколько он чист, он также должен быть надежным и доступным. Не все эти факторы можно однозначно классифицировать. Например, нефть, как правило, относительно доступна в Соединенных Штатах, но отчасти это связано с тем, что правительство субсидирует отрасли, производящие ископаемое топливо. Точно так же, хотя энергия ветра имеет тенденцию быть относительно дорогой, ее стоимость неуклонно снижается в течение многих лет по мере увеличения ее использования. Существует три основных категории источников энергии: ископаемое топливо, альтернативные и возобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники энергии иногда, но не всегда, включаются в категорию альтернативных. Ископаемые виды топлива часто называют грязными источниками энергии, поскольку их использование сопряжено с высокими, а зачастую и необратимыми последствиями для окружающей среды. Выбросы углерода или количество углекислого газа, выделяемого этим топливом в атмосферу, складываются из поколения в поколение и не могут быть возвращены. Более того, на Земле есть лишь конечное количество этих ресурсов. Формы энергии, полученные не из ископаемого топлива, включают как возобновляемые, так и альтернативные источники энергии, термины, которые иногда используются как синонимы, но не означают одно и то же. Альтернативная энергия в широком смысле относится к любой энергии, 3 которая не извлекается из ископаемого топлива, но не обязательно только из возобновляемых источников. Например, в ядерной энергетике чаще всего используется уран – широко распространенное, но технически не возобновляемое топливо. Возобновляемая энергия, с другой стороны, включает в себя такие источники, как солнце и ветер, которые возникают естественным образом и непрерывно. Использование возобновляемых видов энергии, в частности энергии солнца и ветра, приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту. В России на сегодня есть все предпосылки для его дальнейшего развития. Как и во всем мире, рост использования этих источников необратим. Объект исследования – альтернативные источники энергии. Предмет исследования – изучение альтернативных источников электроэнергии в образовании. Цель исследования – теоретически обосновать изучение альтернативных источников электроэнергии в образовании, разработать элективный курс и методические рекомендации по проведению занятий элективного курса по изучению альтернативных источников электроэнергии. Задачи исследования: 1. Рассмотреть понятие и виды альтернативных источников энергии. 2. Изучить развитие альтернативных видов энергетики в России и мире. 3. Представить содержание элективного курса по изучению альтернативных источников электроэнергии. 4. Разработать методические рекомендации по проведению занятий элективного курса по изучению альтернативных источников электроэнергии. Методы исследования: анализ научно-методической и педагогической литературы, синтез, систематизация, классификация, обобщение, сравнение. Структура работы. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы. 4 Глава 1. Теоретические основы изучения альтернативных источников электроэнергии 1.1. Понятие и виды альтернативных источников энергии Альтернативная энергия – это энергия, которая поступает не из ископаемого топлива, и, таким образом, практически не производит парниковых газов, таких как диоксид углерода (CO2). Это означает, что энергия, произведенная из альтернативных источников, не способствует парниковому эффекту, вызывающему изменение климата [24]. Эти источники энергии называются «альтернативными», потому что они представляют собой альтернативу углю, нефти и природному газу, которые были наиболее распространенными источниками энергии с промышленной революции. Эти ископаемые виды топлива выделяют высокие уровни CO2 при сжигании для производства энергии и электричества. Однако альтернативную энергию не следует путать с возобновляемой энергией, хотя многие возобновляемые источники энергии также могут считаться альтернативными. Солнечная энергия, например, является одновременно возобновляемой и альтернативной, потому что она всегда будет в изобилии и не выделяет парниковых газов. Однако ядерная энергия является альтернативой, но не возобновляемой, поскольку в ней используется уран – конечный ресурс [19]. Альтернативную энергию лучше всего определить как использование источников энергии, отличных от традиционных ископаемых видов топлива, которые считаются экологически вредными и дефицитными. Существует пять основных возобновляемых и альтернативных видов топлива: 1. Энергия ветра создается, когда ветер вращает турбину или ветряную мельницу, которая может быть расположена на суше или на море. 2. Солнечная энергия использует солнечную энергию двумя способами: путем преобразования солнечного света непосредственно в электричество, когда солнце отсутствует (к примеру, солнечные батареи); 5 или солнечной тепловой энергии, которая использует солнечное тепло для создания электричества, метод, который работает даже при солнечном свете. 3. Гидроэнергетика создается, когда быстро текущая вода вращает турбины внутри плотины, вырабатывая электричество. 4. Ядерная энергия вырабатывается на электростанциях в процессе ядерного деления. Энергия, создаваемая во время ядерных реакций, используется для производства электричества. 5. Биотопливо, также называемое биомассой, производится с использованием органических материалов (древесины, сельскохозяйственных культур и отходов, пищевых отходов и навоза), которые содержат накопленную энергию солнца. Люди использовали биомассу с тех пор, как открыли, как сжигать дрова для разведения огня. Жидкое биотопливо, такое как этанол, также выделяет химическую энергию в виде тепла [1]. Возобновляемые и альтернативные источники энергии часто классифицируются как чистые, поскольку они производят значительно меньше выбросов углерода по сравнению с ископаемым топливом. Но они не лишены воздействия на окружающую среду. Например, при производстве гидроэлектроэнергии выбросы углерода ниже, чем на электростанциях, работающих на ископаемом топливе [3]. Однако строительство плотин для строительства водохранилищ для гидроэлектростанций наводняет долины, нарушая местные экосистемы и источники средств к существованию. В другом случае биотопливо является возобновляемым, но культивируется на огромных участках земли и иногда вызывает больше выбросов углерода, чем ископаемое топливо. Другие соображения, такие как безопасность, также имеют значение. Вероятность расплавления ядерной установки чрезвычайно мала, но если она произойдет, результаты будут катастрофическими. Фактически, опасения по поводу опасностей, связанных с эксплуатацией атомных электростанций, ограничили распространение ядерной энергетики. 6 Некоторыми популярными альтернативными источниками энергии являются энергия ветра, гидроэлектроэнергия (гидроэнергетика), солнечная энергия, биотопливо и водород. Все эти виды топлива имеют две общие черты: их небольшое воздействие на окружающую среду на Земле и их устойчивость (бесконечные поставки) в качестве источника энергии [4]. Рассмотрим основные виды альтернативных источников энергии. Ветровая энергия. Энергия ветра – не новый источник энергии. На протяжении сотен лет люди использовали силу ветра для отправки своих кораблей через океаны и использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и распила древесины. Силу ветра легче всего увидеть, используя детскую ветряную мельницу. Основная концепция заключается в том, что, когда ветряная мельница задерживается на встречных потоках ветра, ветер захватывает изгиб лопастей, заставляя ветряную мельницу вращаться [6]. Это характеризует энергию ветра в действии. Ветряк работает так же, как любая ветряная мельница, в которой также используется кинетическая энергия ветра (энергия, вызванная движением) для вращения лопастей. Лопасти вращают вал, соединенный с генератором. Генератор – это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. Внутри генератора медная катушка перемещается через магнитное поле валом, который соединен с движущимися лопастями. Это движение заставляет электрический ток течь через медную катушку. Когда генератор механически приводится в действие ветром через ветряную турбину, он может производить электричество [14]. Ветроэнергетика считается экологически чистым источником энергии, поскольку в ее производстве отсутствуют химические процессы. Побочные продукты, такие как углекислый газ, не вызывают загрязнения воздуха или воды. Ветровая генерация – это возобновляемый ресурс, который никогда не иссякнет, и это отличный источник энергии для людей, живущих в отдаленных районах, где может быть трудно обеспечить их энергией с 7 помощью проводов, подключенных к электростанции, которая находится далеко [14]. Фактическое пространство, занимаемое ветряной турбиной, относительно невелико по сравнению с другими альтернативными источниками энергии. Диаметр основания должен составлять всего около шести футов, что делает стоимость ветряной турбины относительно дешевой. Проблема с использованием энергии ветра заключается в том, что это не всегда гарантированный источник энергии. Когда ветер не дует, электричество не вырабатывается, и приходится полагаться на резервный источник энергии. Ветряные электростанции необходимы для коммерческой генерации, что поднимает вопрос о препятствиях на фоне ландшафта, вызванных множеством ветряных турбин, установленных рядом друг с другом. Многие люди не хотят видеть несколько ветряных турбин за окнами своей кухни. Еще одна проблема – это опасность, которую эти движущиеся лезвия создают для птиц, пролетающих по местности. Ветряные турбины новой конструкции имеют более крупные лопасти, которые вращаются с меньшей скоростью, чтобы птицы могли их видеть и не цепляться за лопасти [17]. Гидроэлектроэнергия. Термин «гидроэлектроэнергия» относится к производству электроэнергии за счет энергии воды. «Гидро» происходит от греческого слова «гидра», что означает вода. Как и энергия ветра, использование воды для производства энергии также имеет более ранние корни, чем в наши дни. Водяные колеса впервые использовались для улавливания энергии воды и механического измельчения зерна. Позже они использовались для перекачивания воды, орошения сельскохозяйственных культур, привода лесопильных заводов и питания текстильных фабрик. Сегодня люди используют водяные турбины так же, как ветряные, для выработки электроэнергии. Наиболее распространенным источником энергии воды сегодня является гидроэлектростанция. Для гидроэлектростанций обычно требуется плотина, построенная на реке, которая создает резервуар с водой. Плотина 8 удерживает воду до тех пор, пока ворота не откроются, чтобы вода могла протекать через нее. С помощью силы тяжести вода течет по трубопроводу, называемому затвором, к турбине. Перепад высот через напор помогает воде, чтобы создать давление по мере приближения к турбине. Движущаяся вода достигает турбины и вращает лопасти турбины. Над турбиной расположен генератор, который валом соединен с турбиной [7]. Подобно генератору в ветряной турбине, генератор в водяной турбине также вырабатывает электричество, перемещая ряд медных катушек мимо магнитов. Затем трансформатор принимает электричество, произведенное генератором, и преобразует его в ток более высокого напряжения. Электричество теперь готово для питания предприятий и домов по линиям электропередачи. Гидроэлектроэнергия – это возобновляемый источник, который не вызывает отходов или загрязнения. В отличие от энергии ветра, гидроэлектроэнергия более надежна. Энергия может накапливаться для использования плотиной, сдерживающей воду, до тех пор, пока не потребуется больше энергии. Однако гидроэнергетика требует большой электростанции, строительство которой очень дорогое. Эти электростанции также требуют строительства плотин на реках, что изменяет экосистему местности. Вместо реки в районе над плотиной будет большое озеро, которое простирается над местами обитания наземных животных [8]. Количество и качество воды, вытекающей из плотины, может иметь неблагоприятное (отрицательное) влияние на растения, живущие на земле и в воде внизу. Солнечная энергия. Солнечная энергия просто использует солнечный свет в качестве энергии. Это можно сделать, используя солнечную батарею для преобразования солнечного света в электричество, используя солнечные тепловые панели, которые используют солнечный свет для нагрева воздуха и воды, или пассивно используя солнечную энергию, позволяя солнечному свету проникать через окна для обогрева здания. Общая энергия, которую мы получаем от солнца каждый год, примерно в 35000 раз больше, чем энергия, которую использует человечество, а это означает, что этот источник энергии, 9 вероятно, является одним из лучших источников для будущего [2]. Проблема заключается в том, чтобы использовать и хранить эту энергию экономичным способом. Одним из самых популярных способов использования солнечной энергии является использование фотоэлектрических (PV) элементов, которые также известны как солнечные элементы. Фотоэлементы работают, поглощая частицы солнечной энергии, из которых состоит солнечный свет. Эти частицы называются фотонами. Поглощенные фотоны переносятся на полупроводниковый материал, обычно кремний. Полупроводники – это вещества, которые проводят электричество легче, чем изоляторы, но не так легко, как проводники, такие как медь [5]. Электроны в полупроводнике отбрасываются входящими фотонами, оставляя промежутки между связями атомов. И свободные электроны, и открытые пространства могут нести электрический ток. Фотоэлементы построены с одним или несколькими электрическими полями для управления потоком электронов, таким образом, контролируя поток тока. Когда металлические контакты размещаются сверху и снизу фотоэлемента (во многом как батарея), можно извлечь этот электрический ток, чтобы использовать его в повседневной жизни. Подобно вышеуказанным альтернативным источникам энергии, солнечная энергия является возобновляемой и экологически чистой. В отличие от ветряных турбин и гидроэлектроэнергии, фотоэлектрическое преобразование в электричество является прямым, что означает, что не требуется дорогостоящий и громоздкий генератор [2]. Подобно ветровым турбинам, солнечная энергия также может использоваться в удаленных местах, где было бы экономически невозможно обеспечить энергией удаленную электростанцию. Солнечная энергия также может быть очень эффективной для обеспечения тепла и света за счет использования солнечных печей, солнечных водонагревателей, солнечных домашних обогревателей и использования световых люков. 10 У солнечной энергии есть общий недостаток с ветряными турбинами: их непредсказуемость. Солнечная энергия работает только тогда, когда светит солнце, что делает фотоэлементы неэффективными в ночное время, а в пасмурный день они не работают. В настоящее время необходимо реализовать накопление энергии, чтобы солнечная энергия стала основным источником энергии. Многие формы солнечной энергии по-прежнему экономически нецелесообразны. Фотоэлектрические электростанции дороги в строительстве, и их эффективность в производстве энергии составляет всего около 10% [20]. Электростанции требуется около пяти лет, чтобы произвести такое же количество энергии, которое было затрачено на первоначальное здание электростанции. При современных технологиях солнечную энергию лучше всего использовать в меньших масштабах, например в частных домах. Биотопливо. Есть много источников энергии, которые подпадают под категорию биотоплива: биомасса, биодизель, этанол и метанол – лишь некоторые из них. Основная идея здесь состоит в том, чтобы использовать органические вещества (обычно полученные из растений) в качестве источника топлива. Биомасса относится к использованию мусора и растительности в качестве источника топлива. Когда мусор разлагается (распадается), он производит газ, называемый метаном, который можно уловить, а затем сжечь для получения энергии, которая может быть преобразована в электричество [22]. Растительность можно сжигать напрямую, как ископаемое топливо, для получения энергии. Хотя эти методы действительно помогают с точки зрения затрат и устойчивости, они попрежнему оказывают значительное воздействие на окружающую среду, как и ископаемое топливо. Этанол и метанол – это два спирта, которые производятся из биомассы. Этанол обычно производится из кукурузы, но его также можно получить из отходов сельского хозяйства, лесозаготовок и бумаги [9]. Метанол также известен как древесный спирт, потому что его можно производить из дерева; 11 однако большая часть метанола производится с использованием природного газа, поскольку он дешевле. В то время как биодизель является альтернативой дизельным двигателям, этанол и метанол являются альтернативой бензиновым двигателям. Большинство частных автомобилей имеют бензиновые двигатели и могут использовать смеси этанола с незначительной модификацией двигателя или без него. Этанол также горит чище и производит меньше выбросов парниковых газов, чем бензин. Однако сравнивать цену этанола с ценой на бензин немного сложно. Один галлон чистого этанола содержит на 34% меньше энергии, чем один галлон чистого бензина. Обычная смесь этанола, E85, представляет собой смесь 85% этанола и 15% бензина и дает на 27% меньше топлива, чем 100% бензин. Таким образом, для того, чтобы E85 стоил меньше бензина, он должен иметь более чем 27% -ное снижение цены, чем бензин. Бензин, который стоит 3 доллара за галлон, имеет такую же экономию топлива, как E85, который стоит 2,19 доллара за галлон [10]. Биодизельное топливо производится путем объединения растительного масла, такого как рапсовое или соевое масло, и спирта, такого как метанол или этанол. Катализатор часто добавляют для увеличения скорости реакции между растительным маслом и спиртом. Этот процесс производства биодизеля называется переэтерификацией [12]. Этот химический процесс заставляет глицерин отделяться от жира в растительном масле, оставляя после себя два продукта: метиловый эфир или этиловый эфир (химическое название биодизеля) и глицерин. Глицерин – ценный побочный продукт, который часто используется для производства мыла и других продуктов. Биодизель считается идеальным топливом, потому что он экологически чистый и может использоваться в любом дизельном двигателе. Его часто смешивают с обычным дизельным топливом, чтобы избежать осложнений при использовании в холодную погоду. Чистый биодизельный гель при более высокой температуре, чем нефтяное дизельное топливо [9]. Это означает, что грузовик, работающий на биодизельном 12 топливе, при минусовых температурах сложнее запустить, чем грузовик, работающий на дизельном топливе. Производство биодизеля обходится дороже, и поэтому его покупка стоит дороже, чем дизельное топливо. В противном случае биодизель работает так же, как нефтяное дизельное топливо. Чистый биодизель и смеси биодизеля выделяют меньше парниковых газов, являются биоразлагаемыми (способными разлагаться естественными процессами) и могут продлить срок службы дизельных двигателей. Некоторые заправочные станции, которые поставляют дизельное топливо, также поставляют биодизель. Эти розничные торговцы более распространены в штатах Среднего Запада [13]. Водород. Одним из самых многообещающих альтернативных видов топлива будущего является водород. Его большие запасы и чистое горение заставляют многих ученых и экологически сознательных граждан рассматривать его как решение для замены ископаемого топлива без радикального изменения нашего нынешнего образа жизни и зависимости от личных транспортных средств [14]. В отличие от ископаемого топлива, это неуглеродное топливо, поэтому при его сжигании не образуется больше углекислого газа. Водород – самый простой и самый распространенный элемент на Земле, он содержится в воде, воздухе и всех органических веществах [7]. Однако даже с учетом всех этих положительных моментов на пути к использованию водорода в качестве основного источника топлива стоят две основные проблемы: его производство и хранение. Есть два основных способа производства водорода: электролиз и риформинг природного газа. Электролиз включает использование электрического тока для разделения молекулы воды на водород и кислород. Чтобы отделить водород дома с помощью электролиза, нажмите здесь. В процессе реформинга природного газа метан (который является основным компонентом природного газа, используемого для производства водорода) нагревается с использованием пара, вызывая реакцию между метаном и водяным паром, в результате чего образуется водород, диоксид углерода и следовые количества окиси углерода [15]. В настоящее время оба метода 13 используют природный газ для производства водорода. Для риформинга метана требуется расщепление водорода от углерода в метане, но для электролиза требуется источник энергии для производства электричества для расщепления молекулы воды. В качестве источника топлива для производства электроэнергии чаще всего используется природный газ. Поскольку оба этих метода требуют потребления природного газа для производства водорода, использование водорода обходится дороже, чем природный газ. Водород можно использовать в транспортных средствах двумя способами: для выработки электроэнергии в топливном элементе или непосредственно в двигателе внутреннего сгорания. Использование водорода в топливном элементе – это более чистый метод. Топливный элемент – это электрохимическое устройство, которое объединяет водород и кислород для производства электроэнергии [16]. Его единственными побочными продуктами являются тепло и вода, которые не загрязняют окружающую среду. При использовании водорода непосредственно в двигателе внутреннего сгорания водород сжигается с окружающим воздухом (который составляет около двух третей азота), образуя оксидные газы на основе азота, которые вызывают некоторое загрязнение, и водяной пар. Независимо от того, используется ли водород непосредственно в двигателе внутреннего сгорания или в топливном элементе, оба метода требуют хранения водорода для использования во время движения транспортного средства. В пересчете на вес водород производит больше энергии при сжигании по сравнению с любым другим топливом – один фунт водорода производит в 2,6 раза больше энергии, чем один фунт бензина [11]. Чтобы решить эту проблему, водород можно превратить в жидкость, которая занимает меньше места, чем водород в виде газа, но для того, чтобы превратить водород в жидкость, его необходимо охладить и поддерживать температуру -423,2 ° по Фаренгейту. 14 Хранить водород в виде газа или жидкости очень дорого и обременительно. Тем не менее, министерство энергетики США предоставило гранты ученым, чтобы найти способы улучшить хранение водорода в небольших транспортных средствах за счет улучшения сжатия и сжижения водорода, использования гидридов металлов для хранения большего количества водорода без увеличения веса транспортного средства и улучшения его характеристик [18]. Таким образом, альтернативная энергия – это энергия, которая поступает не из ископаемого топлива, и, таким образом, практически не производит парниковых газов. Альтернативную энергию лучше всего определить как использование источников энергии, отличных от традиционных ископаемых видов топлива, которые считаются экологически вредными и дефицитными. Существует пять основных возобновляемых и альтернативных видов топлива: энергия ветра, солнечная энергия, гидроэнергетика, ядерная энергия, биотопливо, также называемое биомассой. 1.2. Развитие альтернативных видов энергетики в России и мире Можно смело говорить о том, что мировая возобновляемая энергетика преодолела этап становления и набирает обороты. К настоящему времени национальные планы по развитию возобновляемой энергетики разработали и активно осуществляют более 40 государств. Так, 23 января 2008 года была принята Брюссельская директива «О стимулировании использования энергии возобновляемых источников», которая поставила перед Евросоюзом следующие задачи: к 2021 году обеспечить достижение доли ВИЭ 20% от общего объема генерации; сократить выброс парниковых газов на 20%; довести долю использования биотоплива до 10 % от общего потребления энергии; развитие технологий в области энергосбережения [16]. 15 Ассоциация ветроэнергетики Канады (CanWEA) в 2008 году опубликовала прогноз развития ветроэнергетики до 2025 года, согласно которому к 2025 году доля электроэнергии, производимой ветроэлектростанциями, должна составить 20 % от всей генерируемой в стране энергии [9]. В Китае, который последние 15 лет переживает бум в области возобновляемой энергетики и уже вышел в мировые лидеры по использованию ВИЭ, было принят план, согласно которому к 2020 году 10% потребностей страны в электроэнергии будет обеспечено за счет альтернативных источников энергии. Следует отметить, что с 2005 года в Китае действует закон «О возобновляемой энергетике». Китай всячески поддерживает развитие ВИЭ и внедряет собственные производства оборудования для возобновляемой энергетики, ежегодно инвестирует огромные средства в возобновляемую энергетику, осуществляет подготовку специалистов для эксплуатации объектов с ВИЭ [2]. Гидроэнергетика является наиболее широко используемым возобновляемым источником энергии, при этом установленная мощность гидроэлектростанций в мире превышает 1 295 ГВт, что составляет более 18% от общей установленной мощности по выработке электроэнергии в мире и более 54% от общемировой мощности по выработке возобновляемой энергии. Наиболее распространенный метод производства гидроэлектроэнергии включает строительство плотин на реках и выпуск воды из водохранилища для привода турбин. Гидроаккумуляторы представляют собой еще один метод производства гидроэлектроэнергии. Китай обладает крупнейшими в мире производственными мощностями гидроэлектростанций и крупнейшей в мире гидроэлектростанцией «Три ущелья» (22,5 ГВт). На долю страны приходилось примерно 40% от общей гидроэнергетической мощности, добавленной в мире в 2018 году. Бразилия, 16 США, Канада и Россия также имеют одни из крупнейших гидроэлектростанций в мире. Ветряная энергия. Ветер является вторым наиболее широко используемым возобновляемым источником энергии, поскольку в 2018 году глобальная установленная мощность ветроэнергетики превысила 563 ГВт, что составляет примерно 24% от общей мировой мощности по производству возобновляемой энергии [21]. Китай с установленной мощностью более 184 ГВт является крупнейшим производителем ветровой энергии в мире, за ним следуют США (94 ГВт к концу 2018 года). Более половины из 49 ГВт ветроэнергетических мощностей, добавленных во всем мире в 2018 году, приходилось на Китай (20 ГВт) и США (7 ГВт). Германия, Испания, Индия, Великобритания, Италия, Франция, Бразилия, Канада и Португалия - другие крупные страны-производители ветровой энергии, на которые вместе с Китаем и США приходится более 85% всех мощностей по производству ветровой энергии в мире [25]. Цзюцюань Wind Power Base в Китае в настоящее время занимает в качестве крупнейшего сухопутного ветропарка в мире, в то время как Walney Extension Offshore Wind Farm расположен в Ирландском море, Великобритания, является крупнейшим морским ветропарком. Солнечная энергия. Установленная мощность более 486 ГВт делает солнечную батарею третьим по величине возобновляемым источником энергии в мире с преобладающей фотоэлектрической (PV) технологией. Использование технологии концентрирования солнечной энергии (CSP) также растет, при этом глобальная установленная мощность CSP к концу 2018 года достигнет 5,5 ГВт. Китай, США, Германия, Япония, Италия и Индия обладают крупнейшими солнечными фотоэлектрическими мощностями в мире. В то время как на Испанию приходится 42% мировых мощностей [27]. 17 Ежегодные темпы роста совокупной мощности солнечной энергии за последние пять лет составили в среднем 25%, что делает солнечную энергию самым быстрорастущим возобновляемым источником энергии. В 2018 году на Азию пришлось примерно 70% от общих 94 ГВт глобального расширения солнечной энергетики, в то время как США, Австралия и Германия добавили 8,4 ГВт, 3,8 ГВт и 3,6 ГВт в новых проектах солнечной энергетики в течение года [15]. Проект солнечной энергии в Нур-Абу-Даби мощностью 1,17 ГВт в Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ) в настоящее время является крупнейшей однопроцентной солнечной электростанцией в мире. Биоэнергетика - четвертый по величине возобновляемый источник энергии после гидро-, ветровой и солнечной энергии. Чистая мировая мощность производства электроэнергии из биомассы в настоящее время превышает 117 ГВт, в то время как мировая выработка биоэнергии увеличилась с 317 ТВтч в 2010 году до более чем 495 ТВтч в 2018 году. Современная биомасса, особенно биотопливо и древесные гранулы, все чаще используется для производства тепла и электроэнергии наряду с традиционными источниками биомассы, такими как побочные продукты сельского хозяйства. США, Бразилия, Китай, Индия, Германия и Швеция в настоящее время являются ведущими производителями биоэнергии в мире. В 2018 году на Китай, Индию и Великобританию пришлось более половины от общего увеличения мировых мощностей по производству биоэнергетики [27]. Электростанция Ironbridge мощностью 740 МВт, расположенная в ущелье Северн, Великобритания, является крупнейшей в мире электростанцией, работающей на биомассе, а станция Vaskiluodon Voima мощностью 140 МВт в Финляндии – крупнейшей биогазовой установкой в мире. Геотермальная энергия. В 2018 году мировая мощность геотермальной энергии превысила 13,2 ГВт, что сделало ее пятым по величине 18 возобновляемым источником для производства электроэнергии. В 2018 году выработка геотермальной электроэнергии превысила 85 ТВтч [26]. Одна треть зеленой энергии, вырабатываемой с использованием геотермальных источников, составляет электричество, а оставшиеся две трети – это прямое тепло. США, Филиппины, Индонезия, Мексика и Италия входят в пятерку крупнейших производителей геотермальной энергии в мире. В 2018 году мировые геотермальные мощности увеличились на 539 МВт, из которых на долю Турции приходилось примерно 40%. Геотермальный комплекс Гейзерс, расположенный к северу от СанФранциско в Калифорнии, США, с активной производственной мощностью 900 МВт, является крупнейшей геотермальной электростанцией в мире, за ней следует геотермальная электростанция Cerro Prieto мощностью 820 МВт в Мексике. В России в 2010 году наиболее популярным типом возобновляемых источников тепла, используемых в промышленности и жилищно- коммунальном хозяйстве (в том числе с центральном отоплении), была биоэнергетика, в то время как гидроэнергетика преобладал в производстве электрической энергии. В 2010 году гидроэнергетика и биоэнергетика составляли 70% и 30% от общего конечного потребления энергии (0,6 эксаджоулей, ЭДЖ) возобновляемых источников энергии соответственно. В то же время доля возобновляемых источников энергии в общем объеме конечного энергетического потребления России составила 3,6% [23]. К концу 2015 года общая установленная электрическая мощность объектов, работающих на базе возобновляемых источников энергии, достигла почти 54 гигаватта (ГВт), что составило около 20% от общей установленной электрической мощности в России (250 ГВт). На гидроэнергетику приходится почти вся установленная мощность – 51,5 ГВт, за ней следует биоэнергетика в объеме 1,35 ГВт. Установленная мощность 19 солнечных и ветровых электростанций составила 460 МВт и 111 МВт соответственно. В отчете, который опирается на результаты консультации с Правительством России и соответствующими заинтересованными сторонами, определяются несколько главных движущих сил, которые, с точки зрения России, увеличат скорость внедрение альтернативной энергетики в структуру государственной энергетики: экономическая деятельность и формирование новых рабочих мест, становление научно-технической отрасли, поставка энергии в изолированные энергорайоны, увеличение качества окружающей среды [16]. В Энергетической стратегии России на период до 2035 года сформирован точный план по энергетическому потреблению: как в отраслевом разрезе, так и по ключевым типам топлива. Опираясь на расчеты, основанные на проекте Стратегии и данные из иных источников, в рамках сценария «нормальный ход бизнеса» (Reference case) к 2030 году на долю альтернативной энергии будет приходиться 4,9% конечного потребления энергии (TFEC). Это включает в себя планы России увеличить свои солнечные, ветровые и геотермальные генерирующие мощности до 5,9 ГВт к концу 2024 года. При сценарии «обычного хода деятельности» конечное потребление энергии, произведенной объектами альтернативной энергии, повысится практически в 2 раза с 0,6 ЭДж в 2010 году до 1,1 ЭДж в 2030, что в свою очередь составит порядка 5% от спроса на все виды энергии в 2030 году. Конечное потребление возобновляемых источников энергии включает в себя