Урок-конференция. 11-й класс, 2 ч и твердит Природы голос: в вашей власти, Чтобы всё не раскололось



Скачать 145.57 Kb.
Дата24.04.2016
Размер145.57 Kb.
ТипУрок
С.А.Трубачеева,

д. Алагуй, Иркутская обл.
Электричество и экология
Учебный проект: экологическое исследование.

Урок-конференция. 11-й класс, 2 ч
И твердит Природы голос:

В вашей власти, в вашей власти,

Чтобы всё не раскололось

На бессмысленные части!



Л.Мартынов
1. Цели проекта

 Актуализировать и углубить знания учащихся о физических основах производства на различных видах электростанций, а также, их преимущества и недостатки в экологическом отношении.

 С помощью опережающего задания активизировать поисково-познавательную деятельность учащихся в работе с учебными, научными текстами.

 Формирование у старшеклассников коммуникативных умений (публично выступать по теме, вести диалог, участвовать в дискуссиях, активно слушать).


2. Задачи

 Привлечение внимания детей к проблеме загрязнения атмосферы.

 Выявление путей решения этой проблемы.

 Реализация межпредметных экологических связей.

 Формирование активной позиции школьников по вопросам защиты окружающей среды.

 Развитие коммуникативных способностей ребят.

 Развитие навыков сотрудничества.
3. Оборудование

Таблицы, схемы, картины с видами электростанций разных видов, фотостенд с Иркутской ТЭЦ, фоторепортажи.

За 1–2 недели до начала урока каждому члену класса (если в классе мало учеников, а если много, разделить на группы по несколько человек) даются задания – изучить физические основы особенности производства электрической энергии на электростанциях различного вида, подготовить сообщения по результатам исследований.
Ход урока

На доске висят таблицы и схемы.


Таблицы: электростанции различных видов; структура мировых энергоресурсов; воздействие радиации на человека; углекислый газ в биосфере; воздействие выбросов сернистого газа на экосистемы и на человека.

Схемы: схема тепловой электростанции; схема атомной электростанции; схема гидроэлектрической станции; схема уранового топливного цикла для атомной электростанции мощностью 1 Гвт; схема образования кислотных осадков.

Фоторепортаж с Усть-Илимской ТЭЦ, а также таблица:
Пусть всегда будет небо,

Пусть всегда будет солнце,

Пусть всегда будет мама,

Пусть всегда буду я!



I. Актуализация проблемы урока (учитель)

Всеобщее и всевозрастающее внимание у нас в стране и во всём мире к проблемам экологии не случайно. Оно вызвано обостряющимися проблемами глобального масштаба, острота которых в полной мере ещё не осознана человечеством

Воспитание человека, способного жить в гармонии с природой, – важнейшая задача школы. Учащиеся должны осознать мысль о том, что законы природы познаются не только с целью их применения на благо людей, но и для того, чтобы человек не нарушал гармонии окружающего его мира. Одним из основных законов природы является закон сохранения энергии. На протяжении всего курса физики учащиеся изучают вопросы, связанные с подтверждением универсальности этого закона, его проявлением в различных природных процессах.

Уровень производства и потребления энергии – один из важнейших показателей развития производительных сил общества. Ведущая роль принадлежит электроэнергии. Это диктуется её преимуществами пере другими видами энергии. Так, электроэнергию можно получать за счёт других разнообразных видов энергии (воды, ветра, пара, солнца, внутриядерной и т.д.); легко превращать в других виды энергии, без больших потерь передавать на большие расстояния; достаточно просто и с высоким КПД преобразовывать, дробить на порции любой величины. Электроэнергия не наносит вреда окружающей среде. Это та самая энергия, без которой не было бы современного общества, привычных удобств, развлечений, современной цивилизации. Жалок был бы человек, не имеющий в своём распоряжении всевозможных энергетических источников, помогающих ему жить. Главный вопрос – сколько энергии нужно человечеству? Каким будет облик XXI века?

Однако не мене важными вопросами являются те, в ответах на которые мы узнаём о способах её получения, о проблемах и перспективах, возникающих при строительстве и эксплуатации электростанций различного типа. Экологические проблемы производства электроэнергии носят глобальный характер.
II. Введение

Сначала познакомимся с различными видами электростанций (обсуждение таблицы «Электростанции»).



