Тема: ЕНЕРГЕТИЧНІ ПРОБЛЕМИ ЛЮДСТВА.
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІ ЛАМПИ – АКТУАЛЬНА
ПОТРЕБА СЬОГОДЕННЯ
Мета: Розвивати уявлення учнів про те, що традиційні джерела
енергії є однією із причин зміни клімату і довкілля. Привернути
увагу до одного з факторів екологічної кризи – глобального потепління або
„парникового ефекту”.
Ознайомити
учнів з видами енергоефективних ламп; визначати,
як використання того чи іншого типу ламп впливає на стан довкілля, економічний
розвиток країни, бюджет родини; сформулювати власне ставлення щодо проблеми
енергозбереження та шляхів її розв’язання пояснювати,
в чому небезпека ламп розжарювання.
Викликати бажання створити
особистий проект нового поновлювального джерела енергії і розкрити його основні
екологічні і економічні переваги над традиційними джерелами енергії.
Продовжувати формувати вміння аналізувати, порівнювати, самостійно робити
висновки, працювати з літературою; виховувати екологічно спрямоване мислення,
бережливе та господарське ставлення до природи; вміння працювати групами,
толерантність, прагнення до збагачення знань, уміння захищати свої думки.
Тип уроку: узагальнення та систематизація знань.
Міжпредметні
зв’язки : хімія, біологія, фізика, географія та енергозбереження.
Матеріали
та обладнання: комп’ютер, папки з додатками для кожної групи,
Хід уроку
I. Організаційний момент.
Поділ на групи доцільно зробити на попередньому уроці, а
кожній групі дати домашнє завдання: знайти й опрацювати матеріали з таких тем :
● енергія Сонця ;
● енергія вітру
● геотермальна
енергія ;
● енергія
Світового океану ;
● енергія річок ;
● біоенергетика ;
● види
енергоефективних ламп;
● перевагами та
недоліками енергоефективних ламп .
II. Мотивація
та активізація навчально-пізнавальної діяльності учнів.
На сучасному
етапі одним із найбільш тривожних
впливів на навколишнє середовище є викиди в атмосферу. Нині лише теплові
електростанції (ТЕС) на території України викидають в атмосферу 76 % оксидів
сірки, 53 % оксидів азоту та 26 % твердих частинок від загальних обсягів
викидів стаціонарних пристроїв. На 1 млн. кВт електричної потужності атомних
електростанцій (АЕС) викидається у навколишнє середовище не менше 2 млн. кВт
теплової потужності, що в 1,5–1,8 разів більше, ніж на ТЕС. В Україні щорічно
викидається в повітря у 8 разів більше мікрочастинок, ніж у США. Практично на
всій території нашої держави фіксуються 10 -ти кратні і більші перевищення
гранично допустимих концентрацій окремих речовин. Якщо не враховувати наслідків Чорнобильської катастрофи,
питоме забруднення на одиницю території України найбільше в Європі. «Зони
стихійного лиха» тут займають більше 15 %. Не тільки Україна, а весь сучасний
світ зіткнувся з проблемою деградації екологічних систем через вплив
енергетики. Саме тому Організація О б’ єднаних Націй прийняла в Кіото рамкову
Конвенцію щодо зміни клімату, спрямовану на те, аби на п'ять відсотків скоротити
емісію оксиду вуглецю (СО 2 ), метану (СН 4 ) та інших газів в атмосферу, що є
продовженням глобальних рішень конференцій ООН з довкілля та розвитку, які
відбулися у 1992р. в Ріо-де-Жанейро (Бразилія) та у 2002р. в Йоганнесбурзі
(Південна Африка). Часу на роздуми вже немає. Людство сьогодні стоїть перед
глобальною екологічною кризою, яка характеризується наступними факторами: 1)
виснаженням озону; 2) глобальним потеплінням або його ще називають «парниковим
ефектом»; 3) зменшення окислення атмосфери (ще мало відома, але потенціально
серйозна загроза).
Чи можемо ми
щось змінити ? Як ?
(відповіді учнів)
III. Оголошення теми та завдань уроку.
Тема нашого уроку „Енергоефективні лампи-актуальна проблема сьогодення ”. А розкрити її ми спробуємо дещо незвично - у формі проектів .
Як відомо, понад
95% інформації про
світ, що нас
оточує, людина сприймає
органами зору. Промені
світла, заломлюються у кришталику ока,
природною подвійно опуклою лінзою,
створюють на сітківці
зображення предмета. Світлочутливі
нервові клітинки (колбочки
і палички) складають
поверхню сітківки, і
завдяки ним, зображення
зовнішніх предметів переходить
у сприйняття. Людські
очі сприймають електромагнітне випромінювання у
дуже вузькому діапазоні
частот (довжин хвиль),
від 400 до 750
нм. Тому
дуже важливо забезпечити
людство якісним і достатнім
освітленням, при цьому,
необхідно враховувати, що
якісне освітлення можна
отримати штучно лише
завдяки використанню електроенергії, перетворивши
її у енергію
світлового випромінювання –
електромагнітне випромінювання у світловому (видимому)
діапазоні.
Ефективність бачення
значною мірою залежить
від якості освітлення,
яка, в свою
чергу, складається з
таких чинників, як
світловий потік, сила
світла або інтенсивність. Освітленість.
Світність, яскравість, експозиція,
спектральний склад світла,
температура кольору, показник
відтворення кольорів, показник
пульсацій світлового потоку,
рівномірність освітлення поверхні
чи об’єму, наявності
і кількості бліків,
ії сталості
У наш час,
на початку ХХІ,
людство споживає велику
кількість електроенергії, значна
частина якої витрачається
на освітлення. У
розвинених країн вона
складає :
у Німеччині вона
складає 9 %, при
виробленні 560 млрд
кВт год;
у Франції - 11
%, при
виробленні 529 млрд кВт год;
у Великобританії - 12
%, при
виробленні 396 млрд кВт год:
в Італії - 13
%, при
виробленні 262 млрд кВт год;
в Японії - 18 %,
при виробленні 1044
млрд кВт год;
у США - 20 %, при
виробленні 3839 млрд кВт год;
в Україні - 13
%, при
виробленні 180 млрд кВт год.
Як бачимо, за
цими показниками Україна
відповідає світовим стандартам
але за якістю
наданих послуг суттєво
відстає.
Стан зовнішнього освітлення
у великих містах
України незадовільний, а
у районних центрах
і селах близький
до критичного або
освітлення взагалі відсутнє.
Якщо до цього
додати винятково низьку
якість дорожнього покриття,
то рухатись такими
дорогами у темну
пору доби просто
небезпечно. Майже 90 %
вуличних світильників не
відповідають сучасним вимогам,
морально застаріли і
фізично зношені, має
низьку ефективність, низький
ККД. За питомими
витратами електроенергії Україна
перевищує країни західної
Європи у 1.7
разів. Це зумовлено
масовим використанням малоефективних ламп
розжарювання, низькими характеристиками відбивачів
і розсіювачів (ККД
25 – 40 %). Крім цього
високі втрати електроенергії зумовлені
незадовільним і несвоєчасним
обслуговуванням освітлювальних мереж
та недосконалістю систем
регулювання, яка часто
складається зі звичайних
електрика і рубильника.
Високе
споживання енергії у
світі, у тому
числі і електроенергії, виснажує
надра Землі, призводить
до так званого
парникового ефекту, що,
в свою чергу
призводить до глобального
потепління на Землі
з усіма наслідками
які з цього
випливають. Цей процес
може вийти у
фазу, з якої
він може стати
незворотнім.
Уряди розвинених країн
підтримують, заохочують і
фінансують (Кіотський Протокол)
пошук, розробки і
впровадження
високоефективних ощадливих технологій
використання енергії Україна,
на даному етапі
розвитку суспільства, тільки
стає на шлях
розуміння, усвідомлення цього,
хоча, нажаль, тільки
використовує можливість продавати
надлишок квоти на
шкідливі викиди у
атмосферу.
