Традиционные источники электрического тока

Современная жизнь просто немыслима без электричества – только представьте существование человечества без современной бытовой технике, аудио- и видеоаппаратуры, вечера со свечой и лучиной. Процесс получения и транспортировки электроэнергии трудоемок и дорогостоящ. Для выработки электричества необходимо топливо, а оно когда-нибудь закончится: и нефть, и уголь, и даже уран. Выход может быть в создании вечного термоядерного реактора, а получится ли его создать, неизвестно. На что человечеству надеяться? Можно на возобновляемые ресурсы - солнце, ветер, воду. Но оказывается, и, помимо их, в окружающей среде полно источников почти дармового тока.

Исходя из этого мной выбрана следующая тема исследования «Необычное электричество».

Целью моей работы является выявление различных способов получения электроэнергии и экспериментальное подтверждение некоторых из них.

В начале исследования мной была выдвинута следующая гипотеза: если электростанции получают электрический ток используя природные ресурсы, то возможно ли получение тока с помощью других необычных источников тока.

Задачи исследования:

1. Изучить и проанализировать научную и учебную литературу об источниках электрического тока.

2. Рассмотреть возможности получения электрического тока на территории Алтайского края.

3. Ознакомиться с ходом работы по получению необычного источника тока.

4. Получить необычные источники тока.

5. Оформить буклет «Источники тока» на основе подобранного теоретического материала.

Традиционные источники электрического тока

Прежде чем электрический ток попадет к нам в дом, он пройдет большой путь от места получения тока до места его потребления. Ток вырабатывается на электростанциях. Электростанция – электрическая станция, совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции, гидроэлектрические станции, гидроаккумулирующие электростанции, атомные электростанции, а также приливные электростанции, ветроэлектростанции, геотермические электростанции . Ниже я рассмотрю некоторые виды электростанций.

Гидроэлектростанции

Люди издавна задумывались над тем, как заставить работать реки.

Уже в древности – в Египте, Китае, Индии – водяные мельницы для помола зерна появились задолго до ветряных – в государстве Урарту (на территории нынешней Армении), но были известны ещё в XIII в. до н. э.

Одними из первых электростанций были гидроэлектростанции. Строились эти электростанции на горных реках где довольно сильное течение. Строительство ГЭС позволило сделать судоходными многие реки, так как строение плотин поднимало уровень воды и затапливало речные пороги, которые препятствовали свободному прохождению речных судов.

Теплоэлектростанции

На тепловых электростанциях источником энергии служит топливо: уголь газ нефть, мазут, горючие сланцы.

Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с выбросами горячего пара.

С экологической точки зрения ТЭС является наиболее загрязняющей. Деятельность тепловых электростанций неотъемлемо связана со сжиганием огромного количества кислорода и образованием углекислого газа и окислов других химических элементов. В соединении с молекулами воды они образуют кислоты, которые в виде кислотных дождей падают нам на головы. Не будем забывать и о "парниковом эффекте" - его влияние на изменение климата наблюдается уже сейчас!

Атомная электростанция

Запасы источников энергии ограничены. По разным подсчетам, залежей угля в России при существующем уровне его добычи осталось на 400-500 лет, а газа и того меньше - на 30-60. И здесь на первое место выходит ядерная энергетика.

Всё большую роль в энергетике начинают играть атомные электростанции. В настоящее время АЭС нашей страны дают около 15,7% электроэнергии. Атомная электростанция - основа энергетики использующей ядерную энергию для целей электрификации и теплофикации.

Ветряные электростанции

Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра. Энергия ветра очень велика. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: энергия сильно рассеяна в пространстве и ветер не предсказуем – часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки.

Для получения энергии ветра применяют самые разные конструкции: от многолопастной «ромашки» и винтов вроде самолётных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью до вертикальных роторов. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления; остальным приходится разворачиваться по ветру.

Солнечные электростанции

В тепловом балансе Земли солнечное излучение играет решающую роль. Мощность излучения, падающего на Землю, определяет предельную мощность, которую можно выработать на Земле без существенного нарушения теплового баланса. Интенсивность солнечного излучения и продолжительность солнечного сияния в южных районах страны дают возможность с помощью солнечных батарей получить достаточно высокую температуру рабочего тела для его использования в тепловых установках.

В ходе работы мной был составлен буклет о традиционных источниках тока.

1. 2 Источники электроэнергии Алтайского края

Топливно-энергетический комплекс играет огромную роль в хозяйстве, обеспечивая не просто комфорт, но и в наших климатических условиях и саму жизнедеятельность населения.

В состав энергосистемы Алтайского края входят 8 ТЭЦ, в том числе 4 подчинены Минтопэнерго и 4 блок-станции ведомственного подчинения.

При годовом электропотреблении 12,4 млн. Квт. часов и максимуме нагрузки 2510 МВт, 50% покрывается собственными источниками.

Протяженность линий электропередач всех напряжений составляет 74,6 тыс. км, кабельных сетей - 130 км, теплотрасс - 172 км. Все ТЭЦ ( кроме Заринской) и отопительные котельные работают на каменном угле и мазуте. С приходом на Алтай ( 1995г) природного газа ТЭЦ и часть отопительных котельных будут переведены на газ.

Барнаульская ТЭЦ-1 — крупное энергетическое предприятие в Барнауле, Барнаульский филиал ОАО «Кузбассэнерго».

Согласно плану ГОЭЛРО, сооружение ТЭЦ-1 в Барнауле началось в 1932 году и к весне 1936 года уже был запущен первый турбогенератор. В это время предприятие являлось ведомственной котельной Барнаульского меланжевого комбината.

С началом Великой Отечественной войны статус ТЭЦ-1 изменился, её перевели в подчинение наркомата электростанций и сделали самостоятельным предприятием. За годы войны проектная мощность станции была увеличена в три раза - с 12000 до 36 тысяч кВт. Дальнейшее развитие осуществлялось по мере роста энергетических потребностей города.

С 1998 года 4 котла работают на природном газе. Налажено производство строительного камня из шлаковых отходов.

Сейчас ТЭЦ-1 и снабжает тепло- и электроэнергией население поселка Восточный, завод Сибэнергомаш, Вагоноремонтный завод.

Барнаульская ТЭЦ-2 — крупное энергетическое предприятие в Барнауле, Барнаульский филиал ОАО «Кузбассэнерго. Сегодня она снабжает электроэнергией и теплом почти половину Барнаула - в основном его центральную часть.

Электрическая мощность ТЭЦ-2 - 339 МВт.

Барнаульская ТЭЦ-3 — крупное энергетическое предприятие в Барнауле, Барнаульский филиал ОАО «Кузбассэнерго».

Предприятие было основано в 1973 году и предназначалось для обеспечения электроэнергией и теплом Завода синтетического волокна и покрытия пиковых тепловых нагрузок города. В 1976-1978 годах введены в строй первые 3 водогрейных котла, а в 1981-1986 годах - 5 котлоагрегатов, 2 водогрейных котла, 3 турбогенератора.

Мощность ТЭЦ-3 составляет 1462 Гкал/час. С 1997 года котлы пиковой котельной переведены на природный газ.

В 2008 году предприятие попало в генеральную схему размещения объектов электроэнергетики до 2020 года Правительства РФ. Предполагается перейти на кузнецкий уголь, ввести дополнительный блок и выйти на общую мощность в 610 МВт.

Бийская ТЭЦ — предприятие энергетики в г. Бийске, Алтайский край, входит в российскую энергетическую компанию «Сибирьэнерго».

Центральная электрическая станция в Бийске построена в 1934 году. В 1949 году Бийск начал централизовано получать тепловую энергию в виде пара и горячей воды. Строительство теплоэлектроцентрали началось в ноябре 1954 года и было окончено в мае 1957 года. Эта дата является официальным днем рождения ТЭЦ.

Бийская ТЭЦ служит для обеспечения теплом и электроэнергией население г. Бийска и его промышленных предприятий, а также предгорий Горного Алтая и других населенных пунктов Республики Алтай.

Кроме тепловых электрических станций в Алтайском крае могут быть построены гидроэлектростанции. К примеру, по данным семинара-совещания «Перспективы и пути развития малой гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии на территории Сибирского федерального округа», прошедшего в Новосибирске по инициативе «Сибирской Энергетической Ассоциации» в Алтайском крае для дальнейшей проработки отобраны 19 площадок строительства объектов малой гидроэнергетики общей установленной мощностью 376 МВт. Из них к первоочередной реализации рекомендованы 5 проектов на реках Песчаная, Ануй и Чарыш общей установленной мощностью 76 МВт - Куяганская МГЭС, Тоуракская МГЭС, Красногородская МГЭС, Сибирячихинская МГЭС и Краснопартизанская МГЭС.

Много споров ведется вокруг строительства Катунской ГЭС.

Первоначально думали построить целый каскад ГЭС, а начать планировали с сооружения Еландинской, которую позже назвали Катунской, и ее контррегулятора - Чемальской гидроэлектростанций. Они должны были вырабатывать ежегодно около 7 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. В масштабе Алтайского края энергией ГЭС можно было закрыть более половины годовой потребности, станция могла получиться очень экономичной со сроком окупаемости даже меньше нормативного. Что не менее важно, со строительством ГЭС получили бы развитие отдаленные горные районы Алтая, уровень жизни в которых оставался на низком уровне из-за неразвитой инфраструктуры.

Но тут свое слово сказали экологи. Их довод, что со строительством станции будет уничтожена уникальная природа, потеряны тысячи гектаров земли и леса, оказался сильнее расчетов экономистов.

Сегодня вопрос находится в стадии активной разработки. Создана единая рабочая группа - от Алтайского края ее возглавил заместитель главы администрации края В. Германенко, от Республики Алтай - первый заместитель председателя правительства А. Алчубаев. В настоящий момент считается наиболее оптимальным создание предприятия, учредителями которого выступили бы РАО "ЕЭС России", администрация Алтайского края, правительство Республики Алтай и АО "Алтайэнерго".

А что будет дальше – поживем увидим

В Алтайском крае ведутся испытания ветряных мини-электростанций

На ОАО УК «Сибагромаш» в г. Рубцовске выпущено три опытных образца ветрогенераторов АВЭ4-5 мощностью 4 КВт/ч, сообщают в управлении Алтайского края по промышленности и энергетике. Испытания ветряных мини-электростанций проводится в Рубцовске.

Сборка установки была осуществлена на базе предназначенного для бронетранспортеров тихоходного электрогенератора в паре с ветровым колесом. Также применены покупные узлы: инвертор - преобразователь рабочего напряжения станции в 220 вольт (выпускается в ФГУП СКБ «Восток» г. Барнаул) и аккумуляторы, запасающие электроэнергию. В Рубцовском районе отмечается около половины ветреных дней в году, поэтому ветра хватает для рентабельной работы установки.

Мощности ветряной электростанции достаточно для обогрева и освещения сельского дома, а также для механизации приусадебного хозяйства. Стоимость такого генератора составляет около 200 тысяч рублей.

В настоящее время испытания ветрогенераторов практически завершены, ОАО УК «Сибагромаш» имеет возможность выпускать их более 200 единиц в год, поясняют в управлении края по промышленности и энергетике.

1. 3 Нетрадиционные источники электрического тока

Кроме традиционных источников тока существует множество нетрадиционных источников. Оказывается, электричество можно практически получать из всего, что угодно.

Из погоды

Эта идея пришла в голову американскому инженеру Энтони Мамо, когда он рассматривал карты погоды и увидел на них буквы «Н» и «В». Точно такие же мы видим по телевизору во время прогноза погоды. Буквами обозначены зоны низкого (Н) и высокого (В) давления. Инженер поднял архивы наблюдений и выяснил: в одних районах США давление, как правило, повышенное, а в других - пониженное. Так почему бы не соединить их трубой? Ведь тогда воздух из В-области будет дуть в Н-область и крутить турбину.

Увы, изобретатель умер. Но успел получить патент и создать фирму под названием «Холодная энергия», которая ныне реализует его идею - тянет трубу в штате Аризона. И планирует поставлять народу электричество по цене (на наши деньги) меньше копейки за киловатт-час.

Из живых деревьев

Каким образом дерево вырабатывает электроэнергию, никто толком объяснить не может. Но эффект есть.

«Убедиться просто, - говорит изобретатель Гордон Уодл. - Воткните алюминиевый стержень через кору в ствол живого дерева. А в почву рядом - медную трубку. Так, чтобы она вошла примерно на 20 сантиметров. Подсоедините вольтметр. Стрелка покажет, что между стержнем в стволе и зарытой трубкой есть потенциал - 0,8 - 1,2 вольта постоянного тока».

Вот эти вольты и намерена выкачивать специально созданная фирма MagCap Engineering из Массачусетса (США). Инженеры уверены, что через несколько лет мы будем тянуть провода к ближайшим деревьям в парках и лесах, чтобы напитать дома электричеством. Конечно, не все так просто. Уодл создал хитрое устройство, которое фильтрует «деревянный» ток и повышает выходное напряжение. Его прототип уже дает      2 вольта. А в ближайшее время энтузиасты обещают 12 при силе тока в 1 ампер с каждого дерева. Но  и  это не предел. Оказывается, несколько воткнутых  гвоздей повышают выход энергии. А размер электрического «зеленого друга» значения не имеет. Напряжение почему-то  повышается  и  зимой,  когда  листья  сброшены.

Из телерадиоэфира

Возможно, деревья черпают энергию из радиоволн. Ведь они несут не только информацию, но и энергию, которая пока пропадает даром.

С бесхозностью эфира взялась бороться гавайская компания Ambient Micro. Но без деревьев, а путем создания магнитных антенн и сопутствующих узлов, которые преобразовывают в постоянный ток пробегающие мимо радиосигналы. Конечно, речь идет о мизерной мощности в доли ватта. Но и такая пригодится для питания разнообразных электронных устройств, приборов, датчиков. Вместо нынешних батареек и аккумуляторов.

Сейчас компания работает над аппаратом, который будет утилизировать всеэфирное «вторсырье» одновременно: любой свет, радиоволны, шум, вибрацию и перепады температур. Прототип уже готов.

Из грязи

Еще один удивительный микроорганизм нашли Чарльз Милликен и Гарольд Мэй из медицинского университета Южной Каролины - так называемую десульфитобактерию. Она вырабатывает электричество, питаясь любой грязью - вплоть до ядовитой и нефтяной. Охотно ест и мусор. Даже если просто воткнуть в грязь с бактериями один электрод, а другой разместить в воде, появится электричество, которого хватит для работы компьютера.

«Пока у этих микроорганизмов есть пища, они способны поставлять энергию 24 часа в сутки 7 дней в неделю, - говорит доктор Милликен».

А такой «пищи» у человечества неисчерпаемые и возобновляемые запасы.

Есть  и другие предметы, которые на первый взгляд не имеют никакого отношения к электричеству, однако могут служить источником тока, но об этом в следующем параграфе.

§ 2. Получение необычного источника тока

Изучив литературу, я узнала, что электроэнергию можно получить из некоторых фруктов и овощей. Электрический ток можно получить из лимона, яблок и, самое интересное, из обычного картофеля. Я провела опыты с этими плодами и действительно получила ток. Рассмотрим эти опыты.

Для проведения опыта нам понадобится: несколько средних картофелин (около 10), медные провода, стальные или оцинкованные гвоздики и мультиметр.

Первым делом зачищаю каждый медный провод с обоих концов (снимаем изоляцию), к одному из концов провода прикручиваю гвоздь. Вставляем оцинкованный гвоздь в плод, втыкаем рядом с ним медный провод (убедитесь, что они не касаются друг друга, а то будет короткое замыкание). Таким образом собираем аккумулятор из нескольких картофелин, последовательно их соединяя. После этого измеряем напряжение в цепи с помощью мультиметра. В моем опыте мультиметр показал 0,1 В.

Аналогично можно получить электроэнергию из лимона и яблок, если вы используете цитрус, попытайтесь воткнуть гвоздь и проводок в одну и ту же дольку.

Почему же вырабатывается ток в плодах? Попробуем разобраться в этом на примере лимона.

Если воткнуть в плод два гвоздя из разных металлов, произойдет химическая реакция. Если цинк сможет отпустить от себя свои ионы, это позволит высвободить энергию, но также и потерять электроны. Если цинк подключен к меди в электрической цепи, электроны начнуть двигаться по этой цепи и нейтрализуют ионы меди в лимоне. Этот процесс освобождает энергию, которая и преобразуется в электрическую.

Таким образом можно создать аккумулятор (или элемент аккумулятора), который работает на том же принципе, что и тот, который можно купить в магазине. В покупных используют различные металлы, там гораздо лучше оптимизированы конструкция и технология и меньше фруктов, но они работают по тому же принципу.

Как ионы меди существуют в лимоне?

Их там будет конечно очень мало, но большинство появится после окисления медной пленки, что освободит все ионы меди, находящиеся в ней.

Почему такой небольшой ток?

Для получения тока большой силы, обе химических реакции должны произойти быстро, так что чем больше площадь поверхности и больше реагентов в растворе, тем быстрее будет протекать реакция. В пладах очень низка концентрация ионов меди, поэтому реакция идет медленно, ограничивая силу производимого тока.

Другой ограничивающий фактор заключается в том, что ионам трудно перемещаться внутри фрукта и поэтому нужно время чтобы вокруг цинка собрались положительно заряженные ионы, а вокруг меди - отрицательные. Если подождать немного, поток ионов преодолеет фрукт и всё будет ОК.

Итак, после проведения опытов, я узнала, что электрический ток можно получить из фруктовых плодов и картофеля. Каждый фрукт вырабатывает разный по силе и напряжению электрический ток. Это можно видеть на следующей диаграмме.

Как видим, самое большое напряжение в лимоне. Но так как мы живем в том климате, где лимоны не растут, да и яблоки не в достаточном количестве, то можно получать ток из картофеля, которого у нас вполне достаточно (это на будущее, когда электроэнергия будет очень дорогой).

По данным главного агронома СПК «Колхоз имени Ленина» Пронина Константина Николаевич климатические условия Алтайского края позволяют выращивать картофель. Этому способствует температура и достаточное количество влаги, что оказывает благоприятное влияние на выращивание этой культуры. Количество засеваемой земли зависит от планов хозяйства, можно использовать под картофель всю имеющуюся в хозяйстве землю, если иметь такую цель и технику. В данное время наше хозяйство может выделить от 50 до 100 га под картофель. При условии, что урожайность картофеля в среднем составляет 15-20 т/га, получаем 2000 т. А средняя потребляемость составляет 0,3 т на человека, то остается достаточно много «электрического сырья».

Конечно, остаток можно продать как пищевой продукт, но в те времена, когда электроэнергия станет очень дорогой, картофель вполне можно будет использовать как источник электрического тока.

Заключение

Для достижения цели моей работы решены все поставленные задачи исследования.

Анализ научной и учебной литературы позволил сделать вывод о том, что вокруг нас очень много предметов, которые могут служить источниками электрического тока.

В ходе работы рассмотрены способы получения электрического тока в Алтайском крае.

Я узнала много интересного о традиционных источниках тока - различного рода электростанциях, что позволило мне сделать буклет «Типы электростанций», который могут изучить все желающие.

Я с помощью опыта показала, что можно получить электроэнергию из некоторых плодов, конечно это небольшой ток, но сам факт его наличия дает надежду, что в последующем такие источники можно будет использовать в своих целях (зарядить MP3-плейер, мобильный телефон и др. ).

Мою работу можно будет продолжить: найти другие необычные источники тока.