По оценкам специалистов к 2100 г. население земли возрастёт до 11–12 млрд., а ежегодная потребность в энергии – до 2 • 1010 тут. (1 тут – тонна условного топлива и равен 29,4 ГДж). Возникает вопрос: сколько у землян запасов органического топлива (основного источника энергии в настоящее время) и на сколько его хватит? Запасов ископаемого топлива около 1013 тут, извлечь же в лучшем случае можно 50%. Другими словами, «отпущено» нам органического топлива 5•1012 тут, и, если человечество не изменит структуру топливно-энергетического комплекса, то сжигать нефть и газ мы можем ещё 50 лет, а уголь – лет 250.

В процессе производства энергии наша планета (атмосфера, земля, реки, моря) постепенно превращается в экологически опасную свалку. Самый крупный недостаток энергетических установок на ископаемом топливе – большой объём отходов (как твёрдых, так и газовых). Выделяемые газы обуславливают усиление «парникового эффекта» и связанные с ним повышение средней температуры атмосферы Земли (а, следовательно, повышение уровня Мирового океана, заболачивание низменных мест – житниц во многих странах, наступление пустынь), выпадение «кислотных дождей», возникновение «озоновых дыр». Шлаки и зола засоряют территорию. Тем не менее, энергетические ресурсы почти всех стран на 70–80% представляют собой именно ископаемое топливо. Оно самое дешёвое и самое эффективное, пока остаётся основой энергетики (на 75%). (Обсуждение таблицы «Структура мировых энергоресурсов»).

Крупномасштабное производство энергетических установок, производящих любой вид энергии, сопряжено с крупными экологическими проблемами: отчуждением больших площадей земли, неравномерным распределением экономически выгодных местоположений источников, временной и климатической зависимостью выработки ими электроэнергии, большой метало- и материалоёмкостью, малым КПД преобразователей. Другими словами, в настоящее время с разработкой и реализацией таких установок связано слишком много проблем в экономическом, научно-техническом и даже в экологическом (!) планах. Поэтому, их доля в структуре современной энергетики ничтожно мала и в обозримом будущем, увеличиваться вряд ли будет.

Ну, а сейчас мы с вами познакомимся с работой различных видов электростанций, с их «плюсами» и «минусами» и с тем какие экологические проблемы возникают при использовании тех или иных видов электростанций. Также попробуем найти альтернативные способы уменьшения вредных экологических воздействий.

Здание Волжской ГЭС в разрезе: 1 – турбина; 2 – генератор; 3 – электрические распределительные устройства; 4 – трансформатор; 5 – портальные краны; 6 – кран машинного зала; 7 – АЭП.
(Обсуждение схемы гидростанции на примере Волжской ГЭС)
Принцип работы гидроэлектростанций при всём разнообразии конструкций одинаков: вода под напором из верхнего бьефа (водоём перед плотиной) поступает в водоприёмник и по водоводам направляется к турбинам – колёсам диаметром более 10 метров с лопастями. Струя с силой бьёт по лопастям, раскручивая вал машины, на котором закреплён генератор, начинающий вырабатывать электроэнергию. По толстым проводникам – шинам она передаётся на повышающий трансформатор, затем на распределительное устройство и под высоким напряжением по линиям электропередачи идёт к потребителям – заводам, фабрикам жилым домам.

Гидрогенераторы обычно вырабатывают электроэнергию напряжением 6–16 кВ. Их мощность может превышать 650 МВт.

ГЭС активно работают около столетия. На первый взгляд эти станции кажутся экологически чистыми предприятиями – нет ни химического, ни теплового загрязнений. Они предоставляют возможность улучшить условия судоходства, затопить пороги, регулировать сток воды, орошать поля, защищать прилегающие территории от катастрофических наводнений, на водохранилищах разводить рыбу и организовывать массовый отдых.

Гидроэлектростанции имеют немало преимуществ перед тепловыми и атомными, они не нуждаются в топливе и потому вырабатывают более дешёвую электроэнергию. Их энергетические ресурсы огромны и к тому же непрерывно возобновляются.