Для України зараз
є не початий
край роботи у
напрямку енергозбереження.І мудрість
керівників держави та їх суспільний
обов’язок як, зрештою
і обов’язок перед
людством і країнами
які підписали Кіотську
угоду, полягає у
використанні отриманих коштів
на впровадження і
розробки у цьому
напрямку, у використанні
унікальної нагоди задіяти
залишки наукового і
виробничого потенціалів країни,
розвивати їх, вдосконалювати, модернізувати
системи які споживають
енергію і електроенергії зокрема.
Завдання уроку:
1. Забезпечити формування знань
про те, що традиційні джерела енергії є однією із причин зміни клімату і
довкілля.
2. Показати переваги та недоліки
різних джерел енергії, їх застосування у нашому регіоні та їх вплив на
екологію.
3. Практично випробувати метод отримання
електроенергії.
4. Переконати,що
енергоефективні лампи-актуальна проблема сьогодення.
Учні записують у зошити дату та
тему уроку.
ІV. Робота
учнів у групах над власними проектами.
На
попередньому уроці кожна група учнів отримала домашнє завдання – підготувати
матеріал із заданих тем.
Зараз ви
отримаєте додаткову інформацію ( Додатки 1-7 ). Ваше завдання: опрацювати цей матеріал, обговорити його та
зробити відповідні висновки. Зверніть увагу на переваги та недоліки різних
джерел енергії, їх застосування у нашому регіоні та їх вплив на екологію.
V.
Презентація учнівських проектів
Учні
представляють свої проекти по черзі.
Учитель надає
слово одному доповідачу від групи, слідкує за відповідями учнів, корегує,
відповідно до очікуваного результату.
VI. Практична
частина уроку.
Коли всі
групи відзвітували, методом „Мозкового штурму” учні пропонують методи отримання
електричної енергії, які не зашкоджують навколишньому середовищу. Після цього
учні випробують у групах метод отримання електроенергію з картоплі.
Практично в
будь-якому фрукті та овочі є електроенергія. А ви думаєте, чому вони заряджають
вас енергією при вживанні?
Інструкція до виконання
практичного завдання:
1. Для
розведення вогню спочатку потрібно зробити “електрогенератор”. Для створення
нашого генератора нам знадобиться:
картопля 1
штука
зубочистки 2
штуки
ніж 1 штука і
чайна ложка
проводи 2
штуки
зубна паста
сіль
2. Дроти слід
зачистити. Картоплю розрізати на дві половинки за допомогою ножа.
3. Дроти
протягнути через половинку картоплі. За допомогою ложечки зробити в інший
половинці картоплі виїмку(ямочку) – розмір ямочки дорівнює розміру ложечки
4. Зубну
пасту змішати з сіллю і наповнити нею виїмку у половинці картоплі.
5. З'єднати 2
половинки (проводи з внутрішньої сторони слід підігнути, але так, щоб вони були
в зубній пасті). Половинки картоплі з'єднати за допомогою зубочисток. Генератор
електроенергії готовий.
6. Для
добування вогню слід намотати шматочок вати на один із проводів. Почекати пару
хвилин (батарея повинна зарядитися). Потім слід піднести дроти один до одного
до виникнення іскри.
Поради та
попередження щодо виконання практичної частини:
Краща зубна
паста для даного експерименту – гелієва!
Дроти бажано
мідні багатожильні.
VII. Підведення підсумків уроку та мотиваційне
виставлення оцінок.
Сьогодні на
уроці ви дістали об’ємну інформацію про різні типи поновлювальних джерел
енергії і переконалися практично в тому, що вони мають перевагу, як з
екологічної так і з економічної точки зору над традиційними джерелами енергії.
Розглянуті проекти дають змогу сподіватись, що сьогодні Україна в рамках
Кіотського протоколу зможе привернути інвестиції в такі проекти, як підвищення
енергоефективності, відновлювальні джерела енергії, використання видів палива з
меншим вмістом вуглецю, збереження, відновлення та насадження лісів,
уловлювання парникових газів (наприклад, видобуток та утилізаця шахтного
метану) зменшення викидів парникових газів від сміттєзвалищ. Ознайомилися з різними видами енергоефективних
ламп,їх перевагами та недоліками.
VIII. Домашнє завдання та інструкція до нього.
1. Знайти та практично застосувати методи
отримання альтернативних джерел електроенергії, які не зашкоджують
навколишньому середовищу.
2.
Підготувати повідомлення на одну з тем: „Вплив транспорту на довкілля”,
„Біопаливо – один із шляхів до зменшення викидів парникових газів.”
Додаток 1
Енергія сонця
Виробництво сонячної енергії у світі
У наші дні, особливо в розвинених
країнах, великою популярністю користуються так звані приватні сонячні
установки. Стратегія такого бізнесу проста - заповзятливі люди не тільки
використовують сонячну електрику без шкоди для власного бюджету, але і продають
надлишки енергії державним структурам. Приміром, у Німеччині служби скуповують
сонячну електрику у фермерів, приватних осіб, а потім продають його населенню
за низькою ціною. Більше того, стати учасником цього специфічного ринку може
практично кожен - бізнесмени, які встановлюють фотоелектричні перетворювачі на
даху офісів, власники земельних ділянок. При нинішніх цінах стандартна сонячна
установка окупається за 8 років (за матеріалами сайту АТАВА.com.ua).
Єдине, що стримує ще більш широке поширення
сонячної енергетики, - це висока ціна енергії, яка отримується від сонячних
елементів. Собівартість сонячної фотоелектричної батареї потужністю 1 Вт
становить близько $2-3, тому окупність енергії, що виробляється сонячними
батареями, сягає більше 10 років. Вартість 1кВт год. електроенергії, яка
виробляється фотомодулями, сьогодні значно вища, ніж для традиційної
енергетики, але слід зауважити, що, по-перше, ця величина має тенденцію до
зменшення для сонячної енергетики та до зростання для традиційної, а по-друге,
сонячна енергетика може успішно конкурувати з традиційною у тих випадках, коли
споживання енергії порівняно невелике, а підвести електроенергію від загальної
електромережі дорого або зовсім неможливо. У цих випадках на перший план
виступає не вартість електроенергії, а цінність або необхідність тих функцій,
які здійснюються за рахунок електроенергії.
Ефект від застосування сонячних
фотоелектричних модулів у перерахованих напрямах і галузях підвищується, якщо
використовуються більш економні споживачі енергії, спеціально розроблені для
роботи з фотомодулями (лампи освітлення, холодильники, насоси, телевізори).
Крім того, термін роботи сонячних елементів практично необмежений і може
становити десятки років.
У розвинених країнах здійснюються
потужні інвестиції в нові наукові розробки, головна мета яких - здешевлення сонячної
енергії, відбувається формування нових ринків споживання. Досить згадати
програму «Мільйон сонячних дахів» у США, «100 тисяч сонячних дахів» у
Німеччині, Італії та інші. Уряди США, Японії та Західної Європи стимулюють
споживання сонячної енергії населенням. Для цього виділяються безвідсоткові
довгострокові позики на покупку сонячних батарей, безкоштовно проводиться
сервісне обслуговування цих установок.
2011 рік став черговим успішним
роком для розвитку сонячної енергетики. Торік у світі було підключено до мереж
27,7 ГВт новозбудованих сонячних електростанцій. 75% усіх нових сонячних
електростанцій було збудовано в Європі. В 6 країнах – Італії, Німеччині, Китаї,
США, Франції та Японії – було встановлено за 2011 рік по більш ніж 1 ГВт
потужностей сонячних електростанцій.
Загальна потужність сонячних
електростанцій, за даними Європейської асоціації сонячної енергетики, на кінець
2011 року сягала 67,4 ГВт. Вже другий рік поспіль сонячна енергетика світу
зростає на близько 70% на рік.
Сонячна енергетика в Україні
Україна
розташована у Центрально-Схiдній Європі, у південно-східній частині
Східноєвропейської рівнини, між 44° і 52° північної широти і 22° і 41° східної
довготи.
Середньорічна кількість сумарної сонячної радіації, що поступає на 1 м поверхні, на території
України знаходиться у межах від 1000 кВт год./м у північній частині України і
до 1400 кВт год./м в АР Крим. Простіше, сонячна енергія, що реально надходить
за три дні на територію України, перевищує енергію всього річного споживання
електроенергії у нашій країні. А тривалість сонячних годин (не сонячної
радіації, а прямого сонячного випромінювання) протягом року в північно-західній
частині України становить 1600-1700 годин. У лісостеповій зоні вона зростає до
1900-2000 годин за рік. У степовій зоні, на морських узбережжях досягає
2300-2400 годин за рік. Максимальне сонячне сяйво у Кримських горах - 2453
години за рік (Карабі - Яйла).
В цілому середньорічний потенціал
сонячної енергії в Україні (1235 кВт год./м) є достатньо високим і набагато
вищим, ніж, скажімо, в Німеччині - 1000 кВт год./м, чи навіть у Польщі - 1080
кВт год./м. Отже, Україна має добрі можливості для ефективного використання
теплоенергетичного обладнання на своїй території.
Як повідомляла Зелена Хвиля, в
2011 році встановлена потужність електростанцій на відновлюваних джерелах
енергії в Україні зросла із 152 МВт до 397 МВт. Таким чином, темп зростання
відновлюваної енергетики України за встановленою потужністю торік становив
161%.
Державне агентство з енергоефективності
та енергозбереження України оприлюднило інформацію про розвиток відновлюваної
енергетики України в 2011 році. Встановлена потужність електростанцій, що
використовують відновлювані джерела енергії, торік зросла більше, ніж у 2,5
разу, а виробництво електроенергії сягало 332 млн кВт/год.
Вітрові електростанції України в
2011 році виробили майже 89 млн кВт/год. електроенергії, сонячні електростанції
– 30 млн кВт/год., малі гідроелектростанції – 203,5 млн кВт/год.,
електростанції на біомасі – 9,6 млн кВт/год.
Потенціал використання сонячної
енергії для виробництва електроенергії в Україні, який досить високо оцінюють
експерти, набуває практичного втілення: розвиток сонячної енергетики віднесено
до пріоритетних національних проектів, а восени 2010 року було введено в
експлуатацію першу сонячну електростанцію України. Станом на квітень 2012 року
потужність збудованих сонячних електростанцій України сягнула вже близько 230
МВт.
Останнім часом багато людей
оснащують свої будинки системами, що працюють від альтернативних джерел
енергії. Великою популярністю серед подібного обладнання користуються
геліоколектори для отримання гарячого водопостачання. Використовуючи енергію
сонця, вони забезпечують оселю теплом в автономному режимі і дозволяють практично
не залежати в питаннях гарячого водопостачання від житлово-комунальних
структур.
Працюючи від безкоштовного
невичерпного джерела енергії, сучасні сонячні колектори допомагають
заощаджувати кошти на створення умов для комфортного проживання у будинку. До
того ж, воно зручне в експлуатації і при правильному обслуговуванні прослужить
не одне десятиліття.
Додаток 2
Енергія вітру
Впродовж року на планету
надходить енергії в 15 тис. разів більше від обсягів нинішнього споживання
всіма країнами світу. На енергію вітру перетворюється близько 3% енергії
сонячного випромінювання, а отже, ресурси енергії вітру на Землі приблизно у 50
разів більші за сумарні енергетичні потреби людства.
Енергію вітру людина
використовує із незапам'ятних часів. Спочатку це був парус, потім вітровий
млин. Сучасні вітряки, що виробляють електроенергію, з'явились лише в ХХ
столітті.
Часто суспільству нав'язується думка, що
вітроенергетика має вкрай малий потенціал, що вона неконкурентоспроможна,
потребує великих площ, розлякує і нищить птахів, негативно діє на людей і
тварин, генеруючи інфразвук тощо. Фахівці заперечують кожну із цих тез.
Дослідження засвідчили, що сучасні
ВЕУ мегаватного класу не нищать птахів, позаяк будь-який птах добре бачить
вітроколесо, яке обертається зі швидкістю 2-30 об./хв. Навіть українська
статистика експлуатації близько 700 ВЕУ потужністю 107,5 кВт, вітроколесо яких
обертається зі швидкістю 72 об./хв, з 1993 року не зафіксувала випадків нищення
птахів.
Щодо інфразвуку слід зазначити, що
він може виникнути у разі дебалансу вітрового колеса при швидкості обертання,
більшій за 180 об./сек. Оскільки навіть ВЕУ потужністю 100 кВт мають
меншу швидкість обертання, то джерелом інфразвуку вони бути не можуть. Лише ВЕУ
потужністю менш як 20 кВт принципово спроможні генерувати інфразвук, але
установка з незбалансованим вітроколесом практично недієздатна, бо швидко
виходитиме з ладу через вібраційні навантаження.
Середньорічний приріст
світової вітроенергетики становить в середньому 26-27% і є найвищим у
порівнянні з іншими джерелами енергії.
Із нетрадиційних джерел енергії
кращі в порівнянні з вітроенергетикою економічні результати можуть забезпечити
лише ГЕС середньої та великої потужності, та й то не завжди.
У вітроенергетичному
секторі наразі працюють понад 70 країн світу. Серед країн з найбільшими
потужностями вітроенергетики - Німеччина, США, Іспанія, Індія, Китай, Данія. В
США до 2020 року планується досягти 15 % виробництва електроенергії за рахунок
вітру, вдосконалюються турбіни, розширюється діапазон швидкостей вітру, які
можуть бути використані вітроустановками.
Вітроенергетичний потенціал України.
За даними Міжгалузевого
науково-технічного центру вітроенергетики Національної академії наук України,
територія нашої країни має значні ресурси вітрової енергії, які оцінюються у 30
ТВт х год./рік.
На території України придатними
для будівництва ВЕС вважаються площі до 7 тис. км2, це - карпатський,
приазовський, донецький, західнокримський, гірнокримський, керченський регіони,
Харківська й Полтавської області. За розрахунками науковців, при
максимальному використанні сили вітру в цих регіонах можна було б одержувати
електроенергію в обсягах, які б надавали можливість забезпечити до 50%
загального енергоспоживання країни.
Сьогодні в Україні
побудовано 13 вітроелектростанцій: 10 в АР Крим (з яких працюють тільки 6), по
одній ВЕС у Донецькій і Миколаївській областях, а також одна станція поблизу м.
Трускавець у Карпатах.
Особливо актуальним є
розвиток вітроенергетики для Кримського півострова. До 93% всієї електроенергії
сюди надходить з материкової частини України від ДП «Енергоринок». Решта
електроенергії видобувається за допомогою вітроелектростанцій.
Сьогодні на півострові
працюють 6 ВЕС. Це установки старого зразка, що мають одиночні потужності до
600 кВт. Для порівняння: у Європі планується промислове виробництво
вітроенергетичних установок одиничною потужністю 6 МВт, а найпоширеніша
застосовувана потужність одного вітряка становить 2-3 МВт. В Україні ж тільки
освоюється випуск установок одиничною потужністю до 2 МВт, до цього випускалися
вітроелектростанції по 110-600 кВт. На відміну від країн СНД, тільки Україна
сьогодні має налагоджене серійне виробництво ліцензійних ВЕУ. У їхньому
виробництві беруть участь 20 заводів колишнього військово-промислового
комплексу, а зборку вітротурбін для ВЕУ здійснює Дніпропетровський «Південний
машинобудівний завод».
Перспективи
України.
За оцінками вчених
Інституту електродинаміки й Інституту відновлюваної енергетики НАНУ, наша
країна має значний потенціал в області відновлюваних джерел енергії.
Починаючи з 1997 року, коли була
прийнята Комплексна програма будівництва ВЕС, вітроенергетика в Україні
отримала державну підтримку у виді надбавки до тарифу за електроенергію та
прямого фінансування. У 2008 році Верховна Рада прийняла цілий ряд рішень з
підтримки виробництва альтернативних джерел енергії, зокрема був схвалений
«зелений» тариф на електроенергію, отриману з альтернативних джерел. Документом
передбачається, що ДП «Енергоринок» повинне купувати таку електроенергію удвічі
дорожче отриманої з традиційних джерел. У такий спосіб уряд планує залучати
іноземних інвесторів та стимулювати промислове виробництво електроенергії за
допомогою вітроенергетичних установок, поступово замінюючи нею природний газ і
насамперед переводячи на неї організації теплокомуненерго.
В Україні сьогодні набирає
обертів використання вітряків малої потужності, які встановлюються
домогосподарствами для власних потреб. Невеликі вітроенергетичні установки (від
200 Вт до 20 кВт) привабливі тим, що їх можна достатньо швидко встановити та
вони оптимально підходять там, де немає інших джерел енергії, або коли
підключення до існуючих мереж занадто дорого. І що важливо - вітроустановки
потужністю до 20 кВт не вимагають ніяких дозвільних документів та ліцензій на
застосування. Електроенергія, що потрібна для живлення середнього будинку,
становить 35 кВт на добу, вітряна установка подібної потужності коштує від 30
тис. гривень залежно від виробника та комплектації.
Підраховано, що за нинішнього
рівня розвитку вітроенергетики спорудження у «вітряних» регіонах України
вітрових електростанцій (ВЕС) дозволило б покрити ледве не третину потреби
електроенергії, яку ми споживаємо. Із технічної точки зору вітрова
електроенергетика на сьогодні вже впритул наблизилася до традиційної: на
сучасних вітрових турбінах коефіцієнт використання встановленої потужності
сягає 42%. Це майже стільки, як на турбінах поширених нині теплових
електростанцій.
Слід зазначити, що,
окрім розвитку комерційної вітроенергетики, в Україні є необхідність розвивати
некомерційну, в першу чергу, «сільську», «фермерську», «для двору». Такі
самостійні невеликі системи для живлення віддалених районів служать
децентралізації енергопостачання, дозволяють диверсифікувати джерела енергії і
можуть зробити більш енергонезалежною Україну та Крим зокрема.
Додаток 4
Геотермальна енергія
Геотермальна енергія - це
енергія у формі тепла, що акумулюється нижче поверхні "твердої"
Землі. У 1 л
"внутрішнього простору" Землі накопичено у середньому 2,6 кВт
енергії. За рахунок теплоємності Землі люди могли б на ЗО млн років
задовольнити сучасні світові потреби в енергії. Отже, накопичені в Землі запаси
енергії є такими ж невичерпними, як і запаси енергії Сонця.
Геотермальна енергія - це
тепло Землі, яке утворюється переважно внаслідок розпаду радіоактивних речовин
у земній корі та мантії. Температура земної кори углиб підвищується на 2,5- З
°С через кожні
Усю природну теплоту, яка
міститься у земній корі, можна розглядати як геотермальні ресурси двох видів:
по-перше, це пара, вода, газ; по-друге, це розігріті гірські породи.
Гідротермальні джерела енергії поділяють на термальні води, пароводяні суміші і
природну пару. Для отримання теплоти, акумульованої у надрах Землі, її спочатку
треба підняти на поверхню. Для цього закладають свердловини і, якщо температура
висока, то вода піднімається на поверхню природним чином; за нижчої температури
може знадобитися насос.
Геотермальні води -
екологічно чисте джерело енергії, що постійно відновлюється. Воно суттєво
відрізняється від інших альтернативних джерел енергії тим, що його можна
використовувати незалежно від кліматичних умов, погоди і пори року. За
температурою геотермальні води поділяють на слаботермальні - до 40 °С,
високотермальні - 60-100 °С, перегріті - понад 100 °С. Також вони різняться за
мінералізацією, кислотністю, газовим складом, тиском і глибиною залягання.
Значні масштаби розвитку
геотермальної енергетики у майбутньому можливі лише за умов одержання теплової
енергії безпосередньо з гірських порід. У цьому випадку в місцях, де
знайдено сухі гарячі скельні породи, закладають паралельні свердловини, між
якими утворюють систему тріщин. Тобто фактично формується штучний геотермальний
резервуар, у який подається холодна вода з подальшим отриманням пари або
пароводяної суміші.
Загалом геотермальна
енергія Землі оцінюється потужністю близько 32 тис. ГВт. її значні виходи на
поверхню локалізовані в районах вулканічної активності, де концентрація підземного
тепла дуже велика. Якщо комплекс пористих та проникних гірських порід виявиться
розташованим біля приповерхневого магматичного тіла, котре увійшло в
континентальну кору, то виникає підземний резервуар пари та води, нагрітих
магмою. Гарячі вода і пара, що є в порах порід, формують так звані
"геотермальні басейни". Якщо такий "басейн" містить
проникні гірські породи, то гаряча вода і пара можуть виходити на поверхню
через свердловини та використовуватися для приведення у дію електричних турбін.
Оскільки пара більш придатна для енергогенеруючих турбін, то поки освоюються
здебільшого ті геотермальні басейни, які містять пару.
За сучасними оцінками,
геотермальна енергія, акумульована у перших 10 км земної кори, досягає
137 трлн т умовного палива, що у 10 разів перевищує геологічні ресурси усіх
видів палива, разом узятих. З усіх видів геотермальної енергії найкращі
економічні показники мають гідрогеотермальні ресурси - термальні води,
пароводяні суміші і природна пара. Гідрогеотермальні ресурси, які
практично використовуються на сьогодні, становлять лише 1 % від загального
теплового запасу надр. Досвід показав, що перспективними варто вважати ті
регіони, де зростання температури з глибиною відбувається досить інтенсивно,
колекторські властивості гірських порід дозволяють одержувати з тріщин значні
кількості нагрітої води чи пари, а мінеральний склад термальних вод не створює
додаткових труднощів (на кшталт боротьби з відкладеннями солей і корозією
устаткування).
Аналіз економічної доцільності
широкого використання термальних вод показує, що їх варто застосовувати для
опалення і гарячого водопостачання комунально-побутових, сільськогосподарських
і промислових підприємств, для технологічних цілей, добування цінних хімічних
компонентів та ін. Гідрогеотермальні ресурси, придатні для одержання
електроенергії, становлять 4 % від загальних прогнозних запасів, тому їх
використання у майбутньому варто пов'язувати з теплопостачанням і теплофікацією
місцевих об'єктів. До категорії гідротермальних конвективних систем належать
підземні басейни пари чи гарячої води, які виходять на поверхню землі,
утворюючи гейзери, фумароли, грязьові озера тощо. їх використовують для
виробництва електроенергії за допомогою пари, яка утворюється при випаровуванні
гарячої води на поверхні.
Іншим способом виробництва
електроенергії на базі високо-та середньотемпературних геотермальних вод є
застосування двоконтурного (бінарного) циклу. При цьому вода, отримана з
басейну, використовується для нагрівання теплоносія другого контуру (фреону чи
ізобутану), котрий має меншу температуру кипіння. Установки, що використовують
фреон як теплоносій другого контуру, працюють у діапазоні температур 75-150 °С
при одиничній потужності 10-100 кВт.
Крім цього, на сьогодні розроблені
і застосовуються різні методи і технології використання геотермальної енергії,
зосередженої як недалеко від поверхні землі (приповерхнева геотермія), так і на
значних глибинах (глибинна геотермія).
Додаток 4
Енергія світового океану
Моря і океани є величезними
акумуляторами і трансформаторами сонячної енергії, яка перетворюється в енергію
хвиль, течій, тепла та вітру. Енергетичні ресурси океану відновні і практично
невичерпні. Досвід експлуатації вже діючих систем океанської і морської
енергетики свідчить, що вона майже не завдає шкоди навколишньому середовищу.
Світовий океан містить велетенський енергетичний потенціал. Це, по-перше,
сонячна енергія, поглинута океанською водою, що виявляється в енергії морських
течій, хвиль, прибою, різниці температур різних шарів морської води і,
по-друге, енергія тяжіння Місяця та Сонця, яка спричинює морські припливи та
відпливи. Використовується цей величезний і екологічно чистий потенціал
поки що недостатньо.
Енергія припливів
Під впливом Місяця та Сонця в океанах і
морях збуджуют ься припливи, які спричинюють періодичні коливання рівня води
при її горизонтальному переміщенні. Відповідно енергія припливів складається з
потенційної енергії води та кінетичної енергії хвиль. За розрахунками, вся
енергія припливів Світового океану оцінюється у 1 млрд кВт, тоді як сумарна
енергія всіх річок земної кулі дорівнює 850 млн кВт. Отже, величезна
енергетична потужність морів і океанів дуже цінна для людини.
Століттями загадкою була
причина морських припливів і відпливів. Сьогодні достовірно відомо, що
ритмічний рух морських вод викликають сили тяжіння Місяця і Сонця. Припливи -
результат гравітаційного притягання великих мас води океанів Місяцем і, меншою
мірою, Сонцем. При обертанні Землі частина води океану піднімається і якийсь
час утримується в цьому положенні гравітаційним притяганням. Під час припливу
максимальний рівень підйому води досягає суші. Подальше обертання Землі послаблює вплив Місяця на цю частину
океану, і приплив спадає. Припливи і відпливи повторюються двічі на добу, хоча
точний час їх настання змінюється залежно від сезону і положення Місяця.
Якщо Місяць, Сонце і Земля
знаходяться на одній прямій, то Сонце своїм тяжінням підсилює дію Місяця, -
відбувається сильний приплив. Коли ж Сонце стоїть під прямим кутом до відрізка
Земля-Місяць (квадратура), то настає слабкий приплив (мала вода).
Найвищі і найсильніші припливні
хвилі виникають у невеликих і вузьких затоках або гирлах річок, що впадають у
моря і океани. Наприклад, припливна хвиля Індійського океану йде проти
течії Гангу на відстань 250
км від його гирла. Припливна хвиля Атлантичного океану
підіймається на 900 км
вгору Амазонкою. У закритих морях, наприклад, Чорному або Середземному,
виникають малі припливні хвилі. Найбільш придатними для використання
енергетичного потенціалу є ті ділянки морського узбережжя, де припливи мають
велику амплітуду, а контур і рельєф берега дають змогу влаштувати великі
замкнуті "басейни".
Здавна люди намагались використати
енергію припливів. Уже в Середньовіччі вона була застосована для практичних
цілей. Першими спорудами, механізми яких приводились у дію припливною енергією,
були млини та лісопильні, що з'явилися у X-XI ст. на берегах Англії та Франції.
Ритм роботи цих млинів був переривчастим, що допустимо для примітивних споруд,
які виконували прості, але корисні для свого часу функції. Для сучасного
промислового виробництва він мало придатний, тому енергію припливів спробували
використати для отримання більш зручної електричної енергії. Але для цього необхідно
було створити на берегах океанів і морів припливні
електростанції (ПЕС). Перша морська ПЕС потужністю 635 кВт була побудована
у 1913 р. у бухті Ліверпуля (Англія).
У Японії, наприклад, ПЕС
працює за такою схемою: вночі, коли споживання електроенергії низьке, приплив
піднімає морську воду у спеціальне водоймище, а вдень ця вода зливається назад,
генеруючи електрику. Для Японії з її протяжною береговою лінією знайти придатні
місця для будівництва таких ПЕС легко. У цій країні на сьогодні діють 53 атомні
(тобто потенційно небезпечні) електростанції, а викопне паливо вона змушена
імпортувати. Тому будівництво ПЕС для Японії і економічно вигідне, і екологічно
дуже важливе. У процесі будівництва припливної електростанції велика увага
приділяється саме екологічності спорудження. Для цього форма дна каналів, якими
протікає морська вода, вибирається так, щоб тварини, що випадково потрапили до
каналу, могли вибратися з нього.
Поки через велику вартість цих
споруд уряди країн не налаштовані вкладати кошти в припливну енергію, адже такі
станції коштують у 2-2,5 рази більше, ніж річкові ГЕС з таким самим середнім
обсягом виробленої енергії (насамперед через додаткові затрати на захисні
перемички перед і поза об'єктом).
І нарешті, варто згадати ще
одну негативну рису припливної енергії - її непостійність. За звичайної
експлуатації припливної енергії електрика виробляється тільки на початку
відпливу, тобто тоді, коли рівень води, запасеної у басейні, достатньою мірою
перевищує її рівень у морі. У міру зниження рівня води в басейні вироблення
електроенергії зменшується і біля нижньої точки відпливу падає до нуля,
оскільки різниця рівнів зникає. Якщо ПЕС обладнана реверсивними турбінами, то
енергія може вироблятися і за рахунок наступаючого припливу, але тільки після
того, як рівень припливу достатньо перевищить рівень води за греблею. Коли
приплив досягає максимальної висоти, вироблення енергії знову наближається до
нуля. Таким чином, крива вироблення енергії то піднімається, то падає двічі на
добу відповідно до двох припливних циклів.
Таке циклічне виробництво
енергії навряд чи буде відповідати добовим потребам у ній. Пікова потреба і
пікове вироблення можуть іноді збігатися, тому що час обох припливів зрушується
в міру зміни пори року, але найчастіше такого збігу не буде. Тому надходження
енергії у мережу має якимось чином регулюватися. Це означає, що вироблення
енергії іншими станціями повинно звичайно знижуватися, коли темп припливного
вироблення досягає максимуму, і, навпаки, зростати, коли він падає. Фактично
енергія від ПЕС досить регулярно заміщує енергію, вироблену за допомогою інших
засобів, заощаджуючи таким чином вугілля тощо.
Варто згадати також деякі фізичні
і біологічні наслідки будівництва ПЕС. Фізичні наслідки виявляються
після впливу на природне середовище припливних басейнів, коли з боку моря на
ПЕС відбуваються певні фізичні зміни. Навіть якщо амплітуда припливу
збільшується усього на ЗО см, це може призвести до вторгнення морської води у
прибережні колодязі і створити загрозу для будівель, розташованих поблизу
верхньої позначки припливу. Можливе також прискорення берегової ерозії, а
низинні ділянки, включаючи дороги, будуть затоплюватися, коли шторми і припливи
діятимуть одночасно. Берегова смуга стане майже непридатною для використання
через більш високі припливи.
Звичайно, втрати площі
берегової смуги, що може бути знищена через припливне затоплення (за оцінками,
від 15 до 40 км2), залежать від крутизни схилу і характеру берегової лінії.
Відплив, нижчий на 15 см ,
здатний ускладнити доступ до човнів і до води з причалів. Збільшена висота
припливу може викликати надходження більш солоної води в гирло річок і цим
змінити умови мешкання водних організмів. Зі збільшенням амплітуди припливів
виникнуть посилені припливні течії, що може призвести до розмивання піщаних
обмілин і заповнення піском існуючих судноплавних рукавів. Це ускладнить прохід
суден.
Додаток 5
Енергія річок
Багато тисячоліть вірно
служить людині енергія води. Запаси її на Землі колосальні. Недаремно деякі
учені вважають, що нашу планету правильніше було б називати не Земля, а Вода -
адже близько трьох чвертей поверхні планети покрито водою. Величезним
акумулятором енергії служить Світовий океан, що поглинає велику її частину, що
поступає від Сонця. Тут відбуваються приливи і відливи, виникають могутні
океанські течії. Народжуються могутні річки, що несуть величезні маси води в
моря і океани. Зрозуміло, що людство у пошуках енергії не могло пройти мимо
таких гігантських її запасів. Раніше всього люди навчилися використовувати
енергію річок.
Вода була першим джерелом енергії, і,
ймовірно, першою машиною, в якій людина використовувала енергію води, була
примітивна водяна турбіна. Понад 2000 років тому горці на Ближньому Сході вже
користувалися водяним колесом у вигляді валу з лопатками. Суть пристрою
зводилася до наступного. Потік води, відведений із струмка або річки, тисне на
лопатки, передаючи їм свою кінетичну енергію. Лопатки приходять в рух, а
оскільки вони жорстко скріпляють з валом, вал обертається. З ним у свою чергу
скріпляє млинове жорно, яке разом з валом обертається по відношенню до
нерухомого нижнього жорна. Саме так працювали перші “механізовані” млини для
зерна. Але їх споруджували тільки в гірських районах, де є річки і струмки з
великим перепадом і сильним натиском. На поволі поточних потоках водяні колеса
з горизонтально розміщеними лопатками малоефективні.
Гідроелектростанції
класифікуються по потужності на дрібних (зі встановленою електричною потужністю
до 0,2 Мвт), малих (до 2 Мвт), середніх (до 20 Мвт) і великих (понад 20 Мвт).
Другий критерій, по якому розділяються гідроелектростанції, - натиск.
Розрізняють низьконапірні (натиск до 10 м ), середнього натиску (до 100 м ) і високонапірні (понад
100 м ).
У окремих випадках дамби високонапірних ГЕС досягають висоти 240 м . Такі дамби
зосереджують перед турбінами водну енергію, накопичуючи воду і піднімаючи її
рівень.
Турбіна - енергетично дуже
вигідна машина, тому що вода легко і просто міняє поступальну ходу на
обертальну. Той же принцип часто використовують і в машинах, які зовні зовсім
не схожі на водяне колесо (якщо на лопатки впливає пара, то мова йде про
паровій турбіні).
Переваги гідроелектростанцій очевидні -
постійно поновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність
забруднення навколишнього середовища. Але
поки людям служить лише невелика частина гідроенергетичного потенціалу землі.
Щорічно величезні потоки води, що утворилися від дощів і танення снігів,
стікають в моря невикористаними. Якби вдалося затримати їх за допомогою дамб,
людство отримало б додатково колосальну кількість енергії.
Додаток 6
Біоенергетика
Сьогодні у світі продовжують розвиватись
явища, що порушують цивілізований плин життя: вичерпуються традиційні джерела
енергії, зростає вартість їх видобування, інтенсивно забруднюється довкілля,
руйнується біосфера, утворюється надмірна кількість органічних відходів
промислового, сільськогосподарського та побутового походження. Ліквідація всіх
цих негараздів має здійснюватися прискореними темпами, інакше людство неминуче
чекає доля вимерлих динозаврів.
Біоенергетика — це вибір,
який має глобальну перспективу для подальшого успішного розвитку цивілізації.
Подолання сучасних і запобігання ймовірним екологічним кризам неможливі без
застосування новітніх екобіотехнологій для очищення стічних вод, біосорбції
важких металів зі стоків, знешкодження небезпечних газових викидів, збагачення
повітря киснем, використання перспективних засобів знешкодження твердих і
рідких промислових відходів, біодеградації нафтових забруднень у грунтах і
воді, біодеградації хімічних пестицидів та інсектицидів, підвищення
ефективності методів біологічного відновлення забруднених ґрунтів, заміни низки
агрохімікатів на біотехнологічні препарати тощо. Важливими напрямами також
мають стати розробка екобіотехнологій, спрямованих на виробництво біогазу та
водню з органічних відходів, мікробіологічна деструкція ксенобіотиків,
застосування біоіндикації та біотестування в системі екологічного моніторингу.
Перша фундаментальна особливість
біоенергетики полягає в тому, що будь-які живі об’єкти є термодинамічно
відкритими системами, які успішно функціонують лише за умов постійного обміну
речовиною та енергією з навколишнім середовищем. Термодинаміка таких
систем істотно відрізняється від класичної. Вони стають принципово здатними до
самоорганізації та самовдосконалення.
Друга надзвичайно важлива
особливість біоенергетики пов’язана з тим, що обмінні процеси у клітинах
проходять за умов відсутності значних коливань температури, тиску та об’єму.
Природа, на відміну від техніки, не могла собі дозволити високих температур,
тиску та інших умов, які є в сучасних двигунах внутрішнього згоряння та
аналогічних теплових машинах. Перехід енергії хімічного зв’язку в корисну
біологічну роботу в окремій клітині або цілому організмі відбувається без
перетворення хімічної енергії в теплову.
Одним із основних результатів
розвитку біоенергетики в останні десятиліття є встановлення подібності
енергетичних процесів в усьому живому світі — від мікроорганізмів до людини.
Однаковими для всього рослинного та тваринного світу виявилися і ті речовини, в
яких енергія акумулюється, і процеси, з допомогою яких таке акумулювання
здійснюється. Така ж подібність встановлена і в процесах використання акумульованої
в цих речовинах енергії. Технічні та біологічні системи перетворення
хімічної енергії в електричну також принципово подібні. Відмінності існують
лише в деталях. При створенні технічних електрохімічних систем зазвичай не
виникає особливих проблем з ізоляцією, оскільки вони оточені діелектричним
середовищем — повітрям. Окрім того, в технічних пристроях в ролі електродів і
провідників використовуються метали, які мають високу електропровідність. На
відміну від цього, жива природа створила свої електрохімічні пристрої в не
діелектричному середовищі — розчині електроліту. До того ж у її розпорядженні
не було металевих провідників. А тому «біологічна електрохімія» є ніби
оберненою стосовно більш звичної нам «технічної електрохімії». У цьому випадку
не електронний провідник, а електролітна фаза розподіляється на два об’єми.
Ізолюючим прошарком між ними слугує тонка плівка — клітинна мембрана. Різниця
потенціалів у такій системі генерується між розділеними мембраною об’ємами
електроліту.
.
Особливо варто звернути
увагу на такі системи енергоустановок, які здатні з допомогою мікроорганізмів
перетворювати безпосередньо енергію хімічних зв’язків органічних молекул у
електричну. Такі процеси дозволять оминути теплову стадію, трансформувавши
вільну енергію одразу в електричну енергію. Таким чином енергія органічних
хімічних сполук буде використана найбільш ефективно, і при цьому довкілля не
забруднюватиметься зайвим теплом. Такі технології теоретично дозволяють значно
знизити рівень споживання органічного палива, не зменшуючи при цьому рівня
енергоспоживання. Деякі сучасні експериментальні розробки біопаливних елементів
продемонстрували досить високу густину струму на електроді (до 50 мА/см2) і
потужність (більше 1кВт), хоча вони ще не доведені до того стану, щоб їх можна
було широко впроваджувати у виробництво. Для створення біоенергетичної
установки необхідно вирішити ряд взаємопов’язаних технологічних завдань.
Ще одним можливим шляхом
доповнення та часткової заміни традиційних видів палива є отримання й використання
біогазу. Важливий аргумент на користь цього джерела енергії — необхідність
вирішення на сучасному рівні екологічних проблем, пов’язаних із утилізацією
відходів. Однією з основних тенденцій у розгортанні екологічно безпечної
переробки органічних відходів є розвиток комплексних технологій утилізації
біомаси за рахунок метанового зброджування, в результаті якого утворюється
біогаз. Сировина для виробництва біогазу — насамперед різноманітні органічні
відходи агропромислового комплексу, які багаті на целюлозу та інші
полісахариди. Перетворення органічних решток на біогаз відбувається внаслідок
цілого комплексу складних біохімічних перетворень. Цей процес отримав загальну
назву ферментації біомаси. Він відбувається лише завдяки бактеріям і здійснюється
у спеціальних технологічних установках — ферментаторах. Необхідність створення
та підтримування оптимальних умов для росту й існування культури бактерій у
ферментаторі визначає собівартість одержання біогазу. Нещодавно
з’явилися і повідомлення про можливість переробки органічних сполук рослинного
походження з одержання водню, який, із погляду екології, є ідеальним паливом,
що має високу теплотворну здатність (12,8 кДж/м3) і згорає без утворення
будь-яких шкідливих домішок. Існують фототрофні бактерії, здатні виділяти
водень під дією світла. Поки що вони працюють досить повільно. Але в них
закладені природою такі біохімічні механізми і містяться такі ферменти, які
дозволяють каталізувати утворення водню з води. Деякі ферменти паралельно з
воднем утворюють і кисень, тобто відбувається фотоліз води. Прикладом може бути
система, що включає хлоропласти або хлорофіл і фермент гідрогенезу. Хоча цей
напрям поки що не дав практичних результатів, він досить перспективний для
подальшого розвитку біоенергетики.
Додаток 7
Енергоефективне освітлення
ЛАМПИ РОЗЖАРЮВАННЯ
Були винайдені у
сучасному вигляді Т.Едісоном
ще у ХІХ ст..
З того часу
вони постійно вдосконалювались, вдосконалювався і
процес їх виготовлення.
Вони прості за
конструкцією та у
експлуатації, не потребують
спеціальних пристроїв для
під’ єднання до мережі,
для пуску, дешеві
та екологічно безпечні.
Вони випромінюють рівномірно,
без пульсацій, суцільний
спектр нагрітого до
високої температури тіла
(≈ 3000º С). Але вони
мають енергоефективність лише 5
% (95 %
спожитої електроенергії перетворюється у
теплову), чутливі до
перепадів напруги. При
меншій напрузі суттєво
зменшується яскравість лампи
і спектр її
випромінювання зміщується у
напрямку більших довжин
хвиль, зменшується температура
нитки. При підвищеній
напрузі спектр зміщується
у бік менших
довжин хвиль, яскравість
зростає, збільшується температура
нитки але при
цьому різко зменшується
їх довговічність. Також
ці лампи мають
загалом низьку довговічність, що
зумовлено поступовим випаровуванням нитки.
Ці лампи бувають
вакуумні та газонаповнені, наприклад
галогенні. Газонаповнені мають
більшу довговічність. Звичайні лампи розжарювання
планують заборонити у найближчі роки в багатьох країнах світу.
ГАЗОРОЗРЯДНІ ЛАМПИ
У таких ламп
світло виникає під
час електричного розряду
у газі, утворюється
т.зв. позитивний стовп.
Це може бути
газ або пари
металу. Такі лампи
мають значно більшу
порівняно з жирівками
енергоефективність і термін
дії, який залежить
від кількості вмикань-вимикань, крім
того, вони мають
суттєві пульсації світлового
потоку, що можна
зменшити, якщо використовувати в
одному світильнику 2 лампи
зі зміщенням фаз
на 90º (π/ 2 ). Тому такі лампи необхідно
використовувати для освітлення
місць де немає
потреби постійно вмикати – вимикати світло
і нема спеціальних
вимог до якості
освітлення, наприклад, освітлення
коридорів (лінійні трубчаті),
переходів між корпусами,
підземних переходів, загального
освітлення виробничих приміщень
(на робочих місцях
при цьому освітлення
мають створювати жирівки,
тобто освітлення має
бути комбіноване),тощо.
Дані лампи бувають
низького і високого
тиску, низької і
високої яскравості. До
першого типу відносяться
люмінесцентні та натрієві
лампи, до другого – ртутні, натрієві
лампи та металогалідні. Лампи
високого тиску, крім
натрієвих, потребують певний
час для запалювання
і для успішного
повторного запалювання мають
дещо вистигнути.
ЛЮМІНЕСЦЕНТНІ ЛАМПИ
Люмінесцентні
лампи вперше були представлені в 1939 році на виставці у Нью-Йорку. Вони швидко
стали популярними в магазинах, офісах й інших адміністративних будинках, оскільки
використовували менше електроенергії, забезпечуючи необхідне освітлення. Однак,
їх не часто можна було зустріти в домівках – мерехтіння, час вмикання, шум та
розмір тих ламп не влаштовували господарів. У 80 роках знайшли спосіб зменшити
розмір трубок й люмінесцентні лампи стали вже більш схожими до ламп
розжарювання за своїм зовнішнім виглядом. Зараз же виробникам вдалося позбутися
більшості недоліків, й енергозберігаючі лампи стають дедалі більш популярними.
Принцип роботи енергозберігаючих ламп. Люмінесцентні лампи
містять всередині суміш парів ртуті та інертного газу. Внаслідок електричного
розряду між електродами створюється електричне поле, яке викликає виділення
парами ртуті ультрафіолетового світла. Аби ультрафіолетове світло
перетворювалось на видиме, на внутрішні стінки лампи наноситься люмінофор
(речовина, яка активно випромінює світло при дії електромагнітного,
ультрафіолетового чи іншого виду випромінювання). Більш детально розглянути
будову й навіть навчитися ремонтувати енергозберігаючі лампи можна .
Економія електроенергії . Звичайні лампи велику частину
енергії, яку використовують перетворюють на тепло, а не на світло. Сучасні
високоефективні компактні люмінесцентні лампи використовують до 80%
електроенергії менше, ніж лампи розжарювання. Економія електроенергії
досягається завдяки більшій ефективності та більші тривалості використання.
Звичайні лампи продукують 12-15 люменів (одиниця виміру світлового потоку) на
Ватт спожитої електроенергії, тоді як компактні люмінесцентні лампи – 50-80.
Якість світла . Одним з недоліків енергозберігаючих ламп
часто називають мерехтіння. В сучасних лампах частота мерехтіння досягає 20 000
герц, тому воно не помітне для людини. Для характеристики світла також
використовують індекс передачі кольорів Ra, який визначає ступінь спотворення кольору предметів. Значення
індексу Ra 80-89
свідчать про гарну передачу кольорів, а 90-100 – про дуже хорошу. Ще однією
характеристикою енергозберігаючих ламп є їх кольорова температура, яка визначає
колір світла: 2700К – теплий білий колір, найбільш близький до світла
традиційної лампи розжарювання; 4200К – денне світло, 6400К – холодне біле
світло. Загалом, світло дещо відрізняється від звичного, але більшість дуже
швидко звикає. Економія коштів. За розрахунками, економія коштів на одній лампі
сягає близько 190 грн. та окупається менше, ніж за рік. За іншими відгуками
енергоефективні лампи окупають свою вартість вже за 4 місяці.
Тривалість використання. Енергоефективні лампи слугують
набагато більше за звичайні. Час роботи енергоефективної лампи досягає 10 000 -
13 000 годин, тоді як звичайної лампи розжарювання – близько 750 - 1 000 годин.
Чи справді вони працюють так довго? Якісні лампи – безперечно так. Експерименти
волонтерів показують, що компактна флуоресцентна лампа, що постійно ввімкнена,
працює більше 10 000 годин.
РТУТНІ ЛАМПИ ВИСОКОГО
ТИСКУ
Балон такої лампи
теж вкритий люмінофором.
Вони мають малі
габарити, підвищену температуру
розряду, для запалювання
мають додаткові електроди.
Лампи такого типу
вигідно використовувати для
зовнішнього освітлення, можуть
запалюватись і світити
при низьких (до -
25ºС) температурах але
чутливі до зниження
напруги. Такі лампи
мають найнижчу серед
газорозрядних ламп енергоефективність, причому
вони знижується в
процесі експлуатації, тому
їх треба замінювать
ще до їх
виходу з ладу
і відповідно утилізовувати. Лампи
такого типу значно
переважають при освітлені
вулиць і з
економічних, екологічних і
технічних міркувань повинні
бути замінені. Їх
можна використовувати у
паркових зонах.
МЕТАЛОГАЛІДНІ ЛАМПИ
Ці лампи також
є ртутними лампами
високого тиску але
містять ще пари
деяких металів, які
додають до спектру
лампи ще свої
лінії що значно
покращує спектр випромінювання, підвищує
енергоефективність у 1.5 – 2
рази але зменшує
їх довговічність. Вони
не потребують люмінофору.
Світловий потік таких
ламп залежить від
її розташування- у вертикальної
він на 15 – 18 %
більший. Ці лампи
дорожчі від ртутних
і мають менший
термін експлуатації. Такі
лампи використовують для
освітлення центральних вулиць,
площ, скверів, парків,
торгівельних центрів або
житлових районів.
НАТРІЄВІ ЛАМПИ
Натрієві лампи є
низького і високого
тиску. Ці лампи
були розроблені у
30-х роках але
вони і досі
лишаються
найенергоефективнішими
лампами для освітлення
вулиць Вони мають
великий термін експлуатації,
причому світловий потік
від терміну роботи
не залежить але
світло таких ламп
монохромне, вони мають
більші габарити. Їх
не бажано використовувати для
освітлення вулиць у
житлових і ділових
районах.
Натрієві лампи високого
тиску мають покращений
світловий потік, тривалий
термін дії і
висока енергоефективність, вони
дорожчі і високовольтного електронного
стартера, правда, швидко
запускаються і перезапускаються. Такі
лампи використовують для
освітлення вулиць, автостоянок,
буд майданчиків, тощо.
БЕЗЕЛЕКТРОДНІ
ІНДУКТИВНІ ЛАМПИ
Я рекомендую застосування
саме таких ламп, за
такими лампами майбутне.
Правда такі лампи
ще досить дорогі
і потребують не
стандартних світильників. Вони
були розроблені у
70-ті роки, світло
у них виникає
внаслідок індукування свічення
кругової насадки, розташованої
назовні колби. Такі
лампи забезпечують коефіцієнт
відтворення кольорів – до 80 %.
Їх застосування для
освітлення вулиць дуже
якісне і дає
суттєву економію енергоресурсів, термін
роботи – до 100 тис. годин
НАПІВПРОВІДНИКОВІ
СВІТЛОВИПРОМІНЮВАЛЬНІ ДІОДИ (СВД)
Історія. Історія
світлодіодів сягає середини 50-х років, коли було відкрито інфрачервоне
випромінювання напівпровідників. Однак, тоді ще було далеко до їх
використання в якості освітлювальних приладів - занадто мала яскравість. В 1993
році професор Накамура( Shuji Nakamura
) представив світу перший яскравий світлодіод, базований на нітриді галію. Дуже
скоро після цього вченому вдалося створити зелений та білий світлодіод. В 2001
році через суд професор Накамура отримав від компанії, в якій працював, 7
мільйонів доларів, як винагороду за використання свого винаходу. А в 2006 році
- “Премію тисячоліття” від Національного технологічного агентства Фінляндії.
Премія вручається за винаходи, які зробили вагомий внесок у розвиток людства
(першим лауреатом був винахідник інтернету, Тімоті Джонс Бернерс Лі).
Серед вітчизняних
вчених в цій сфері відомим є д.т.н., Осінський Володимир Іванович який працював
в області RGB-свтлодіодних
ламп . Наш земляк з Вінничинни Осінський В.І. стояв у витіків створення Н/П
світлових структур в світі, працював в групі з Алферовим, який винайшов н/п
лазер і компоновані гетероструктури для світлодіодів і лазерних діодів. Його
школа знах в Києві – інститут мікропристроїв, центр оптоелектронних технологій
м.Київ (бувший інститут заводу Квазар).
Принцип роботи. Принцип роботи оснований на ефекті
електролюмінесценції: випромінюванні світла певними речовинами під дією
електричного струму.
Світлодіо́д — напівпровідниковий пристрій, випромінюючий
некогерентне світло при пропусканні через нього електричного струму (ефект,
відомий як електролюмінесценція). Випромінюване світло традиційних світлодіодів
лежить у вузькій ділянці спектру, а його колір залежать від хімічного складу
використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть
випромінювати на довжині хвилі від інфрачервоної до близького ультрафіолету
Економія
електроенергії. Ефективність багатьох діодних ламп залежить від кольору й
досягає 30 люменів на Вт. Однак вже зараз з’являються технології, які
можуть забезпечити ефективність 70 люменів на Вт і вище. Інколи можна почути,
що діодні лампи добре використовувати всередині приміщень, однак в природних
умовах втрачаються деталі предметів, їх чіткість. Це пов’язано із відмінністю
спектра конкретного ліхтаря із світлодіодами та спектра денного світла, до
якого так звикло людське око, зазвичай це має значення лише для мисливців, яким
в дощ потрібно розгледіти жертву; діггерів, які проводять багато часу в
катакомбах; любителів печерних екскурсій, фотографів й т.п.
Економія грошей. Так само, як і люмінесцентні лампи, діодні
лампи економлять не лише електроенергію, але й кошти з прикладом можна
познайомитися в статті Маклюк Юлії, . За підрахунками автора (на прикладі
освітлення рекламних щитів) економія у порівнянні з люмінесцентними становитиме
близько 380 грн на рік на 1 квадратний метр вивіски.
Тривалість використання . Діодні лампи розраховані
(принаймні так стверджують виробники) на 50-100 тисяч годин безперервної
роботи. В той час, як для люмінесцентних 10 000 - 13 000, а звичайних ламп
розжарювання - 750-1000годин.
Безпека . Світлодіодні лампи не містять парів ртуті й не
піддаються механічними пошкодженням у тій мірі, як звичайні та люмінесцентні
лампи. Нагадаю, що не варто лякатися ртуті, яка міститься в люмінесцентних
лампах: тих максимум 4 міліграми ледь вистачить, аби покрити кульку звичайної
ручки. В звичних для нас термометрах ртуті міститься до 500 міліграм! Та навіть
вони є далеко не основним джерелом ртуті в навколишньому природному середовищі.
Набагато більший внесок роблять електростанції, які використовують вугілля. Особливістю й великою перевагою світлодіодів
є широта їх застосування: окрім освітлення світлодіоди можуть бути використані
для очищення питної води (ультрафіолетові світлодіоди), збереження цифрових
даних, в інформаційних табло та моніторах, світлофорах, гірляндах, ландшафтному
дизайні, в принтерах й багато чого іншого.
Додаток 8
Переваги та недоліки
енергозберігаючих ламп
Переваги економок перед лампами розжарювання
Перша і головна перевага компактних люмінесцентних ламп
найвища світловіддача. Приблизно в п'ять разів більша, ніж лампи у
розжарювання. Якщо говорити про конкретні цифри, це означає, що світловіддача
лампи розжарювання потужністю 100 Вт буде дорівнювати світловидатності
люмінесцентного джерела світла потужністю 20 Вт. Головний козир такої покупки,
як ви вже могли здогадатися, криється в можливості знизити споживання
електроенергії на освітлення приблизно на 80%. Зниження використовуваної
енергії це радість не тільки для гаманця, а й для навколишнього середовища.
Зменшуючи свій споживчий попит на ону, ми скорочуємо кількість шкідливих
газових викидів, які є невід'ємним побічним продуктом при виробництві
електроенергії.
Важливо! У всьому
цивілізованому світі саме важливість збереження екології є ключовим мотивуючим
фактором до переходу на енергозберігаючі джерела світла.
Класичною причиною виходу з ладу ламп розжарювання є
перегорання вольфрамової спіралі. Принцип роботи і будова КЛЛ кардинально інші.
Це дозволяє експлуатувати їх в 6-15 разів довше. Середньостатистичний ресурс
роботи економок становить 6-12 тисяч годин.
Так як в заміні КЛЛ потребують набагато рідше, ніж лампочки
Ілліча, їх дуже зручно використовувати у важкодоступних світильниках (наприклад,
в квартирах з високими стелями).
Економки не тільки споживають менше електрики, але і
виділяють менше тепла. Це дозволяє спокійно інсталювати їх в люстрах і
світильниках з обмеженням по температурі. Тепер можна не турбуватися, що
патрон, елементи обробки провід попливуть.
Енергозберігаючі лампи дозволяють організувати більш м'яке і
рівномірне освітлення.
Недоліки економок.
Замінити одномоментно всі звичайні лампочки в будинку на
економки може бути досить важко у фінансовому плані. Одна КЛЛ обійдеться дорожче
звичайної лампи розжарювання в 10-20 разів.
Занадто часті вкл / викл істотно скорочують життя економки.
Стандартні КЛЛ забороняється використовувати у світильниках,
які управляються диммерами (регуляторами світла). Для цих цілей існують
спеціальні КЛЛ з регулюванням яскравості, але чи варто говорити, що коштують
вони на порядок дорожче і без того недешевих рядових економок.
КЛЛ містять ртуть та інші токсичні речовини - вони повинні
бути утилізовані відповідним чином; викидати їх у простій сміттєвий бак можна.
Щоб прогрітися до повної потужності економці потрібен якийсь
час. У приміщенні з звичайної кімнатної до 45 секунд.
При використанні компактних люмінесцентних ламп на
відкритому повітрі, настільки ж яскравого світла, як у приміщенні досягти не
вдасться.
Якісні енергозберігаючі лампи як вибрати і на що звернути
увагу?
Зважили всі за і проти? Прийшли до рішення, що дана розробка
однозначно заслуговує споживчої уваги? Отже, саме час вирушати в магазин за
покупкою. Але яку енергозберігаючу лампу вибрати, якщо їх на прилавках аж
стільки?
Існує ряд параметрів, за якими можна визначити кращі для
кожного конкретного випадку зразки.
Корисна порада! Купуючи люмінесцентні лампочки вперше, не
прагнете взяти відразу з десяток в усі кімнати будинку. Візьміть дві-три з
різною колірною температурою, протестуйте їх, простежте, чи не стомлюється Чи
погляд від придбаних зразків. А вже через пару днів докупіть лампи до потрібної
кількості.
Комментариев нет:
Отправить комментарий