Балама энергия көздерін игеру ғылыми зерттеуі

Мазмұны

Жобаның мақсаты мен міндеті ................................................................................

1.Кіріспе .....................................................................................................................

І-тарау. БАЛАМА ЭНЕРГИЯ КӨЗДЕРІ

1.1.Күн энергиясының маңызы, игеру жолдары....................................................

1.2.Жел энергиясының маңызы ...............................................................................

ІІ-тарау. БАЛАМА ЭНЕРГИЯ КӨЗДЕРІН ТҰРМЫСТЫҚ ЖАҒДАЙДА ҰШТАСТЫРУ

2.1.Күн энергиясы арқылы тұрғын үйді жылыту, электр қуатымен қуаттандыру...............................................................................................................

2.2.Жел энергиясы арқылы қосымша электр қуатын өндіру................................

2.3.Қуаттағыш батереямен жүретін көлік ..............................................................

ІІІ-тарау. ҚАЗАҚСТАНДАҒЫ БАЛАМА ЭНЕРГИЯ КӨЗДЕРІН ИГЕРУ МҮМКІНДІКТЕРІ

3.1.Еліміздегі күн және жел энергия көздерін игеру ............................................

Қорытынды ...............................................................................................................

Пайдаланған әдебиеттер тізімі ................................................................................

КІРІСПЕ

Қазіргі заманды электр энергиясынсыз елестету мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергиясын алудың шығыны аз, экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып отыр. Соңғы кездері экологиялық проблемалар, пайдалы қазбалардың жетіспеушілігі және оны географиялық біркелкі емес таралуы салдарынан электр энергиясын өндіру, жел энергетикалық құрылғыларды, күн батареяларын, газ генераторларын пайдалану арқылы жүзеге аса бастады. Әлемде энергия қоры тапшы. Сондықтан болар, дамыған елдің бәрі баламалы энергия көзін қолданысқа енгізумен әлек. Күн, жел энергетикасы сынды қуат көздерін дамыту бүгінгі күннің басты қажеттілігіне айналып келеді.

Климаттық ресурстар (күн,су және жел қуаты, биологиялық отын,)-сарқылмайтын табиғат ресурстары, олар дәстүрлі энергетикалық (мұнай,газ,көмір,атом энергетикасы) ресурстардан бөлініп баламалы энергия көздері деп аталады. Энергетика бүгінгі әлемдік өркениеттің маңызды қозғаушы күші болып табылады. Дүниежүзілік тәжірбие көрсетіп отырғандай,энергетиканың дәстүрлі емес түрлерін дамыту арқылы бірқатар елдер энергетикалық тапшылықтарын жоюда. Баламалы энергия көздерін пайдалануда АҚШ, Еуропалық одақ елдері, Қытай және Үндістан алдыңғы орындарда. Бі*з білетін әрі күнделікті пайдаланып жүрген дәстүрлі энергия көздері (мұнай,көмір,табиғи газ) қорлары жылдан-жылға азайып, сарқылуда,қайта қалпына келу мүмкіндігі жоқ. Қазіргі таңда дүниежүзінде минералдық отын тапшылығы байқалуда.Қарқынды пайдалану жағдайында мұнай тек 50 жылға,газ 50 жылға, ал көмір 150 жылға жетеді. Бұл мәселе болашақта дүниежүзі баламалы энергия көздеріне көшетіндігін дәлелдейді. Бүгінде Германияда (күн),Данияда (жел) және Испанияда (күн мен жел)электр энергетикасының 20% береді.

Баламалы энергетиканы дамытуда көшбасшылар үштігін Германия, Испания, Жапония құрап отыр, олардың ізін ала АҚШ, Италия, Оңтүстік Корея, Чехия, Франция т.б келеді. 2010 жылғы наурызда «Planet Solar Turanor» күн батареясын пайдаланатын швецар-герман кемесін (катер) суға түсірсе, аталмыш компания «Solar impuls»швейцар-герман ұшағын сәтті ұшырды, ал электортогымен жүретін автомобильдер шығаруда Tesla компаниясының машиналары бүгінгі күнде конвейерге қойылған. Әлемнің кез келген еліне Тесла автомобильдерін тасымалдануда. Қазақстандада аталмыш компанияның машиналары өз технопарктерін ашуда.

