Макет ветрогенератора для школы
Обновлено: 07.07.2024
Исследовательский проект выполнил ученик 3 класса. Цель проекта: сделать макет использования ветрогенератора и оценить возможность эффективной работы ветрогенератора в загородном доме.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| proekt_izuchenie_vozmozhnosti_ispolzovaniya_vetrogeneratora_v_zagorodnom_dome.docx | 936 КБ |
Предварительный просмотр:
Изучение возможности использования ветрогенератора в загородном доме
ученик 3 класса
Юраков Даниил Евгеньевич
учитель начальных классов
Шевцова Наталья Михайловна
Россия, Воронежская область, г. Бобров
Глава I. Теоретическая часть.
1.Что такое альтернативные источники энергии ………………………. 4-5
Глава II. Ветроэнергетика.
2.1. История появления ветроэнергетики….. …………………………..…6-7
Глава III. Практическая часть.
3.1. Изготовление макета предполагаемого использования ветрогенератора……………………………………………………………12-13
3.2. Эксперименты с ветрогенератором………. ………………………..14-15
Приложение 1. Моя солнечная батарея……………………………………. 18
Приложение 2. Элементы для макета………………………………………..18
Приложение 3. Делаю макет…………………………………………………19
Приложение 4. Собираю обтекатель турбины……………………………. 20
Приложение 5. Устанавливаю ветряную турбину………………………….21
Приложение 6. Мой макет готов……………………………………………..22
Приложение 7. Эксперимент в домашних условиях………………………..23
Приложение 8. Эксперимент на улице………………………………………24
В современном мире человечество постоянно нуждается в электрической энергии. На ее выработку тратится много средств и ресурсов, наносится большой вред экологии, что отражается на нашем здоровье и окружающей среде. В данной работе мы рассмотрим нетрадиционные источники энергии, которые не наносят вред экологии и являются возобновляемыми ресурсами, в отличие от полезных ископаемых, таких как газ, уголь, нефть и др.
Актуальность: сегодня в мировом сообществе остро стоит вопрос исчерпаемости природных ресурсов и ухудшении экологии Земли. Ученые и многие страны все больше обращаются к экологически чистым источникам энергии.
Новизна исследования: человечество стало все чаще использовать солнечную энергию. Солнечные панели можно увидеть на улице, и в бытовых приборах. Может ли энергия ветра стать настолько же востребованной и простой в использовании.
Гипотеза: если получится создать работоспособный макет использования мини-ветрогенератора, то можно предположить, что ветрогенератор можно использовать в загородном доме.
Цель: сделать макет предполагаемого использования ветрогенератора, и оценить возможность эффективной работы ветрогенератора в загородном доме.
1. Собрать и систематизировать информацию об альтернативных видах энергии.
2. Изучить ветроэнергетику.
3.Сделать макет предполагаемого использования ветрогенератора. Рассмотреть возможность использования ветрогенератора в загородном доме.
Объект исследования: альтернативные источники энергии.
Предмет исследования: ветроэнергетика, ветрогенератор.
Материалы исследования: конструктор, ветряная турбина,
- теоретический – изучение и анализ справочной литературы, поиск информации в глобальных компьютерных сетях, обобщение;
ГЛАВА I. Теоретическая часть
Каждому человеку для жизни на планете Земля нужна энергия. В современном мире невозможно представить себе жизнь без электричества в доме, школе или на рабочем месте. И потребность человечества в энергии с каждым годом увеличивается. Вместе с тем уменьшаются запасы природных топлив – нефти, угля и газа, за счет которых мы получаем необходимую нам энергию. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. К тому же их использование ведет к загрязнению окружающей среды и ухудшению здоровья всего человечества. Следовательно, всё острее встаёт вопрос о нахождении такого вида энергии, потребление которого не приведет к неизбежному исчерпанию запасов, а использование таких ресурсов не будет негативно отражаться на состоянии экологии.
Человечеству не стоит изобретать что-то новое. Ведь природа уже одарила нас богатейшими и неисчерпаемыми источниками энергии, которые скрыты в её стихиях – ветра, солнца, воды. Когда-то люди уже умели применять их во благо. Энергия воды применялась еще со времен Римской Империи, но с увеличением добычи полезных ископаемых эти технологии стали менее востребованы. Необходимо возобновить или усовершенствовать умение пользоваться этим даром.
Альтернативными источниками энергии ученые называют нетрадиционные ресурсы, с помощью которых добывают энергию. Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом , он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти , добываемом природном газе и угле , которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.
Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнце является основным источником всех видов энергии, которые человек имеет в своем распоряжении, например, ветер появляется из-за неравномерного нагрева поверхности земли. Это энергия неисчерпаема.
Одним из способов преобразования солнечной энергии является – фотоэлектрический способ. В этом случае используется прямое преобразование солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов – солнечных батарей. Солнечные батареи бывают разных видов и размеров. Чем больше поверхность панели, тем больше энергии она вырабатывает. Свою солнечную батарею я могу брать с собой как на прогулку, так и в поход, и на речку, напряжения, которое она вырабатывает, хватает для подзарядки телефона, или планшета и др. Приложение 1. Фото 1.
Сейчас солнечные батареи применяются во многих отраслях за счет своей многофункциональности и простоте, это и уличное освещение, и зарядные устройства, и автомобилестроение и космонавтика.
Вывод: в последнее время спрос на более экологичные и безопасные источники энергии только растет. Солнце, вода, биотопливо, волны, приливы и отливы, тепло исходящее от почвы – все это альтернатива невозобновляемой энергии.
2.1. История появления ветроэнергетики
Ветроэнергетика – отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другие.
Ветер – это поток воздуха, который перемещается, как правило, в горизонтальном направлении из зоны высокого атмосферного давления в зону низкого. Ветер возникает из-за неравномерного нагрева солнцем поверхности земли.
В России ветряки и ветро-электрические станции начали разрабатывать с середины 1920-х годов и использовались они в основном в сельском хозяйстве. В 1931 году в Курске была построена ветроэлектростанция Уфимцева, первая в мире ветроэлектрическая станция с инерционным аккумулятором, она является объектом культурного наследия федерального значения. В том же году в Балаклаве вошла в строй ветроэлектростанция мощностью 100 киловатт, на тот момент самая мощная в мире, разрушена в 1941 году во время боев Великой Отечественной Войны. В настоящее время самой крупной ветроэлектростанцией в России является Адыгейская ВЭС.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Берёзовский городской округ
Действующая модель ветрогенератора как альтернативный источник энергии
Автор работы:
Куршев Алексей Геннадьевич
Руководитель работы:
Леонова Марина Викторовна,
Проблема исчерпания природных ресурсов и ухудшения экологии Земли сегодня является одной из самых актуальных. Природные источники энергии и решение этой проблемы связаны между собой. В своем проекте я рассматриваю один из самых распространенных источников природной энергии – ветер А вот преобразование энергии ветра в электрическую сегодня является актуальным по нескольким позициям. Прежде всего это ограничение запасов углеродосодержащего вида топлива, вторая – острый вопрос охраны окружающей среды. И, наконец, ветер является бесплатным источником энергии.
Проведя контент-анализ по изученной проблеме, я пришел к выводу, что для изготовления действующей модели ветрогенератора, как альтернативного источника энергии необходимо подобрать оптимальные инженерные системы, которые позволят продемонстрировать преобразование энергии ветра в электрическую. Учащиеся нашего лицея, как мне известно, уже придумывали разные ветрогенераторы, сделанные из деталей сломанных игрушек и подручных средств. Моя модель отличается от ранее представленных тем, что я использовал детали от нерабочего компьютера: это корпусной вентилятор для охлаждения и щеточный моторчик от принтера.
В ветреную погоду можно активно использовать работу ветрогенератора, преобразующего энергию ветра в электрическую, а избыток энергии накапливать в аккумуляторах.
Фото 1, 2. Детали для модели ветрогенератора: корпусной вентилятор для охлаждения и щеточный моторчик от принтера.
Фото 3. Действующая модель ветрогенератора как альтернативного источника энергии
Используемые материалы и оборудование:
корпусной вентилятор для охлаждения компьютерного процессора; щеточный моторчик от принтера; электрический провод; светодиод; деревянная доска для изготовления подставки под ветрогенератор; хомут для закрепления ветрогенератора на подставке; саморезы; клей; изолента; пила; отвертка; электрический паяльник.
Этапы изготовления ветрогенератора:
извлекаем из корпусного вентилятора головку с лопастями;
закрепляем на вал щеточного моторчика от принтера головку с лопастями при помощи клея;
электрическим паяльником припаиваем один конец электрического провода к проводу моторчика, а другой конец – к светодиоду;
изолируем стыки проводов при помощи изоленты;
изготавливаем деревянную подставку под ветрогенератор;
закрепляем ветрогенератор на подставку при помощи хомута.