ГЭС – высокоэффективные предприятия: они производят около 10% мировой электроэнергии при самой низкой себестоимости.
Эколог

Однако при всех преимуществах гидроэлектростанций, нельзя не отметить, какой вред наносят они окружающей среде:

 Уже на стадии возведения гидротехнических сооружений загрязняется место строительства.

 Строительство плотин на больших равнинных реках приводит к затоплению огромных территорий под водохранилища. Это обуславливает необходимость переселений большого числа людей, потерю сельскохозяйственных и пастбищных угодий, нарушение дорожной сети.

 Местное повышение воды влияет на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию местности, эрозии берегов и возникновению оползней.

 При прорыве плотины неизбежно происходит массовая гибель людей.

 Изменяется микроклимат, как следствие, изменяются условия существования флоры и фауны.

 Вода в хранилищах застаивается, её течение замедляется, что приводит к замедлению водообмена и ухудшению самоочищения, а также сказывается на жизни всех живых существ, обитающих в реке и у реки.

 По мнению некоторых учёных, последствием строительства ГЭС является «наведённая сейсмичность» – в зоне расположения мощных гидроузлов и больших по объёму водохранилищ. В 1967 г. в Индии была разрушена плотина высокой 103 м. Причина – землетрясение, эпицентр – под телом плотины.
Сообщение 2. Тепловые электростанции (ТЭС)

На доске схема тепловой электростанции и фоторепортаж с Усть-Илимской ТЭЦ.

Более 80% всей электроэнергии в нашей стране вырабатывается на ТЭС, на всех видах топлива (природного).

Тепловая электростанция – сложное и обширное хозяйство. Подчас она занимает территорию в 70 га. Помимо главного корпуса, где размещены энергоблоки, здесь располагаются различные вспомогательные производственные установки и сооружения, электрические распределительные устройства, лаборатории, мастерские, склады и т.п.



Обсуждение схемы тепловой электростанции

«Движущая сила» тепловой электростанции – пар. Именно он вращает колесо турбины и насаженный на её ось генератор, вырабатывающий электроэнергию. Получают пар в котельных агрегатах, в которых сжигается топливо (уголь, нефть, газ). Из котла пар направляют в парообогреватель и доводят там до температуры 650 °С при давлении 10 атм. Этот так называемый острый пар и поступает в турбину. Она состоит из нескольких контуров; пар последовательно проходит через них, постепенно остывая. Затем пар попадает в теплообменник, где нагревает воду. Её подают в жилые дома и на предприятия (централизованное отопление жилых зданий до 80%).

Генераторы тепловых электростанций вырабатывают ток напряжение в десятки киловольт. На трансформаторной подстанции оно повышается до сотен киловольт, и по высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) ток направляется к потребителям. Мощность теплоэлектростанций сегодня достигает сотен мегаватт. В нашей стране от них поступает к потребителям наибольшая часть получаемой электроэнергии.
Эколог

«Минусы ТЭС»

 Высокая себестоимость электроэнергии.

 Отчуждение благородных земель под добычу топлива, водохранилища, сеть железных дорог, угольные карьеры, отходы (шлак, зола).

 Зависимость от крупных водных источников и нанесение им ущерба.

 Загрязнение атмосферы вредными выбросами и тепловыми отходами, их пагубное воздействие на флору и фауну, порождение проблемы парникового эффекта.



Обсуждение таблиц «Воздействие выбросов сернистого газа на экосистемы и на человека» и «Углекислый газ в биосфере».



 По данным МАГАТЭ электростанция мощностью более 1 млн кВт, работающая на угле, выбрасывает в атмосферу ежедневно 400 т сернистого газа, 60 т окислов азота и углерода, 12 т тепла. Если бы в мире начали строить только ТЭС (их считают более безопасными), что бы было?

 Мало кто из неспециалистов знает, что вместе с различными загрязняющими атмосферу газами ТЭС вырабатывает в атмосферу и некоторые радиоактивные вещества, содержащиеся в большей или меньшей степени в топливе.

 Радиационный фон от ТЭС – 1%.


Сообщение 3. Атомные электростанции (АЭС)

Сегодня в мире существует около 420 атомных реакторов. У нас в стране 14% всей энергии вырабатывается АЭС.

В 1954 году начала действовать первая в мире атомная электростанция (АЭС). Её построили в Советском Союзе – в городе Обнинске Калужской области. Мощность АЭС составляла всего 5000 кВт, но столь малая величина не умаляла значения произошедшего – впервые была получена электрическая энергия, источником которого служило ядро атома. Сейчас у нас их 9:

1. Балаковская.

2. Калининская.

3. Кольская.

4. Нововоронежская.

5. Курская.

6. Ленинградская.

7. Смоленская.

8. Белоярская.

9. Билибинская (на Чукотке, самая маленькая).

10. Обнинская – маленькая, существует как экспериментальная.

Только в черте Москвы 8 работающих реакторов, 7 из них – в институте Курчатова.

От обычной тепловой электростанции атомная отличается, прежде всего, видом топлива. АЭС использует не уголь, нефть или газ, при сгорании которых энергия химических связей превращается в тепло, а ядра тяжёлых элементов – урана и плутония. При делении ядер выделяется энергия – она и «работает» в атомных электростанциях.
Обсуждение таблицы «Схема атомной электростанции»

Реакция деления протекает следующим образом. Ядро урана самопроизвольно распадается на несколько осколков; среди них есть частицы высокой энергии. Они попадают в ядра соседних атомов и разбивают их. При делении 1 г урана выделяется на столько же тепла, сколько при сгорании 3 т каменного угля.

Управляемая реакция идёт в атомном реакторе. Главная его часть – активная зона. Ходом реакции управляют, поднимая и опуская стержни-поглотители. Выполняют все операции с помощью роботов, так как излучения смертельно опасны.

Тепло, которое выделяется в результате ядерной реакции, нагревает омывающую реактор воду до нескольких сот градусов (вода поступает под большим давлением, а потому не закипает). Перегретая вода может сразу начать работать. В зоне пониженного давления она мгновенно превращается в пар, который и крутит турбины.


Обсуждение таблицы «Схема уранового топливного цикла для атомной электростанции мощностью 1 ГВт»

Надо отметить, что АЭС, в отличие от ТЭС, занимают небольшие площади, при отсутствии утечек – никакого загрязнения атмосферы, ну и, конечно же, относительная независимость от местоположения сырья.


Эколог

Пока самым перспективным источником энергии остаётся ядерная, её запасы не истощаются. Но атомная энергия тоже ставит перед человеком определённые проблемы.

Это:

 Прежде всего, утилизация радиоактивных отходов и последствия непредвиденных аварий. Главную опасность представляют радионуклиды, попадающие в организм человека. Самым распространённым путём является пищевая цепочка: радионуклиды из почвы переходят в кормовые растения, овощи и фрукты и, в конечном счёте – на наш стол (в том числе с молоком и мясом). Обсуждение таблицы «Воздействие радиации на человека».


 Дорогое строительство, ещё дороже размонтировка.

 Зависимость от водных источников и нанесение им ущерба (сброс тёплой воды, нагревание водоёмов) – изменение климата, увеличение влажности воздуха, снижение концентрации кислорода в воде, гибель рыбы.

 Воздействие радиоактивного излучения на живые организмы: лучевая болезнь, злокачественные опухоли, влияние на генетический аппарат (уродливое потомство, мутация).

 Аварийные ситуации на ядерных объектах и АЭС.

 Загрязнение окружающей среды в результате добычи и переработки урана, хранения и регенерации топлива, загрязнение всех грунтовых вод тритием, загрязнение биосферы плутонием.

 Обсуждение таблицы «Схема образования кислотных осадков».

 В марте 1979 г. произошла самая тяжёлая до Чернобыля авария на американской АЭС. После этого случая американцы не ввели в строй ни одного реактора. В Швеции принято решение о постепенном закрытии АЭС. Лишь Великобритания, Франция и Россия планируют строительство новых АЭС, несмотря на активное сопротивление общественности. Во Франции 74% энергии – АЭС, ежегодно 200 тыс. школьников ходят туда на экскурсии. Сырьём дл АЭС является уран и торий – их запасов в земной коре хватит на 50 тыс. лет. В морской воде урана в 1000 раз больше, чем в земной коре. Может не стоит осторожничать? Но иметь «пороховой погреб» в стране с не очень развитой технологией или социальной нестабильностью – это безумие. Для устойчивого развития нужны устойчивые энергоресурсы.


Предложения по решению экологических проблем использования электроэнергии

Простым напором «зелёных» проблему обеспечения землян энергией не решить, никто ведь не отказывается от «прелестей» цивилизованной жизни. Поэтому, решение проблем выдвинутых экологами видится в использовании других источников энергии. К ним можно отнести:

 Солнечная энергия (на поверхность земли она поступает в количестве 580•102 МВт•ч). Мощность солнечного излучения, достигающего земной поверхности, составляет около 1017 Вт – такова сила «солнечного зайчика» диаметром 12,7 тыс. км. Его интенсивность на уровне мря на южных широтах, когда солнце находится в зените, составляет 1379 Вт/м2, но даже это количество во многие тысячи раз превышает сегодняшнюю потребность человечества в энергии.

 Энергия приливов (её запасы составляют 70•1012 МВт•ч).

В приливных электростанциях (ПЭС) турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно. ПЭС способна вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4–5 часов с перерывами в 1–2 часа в сутки.

 Энергия ветра (ветряная энергия, 1,7•1012 МВт•ч).

Энергия ветра очень велика. Её запасы в мире, по оценке Всемирной метеорологической организации, составляют 170 трлн вВт•ч в год. Эту энергию можно получить, не загрязняя окружающую среду. Ветровая энергия обильна, экологически чиста, безопасна и надёжна в качестве ресурса для производства электричества. Ветровые электростанции (ВЭС) не загрязняют воздуха и не создают радиоактивных отходов. Это индустрия будущего и высоких технологий.

 Энергия биомассы.

В различных вариантах развития энергетики может место и энергии биомассы (древесина, навоз, отходы с/х производства) и мусора.

 Энергия земных недр (геотермальная, 0,134•1012 МВт•ч).

Около 4% всех запасов воды на нашей планете сосредоточено под землёй – в толщах горных пород. Воды, температура которых превышает 20 °С, называют термальными. Нагреваются подземные озёра и реки в результате радиоактивных процессов и химических реакций, протекающих в недрах земли. Люди научились использовать глубинное тепло земли в хозяйственных целях. При использовании глубинного тепла меньше загрязняется природа, себестоимость вырабатываемой электроэнергии в несколько раз ниже, чем при обычных ТЭС.

 «Водородная экономика».

Одна из самых необычных и, пожалуй, самых привлекательных сценариев энергетического будущего человечества открывает проект «Водородная экономика». Его суть заключается в замене ископаемого топлива водородом. Физический и химический смысл проекта ясен: основная энергия в нефти, газе, каменном угле и дереве запасена в виде углеводородов – соединений углерода с водородом. И не углерод, а именно водород даёт при сжигании топлива наибольшее количество тепловой энергии, превращаемой затем в механическую и электрическую. Водорода на земле огромное количество, это практически неисчерпаемый, к тому же экологически чистый источник энергии.

 Энергия из космоса.

Получать и использовать «чистую» солнечную энергию на поверхности земли мешает атмосфера. Само собой напрашивается решение разместить солнечные энергостанции в космосе, на околоземной орбите. Там не будет атмосферных помех, невесомость позволит создавать многокилометровые конструкции, которые необходимы для «сбора» энергии солнца. У таких станций есть большое достоинство. Преобразование одного вида энергии в другой неизбежно сопровождается выделением тепла, и сброс его в космос позволит предотвратить опасное перегревание земной атмосферы.

Литература

1. Из материалов газеты «Физика».

2. Материалы фестиваля «Открытый урок» за 2004–05 и 2002–03 гг.

3. Энциклопедия для детей. Аванта+. Техника.

4. Фоторепортаж с Усть-Илимской ТЭЦ.

5. География России.

6. Энциклопедия для детей. Аванта+. Экология.

7. Физика и экология. 7–11 классы. Сост. Г.А.Фадеева, В.А.Попова.









База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал