Департамент образования города Москвы Восточное окружное управление образования

1
Департамент образования города Москвы
Восточное окружное управление образования
Государственное бюджетное образовательное учреждение № 1351
с углублённым изучением информатики
ТЕЗИСЫ к ПРОЕКТУ
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СОЛНЕЧНОЙ
ЭНЕРГЕТИКИ И СОЛНЕЧНОЙ АВИАЦИИ РОССИИ.
Выполнила: учащаяся 7 класса
Багдасарян Юлия Микаеловна
Научный руководитель: Сафронова Галина Яковлевна , к.п.н.
Москва
2013 год
2
Тема: СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И СОЛНЕЧНОЙ АВИАЦИИ РОССИИ.
Цель: Показать и выявить перспективы солнечной энергетики.
Основные проблемы:

Миф о несостоятельности солнечной энергии.

Нехватка средств на использование солнечной энергии в России.
Актуальность: Использование солнечной энергии в разных странах мира
открывает перспективы развития этого вида энергетики, применения ее в
различных областях.
Практическая значимость: Экономия энергоресурсов нашей планеты, а так же
экономия средств на электроэнергию. Использование солнечных самолетов для
связи и разведки, защиты рубежей, а также для наблюдения в гражданских и
научных целях.
Стратегическая цель: Привлечь внимание заинтересованных лиц к разработке и
осуществлению проектов.
Задачи:
 Изучить сферы применения солнечной энергии в России
 Выяснить ситуацию с развитием солнечной энергетики в России и есть
ли будущее у солнечной авиации в нашей стране?
 Обратиться с призывом: сформировать сообщество инженеров,
конструкторов, изобретателей, меценатов для их плодотворного
сотрудничества.
Методика решения: Сбор информации из различных источников для ответа на
поставленные задачи.
Исходя из названия, проект посвящён проблемам и перспективам развития
солнечной энергетики в России, использованию солнечной энергии в авиации.
Проект состоит из 5-ти блоков: перспективы солнечной энергетики;
принцип работы солнечных батарей; сферы использования солнечных батарей;
перспективы использования солнечной энергии в России;
солнечная авиация.
Основной потребностью человечества является получение энергии. При
традиционной выработке тепловой и электроэнергии, это касается ТЭЦ (66% в
общем энергобалансе России), происходит сжигание ископаемого топлива,
которое Земля накапливала миллиарды лет. В результате сжигается кислород,
выделяется огромная масса вредных газов, серы и азота, что ведет к мировому
парниковому эффекту, изменению климата. Атомные электростанции (АЭС), в
частности захоронение их отходов, не отвечают требованиям абсолютной
3
безопасности. Техногенные аварии и природные катаклизмы порой являются
причиной масштабных катастроф на АЭС (Чернобыльская АЭС, АЭС
Фукусима). Эти явления оказывают негативное влияние на экологию планеты.
Чем платит человечество за несовершенство энергетических установок?!
 повышенная кислотность воды, снижает плодородие почвы, уменьшая
урожай, засыхают леса; требуются средства на их восстановление;
 уменьшаются рыбные запасы;
 колоссальное сжигание кислорода - необходимого элемента для жизни;
 коррозия вызывает разрушение строительных конструкций;
 кислотами растворяются токсичные тяжелые металлы (кадмий, ртуть,
свинец и др.), которые в растворенном виде могут попасть в питьевую
воду и продукты питания.
Как итог - онкологические болезни, оплата медицинского обслуживания,
снижение продолжительности жизни людей и многое другое.
При этом потребности в энергии только растут. Сжигание различных видов
топлива ведёт к энергетическому кризису.
Использование энергии ветра, приливов и других возобновляемых источников
не обеспечат потребности человека полностью. Ученые разных стран сходятся
в одном: чтобы избежать глобального энергетического кризиса, нужно
задействовать солнечную энергию.
Солнце – неисчерпаемый, экологически безопасный и сравнительно дешевый
источник энергии, в настоящее время представляет собой одно из
перспективных направлений возобновляемой энергетики.
По оценкам специалистов (German Advisory Council on Global change), к 2100
году солнце станет доминирующим источником энергии на планете (Рисунок
1). Во многих странах солнечная энергетика получила активную
государственную поддержку и стремительно развивается.
По расчетам ученых, объемы использования солнечной энергии к 2050 году
приблизятся к объемам энергии от сжигания углеводородного топлива, а к 2100
году Солнце будет обеспечивать 90% той энергии, что нужно Земле. (Рисунок
1)
4
Рисунок 1. Прогноз энергетического баланса в мире до 2100 года.
Для преобразования солнечной энергии применяют два способа:
1. Фотоэлектрические установки, преобразующие солнечную энергию в
электрическую на основе метода прямого преобразования. Этот метод
получил наиболее широкое распространение в мире.
2.
Термодинамические установки, в которых солнечная энергия сначала
преобразуется в тепло, затем преобразуется в механическую энергию, а в
генераторе преобразуется в электрическую. Тепловая энергия солнечного
излучения может использоваться для отопления, горячего
водоснабжения, опреснения морской воды и т.д.
По данным Института Энергетической стратегии потенциал солнечной
энергии, поступающей на земную поверхность в течение одной недели,
намного превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана.
Количество солнечной энергии, попадающей на территорию России в течение
трех дней, превышает энергию всего годового производства электроэнергии в
нашей стране. Однако в новой энергетической программе России
возобновляемым источникам энергии на 2000-е годы отведено незначительное
место. Многие считают, что солнечная энергетика в России невозможна из-за
малого количества солнечных часов.
На основании данных Института высоких температур (ИВТ) РАН, 2003 и
данных метеостанций определены перспективные районы для использования
солнечной энергии в России и строительства солнечных электростанций:
(Рисунок 4) Все это говорит нам о возможности и рентабельности
крупномасштабного строительства СЭС в нашей стране.
Рисунок 4. Среднегодовая дневная сумма солнечной радиации, приходящей на
оптимально ориентированную поверхность (Данные Института высоких
температур (ИВТ) РАН, 2003).
5
Самым крупным промышленным объектом в российской солнечной энергетике
является введенная в 2010 году солнечная электростанция в Белгородской
области мощностью 100 кВт.
За последние годы в России появился ряд перспективных разработок.
Научный коллектив под руководством доктора технических наук Вячеслава
Андреева из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе разработал
новый тип солнечных батарей, оснащенных мини линзами, многократно
концентрирующими солнечное излучение, что позволяет снизить площадь
батарей и их стоимость. КПД данных фотопреобразователей составляет 36% ,
что в два - три раза выше, чем у кремниевых батарей, а стоимость
вырабатываемой электроэнергии в полтора раза ниже.
Научный центр прикладных исследований Объединённого института ядерных
исследований в Дубне создал фотопреобразователи с КПД 54%. Батарея
производит энергию не только в идеальных условиях, но и при пасмурной
погоде и даже в тёмное время суток.
НИИ физических проблем им. Ф.В.Лукина разработал технологию,
позволяющую превратить в солнечные панели стёкла автомобиля, или фасад
здания.
Учёные из МГУ и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН ведут
работу по созданию гибких полимерных солнечных батарей и защитных
покрытий с высокой световой проницаемостью.
Сибирские учёные создали солнечные батареи, энергоэффективность которых
в два раза выше, чем у самых современных образцов. Изготовить такие батареи
можно только с применением нано технологий и сверхвысокого вакуума.
Полупроводниковая пленка состоит из нескольких тысяч слоев.
Опытные образцы этих батарей были установлены на орбитальной станции
«Мир» и проработали там, около года во время очень большого потока
метеоритов, который бывает один раз в сто лет. В планах сибирских учёных —
создать в космосе вакуумную лабораторию для работы над солнечными
батареями.
Вывод: Президент РФ В.Путин и Премьер-министр РФ Д.Медведев
неоднократно заявляли о необходимости развития альтернативной энергетики,
но Россия по-прежнему ориентируется на сырьевые и традиционные источники
энергии - нефть, газ и гидро. Мы не пошли по пути ЕЭС, США и других стран,
которые поставили цель - развитие альтернативной энергетики.
Идея создания и развития в России наиболее динамично развивающейся
мировой высокотехнологичной отрасли – солнечной энергетики – с каждым
годом приобретает все большую актуальность. На основании достижений науки
есть полная уверенность в перспективе применения солнечной энергии в
России. Поэтому, если мы не хотим остаться «в прошлом», нам уже сейчас
6
стоит работать над этой проблемой. Установка солнечных электростанций
может спасти от зависимости поставок топлива.
Современные солнечные батареи нашли широкое применение в транспортных
средствах, использующих вместо традиционных видов топлива, солнечную
энергию. Яхты, самолёты на солнечных батареях используют энергию Солнца
взамен традиционному уничтожению ископаемых видов топлива.
Использование солнечных батарей в самолетостроении стало наиважнейшим
достижением в истории покорения неба. Благодаря светогенераторам самолёты
могут находиться в небе достаточно продолжительное время, не используя при
этом топлива. В полете в светлое время суток происходит зарядка
аккумуляторов самолета, которые в темноте будут отдавать свой заряд
двигателям для продолжения полета. Такие самолеты необходимы для связи и
разведки, охраны границ, а также для наблюдения в гражданских и научных
целях.
История создания солнцелётов начинается с 4 ноября 1974 г. с запуска БПЛА
Sunrise I (США).
Компанией Boeing строится самый мощный из всех существующих ныне
летательных аппаратов – солнечный беспилотный самолет, «Солнечный орёл»,
способный находиться в воздухе без посадки в течение 5 лет.
В 2013 году солнечный самолёт Solar Impulse, пилотируемый энтузиастами из
Швейцарии Пикаром и Боршбергом должен совершить первое кругосветное
путешествие на «солнечном крыле». Проект Solar Impulse призван показать
возможности солнечных технологий.
Есть ли у солнечной авиации будущее в России?
Российское научное сообщество с интересом следит за развитием проекта
Solar Impulse. Некоторые специалисты считают, что солнцелёты не найдут себе
применения в пассажирских или транспортных перевозках из-за небольшой
скорости планера, зависимости от погодных условий, низкой грузоподъёмности
и высокой цены лайнера. В Проекте государственной программы Российской
Федерации "Развитие авиапромышленности" на период 2013-2025 гг. для
солнечной авиации не нашлось места.
В отдельных подпрограммах рассмотрены вопросы малой авиации, а также
сферы науки и технологий. Объем бюджетных ассигнований Подпрограммы 7
"Авиационная наука и технологии" не предусматривает финансирования в
течении 2013-2015 гг.
Вывод: Имеет ли солнечная авиация будущее?
7
Возможно, в отдалённом будущем найдутся средства и на создание солнечной
авиации. А, может быть, раньше!? Появление пассажирских и грузовых
самолетов, работающих на солнечной энергии, станет вполне реальным.
В 1903 г. К.Э.Циолковский предложил начать непосредственное освоение
космоса с создания «эфирного поселения», т.е. околоземной обитаемой
станции. Источником энергии на орбитальном корабле, по мнению
Циолковского, должно быть Солнце. На космических кораблях используются
все лучшие разработки человечества, на них апробируются новейшие
передовые технологии, и бортовое оборудование космических кораблей –
также наисовременнейшее. Использование их в авиации, может вывести
Россию на передовые рубежи в области использования солнечной энергии в
авиации.
Мои предложения:
 Построить солнечные электростанции в местах наибольшего количества
солнечных дней, города и аэродромы для солнцелётов с парком зарядки
аккумуляторов.
 Внедрение СЭ в различные сферы жизни (троллейбусы, электропоезда,
различные строения и др. облицованы солнечными батареями)
 Создание экологически чистого самолета российского производства.
Солнечные самолёты могут выполнять разнообразные функции, в т.ч.
осуществлять зарядку аккумуляторных батарей, которые могут
использоваться в качестве источников энергии для различных
потребителей в любое время суток.
Приложение: презентация проекта.
Источники:
1.Энциклопедический словарь юного техника М. Педагогика, 1980 с.90, 220,
280,458
2. http://esco-ecosys.narod.ru/2012_1/art139.htm
3. Концепция энергетической политики России в новых экономических
условиях. Энергия, N 26-28, 05.08.1992, 1-6.
4. http://beautofan.ru
5.http://www.vensus.ru/index.php
6. http://smipress.ru
7. http://realty10.ru
8. Hevel Solar / http://www.hevelsolar.com/solar/.
8
9. М.И. Черкасов, Генеральный директор ООО «ЭКО МИР», журнал Energyfresh, Сентябрь 2010 г.
10. «Эксперт»
11. Энергетика мира: уроки будущего. Под ред. Башмакова И.А., МТЭА, -М.,
1992, 355-380.
12. Стребков Д.С., Муругов В.П. Энергосбережение и возобновляемые
источники энергии. Вестник сельскохозяйственной науки. -М., Агропромиздат,
1991, N 2, (413), 117-125.
13. http://pvrussia.ru/
14. http://solarb.ru/node/896
15. http://www.novate.ru/blogs/040310/14228/
16. http://en.wikipedia.org/wiki/T%FBranor_PlanetSolar
17. http://solnce-generator.ru/
18. http://ria.ru/moscow/20111201/503595030.html#
19. «Советская Сибирь», Олег Пчеляков, автор Павел КРАСИН.
20. http://www.solarbat.info/solnechnie-paneli/primenenie-solnechnix-panelei-vaviacii
21. http://tehnik4me.ru/vokrug-sveta-na-solntselete/
22. http://www.rg.ru/2012/12/06/neft.html
Дополнительные источники:
 Авиационное оборудование / под ред. Ю. П. Доброленского. — М.:
Военное издательство, 1989. — 248 с. — ISBN 5-203-00138-3
 Электрооборудование летательных аппаратов (Учебное пособие). —
Севастополь, 1974.
 Системы электроснабжения летательных аппаратов (Учебник) / под ред.
С.П. Халютина. — М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2010. — 428 с.
— ISBN 978-5-903111-42-8
 Кругликов Г. И. Методика преподавания технологии с практикумом. М.:
2003.
 Морозова Н.Г., Кравченко Н.Г., Павлова О.В. Технология 5-11 классы:
9
проектная деятельность учащихся . Волгоград: Учитель, 2007.
 Ступницкая М.А. Что такое учебный проект? М.: Первое сентября, 2010.
 Геннадий Дементьев. Р усский ветер – rusveter.ru