Проверяем работоспособность ветрогенератора при помощи бытового фена. Направив струю воздуха от фена на лопасти, головка с лопастями начинает крутиться, приводя в движение вал моторчика, и светодиод загорается.
Действующая модель ветрогенератора демонстрирует работу преобразователя возобновляемого источника энергии – ветра в электрическую, дает возможность понять, как работают законы физики.
Я исследовал эффективность представленной модели ветрогенератора. Для этого определил скорость и мощность ветряных потоков с помощью анемометра ( обычного чашечного типа: чашки вращаются вокруг вертикальной оси, на которой расположен маленький генератор, генерирующий импульсы, количество которых пропорционально скорости вращения ), а с помощью амперметра и вольтметра измерил напряжение и силу тока, которая вырабатывается генератором и потребляется светодиодом. Рассчитал мощность и коэффициент полезного действия. Расчеты представлены в проекте.
Наиболее важным недостатком представленной действующей модели ветрогенератора является то, что ветер на лопасти необходимо направлять под нужным углом (наклоном). только в этом случае происходит вращение вертушки и преобразование энергии ветра в электрическую.
Представленная модель ветрогенератора требует доработки, так как эффективность работы ветрогенератора зависит от направления ветра. Поэтому в дальнейшем я планирую усовершенствовать конструкцию модели, снабдив её устройством автоматического поворота оси вращения. Благодаря этой доработке моя модель будет "ловить" ветер! Я считаю, что благодаря только практической деятельности человек может понять работу различных устройств и механизмов, а для того, чтобы придумать и создать новое, или усовершенствовать уже существующее, необходимо почувствовать их. Так и с моим первым созданным механизмом – моделью ветрогенератора.
При выполнении проекта я рассмотрел:
1. Преимущества ветроэнергетики: а).нeзaвиcимocть oт иcкoпaeмых pecypcoв; б).иcпoльзyeтcя aбcoлютнo бecплaтный иcтoчник энepгии; в).экoлoгичecкaя чиcтoтa; г).можно устанавливать в местах, где есть мощные потоки ветра и куда невозможно доставить электроэнергию.
2. Изучил принцип работы ветрогенератора и создал его действующую модель.
3. Исследовал эффективность действующей модели, определив его мощность и кпд.
4. Мною выполнен социальный заказ: созданная модель ветрогенератора может быть использована для демонстрации физических явлений на уроках физики. рассказ о модели в разных ученических аудиториях.
Я считаю, что представленная модель позволяет понять физические законы и закономерности. В магазине такую точно не купить. Я не только сам смог разобраться в сложных процессах и механизмах, но и своими выступлениями перед сверстниками призываю беречь природу, использовать альтернативные и экологически чистые виды энергии. Поэтому инвестиции в образование моих одноклассников считаю важными!
Творческий проект. Ветряная мельница - аэродинамический механизм, который выполняет механическую работу за счет энергии ветра.
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
дополнительного образования детей Станция юных техников
ученица 4 класса
Руководитель:
Царева Валентина Анатольевна
педагог дополнительного образования
Цели и задачи проекта 5
История создания ветряной мельницы 5
Ветряные генераторы в современном мире 7
Создание макета ветряной мельницы 10
Источники информации 12
Фото макета ветряной мельницы.
В целом экологическая ситуация в мире такова, что природные ресурсы постепенно истощаются, и в скором времени такое решение, как ветряные мельницы, станут самой настоящей реальностью во всем мире.
Ветряная мельница – аэродинамический механизм, который выполняет механическую работу за счет энергии ветра.
Достоинство ветряных мельниц - генераторов это, экологически чистый, надежный, безопасный и автономный источник, энергии, для старта и дальнейшей работы требуется, ветер со скоростью 1 м/сек. Всегда находится по ветру, что не влияет на его производительность, при смене ветряного потока.
Макет ветряной мельницы может быть использован как наглядное пособие для демонстрации получения электричества нетрадиционными способами, а также как игрушка – светильник в детской комнате. После небольшой доработки, подсоединения шнура питания, для зарядки мобильного телефона. Мощности данного генератора вполне достаточно.
Актуальность проекта заключается в изучении и использовании нетрадиционных, источников энергии в простых игрушках для полезных дел.
Цель проекта
Изучение влияния ветра в жизни человека.
Наблюдение за природными двигателями (ветер, вода).
Задачи проекта
Формирование мировоззрения на законы природы.
Развитие интереса к технике, умение пользоваться технической литературой.
Развитие инженерно-технических и конструкторских способностей обучающихся.