потребление электрической и тепловой возобновляемой энергии, использование биотоплива для транспортных средств, приготовления пищи, а кроме того для отопления и технологического отопления. Согласно сценарию гидроэнергетика будет по-прежнему оставаться основным альтернативным источником энергии, покрывая более половины конечного потребления возобновляемых источников энергии. Учитывая наличие 20 значительного запаса биомассы в России, рынок биоэнергетики существенно увеличится благодаря увеличению использования биотоплива для производства тепловой энергии и использования в транспортном секторе. Следовательно, в 2030 году на биотопливо будет приходиться половина конечного использования возобновляемых источников энергии для производства тепловой энергии и в транспортном секторе. Использование других видов альтернативных источников энергии (солнечной, ветровой и геотермальной) увеличится на 4% [9]. Согласно REmap сценарию, в котором рассматривается ускоренное увеличение доли возобновляемой энергетики в энергетическом секторе России, к 2030 году её объем в конечном потреблении достигнет 11.3%. REmap предполагает использование комплекса различных технологий возобновляемой энергетики в секторах производства и конечного потребления энергии. В соответствии с REmap, самая большая доля возобновляемой энергии придется на сектор производства электроэнергии, составив в 2030, около 30%, где 20% – гидроэлектроэнергия, а 10% – такие виды электроэнергии, как ветряная, солнечная и геотермальная. Доля возобновляемой энергии в производстве тепловой энергии составит около 15%. В транспортном секторе будет наблюдаться самый большой темп роста использования возобновляемой энергии: к 2030 году он достигнет отметку 8% по сравнению с 1% в 2010 [1]. Согласно сценарию ветроэлектростанций REmap, достигнет общая 23 ГВт, установленная мощность мощность солнечных электростанций увеличится до 5 ГВт, а биоэнергетических установок-до 26 ГВт. К 2030 году общая установленная мощность гидроэлектростанций увеличится до 94 ГВт. В период 2010-2030 годов общее производство электроэнергии почти утроится с 169 ТВтч до 487 ТВтч в период 2010-2030 годов, что позволит высвободить около 100 ТВтч электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями и ветряными турбинами общей мощностью 30 ГВт, доступными для экспорта в азиатские страны. 21 По данным REmap, в 2030 году спрос на первичные биоэнергетические ресурсы составит 2,4 ЭДЖ, что, по оценке IRENA, соизмеримо с потенциалом страны в 2-14 ЭДЖ. Это наиболее благоприятный исход с точки зрения наличия ресурсов, что указывает на возможность их экспорта. Однако крайне важно обеспечить поставки энергетических культур и сырья для производства биогаза, так как в 2030 году спрос будет примерно равен предложению [2]. Общий объем инвестиций, необходимых для реализации сценария Ремапа, оценивается в 300 миллиардов долларов США в период 2010-2030 годов, что соответствует среднегодовой потребности в инвестициях в размере 15 миллиардов долларов США за тот же период. Внедрение новых генерирующих мощностей на основе альтернативной энергетики потребует почти всех ежегодных инвестиций в размере 13 миллиардов долларов США (без учета инвестиций в передачу и распределение энергии). Оставшиеся 2 миллиарда долларов будут направлены в секторы конечного использования. В 2030 году реализация всех вариантов, рассмотренных REmap, потребует средней восстановительной стоимости возобновляемых источников энергии в размере 8,7 долл на ГДж. По данным REmap, этот показатель представляет собой дополнительные затраты на все виды альтернативной энергетики в российской энергосистеме. Эта цена основана на условиях 11% - ной учетной ставки, цене на нефть в 80 долларов за баррель и оптовой цене на газ в 3,3 доллара за миллион британских тепловых единиц (БТЕ). Предполагается, что основным топливом, заменяемым в тепло- и электроэнергетике, станет природный газ. Хотя солнечные и ветряные электростанции экономически жизнеспособны в энергетически изолированных районах, в 2030 году цена энергии, вырабатываемой этими электростанциями, останется выше оптовой цены [5]. К 2030 году децентрализованное отопление в домах и промышленности станет более конкурентоспособным, если для производства тепла будут использоваться недорогие биоэнергетические ресурсы. 22 Если принять во внимание внешние факторы, такие как здоровье и изменение климата, то становится ясно, что благодаря потенциалу альтернативной энергетики, отраженному в REmap, к 2030 году можно ежегодно экономить до 8 миллиардов долларов. Необходимо уделять больше внимания целому ряду других областей для полной реализации потенциала альтернативной энергетики, оцененного в настоящем документе, включая продолжение работы по долгосрочному энергетическому планированию, интеграцию возобновляемых источников энергии в существующую энергетическую политику и их реализацию, оптимизацию инвестиций и устранение рыночных барьеров для солнечных и ветровых установок для ускорения их адаптации на ранних стадиях разработки проектов, а также создание надежного и доступного рынка биоэнергетических ресурсов [8]. Можно выделить следующие причины слабого развития альтернативных источников энергии в России: упадок в стране после развала СССР. В Советском Союзе в 80-х годах существовала государственная программа по ускоренному развитию ветроэнергетической техники. Планировалось развернуть масштабную деятельность по проектированию, строительству и эксплуатации ветроэнергетических установок мощностью выше 100 кВт, предназначенных для работы в энергосистемах. Вскоре СССР прекратил свое существование, а все планы в большинстве своем остались на бумаге; доминирование традиционных энергоресурсов. Россия обладает крупнейшими запасами углеводородов в мире, в особенности природного газа. Экономика страны построена на экспорте углеводородов. В связи с этим долгие годы возможность использования альтернативных источников игнорировалась; отсутствие законодательной базы по возобновляемой энергетике. В России нет полноценной нормативно-правовой базы по альтернативным источникам. Во всех странах, где успешно внедряются и развиваются 23 проекты в области возобновляемой энергетики, есть сформированная нормативно-правовая база в отношении альтернативных источников; отсутствие государственной поддержки. Пример стран с развитой возобновляемой энергетикой говорит о необходимости государственной поддержки и регулирования вопросов, связанных с альтернативными источниками. В то время как крупнейшие развивающиеся страны мира (Китай, Индия, Бразилия) альтернативных альтернативной источников энергетики, уже и приняли во предпринимают Россия внимание перспективы меры продолжает по развитию придерживаться консервативного курса в отношении энергетики и серьезных шагов навстречу альтернативных источников пока не делается [16]. Согласно прогнозным расчетам Института энергетической стратегии, роль альтернативных источников станет ключевой в производстве электроэнергии в развитых странах. Производство электроэнергии на базе альтернативных источников повысится к 2030 г. по сравнению с уровнем 2010 г. в 8 раз и станет 4790 млрд. кВтч, а к 2050 г. – 8450 млрд. кВтч. Доля альтернативных источников в производстве электроэнергии в мире возрастет с 2,9 % в 2010 г. до 14,2 % в 2030 г. и 20,1 % в 2050 г. (не учитывая крупную гидроэнергетику биомассы). Расчеты института энергетической стратегии (ГУ ИЭС, г. Москва) по динамике роста мощности альтернативных источников в перспективе до 2050 года представлены на рисунке 1 [7]. Рисунок 1 – Динамика роста мощности возобновляемой энергетики в 2000-2050 гг. 24 В структуре альтернативной энергетики в будущем, как и в настоящем, будет преобладать ветроэнергетика (ее доля увеличится с 50 до 75 %), поскольку другие виды альтернативных источников будут сосредоточены на производстве теплоэнергии. В развитых странах альтернативная энергетика будет достигать до 21 % производства электроэнергии к 2030 г. и 31 % - к 2050 г. (в Евросоюзе – до 38 % и 50 % соответственно). В развивающихся странах ее доля составит не более 19% к 2050 г. [7]. Таким образом, на основании приведенных фактов можно сделать вывод о том, что возобновляемая энергетика динамично развивается не только в ряде развитых стран, но и развивающиеся страны, такие как Китай, осознали выгоду применения альтернативных источников и активно развивают эту отрасль энергетики у себя в стране. Так как развитие альтернативных источников невозможно без развития технологий, то можно говорить о положительном влиянии альтернативной энергетической стратегии на развитие науки и техники, а также производства, что позитивно отражается на международном престиже стран-лидеров в области возобновляемой энергетики. Анализируя динамику приращения мощностей альтернативных источников, можно прогнозировать значительное увеличение доли альтернативных источников в мировом энергетическом балансе в ближайшие десятилетия. 25 Глава 2. Методические основы изучения альтернативных источников электроэнергии 2.1. Содержание элективного курса по изучению альтернативных источников электроэнергии Актуальность элективного курса состоит в том, что в последние годы в сфере школьного образования возрастает роль и значение междисциплинарных связей. Каждый учитель физики должен непрерывно развивать в учениках желание выяснить причины явлений, с которыми они сталкиваются каждый день. Выбранная тема для элективного курса оказывает содействие при подготовке учащихся к самостоятельной творческой деятельности, формирует у них инициативу, привносит в их учебу элементы исследовательской деятельности, способствует выбору в будущем профессии. В школьном курсе учащиеся знакомятся с традиционными исчерпываемыми источниками энергии. Это в первую очередь нефть и газ. Однако их запасы постепенно подходят к концу. Кроме того, общепризнано, что использование нефти и газа наиболее эффективно как уникального химического сырья, а не только как топлива. Именно поэтому человечество все пристальнее присматривается к альтернативным видам энергии – солнечной, ядерной, водородной, гидротермальной, гидро- и ветроэнергетике, разрабатывает технологии получения новых химических источников тока, топливных элементов и т. д. Все они имеют как очевидные преимущества, так и очевидные (или еще не столь очевидные) недостатки. Направление элективного курса заключается в знакомстве учащихся с различными источниками энергии, а также с новыми формами хранения и передачи энергии. При изучении курса преподаватель опирается на знания обучающихся по химии, физике, экономической географии. Стремительное развитие промышленности и стремительный рост населения планеты вызывают рост спроса на топливо и увеличение его производства. За последние годы понятие «энергетический кризис» все чаще 26 появляется в средствах массовой информации и повседневной речи. В соответствии с прогнозами ученых, человечество обеспечено запасами угля на 125 лет, запасов нефти может хватить примерно на 45 лет. По данным причинам появляется потребность в поиске новых типов электроэнергии: неисчерпаемой и экологически чистой. До недавнего времени альтернативные источники энергии, а также возобновляемые могли рассматриваться лишь в качестве энергетических ресурсов будущего, когда традиционные источники энергии будут исчерпаны либо когда их добыча станет слишком дорогостоящей и трудоемкой. Ситуация резко поменялась с осознанием человечеством экологических границ роста. Стремительное экспоненциальное повышение негативных антропогенных воздействий на окружающий мир привело к значительной деградации среды обитания человека. Поддержание данной среды в нормальном состоянии превращается в одну из ключевых общественных задач. Экономический потенциал альтернативных источников энергии в мире на сегодня может быть оценен в 20 миллиардов тонн условного топлива в год, что вдвое превышает ежегодное производство всех видов ископаемого топлива. И данное обстоятельство может указывать на путь становления энергетического сектора в ближайшем будущем. Главным достоинством альтернативных источников энергии является неисчерпаемость и экологическая чистота. Их применение не меняет энергетического баланса планеты. Именно данные качества стали причиной быстрого становления альтернативных источников энергии за границей и весьма оптимистичных прогнозов их становления в ближайшее десятилетие. В связи с вышеизложенным представляется актуальным ознакомить учеников с развитием альтернативной энергетики, методами преобразования возобновляемых источников энергии в электрическую и тепловую, а также перспективами использования альтернативной энергетики. Материалы элективного курса не только будут отвечать требованиям к уровню подготовки выпускника школы в понимании единства природы в 27 целом, усвоении понятий и терминов современной физики, связанными с жизнью человека, но и помогут развить творческие способности, осознанные мотивы учения, осознанно выбрать будущую профессию. Элективный курс дополняет и развивает школьный курс физики, а в частности раздел «Энергия. Закон сохранения энергии. Производство и передача электроэнергии», а также является информационной поддержкой выбранного профиля удовлетворение дальнейшего любознательности образования, школьников, и их ориентирован на аналитических и синтетических способностей. Курс рассчитан на 18 часов для учащихся 9-11 классов, выбравших естественнонаучный профиль. Он основан на знаниях и умениях, полученных учащимися при изучении физики, химии, географии и других дисциплин в средней школе. Цели элективного курса: Обучающие: дать общее представление о методах преобразования возобновляемой энергии в электрически и тепловой вид электроэнергии; усвоение технологиям, конкретных которые нужны знаний для по решения энергосберегающим проблем нехватки электроэнергии; предоставить информацию о перспектива применения альтернативных источников энергии. Развивающие: развитие познавательной активности, творческого воображения учащихся; развитие навыков по получению знаний, навыков критического мышления и оценивания получаемой информации; развитие навыков по саморазвитию в интеллектуальном и нравственном направлениях, навыков самосовершенствования. Воспитательные: 28 воспитание сознательности учащихся и потребности в энергосбережении; воспитание сознательного самоопределения будущей профессии и области деятельности. Задачи курса: 1. Изучить вопросы актуальности применения и эксплуатации альтернативных источников энергии. 2. Рассмотреть виды альтернативных источников энергии и дать оценку их перспективам и потенциалу. Провести анализ факторов ограничения по эксплуатации альтернативных источников энергии. 3. Рассмотреть концепцию преобразования возобновляемой энергии в электрический и тепловой вид электроэнергии. Провести сопоставление стоимости электрической энергии, которая вырабатывается разными электростанциями. 4. Оценить преимущества и минусы эксплуатации альтернативных источников энергии. 5. Проанализировать новые энергетически эффективные технологии и предложить собственные варианты по решению проблем в энергетическом сбережения. 6. Проанализировать методы развития энергетических ресурсов в будущем. 7. Подобрать действующие модели установок, которые используют солнечной, ветровой тип энергии и энергию воды. Результат, на достижение которого ориентирован элективный курс. В ходе образовательного процесса ученики получают следующие определенные навыки: наблюдения и описания производству и передачи электроэнергии; выдвижения гипотез; 29 энергетических процессов по исполнения измерений и реализации расчетов и выводов; истолкования экспериментальных данных и сведений; работы в Интернете с сайтами и документами; использования закона сохранения энергии в разных процессах. Планируемые образовательные результаты: 1. Сформированные альтернативных источников общие представления энергии и о перспективах специфике становления энергетических ресурсов в будущем. 2. Ученики изучили различные источники и ресурса по альтернативной энергетике, увидели трудность процессов взаимодействия человечества и окружающей среды, как проявление особенной формы единства человечества и природы. 3. Для сознательно осознанного мотивируют выбора процесс будущей профессии приобретения знаний, ученики формируют собственные творческие способности. В таблице 1 указаны предметные, метапредметные и личностные результаты. Таблица 1 Предметные, метапредметные и личностные результаты Предметные Метапредметные у Личностные Знать: основные Развить учеников Выработать термины: проектные, энергетические исследовательские ресурсы, коммуникативные личностно значимых альтернативный способности. ситуаций: ключевых подхода к и систематизации источник энергии, закон Проектная культура: - сохранения превращения энергии и 2 по виду наличие проблемы; взаимодействия планирование разными сторонами действий; в 30 с образовательном исследовательская процессе; деятельность; - содержанию результат работы над (личностным проектом; по смыслам) презентации внутреннего продуктов; состояния. Исследовательская культура: общеучебная культура; культура работы с информацией; культура проведения исследований; Коммуникативная культура: адекватное применение речевых средств; опыт межкультурной лингвистической коммуникации; участие в коллективном обсуждении проблем; обсуждение различных точек зрения для выработки общей позиции. Активизация познавательного интереса учащихся реализуется при помощи всевозможных форм, средств и методов обучения. При этом 31 требуется принимать во внимание индивидуальные особенности учеников (способности, склад ума, интерес и т. д.). Для проведения занятий элективного курса при изучении нового материала рекомендовано придерживаться лекционно-семинарской формы подачи материала. Лекция является наиболее экономичным способом по передаче учебного материала, так как она представляет материал в концентрированной, логически выдержанной форме. Семинар направляет учащихся на проявление самостоятельности в учебно-познавательной деятельности, предусматривает работу с дополнительными источниками и сайтами. Курс рассчитан на значительную исследовательскую работу учащихся, проведение домашних опытов и экспериментов. Работы учеников по теме «Сберечь выгоднее, чем создать», «Сколько стоит зимой открыть двери?» можно оформить как проекты, предложив сопоставить особенности разных типов электроэнергии. Элективный курс может проводиться учителями физики, экономики, химии, экологии, и может быть использован в средних школах, гимназиях, лицеях и колледжах естественнонаучного профиля. Данный курс вместе с тем может быть использован и учителями в дополнительном образовании. Для реализации элективного курса потребуется следующее оборудование: компьютеры, мультимедийный проектор, интерактивная доска (по возможности), интернет, раздаточные материалы. Тематическое планирование курса представлено в таблице 2. Таблица 2 Тематическое планирование элективного курса № Кол- Тема Характеристика основных видов п/п во деятельности учеников часов Раздел 1. Введение 32 1 2 Альтернативные и Диалоговое окно, мини-проекты, возобновляемые источники сообщения энергии. из Интернета и Виды средств массовой информации. альтернативных источников энергии. Раздел №2. Традиционные альтернативные и возобновляемые источники энергии. 2 2 Гидравлическая Энергия энергия. Просмотр и биомассы. презентаций Геотермальная энергия обсуждение обучающихся, работа с Интернет ресурсами Раздел № 3. Нетрадиционные альтернативные и возобновляемые источники энергии. 3 2 Солнечная энергия. Просмотр Ветровая энергия 4 1 фильма, макетов ветровых агрегатов Энергия морских волн и Создание океанических создание течений. судов, Энергия приливов макетов просмотр парусных презентаций, работа с Интернет ресурсами и ресурсами школьной библиотеки. 5 1 Практикум Работа с технологическими наборами LEGO DACTA Раздел №4. Энергосбережение 6 2 Энергоэффективные Создание энергоэффективные технологии. технологий по строительству дома, утеплению и отоплению 7 2 Энергопассивный экодом 33 Создание макетов экодомов, просмотр фильма и его обсуждение. 8 2 Урок экономии Рассчитывать квитанцию оплаты электроэнергии. за электроэнергию, предлагать проекты экономии электроэнергии в быту. 9 2 Экономия электроэнергии в Предложить проекты экономии школе. электроэнергии в классном кабинете и школьном здании, предложить на обсуждение всему школьному коллективу. Раздел №5. Конференция 10 2 Конференция Защита проектов участниками «Возобновляемая энергетика конференции. Ролевая игра – реальность и перспективы» Итого 18 часов Содержание элективного курса: Раздел №1. Введение. 1.1. Альтернативные и возобновляемые источники энергии. Виды альтернативных источников энергии. Основные изучаемые понятия и термины: Электричество, энергетические ресурсы, возобновляемые источники энергии; понятие альтернативного источника энергии, достоинства и недостатки, виды. Раздел №2. Традиционные альтернативные и возобновляемые источники энергии. 34 2.1. Гидравлическая энергия. Понятие гидравлической энергии. Использование гидравлической энергии, преимущества и недостатки. Использование гидравлической энергии в мировом пространстве. Характеристика гидроэлектростанции. Влияние гидроэлектростанций на экологию. Перспективные направления использования гидравлической энергии. 2.2. Энергия биомассы. Понятие биомассы и энергии биомассы. Преобразование биомассы. Преимущества и недостатки использования. Использование биомассы в мировом пространстве. Воздействие на окружающую среду. Перспективные направления использования биомассы. 3.3. Геотермальная энергия. Понятие энергии. геотермальной Преимущества и энергии. Использование геотермальной недостатки использования. Использование геотермальной энергии в мировом пространстве. Геотермальная энергия в России. Воздействие на окружающую среду. Перспективные направления использования геотермальной энергии. Раздел №3. Нетрадиционные альтернативные и возобновляемые источники энергии. 3.1. Солнечная энергия. Понятие солнечной энергии в качестве альтернативного источника. Использование солнечной энергии, Производство электроэнергии. преимущества Фотогальваника, и недостатки. концентрированная солнечная энергия. Способы хранения энергии. Разработка, внедрение и экономика. Перспективные направления использования солнечной энергии. Использование солнечной энергии в мировом пространстве. 3.2. Ветровая энергия. Понятие ветровой энергии, принципы ее использования. История использования ветровой энергии. Понятие ветрового двигателя. Преимущества и недостатки. Использование ветровой энергии в мировом 35 пространстве. Воздействие на окружающую среду. Перспективные направления использования ветровой энергии. Известные разработки в области ветровой энергии. 3.3. Энергия морских волн и океанических течений. Энергия приливов. Понятие энергии морских волн и океанических течений. Конструкции и устройства для использования энергии океана. Воздействие на окружающую среду. Преимущества и недостатки. Использование энергии морских волн и океанических течений в мировом пространстве. Перспективы такой энергии. Практикум Работа с технологическими наборами LEGO DACTA: 9680 («Энергия, работа, мощность»), 9681 («Возобновляемые источники энергии»). Практические знания о возобновляемых источниках энергии: солнечной энергии, ветровой и энергии потока воды, а также о том, как преобразовать энергию, а также о взаимосвязи между энергией, работой и энергией. В основе всех предложенных задач лежит фундаментальный закон природы, который утверждает, что энергия не исчезает и не появляется вновь, а лишь переходит из одного типа в другой. Сборка существующих моделей, применяющих солнечную, ветровую и водяную энергию. Раздел №4. Энергосбережение. 4.1. Энергоэффективные технологии. Когенерационные установки с многотопливными двигателями Стирлинга. Сверхпроводники в качестве перспективной возможности по энергосбережению. Наночастицы снижают потребление энергии. Продуктивное использование электрической энергии. Технологии двойного назначения. Энергосберегающая бытовая техника. «Правильные» лампы. 4.2. Энергопассивный экодом. Проблемы сбережения электроэнергии в процессе эксплуатации дома. Концепция энергоемкого жилья. Энергоемкий экодом – это жилье, где 36 применяются возобновляемые источники энергии и материалы, а природе и здоровью человека не наносится никакого вреда. Строительные материалы, теплоснабжение и утилизация отходов жизнедеятельности в энергоэффективном экодоме. Рисуем свой экодом, используя знания о ВИЭ и энергоэффективных технологиях. 4.3. Урок экономии электроэнергии. Экономное использование света в домах и производственных помещениях. Приборы для экономии электрической энергии: термостат, таймер, цифровой счетчик. Сопоставление характеристик лампы накаливания и энергосберегающих ламп. Практические рекомендации по экономии электрической энергии в повседневной жизни. 4.4. Экономия электроэнергии в школе. Анализ использования и расхода электрической энергии в школьных учреждениях. Предложение по экономии электрической энергии в рамках школы. Раздел №5. Конференция. 5.1 Конференция «Возобновляемая энергетика – реальность и перспективы». История становления видов альтернативной энергетики. Преобразование возобновляемой энергии в электрическую и тепловую. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой различными электростанциями. Перспективность использования альтернативной энергии и КПД установок. Конференция проходит в форме ролевой игры в режиме круглого стола. Учащиеся выбирают роль (эколога, строителя АЭС, бизнесмена, представителя партии «Зеленых») и отстаивают свою точку зрения. Таким образом, был разработан элективный курс по изучению альтернативных источников электроэнергии. Курс рассчитан на 18 часов для учащихся 9-11 классов, выбравших естественнонаучный профиль. Он основан на знаниях и умениях, полученных учащимися при изучении физики, химии, географии и других дисциплин в средней школе. 37 2.2. Методические рекомендации по проведению занятий элективного курса по изучению альтернативных источников электроэнергии Представим конспекты занятий элективного курса по изучению альтернативных источников электроэнергии. Конспект №1 Тема занятия: «Альтернативные источники энергии». Цель занятия: изучить сведения об альтернативных источниках энергии. Задачи занятия: образовательные: сформировать общие понятия об электрической энергии; сформировать представления об альтернативных и возобновляемых источниках энергии; развивающие: активизация познавательного интереса учащихся; совершенствование практического использования знаний и развитие интереса к предмету физики к физическим явлениям; воспитательные: воспитание сознательного отношения к процессу обучения. Межпредметные связи: математика, химия. Оборудование: компьютер, видеопроектор, экран, амперметры, медная проволока, оцинкованные пластины, соединительные провода, светодиоды, линейки. План занятия: 1. Организационный этап. 2. Актуализация и мотивация. 3. Изучение нового материала. 4. Анкетирование учащихся. 5. Закрепление ранее полученных знаний. 6. Подведение итогов. Ход занятия: 38 1. Организационный этап. Приветствие учащихся, проверка готовности к занятию, формирование положительного отношения к работе. 2. Актуализация и мотивация. Педагог: Сегодня мы проводим занятие, на котором выясним положительные и отрицательные стороны альтернативных источников энергии, познакомимся с достижениями других стран в решении проблемы энергетического кризиса, вы узнаете о негативных последствиях хозяйственной деятельности. Человек извлекает из природы необходимые для получения энергии и работы промышленности компоненты. Эти компоненты природные ресурсы. Какие виды природных ресурсов вы знаете? (Исчерпаемые и неисчерпаемые) Как используются исчерпаемые ресурсы? Какие недостатки использования исчерпаемых невозобновляемых ресурсов вы можете назвать? Какие ресурсы называются неисчерпаемыми? Как они используются в нашей стране? Какие ресурсы являются альтернативными? Почему их так называют? 3. Изучение нового материала. Во всём мире к использованию нетрадиционных источников энергии проявляется повышенное внимание. Электростанции работающие на этих источниках энергии экологически менее опасны. Поэтому эти природные ресурсы называют альтернативными источниками энергии. Сейчас 62% электроэнергии даёт людям ископаемое топливо: уголь, нефть и природный газ. За сжигание нам приходится платить- ядовитым смогом в городах, кислотными дождями и глобальными изменениями климата. Неустранимый недостаток: Нефти хватит на 25-30 лет, природного газа на 40-50 лет. 39 Какими источниками энергии будет пользоваться человек, если топливные ресурсы закончатся? Солнечные электростанции. Ветровые электростанции. Гидроэлектростанции. Геотермальные. На рисунке 2 представлена характеристика альтернативных источников энергии. Рисунок 2 – Альтернативные источники энергии География мировых природных ресурсов. Вся история человеческого общества – история взаимодействия его с географической средой. В ХХ в. давление общества на природу резко возросло. Ускорилось превращение природных ландшафтов в антропогенные (городские, горнопромышленные, сельскохозяйственные, лесохозяйственные…). Антропогенные ландшафты занимают более 60% земной суши, из них 20% территории преобразованы 40 коренным образом. Человек стал изымать из природы все больше ресурсов, а возвращать все более многочисленные отходы своей деятельности. Потребление энергии – проблема устойчивого развития. Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Тепло и свет в домах, транспортные потоки и работа промышленности - все это требует затрат энергии. Ежегодно для производства энергии используется 10 млрд. тонн топлива. Около 40% этого количества приходится на нефть. Учитывая, что кроме нефти используются такие виды топлива, как уголь и природный газ, можно заключить, что более 90% всей потребляемой энергии производится с использованием углеродосодержащего сырья. Следствием такого масштабного использования ископаемых источников энергии может быть глобальное потепление (так называемый парниковый эффект) и недостаток ресурсов в будущем. Перед человечеством уже сегодня встает задача освоения неисчерпаемых источников энергии. В течение следующего века начнется переход к альтернативным источникам энергии, эпоха «черного золота» пройдет и что произойдет с экономикой стран зависящих от нефти можно только догадываться. Нетрадиционные источники энергии. Альтернативные источники энергии включают в себя солнечную, ветряную, приливную, геотермальную энергию, а также энергию, получаемую при сжигании биомассы. Темпы развития альтернативных источников энергии впечатляют. В последние 5 лет рост производства фотоэлектрических установок составляет порядка 30% в год. В связи с этим следует упомянуть проект «Тысяча крыш», реализованный в начале 1990-х гг. в Германии. Основную часть издержек (до 70%) при реализации этого проекта взяло на себя государство. В Германии на крышах 2250 домов были установлены фотоэлектрические установки. При этом роль резервного источника энергии играла электросеть, которая покрывала недостаток электроэнергии, а в 41 случае ее избытка забирала излишек. Вскоре после этого, в США была начата еще более глобальная по масштабам программа «Миллион крыш», рассчитанная на период до 2010 года. На ее реализацию из федерального бюджета выделено около $6 млрд. Логично предположить, что в ближайшие годы количество подобных проектов будет только увеличиваться. В мире также наблюдается интерес к альтернативным источникам питания для автомашин, позволяющим сократить выброс углекислого газа в атмосферу. Разработка и производство автомобильных двигателей, использующих в качестве топлива водород. 4. Анкетирование учащихся. Педагог. Вы сегодня много узнали о различных видах энергии, способах ее экономии. А теперь ответьте, пожалуйста, на вопросы анкеты, чтобы понять, умеете ли вы сами беречь энергию. Предполагается один ответ на каждый вопрос: ДА или НЕТ. Анкета: 1) Вы записываете ваше энергопотребление? 2) Вы выключаете свет в комнате, когда уходите из неё? 3) Стиральная машина всегда заполнена полностью, когда вы её используете? 4) Холодильник стоит в прохладном месте? 5) Вы не ставите мебель перед обогревателем? 6) Вы начали использовать энергосберегающие лампочки? 7) Вы используете местное освещение (бра, торшер, настольную лампу)? 8) Вы проветриваете быстро и эффективно, всего несколько минут за раз? 9) Вы утепляете дом на зиму? 10) Вы зашториваете окна на ночь, чтобы удержать тепло? 11) Вы кладёте крышку на кастрюлю, когда варите? 12) Вы часто размораживаете холодильник? 42 13) Вы используете раковину для мытья посуды? 14) Вы моетесь под душем, а не принимаете ванну? 15) Вы ходите пешком или ездите на велосипеде в школу и на работу? 16) Вы снижаете температуру в помещении, когда выходите? 17) Вы снижаете температуру в помещении ночью? 18) Вы повторно используете стекло, бумагу, металл? 19) Вы не покупаете товары, которые могут использоваться один 20) Вы не покупаете товар в больших обёртках? 21) Вы чините вещи, вместо того чтобы заменить их? раз? Сложите все ответы ДА. Если у вас получилось: От 1 до 5 – вам ещё многому нужно научиться. Начните прямо сейчас. От 6 до 10 – у вас много хороших привычек, которые могут служить основой для дальнейшей работы над собой. От 11 до 15 – вы являетесь хорошим примером всем остальным. От 16 до 20 – кто-то из вашей семьи должен стать министром по охране окружающей среды. Дополнительная информация. Знаете ли вы, что… Из всей потребляемой в быту энергии: 79% - львиная доля – отопление; 15% - тепловые процессы: нагрев воды, приготовление пищи; 5% - потребляет бытовая техника; 1% - расходуется на освещение, радио, ТВ Что такое 1 кВт/ч энергии? 50 часовая работа радио; 110 часов бриться электробритвой; 17 часов горения лампочки (60 ватт); 12 часовой просмотр передач по цветному телевизору; 43 2 часовая уборка пылесосом; 5 минутный душ; нагрев на 6 градусов ванны (150 литров воды) 5. Закрепление ранее полученных знаний Устный опрос: 1) Какие источники энергии называются неисчерпаемыми? 2) Что такое альтернативный источник энергии? 3) Назовите традиционные альтернативные источники энергии? 4) На чем основано получение геотермальной энергии? 5) Какой из основных альтернативных источников энергии самый мощный? 6) Как расшифровывается ПЭС, ГЭС, ТЭС? 7) Какая страна дальше остальных продвинулась в использовании геотермальных ресурсов? 8) До какого значения возросла суммарная мощность солнечных батарей? 9) От чего зависит энергия приливов и отливов? 10) Основной плюс использования энергии рек? 6. Подведение итогов. Педагог вместе с учащимися подводит итоги проведенного занятия. Учащиеся отмечают, что им понравилось на занятии, что запомнилось, что было сложным. Конспект №2 Тема: «Солнечная энергия. Ветровая энергия». Цель занятия: изучить сведения об альтернативных источниках энергии – солнечной и ветровой энергии. Задачи занятия: образовательные: сформировать общие понятия об электрической энергии; сформировать представления об альтернативных и возобновляемых источниках энергии; сформировать представления о солнечной и ветровой 44 энергии; научиться давать убедительную информацию, касающуюся использования альтернативных источников энергии; научиться обосновывать выбор, учитывая реальную ситуацию в обществе; развивающие: активизация познавательного интереса учащихся; совершенствование практического использования знаний и развитие интереса к предмету физики к физическим явлениям; вовлечь в реальную деятельность по исследованию альтернативных источников энергии; развивать способность работать в группе; воспитательные: воспитание сознательного отношения к процессу обучения; способствовать воспитанию экологически устойчивого и безопасного стиля жизни. Межпредметные связи: математика, химия. Оборудование: компьютер, видеопроектор, экран, амперметры, медная проволока, оцинкованные пластины, соединительные провода, светодиоды, линейки. План занятия: 1. Организационный этап. 2. Актуализация и мотивация. 3. Изучение нового материала. 4. Закрепление ранее полученных знаний. 5. Рефлексия (подведение итогов занятия). Ход занятия 1. Организационный этап. Приветствие учащихся, проверка готовности к занятию, формирование положительного отношения к работе. 2. Актуализация и мотивация. Педагог: Сегодня мы проводим занятие, на котором выясним положительные и отрицательные стороны и возможности солнечной и ветровой энергии. 45 Никакая деятельность сегодня невозможна без использования энергии. Ребята, Вам известны такие полезные ископаемые как: нефть, газ, каменный уголь. А как вы считаете, для чего их используют, почему их называют «полезными»? правильно…. А теперь посмотрите на географическую карту России и ответьте мне – месторождения каких полезных ископаемых есть в нашей стране? Уголь, газ, нефть – удовлетворяют примерно 90% энергетических потребностей человечества (говорят учащиеся). Как вы считаете, они исчерпаемы или неисчерпаемы? Однако, запасы нефти, угля и газа не бесконечны. Ученые подсчитали, что запасы нефти в нашей стране хватит на более 20 лет. Вопрос: А чем можно заменить эти энергоносители? Возможно ли полностью перейти на альтернативные источники энергии? Идет обсуждение, в ходе которого учащиеся высказывают разные мнения, и делается вывод. 3. Изучение нового материала. Мы живем в захватывающее время для производства энергии, когда возобновляемые источники электричества, такие как ветер и солнце, стремительно распространяются по стране. Эти экологически чистые методы производства позволяют нам использовать мощь бесплатных, никогда не истощающих источников энергии, таких как солнце и ветер, и при этом создавать нулевые выбросы углерода. Ветер технически представляет собой форму солнечной энергии. Когда солнечное излучение нагревает неровную поверхность Земли, горячий воздух поднимается вверх, а прохладный – оседает. Эта разница в атмосферном давлении создает ветер, кинетическую (основанную на движении) форму энергии. Ветровые турбины улавливают эту кинетическую энергию. Когда ветер дует на лопасти турбины, ее генератор преобразует энергию вращающейся лопасти в механическую энергию, которая затем может быть преобразована в 46 энергию для перекачивания воды, измельчения зерна или обеспечения электричеством домов, предприятий и школ. Солнечная энергия – это солнечное излучение, которое достигает Земли. Когда солнечный свет попадает на фотоэлектрические (PV) элементы внутри солнечных панелей, эти элементы преобразуют солнечное излучение в электричество. Ветер – более эффективный источник энергии, чем солнечный. По сравнению с солнечными панелями, ветряные турбины выбрасывают в атмосферу меньше CO2, потребляют меньше энергии и в целом производят больше энергии. Фактически, одна ветряная турбина может вырабатывать такое же количество электроэнергии на киловатт-час, что и около 48 704 солнечных батарей. Но огромная мощность ветряных турбин не делает ветроэнергетику явным победителем. Ветряные турбины - это бельмо на глазу. Они занимают много места. Они могут навредить дикой природе. Они не подходят для густонаселенных районов, а это значит, что в основном они расположены в сельской местности – вдали от городов, которые больше всего нуждаются в их энергии. Несмотря на преимущества зеленой энергии, остается вопрос ее экономической устойчивости. Как ветровая, так и солнечная энергия быстро выросли за последнее десятилетие, но на них приходится лишь небольшой процент мировых мощностей по выработке энергии. Чтобы ветер и солнечная энергия могли конкурировать с нефтью, углем и природным газом, исследователям необходимо найти практичный и экономичный способ сохранения энергии, когда солнце не светит и ветер не дует. Однако солнечная энергия сама по себе не панацея от наших энергетических потребностей. Вы собираете энергию только в дневное время, и уровни производства могут варьироваться в зависимости от того, насколько чистым является небо. Более того, хотя технология аккумуляторов быстро развивается сама по себе, мы еще не достигли оптимального способа 47 хранения количества энергии, которое потребовалось бы для питания крупных населенных пунктов, когда солнце не обеспечивает оптимального производства. На данный момент мы по-прежнему полагаемся на другие источники энергии в пасмурные дни или после наступления темноты, хотя множество многообещающих систем хранения находятся в стадии разработки. Самая большая проблема, с которой сталкивается ветроэнергетика, это стоимость транспортировки генерируемой энергии, поскольку самые ветреные районы обычно находятся в удалении. Кроме того, как и солнечная энергия, ветер является непостоянным источником энергии, поэтому нельзя рассчитывать на то, что турбины будут обеспечивать энергией круглосуточно. Кроме того, ветер менее подходит для использования в жилых помещениях по двум причинам. Во-первых, шумят турбины. В то время как модели становятся тише, ваша домашняя турбина может быть не одобрена соседями, или даже городом. А для выработки значительного количества вам придется установить более высокую турбину – вверх и подальше от ветрозащитных зданий, деревьев и других городских препятствий. Важно знать разницу между ветровой и солнечной энергией, но, к счастью, нам не нужно выбирать одно из них. Все виды возобновляемой энергии могут дополнять друг друга, в зависимости от того, какие виды производства доступны в данном географическом месте, и преодолевать слабые места любого одного метода. Несмотря на то, что в последнее десятилетие отрасль возобновляемых источников энергии пережила значительный рост, уголь и природный газ попрежнему производят львиную долю электроэнергии в Соединенных Штатах. Тем не менее, эксперты прогнозируют, что возобновляемые источники энергии заменят ископаемое топливо к 2050 году. А пока важно следить за разработками, которые помогут возобновляемым источникам энергии преодолеть проблемы хранения и емкости. 48 4. Закрепление ранее полученных знаний. Педагог: Итак, а теперь начнем работать в группах. Каждая группа получает карточку с кейсом и устройством. Ваша задача - внимательно прочитать кейс, отвечаете на вопросы и кто-то один из группы дает полный ответ на вопросы, другой демонстрирует работу устройства. Группа №1. Изучение солнечной энергии. Цель: Практически и аналитически проверить, как используется солнечная энергия. Приборы и материалы: кейс; калькулятор; фотографии солнечной батареи (демонстрационная модель). Задача: Изучив кейс, определить, как работает модель фонтана, калькулятор, ответить на вопросы и сделать вывод о роли солнечной энергии. Кейс №1. Солнечное излучение является основным источником энергии на Земле. Энергия Солнца задействована как в естественных, так и в искусственных процессах. Например, растения с помощью фотосинтеза преобразуют ее в кислород, человек используя, преобразователи, применяет ее для бытовых целей, в основном это нагрев воды и получение электрического тока. На сегодняшний день для получения электроэнергии наиболее эффективным способом является применение кристаллического кремния в изготовлении элементов, способных превращать солнечную энергию в электрическую. Они называются солнечные фотоэлектрические модули. Мощность вырабатываемой энергии модулей зависит от их количества и погоды. Многие считают, что если нет прямого попадания солнечного света на модули, то энергия не вырабатывается. Это не так. При дневном свете даже в пасмурную погоду модуль вырабатывает электрический ток, только снижается его производительность. На сегодняшний день применение солнечных модулей оправдано в случае удаленности объекта от центрального электроснабжения и при наличии большого количества солнечных дней в году. Для более эффективного применения солнечных 49 модулей используется аккумуляторная станция, которая позволяет накапливать электроэнергию и выдавать необходимое ее количество на потребители. Другим устройством, который широко применяется в бытовых целях, является солнечный коллектор. Коллекторы используются для отопления промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения различных бытовых нужд. В пищевой и текстильной промышленности, где наибольшее количество производственных процессов с использованием теплой воды (30-90 градусов), коллекторы являются наиболее эффективными в применении. Вопросы: Объясните процесс фотосинтеза в растениях. Приведите примеры применения солнечной энергии в вашей жизни. Выяснить достоинства и недостатки данного вида энергии. Задание: с помощью устройств продемонстрировать работу солнечной энергии. Группа №2. Изучение энергии ветра. Цель: Практически и аналитически проверить, как используется энергия ветра. Приборы и материалы: кейс; фен; воздушный шарик; шарик для пингпонга. Задача: Изучив кейс, экспериментально показать использование ветра и ответить на вопросы. Кейс №2. Возникновение ветра происходит благодаря неравномерному распределению атмосферного давления. Из-за того, что атмосферное давление постоянно колеблется, меняются и направление, и скорость ветра. С давних времен человек научился использовать энергию ветра и применять ее в разных областях. Например, ветряные мельницы крутили жернова и перемалывали зерно в муку, корабли перемещались благодаря парусу и 50 ветру. Ветер имеет огромную мощь и потенциал, который способен производить огромное количество полезной энергии для человека. Сегодня энергию ветра используют для получения электрического тока. Отрасль, занимающаяся преобразованием энергии ветра (кинетической энергии) в электрический ток, называется ветроэнергетика. Бурное развитие отрасли можно наблюдать в Европе и на Западе. Страны, которые не имеют запасов нефти и газа, вынуждены покупать электроэнергию у других стран. Этот фактор способствует росту развития альтернативных источников электроэнергии. Наиболее популярным на сегодняшний день является применение ветрогенераторов. Они широко применяются как в крупных масштабах, это огромные электростанции, так и в малых, для частного пользования Вопросы: Причины возникновения ветра. Приведите примеры использования энергии ветра. Выяснить достоинства и недостатки данного вида энергии. Задание: с помощью устройств на столе продемонстрировать использование энергии ветра. 5. Рефлексия (подведение итогов занятия). Итак, ребята, мы с вами рассмотрели основные виды альтернативных источников энергии. Давайте их перечислим. Они начинают постепенно занимать свою нишу в энергетике. Но о повсеместном внедрении еще далеко, предстоит решить энергетических, экономических и экологических задач. Поэтому труд энергетиков остается в большой цене. Пришло время поразмышлять о том, какие впечатления, эмоции, размышления сопровождали Вас на этом занятии. Надеюсь, что работа на уроке принесла Вам удовлетворение. Предлагаю рефлексировать творчески. Предлагаю вам написать синквейн. В переводе с французского слово «синквейн» означает стихотворение, состоящее из пяти строк, которое пишется по определенным правилам. Составление синквейна требует умения 51 находить существенные элементы, делать заключение и выражать всё это в кратких выражениях. Синквейн – концентрация знаний, ассоциаций, чувств; сужение оценки явлений и событий, выражение своей позиции, взгляда на событие, предмет. Написание синквейна является формой свободного творчества, которое осуществляется по опредёленным правилам. Правила написания синквейна: первая строка – одно слово, обычно существительное, отражающее тему синквейна; вторая строка – два слова, прилагательные, описывающие основную мысль; третья строка – три слова, глаголы, описывающие действия в рамках темы; четвёртая строка – фраза из нескольких (обычно четырёх) слов, показывающая отношение к теме; таким предложением может быть крылатое выражение, цитата, пословица или составленная самим учащимся фраза в контексте с темой. Алгоритм написания синквейна: 1-я строка. Кто? Что? 1 существительное. 2-я строка. Какой? 2 прилагательных. 3-я строка. Что делает? 3 глагола. 4-я строка. Что автор думает о теме? Фраза из 4 слов. 5-я строка. Кто? Что? (Новое звучание темы). 1 существительное Один из примеров синквейна: «Энергия» Энергия Солнечная, ветреная Согревает, преобразует, способствует Развитию альтернативных источников Света. 52 Заключение Итак, в ходе выполнения работы были получены следующие результаты: 1. Альтернативная энергия – это энергия, которая поступает не из ископаемого топлива, и, таким образом, практически не производит парниковых газов. Альтернативную энергию лучше всего определить как использование источников энергии, отличных от традиционных ископаемых видов топлива, которые считаются экологически вредными и дефицитными. Существует пять основных возобновляемых и альтернативных видов топлива: энергия ветра, солнечная энергия, гидроэнергетика, ядерная энергия, биотопливо, также называемое биомассой. 2. На основании приведенных фактов можно сделать вывод о том, что возобновляемая и альтернативная энергетика динамично развивается не только в ряде развитых стран, но и развивающиеся страны, такие как Китай, осознали выгоду применения альтернативных источников и активно развивают эту отрасль энергетики в стране. Так как развитие альтернативных источников невозможно без развития технологий, то можно говорить о положительном влиянии альтернативной энергетической стратегии на развитие науки и техники, а также производства, что позитивно отражается на международном престиже стран-лидеров в области возобновляемой энергетики. 3. Был разработан элективный курс по изучению альтернативных источников электроэнергии. Курс рассчитан на 18 часов для учащихся 9-11 классов, выбравших естественнонаучный профиль. Он основан на знаниях и умениях, полученных учащимися при изучении физики, химии, географии и других дисциплин в средней школе. 4. Представлены конспекты занятий элективного курса по изучению альтернативных источников электроэнергии. Итак, цель работы достигнута, задачи решены. 53 Список литературы 1. Abdurakhimov D.R.O., Rakhmatshoev I.N.O. Problems of using alternative energy sources // Проблемы современной науки и образования. – 2019. – № 12 (145). – С. 43-44. 2. Lenkov Iu.A., Barukina N.Iu., Barukin Yu.S. About possibilities of using alternative energy sources in the republic of kazakhstan and the russian federation // Молодой ученый. – 2019. – № 36 (274). – С. 17-19. 3. Norkhojaeva N.N., Sobirov M.N.O. Energy saving through the use of alternative energy sources // Проблемы современной науки и образования. – 2019. – № 12-2 (145). – С. 73-75. 4. Shirali I.Y. Overview of biofuel as an alternate energy source: current status and future prospects // SOCAR Proceedings. – 2020. – № 3. – С. 165-173. 5. Абдиев У.Б. Использование современных методов на уроках физики в процессе изучения проблем альтернативных источников энергии // Евразийский союз ученых. – 2019. – № 7-1 (64). – С. 9-11. 6. Бояринцев А.Э., Семененко Н.М. Альтернативные источники энергии // Научно-методический электронный журнал Концепт. – 2015. – № T25. – С. 106-110. 7. Бухарицин П.И. Альтернативные источники энергии (учебно- методическое пособие по дисциплине "альтернативные источники энергии") // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 8-2. – С. 189. 8. Галушкин Ю.А., Егорова М.Ю. К вопросу о значении и ключевой роли открытия новых альтернативных источников энергии для устойчивого развития общества // Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление. – 2015. – Т. 11. – № 1 (26). – С. 51-54. 9. Глушков И.Н., Артамонова О.Н., Михайлов А.В., Виньков Я.В., Шальнов А.К. Перспективы и практические недостатки перехода от традиционных источников энергии к альтернативным // Механика и технологии. – 2019. – № 3 (65). – С. 107-111. 54 Горшенина Е.Л., Логутев Е.Н. Альтернативные источники 10. энергии. Получение топлива из ТБО // Вестник современных исследований. – 2019. – № 3.17 (30). – С. 25-31. Жуков В.А., Паллаг С.П. Альтернативные источники энергии: 11. некоторые результаты исследований преобразователей энергии морских волн // Известия КГТУ. – 2015. – № 38. – С. 131-137. Истомина В.Ю. Альтернативные источники энергии и их 12. эффективность в строительной сфере // Инновации, технологии и бизнес. – 2019. – № 1 (5). – С. 19-23. Калимуллина З.А. Альтернативные источники энергии // Аллея 13. науки. – 2019. – Т. 1. – № 9 (36). – С. 62-65. Караева Н.С., Кариев М.А. Развитие альтернативных источников 14. энергии в решении проблем энергетики // Вестник Кыргызского национального аграрного университета им. К.И. Скрябина. – 2014. – № 2 (31). – С. 331-335. 15. Лукина Г.В., Бондаренко С.И., Самаркина Е.В. Использование альтернативных источников электрической энергии для питания установок наружного освещения // Вестник ИрГСХА. – 2015. – № 68. – С. 99-105. 16. Махова А.В., Нелипа А.В. Анализ и перспективы использования альтернативных источников энергии в России в 2014 - 2024 гг // Евразийский союз ученых. – 2018. – № 3-4 (48). – С. 41-44. 17. Мыслейко Ю., Дробот Е.Ф. Исследовательская работа "альтернативные источники энергии" // Юный ученый. – 2015. – № 2 (2). – С. 141-146. 18. Нестеренко П.Е., Кожанов Н.Т. Альтернативная энергетика // Научные исследования и разработки молодых ученых. – 2015. – № 3. – С. 104-107. 19. Новак В.А. Проблемы использования альтернативных источников энергии // Аллея науки. – 2020. – Т. 1. – № 9 (48). – С. 218-220. 55 20. Паук альтернативный Ю.Ю., Тускаева З.Р. источник энергии // Солнечные Тенденции батареи - развития науки как и образования. – 2019. – № 49-12. – С. 5-7. 21. Родина Л.А. Нейтрализация рисков от использования альтернативных источников энергии // Вестник Алтайской академии экономики и права. – 2019. – № 11-1. – С. 140-145. 22. Садыков М.А., Назаров Б.Б. Развитие альтернативных источников энергии в решении глобальных энергетических проблем // Материаловедение. – 2019. – № 1 (29). – С. 56-58. 23. Сарыков Н.С., Шириев Р.Р. Биогаз как альтернативный источник энергии // Colloquium-journal. – 2019. – № 24-2 (48). – С. 112-113. 24. Становов С.И., Новиков С.А., Смирнов А.Ю., Гибадатов Т.Х. Возможность хранения электроэнергии из возобнавляемых источников // Интеграция наук. – 2019. – № 2 (25). – С. 167-169. 25. Толстов И.Ю. Перспектива альтернативных источников энергии // Матрица научного познания. – 2019. – № 8. – С. 45-47. 26. Умурзакова Г.Р., Мухторов Д.Н.У., Мухаммаджонов М.Ш.У. Преимущества альтернативных источников энергии // Вестник науки и образования. – 2019. – № 19-3 (73). – С. 22-24. 27. Черныш Н.Д., Сидякина А.Ю. О потенциале использования альтернативных источников энергии в формировании энергоэффективности зданий // Вектор ГеоНаук. – 2019. – Т. 2. – № 2. – С. 38-44. 56