Тақырыптың өзектілігі: ХХІ ғасыр жаңа технологиялар мен техникалардың заманы. Сондай ақ бұрын соңды болмаған, қолданысқа енбеген тың жаңа дүниелерімен таң қалдыруда. Қазіргі таңда дүниенің түпкір – түпкірінде, көпшілік елдерде табиғи ресурстарын сақтап, табиғаттағы сарқылмайтын энергия көздерін игеруде. Бұл дегеніміз адамзаттың табиғатқа ықпалы күшейіп түрлі экологиялық қауіп төндіріп, ендігі жерде соның салдарымен күресу және де минералды ресурс қорларын үнемдеу, келер ұрпаққа сақтап қалу. Сондықтан дүние жүзіндегі елдер балама энергия көздерін игеруде бір –бірімен бірлесе отырып жұмыстануда.

Осы тақырыпта жұмыстануыма қызығушылығымды оятқан елімізде өткен ЕХРО халықаралық көрмесі болды. Мен бұл көрмеге бармасамда ондағы көрсетілген техникалар мен тың жаңа дүниелері маған қызық болды. Жалпы мен робототехника, автокөліктер жасаумен бұрыннан айналысамын, бұл менің хоббиім десе де болады. Өзім жасап жүрген дүниелерден болашақта қолдануға болатын, балама энергия көздерімен жұмыс жасайтын техника түрлері. Егер де күнделікті өмірімізде қалтамызды көп қақпайтын табиғаттың сарқылмайтын энергиякөздерін игеріп, тұрмысымызды жеңілдетсек жақсы болады деп ойлаймын.

Жобаның мақсаты:

1.Сарқылатын, энергетикалық ресурс (мұнай, табиғи газ, көмір) түрлерінің қорларын сақтап оларға деген тәуелділікті жою

2.Тұрғын үйлер мен автокөліктердегі энергия қажеттіліктерін балама энергия көздерімен өтеу

3.Күн және жел қуаттарының мүмкіндіктерін ашу

Жобаның міндеті:

1.Балама қуат көздерін пайдалануға ынталандыруға бағытталған, оның ішінде қалпына келтірілетін қуат көздерін пайдалану

2.Тұрғын үйлерді қауіпсіз энергия көздерімен қамтамасыз ету

3.Автокөліктерді экологиялық жағынан таза қуат көздерімен жүргізу

4.Қазақстадағы бірыңғай энергетика жүйесін енгізу

5.Шалғай ауылдардағы энергетика мәселесін жою

Жұмыстың зерттеу әдісі эксперименталды, практикалық болып табылады. Өйткені жоба өз қолыммен жасалды, барлық құрал-жабдықтар күнделікті тұрмыста қолданып жүрген заттар және арнайы тапсырыспен алынған. Мәселен үйді ағаштан жасалған, оның электр қуаты күн батареясымен қуаттанады. Ал жел станциясы бұлтты күндері немесе қыс мезгілінде күн энергиясына қосымша энергия көзі болып табылады. Ауыр көлік қарапайым ұялы телефондар сияқты күн, жел станциялары өндірген қуатпен қуатталып жүреді. Қыста қар ашыса, басқа жыл мезгіліндерінде көше тазалауға пайдалануға болады.

І-тарау. БАЛАМА ЭНЕРГИЯ КӨЗДЕРІ

1.1.Күн энергиясының маңызы, игеру жолдары

Күн энергиясы - шешуші экологиялық факторлардың бірі. Атап айтқанда жарық жерде өмір сүретіндердің барлығына дерлігін фотосинтез арқылы энергиямен және құнарлы заттармен қамтамасыз етеді. Күн батареялары алғаш шыға бастаған кезде олардың күші өте әлсіз еді. Қазіргі таңда күн батареялары да жаңа технологиямен жасалып, оның құрылымы да, қызметі де дами түсті. Күн технологиясы – бұл қуатты күннен алатын құрылғылар. Соңғы шыққан күн батареялары пластмасса табақшаларға өткізілген төрт бұрышты тоқ өткізгіш спиральдардан тұрады. Мұндай спиральдарды «наноантенна» деп те атайды. Оның диаметрі адамның бір тал шашының 1/25 бөлігіндей. Наноантенналар күндіз күннен жерге бөлінген инфрақызыл қуатты жұтады. Олар тіпті тек күн сәулесін ғана емес, күндіз күннің сәулесі арқылы қызған жердің жылуы арқылы да қуат алады. Сондықтан мұндай батареялар түнде де жұмыс істейді. Бүгінде мұндай күн батареялары мен жалпы наноантенналарды жасауда ғалымдар тынбай еңбектеніп, нанотехнологияны дамытуға тырысуда. Мамандардың айтуынша, Орталық Азия елдерінде бір жылда 300-ден астам ашық күнді ауа райы болады. Сондықтан мұндай батареяларды кең түрде қолданудың тиімділігі көп. Егер күн батареясын тұрмыста қолданатын бо

Күн энергетикасы дегеніміз – дәстүрлі емес энергетика бағыттарының бірі. Ол күннің сәулеленуін пайдаланып қандай да бір түрдегі энергияны алуға негізделген. Күн энергетикасы энергия көзінің сарқылмайтын түрі болып табылады, әрі экологиялық жағынан да еш зияны жоқ. Күннің сәулеленуі – Жердегі энергия көзінің негізгі түрі. Оның қуаттылығы Күн тұрақтысымен анықталатындығы белгілі. Күн тұрақтысы – күн сәулесіне перпендикуляр болатын, бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде өтетін күннің сәуле шығару ағыны. Бір астрономиялық бірлік қашықтығында (Жер орбитасында) күн тұрақтысы шамамен 1370 Вт/м²-қа тең. Жер атмосферасынан өткен кезде Күн сәулеленуі шамамен 370 Вт/м² энергияны жоғалтады. Осыдан Жерге тек 1000 Вт/м²-қа тең энергия ғана келіп түседі. Бұл келіп түскен энергия әр түрлі табиғи және жасанды процесстерде қолданылады. Күн сәулесі арқылы тікелей жылытуға немесе фотоэлементтер көмегімен энергияны қайта өңдеу арқылы электр энергиясын алуға не басқа да пайдалы жұмыстарды атқаруға болады.

Шындығында, қазіргі заманды электр энергиясынсыз мүлдем елестету мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергияны алудың шығыны аз, экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып отыр. Әлем бойынша электр энергиясын ең көп өңдіретін елдерге АҚШ, Қытай жатады. Бұл елдерде электр энергиясының өндірісі әлемдік өндірістің 20%-ын құрайды. Соңғы кездері экологиялық проблемалар, пайдалы қазбалардың жетіспеушілігі және оның географиялық біркелкі емес таралуы салдарынан электр энергиясын өндіру желэнергетикалық құрылғыларды, Күн батареяларын, газ генераторларын пайдалану арқылы жүзеге аса бастады.

Жалпы алғанда, Күн сәулеленуінен электр энергиясы мен жылу алудың бірнеше әдістері бар. Олар:

1) Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу.

2) Күн энергиясын жылу машиналарының көмегі арқылы электр энергиясына айналдыру (Жылу машиналарының түрлері: поршеньдік немесе турбиналық бу машиналары. Стирлинг қозғалтқышы.).

3) Гелиотермальдық энергетика – Күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы мен жылудың таралуы және қолданылуы.

4) Термоәуелік электр станциялары (Күн энергиясының турбогенератор арқылы бағытталып отыратын ауа ағыны энергиясына айналуы).

5) Күн аэростаттық электр станциялары (аэростат баллоны ішіндегі су буының аэростат бетіндегі күн сәулесі қызуы салдарынан генерациялануы).

Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың бірі – Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор – Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі. Күн батареяларының өлшемдері әр түрлі болады. Мысалы: микрокалькуляторда орнатылғандарынан бастап, ғимараттар шатырлары мен автокөліктер төбелеріне орнатылатындарына дейінгі өлшемдерде. Сондай-ақ Күн батареялары ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Ал тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды – калькулятор, қол сағаты, плеер, фонарь, т.б. токпен қоректендіру көзі де Күн батареялары болып табылатындығы бәрімізге белгілі.

Үлкен өлшемді Күн батареялары Күн коллекторлары сияқты тропикалық және субтропикалық аймақтарда бүгінде кеңінен қолданылуда. Әсіресе, әдістің осы түрі Жерорта теңізі елдерінде көп тараған. Бұл елдерде Күн батареяларын үй шатырларына орналастырады. Ал Испанияда 2007 жылдың наурыз айынан бастап жаңадан салынған үйлер Күн су жылытқыштарымен жабдықтала бастады. Ол ыстық суға деген сұранысты 30%-дан бастап 70%-ға дейін қамтамасыз ете алады.

Жылма-жыл Күн батареяларының түрлері жаңа технологиялық тұрғыдан жетілдіріліп, толықтырыла түсуде. Соңғы уақытта Санта-Барбарадағы Калифорния университетінің полимерлер және органикалық қатты бөлшектер орталығының мүшесі, Нобель сыйлығының лауреаты Алан Хигер мен Гванджудағы Корей ғылым және технология институтының ғылыми қызметкері Кванхе Ли мен олардың әріптестері тандемдік полимерлі Күн батареяларын жасап шығарды. Жаңа батареялар авторлары спектрдің кеңірек диапазонын қолдану үшін жұтылу сипаттамалары әр түрлі екі фотоэлектрлік ұяшықтарды бір бүтінге жалғастырды. Нәтижесінде батареяның пайдалы әсер коэффициенті 6,5%-ға тең болды. Күн батареясының бұл түрі өзінің арзандылығы және оны жасаудағы қарапайымдылығымен ерекшеленеді.

Жоғарыда келтірілген мысалдардан біз адамзат үшін Күн энергетикасының ауадай қажет екенін түсінеміз. Күн энергиясын пайдаланудың өзіндік артықшылықтарымен қатар кемшіліктері де бар. Атап айтсақ, артықшылықтары:

1) Күн энергиясы бәріне бірдей қолжетімді;

2) ол сарқылмайды;

3) қоршаған ортаға қауіпсіз;

Кемшіліктері:

1) ауа райы мен тәуліктің уақытына тәуелді;

2) Күн энергиясын алу үшін қолданылатын құрылғылардың қымбаттылығы; 3) оны шағылдыратын бетті периодты түрде тазалап отыру қажет;

4) электр станциясының жанында атмосфера ысып кетеді;

5) энергияны аккумуляциялау қажет.

Соған қарамастан Күн энергетикасына деген сұраныстар жыл сайын артып келеді. Әр елдің ғалымдары осы қосымша энергия түріне ерекше мән беріп, оны дамыту жолдарын қарастырумен айналысуда. Осыған орай Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғыларды пайдалану деңгейі жылдан-жылға өсіп келеді. Мысалы: 2005 жылы жұқа қабыршақты фотоэлементтер нарықтың 6%-ын құраса, 2006 жылы бұл көрсеткіш 7%-ға жетті, ал 2007 жылы 8%-ға, ал 2009 жылы 16,8%-ға дейін өсті. Яғни 1999 жылдан 2006 жылға дейін жұқа қабыршақты фотоэлементтер өндірісі жыл сайын орташа есеппен 80%-ға өсіп отыр. Ал Күн энергиясының Еуропа елдерінде қолданылуына шолу жасасақ, 2010 жылы Германияда электр энергиясының 2%-ы фотоэлектрлік құрылғылардан алынса, Испанияда бұл көрсеткіш 2,7%-ды құрайды.