Проектно-исследовательская работа «Энергоэффективность» 9 класс



Управление образования администрации

Богородского муниципального района Нижегородской области

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Новинская средняя общеобразовательная школа



Фестиваль исследовательских и творческих работ учащихся «Портфолио»


Энергоэффективность








Адрес:

607635, Нижегородская область, Богородский район

п. Новинки, ул. Центральная, д.6

Телефон: 8-(831-70)-48-5-41

Электронная почта:

Биомасса может рассматриваться как идеальное энергетическое вещество, поскольку «биомасса - это все что растет», это аккумулированная в углеродных соединениях солнечная энергия, которая может быть использована в случае необходимости в больших объемах.

Биомассу как энергоноситель можно подразделить на две группы:

1.Органические отходы животноводства(навоз), солома, дрова, отходы лесозаготовок и деревообработки, торф.

2.Энергетические растения - быстрорастущие виды древесины, масличные и специальные культуры(рапс, сорго, тростник и т.д.).

В нашем поселке ежегодно накапливается большое количество отходов животноводства и растениеводства. Степень их использования очень низкая.

Основные методы преобразования и энергетического использования биомассы приведены. а) термохимические методы.

При подводе тепла биомасса превращается в более ценный энергоноситель. Основными способами переработки являются: коксование древесины, газификация и сжижение.

Применяются также пиролиз (термическое расщепление биомассы без доступа воздуха). Цель этой технологии в получении из биомассы жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания. Основным недостатком является стоимость оборудования.

б) физико-химические методы.

Одна из форм физический биоконверсии - получение растительного масла при извлечении его из семян масличных культур. После получения растительного масла его можно использовать непосредственно как горючее для моторов или, после химической обработки, в качестве биодизеля.

в) биохимические методы.

При анаэробном (без доступа кислорода) брожении органического материала(навоз, органические отходы) под воздействием различных групп бактерий происходит образование биогаза. Полученная смесь состоит в основном из метана (55-70%) и углекислого газа. Метан можно сжигать в моторах для производства электрической и тепловой энергии.

В дальнейшем я подробно расскажу об использовании и производстве биогаза из навоза.

В бытовой деятельности производится большое количество отходов, на утилизацию которых тоже тратится энергия либо в доме, либо при транспортировке и утилизации на специализированных предприятиях. Экономия энергии здесь достигается двумя путями: сокращением отходов и утилизацией органической части отходов и утилизаций органической части отходов без затрат энергии - домашним компостированием, либо компостированием на приусадебном участке с последующим использованием на приусадебном участке для удобрения почвы.

Производство биогаза из отходов животноводства основано на использовании процесса анаэробного сбраживания навоза в специальных герметических емкостях - метантенках. Устройство биогазовой установки с

плавающим газосборником.

Биогаз получается при анаэробном брожении органического материала и состоит в основном из метана и углекислого газа. Полный биохимический процесс разложения сложных органических веществ идет 10 суток в нескольких стадиях, за каждую из которых отвечают определенные бактерии. Максимальный выход и скорость сбраживания достигается при соблюдении соотношения углерода к азоту в массе 30:1 и повышенной до 60 оС температуре. Опилки и газеты состоят в основном из углерода и обеспечивают его недостающее количество в массе. Постоянное давление биогаза поддерживается тяжелым плавающим колпаком.

В таблице приведены данные по выходу метана в зависимости от состава биомассы.

Материал

Содержание материала в смеси, %

Выход биогаза,

М3/КГ

Содержание метана, %

Свиной навоз

100

1,0- 1,6


Коровий навоз

100

0,6- 1,0


Куриный помет

100

1,2-2,6

59,8

Домовая канализация

100

1,0- 1,8


Куриный помет и бумага

31/61

1,5

60

Древесные опилки и осадки очистных устройств

10/90

1,85

68,9

Газеты и осадки очистных устройств

10/90

2,0

67,1

Газеты и осадки очистных устройств

30/70

1,5

65,5

Установке нельзя давать остыть: биопроцесс замедляется в десятки раз при температуре 12 0С и полностью прекращается при 6 оС; новый запуск потребует внешнего подогрева в течение минимум 6 дней. Тем не менее, установку вполне можно использовать в холодном климате. Для круглогодичной работы бак, в котором производится сбраживание, должен быть хорошо утеплен. Для этого его часто закапывают под землю, укладывая сверху солому или другие утепляющие материалы (опилки, стружки), которые необходимо будет добавлять в загружаемую жидкую массу.

При производстве электроэнергии из биогаза в электрический ток преобразуется всего 30% его энергоресурса, остальная часть - отбросная теплота. Производить и использовать биогаз лучше всего вне дома. Имеющиеся на рынке большие биогазовые установки оснащены устройством очистки газа, после которых газ может использоваться и внутри дома, и при нагревании воды для бытовых нужд, содержания скота, отопления жилых помещений и теплиц, подогрева воздуха для сушилок, а также при создании микроклимата в животноводческих помещениях.

Американский фермер Джон Девонс разработал наиболее подходящую с точки зрения экономии энергии и эффективности систему биоинтенсивного земледелия для небольших участков земли, основанную на ручной подготовке почвы без внесения минеральных удобрений. С помощью этой системы можно организовать замкнутый цикл по обеспечению жителей дома собственными овощами без использования внешних удобрений и утилизацией всех органических и пищевых отходов для удобрения.

В климатических условиях России биогазовые установки малопригодны для автономного энергосбережения индивидуальных жилищ, а для целого поселка это хороший способ энергосбережения.

Выполнение исследования

В посёлке Новинки Богородского района расположено учебно-опытное хозяйство НГСХА. Сельское хозяйство включает в себя два ключевых направления: растениеводство и животноводство. В учебном хозяйстве на трёх фермах содержатся 835 голов крупного рогатого скота. Нас заинтересовало возможное использование энергии биомассы для производства электроэнергии в посёлке с помощью биогазовой установки с плавающим газосборником. По моим подсчётам, 836 коров могут в год производить 7,6*106 кг навоза.

При наличии в хозяйстве как минимум 3 коров (лошадей) и нескольких свиней образующиеся органические отходы следует использовать для получения биогаза, с помощью которого можно полностью обеспечить семью из 4 человек энергией для отопления дома.

В нашем поселке есть деревообрабатывающие предприятия. В процессе их работы образуется большое количество отходов производства - опилок, которые бездумно сжигаются. Если бы в нашем поселке поставить биогазовую установку для производства альтернативной энергии, то в окружающую среду поступало меньше отравляющих элементов, а опилкам найти рациональное применение.

Приусадебный участок, также как оранжерея и теплица, является неотъемлемой частью знергоэффективного дома. На них часто тратится энергия сравнимая с той, что потребляется в доме. Здесь, безусловно, имеется большой потенциал сбережения энергии, который может быть реализован максимальным использованием солнечной энергии и рациональным - тепловой и электрической. Достигается это специальной конструкцией и размещением, а также использованием подходящих материалов. Пристроенные к дому с южной стороны теплицы и оранжереи могут быть не только использованы по назначению, но и вносить вклад в обогрев дома.

Оценка эффективности мероприятий

Апробация не производилась. Этап организационный: выбрали тему своего исследования, определили задачи, собирали информацию.

Как может проект развиваться в будущем

Ознакомление населения с информацией, содержащейся в проекте. Проект был бы интересен владельцам частных домов, садоводческих участков, фермерам. Для этого планируется создать буклет с информацией об использовании энергии биомассы, методиками, расчётами. В простейшем варианте биогазовые установки с плавающим газосборником могут быть легко изготовлены при наличии сварочного оборудования, металла и антикоррозионного материала.

Результат реализации проекта

Одна семья в зависимости от размеров хозяйства потребляет за год от 1000 до 4000 КВт электроэнергии (включая освещение, телевизор, радио и холодильник, то есть практически всё, но без электротепловых приборов).

Навоз от 836 коров теоретически может снабдить 140 семей электроэнергией. В посёлке Новинки около 2000 жителей; если предположить, что в среднем семья состоит из 4-х человек, то в Новинках около 500 семей. 28% семей посёлка Новинки могли бы получать электроэнергию за счёт навоза коров, затрачивая при этом минимум средств.

Заключение

Сейчас наш поселок встал на интенсивный путь развития: строятся новые здания, торговые точки, развлекательные учреждения. Все это отнимает большое количество энергии из, уже не новых, линий электропередач. На нас лежит огромная ответственность сохранить мир пригодным к проживанию людей, животных, растений, всех живых организмов. Пусть это станет нашей общей целью и целью каждого из нас.











Литература

  1. Гладкий Ю.Н.: Лавров С.Б. Дайте планете шанс!- М.: Просвещение, 1985.

  2. География Нижегородской области- Н.Новгород, 1991.

  3. Дмитриев А.И. Практическая экология. Часть П. — Н.Новгород: изд. Нижегородского педагогического ун-та, 1994.

  4. Дмитриев А.И. Экологический практикум. — Н.Новгород: 1995.

  5. Косариков А.Н. и др. Экологическая обстановка в Н.Новгороде, 1993.

  6. Кузнецова МЛ., Ибрагимов А.К., Неручев В.В., Юлова Г.А. Полевой практикум по экологии. — М.: Наука, 1994.

  7. Литвинова Л. С. , Жиренко О. Е. Нравственно – экологическое воспитание школьников. – М. , 2005.

  8. Медоуз X. Д., Медоуз Д. Л., Рэндерс Й, Беренс В. Пределы роста: Доклад по проекту Римского клуба «Сложное положение человечества». - М.: Изд-во МГУ, 1991.

  9. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: Пер. с англ.- М.: Мир, 1993. - Т. 1,2.

  10. Рамад Ф. Основы прикладной экологии. — Л.. Гидрометеоиздат, 1981.

  11. Природопользование под редакцией Э.А.Арустамова- М.: «Дашков и К0», 2001.

  12. Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник. -М.: Мысль, 1990.

  13. Риклефс Р. Основы общей экологии. - М.: Мир, 1979.

  14. Розанов В. В. Основы учения об окружающей среде. - М.: Изд-во МГУ, 1984.

  15. Самкова В. А. , Прутченков А. С. Экологический бумеранг. – М. : Новая школа, 1996.

  16. Одум Ю. Экология. - М.: Мир, 1986. - Т. 1 - 2.

  17. Экологическая обстановка в городах и районах Нижегородской области- Н.Новгород, 1991.

  18. Экологический практикум- Н.Новгород, 1994.

  19. Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химия и экология – Н.Новгород, 1994.

  20. Скурлатов Ю.И. и др. Введение в экологическую химию- М.: Высшая школа, 1994.

21.Ресурсы Интернет.




Добавить комментарий