История создания ветряной мельницы
Ветряные мельницы на Руси.
История создания ветряных мельниц, как ни странно, не имеют ничего общего с Голландией, как многие считают. На самом деле, ветряные мельницы существовали в Иране еще в седьмом веке. А в Иран в свою очередь ветряные мельницы попали из Китая. Классическая ветряная мельница с горизонтальным ротором и удлиненными четырехугольными крыльями является широко распространенным элементом пейзажа в Европе, на ветряных равнинах северных регионов, а также на побережье средиземного моря
.
Ветряные мельницы в Иране. Ветряные мельницы в Киндердайке.
19 ветряных мельниц в Киндердайке включены в список мирового наследия ЮНЕСКО. Они располагаются в два ряда на берегу рек Wedernara и Oderward. Хотя сейчас они не имеют практического значения, но они находятся в рабочем состоянии и представляют большой интерес для туристов.
С развитием в 19 веке паровых машин использование мельниц, постепенно стало сокращаться.
Ветряные генераторы в современном мире
На основе природных наблюдений, связи времен, опыта - если ветер способен гонять стаи туч, почему бы не использовать его энергию на другие полезные дела. Поиски ответа на этот вопрос привели инженеров к созданию ветряного генератора. Это устройство обычно состоит из генератора, высокой башни, лопастей, которые вращаются за счет воздушного потока, аккумуляторной батареи и системы электронного управления.
Ветрогенераторы применяются для получения электроэнергии и в наши дни, имеют ветряное колесо с лопастями, направленное на ветер с помощью специальных двигателей, управляемых компьютерами. Высота мачты промышленных ветрогенераторов варьируется в диапазоне от 60 до 90 метров. Ветряное колесо совершает 10 - 20 оборотов в минуту. В некоторых системах присутствуют подключаемая коробка передач, позволяющая ветроколесу вращаться быстрее или медленнее, в зависимости от скорости ветра. Все современные ветрогенераторы снабжены системой возможности автоматической остановки на случай слишком сильных ветров. Технические принципы ветровой энергии России оцениваются свыше 50 000 миллиардов КВТ/ч в год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд. КВТ/ч. в год, то есть около 30% производства электроэнергии всеми электростанциями России.
Ветрогенераторы на Побережье Пиренейского полуострова.
В современных конструкциях вместо сложного шестеренного механизма, изготовленного из дерева, используются иные устройства для передачи вращения, Сегодня только на Побережье Пиренейского полуострова работают несколько десятков мельниц, в них использованы фрикционные вариаторы - редукторы, преобразующие направление вращения, а также обеспечивающие нужную скорость вращения рабочего вала. В Норвегии и Исландии применяются несколько иной привод, там работают конические шестерни, изготовленные из бронзы. На улице 21 век, но ветряные мельницы, переконструированные в ветряные генераторы, все равно находят свое применение в наше время.
Получение электроэнергии из нетрадиционных, альтернативных источников становится сегодня все более популярными. Люди ищут способы получения электроэнергии. При этом широко используется энергии солнца и ветра, как неиссякаемых и практически бесплатных природных ресурсов. Ветряные генераторы являются удобными и экономичными установками, при этом полностью экологичными, они не выбрасывают в атмосферу вредные отходы, в них не используется бензин или дизельное топливо.
Ветрогенераторы в Норвегии.
Ветрогенератор это вариант для тех, кто мечтает об автономном доме и тех, у кого нет возможности, подключится к существующей электромагистрали. Назначение подобной установки в том, чтобы преобразовывать кинетическую энергию в электрическую.
Какой мощности ветрогенератор выбрать, чтобы хватило электроэнергии на следующие запросы потребителя:
300 – 500 Ватт – обеспечат зарядку мобильных устройств, просмотр телевизора или освещение нескольких помещений.
5 КВт – обеспечат работу стиральной машины, электроплиты, микроволновой печи, холодильника и другой бытовой техники.
10 КВт – электроэнергией будет обеспечен полностью частный дом или коттедж.
Создание макета ветряной мельницы
Для изготовления макета ветряной мельницы – генератора использовали следующий инструмент и материал:
Деревянные рейки сечением 5х5мм.
Фанера толщиной 3мм.
Моторчики и шестеренки от детских игрушек.
Выключатели и провода.
Три пальчиковых батарейки напряжением 4,5 вольт.
Лак на водной основе.
Канцелярский нож, ножницы для бумаги, электрическая дрель
Для форм каркаса мельницы использовали картонные коробки подходящих размеров. В макете их всего три формы, нижняя часть - основание, средняя часть, и башня. Все формы макета оклеены деревянными рейками сечением 5х5мм.
Ветряное колесо диаметром 40 см, которое закреплено на валу редуктора, составляет четыре лопасти склеенных из реек разного сечения. Окна и двери мельницы изготовлены из скульптурного пластилина. Весь макет покрашен лаком на водной основе.
В нашем макете ветряной мельницы - генераторе установлено два моторчика постоянного тока, первый моторчик будет эмитировать ветер (вращать ветряное колесо), а второй моторчик от детской игрушки установлен как генератор, источник электрического тока.
Чтобы посмотреть принцип работы ветряного генератора в помещении мы эмитируем ветер, т.е. включим вращение ветряного колеса через моторчик.
При вращении ветряного колеса, через понижающий механизм (редуктор), моторчик - генератор будет вырабатывать электрическую энергию, которая накапливается в накопителе - аккумуляторе. Далее электрическая энергия поступает к потребителю, в данном случае это лампочка на башне ветрогенератора.
Электрическая блочная схема соединений в макете.
Источники информации
В местах без электричества возникает проблема с подзарядкой смартфонов и прочей техники. Использование павербанка только временная мера. Гораздо надежней обзавестись бесплатным альтернативным источником энергии. В его качестве подойдет самодельный миниатюрный ветрогенератор. Его производительности вполне достаточно, чтобы подзаряжать смартфон.
Материалы:
-
(да,именно на 220 В, это не опечатка);
- ПВХ труба 32 мм;
- ПВХ труба 50 мм;
- переходник с 32 на 50 мм;
- 2 червячных хомута;
- отрезок листа ПВХ или оргстекла;
- болт М10 80 мм;
- 2 гайки М10;
- подшипник с внешним диаметром 32 мм;
- лопасти от бытового вентилятора;
- цементно-песчаная смесь.
;
.
Изготовление ветряка
Первым делом поясню о сердце нашего ветряка, которым является купленный на АлиЭкспресс мотор-мини генератор на 220В.
Это трехфазный безщеточный электродвигатель (мощностью 50 Вт), который при номинальных оборотах (10000 об./мин.) способен вырабатывать порядка 220 Вольт трехфазного напряжения. Но так как при помощи ветра такие обороты создать невозможно, нам доступно лишь слабое вращение, то такая турбина будет нам выдавать порядка 12-20 В. Этого будет достаточно для наших целей.
Берем ПВХ трубу.
На край канализационной ПВХ трубки 32 мм термоклеем приклеивается моторчик. Для надежности его нужно закрепить парой червячных хомутов.
Отступив 50 мм от двигателя, в трубе делается сквозное отверстие сверлом d10 мм, как на фото. Саму трубку нужно обрезать. Достаточно оставить 35-40 см.
На противоположном от моторчика краю трубы делается продольный рез длиной 25-30 мм. Нужно, чтобы он соответствовал направлению ранее проделанного отверстия.
Из куска пластика или оргстека вырезается хвост ветряка. С помощью термописталета он вклеивается в прорезь на трубке.
ПВХ переходник из 32 мм на 50 мм насаживается на подшипник. Если тот немного меньше, то можно использовать проставку из кусочка трубки.
Если посадочный диаметр на лопастях немного больше, то следует насадить на вал подходящую трубочку и дополнительно воспользоваться термоклеем.
Чтобы защитить моторчик от осадков, на него наклеивается крышка. Для этого можно применить кусочек разрезанной вдоль канализационной трубки 50 мм.
Для закрепления ветрогенератора нужно сделать тяжелую стойку. Проще всего замешать бетон и залить в квадратную форму, выложенную из кирпича.
В полученную бетонную подушку вертикально вставляется ПВХ труба 50 мм, снятая с переходника на корпусе вентилятора. На второй день бетон уже достаточно крепкий, чтобы удерживать генератор.
При воздействии ветра генератор выдает энергию со скачущим напряжением, это нормально. При подсоединении светодиодной лампочки видно, что она мерцает. Припаиваем провода от моторчика сначала к трехфазному выпрямителю.
После него подается стабильное напряжение без критических скачков, пригодное для зарядки смартфона напряжением 5В.
Это недорогой вполне простой в изготовлении ветрогенератор. Его можно поставить на балкон, если вы живете не на первом этаже. И ветра вполне должно хватить для зарядки АКБ сотового телефона.
Смотрите видео
Читайте также: