Конкурс «Я иду на урок»

В.В.Митюшова,
Ликинская средняя школа, Московская обл.

Производство и использование электроэнергии

Базовый курс
11-й класс.

Цель урока: получить знания о различных типах электростанций, их пользе и вредном воздействии на окружающую среду; обозначить пути выхода из создавшейся ситуации.

Подготовка к уроку. Часть, посвященную суду, ребята готовят за две недели – распределяют роли, ищут материал. (Подсудимая может придумать себе отчество, например, Тепловая Электростанция Джоулевна, подобрать определенный костюм.) Можно поручить кому-нибудь роль корреспондента, который будет фотографировать или снимать на видеокамеру, брать интервью у присутствующих.

Ход урока

Проверка домашнего задания

У доски два человека. Один из готовых блоков составляет схему трансформатора и объясняет основные принципы его работы, другой составляет схему передачи электроэнергии и объясняет ее особенности.

В это время класс фронтально работает: каждый пишет ответ на очередной вопрос учителя на своем листочке и сдает учителю, потом учитель говорит правильный ответ, и ученики загибают палец, если их ответ правильный. Сколько пальцев загнули, такую и отметку получат, а учитель потом проверит.

1. В чем сущность принципа действия генератора?
2. В простейшей модели генератора ток снимают с ротора с помощью колец и щеток, а в промышленном генераторе – со статора. Почему?
3. Почему сердечники генератора набирают из отдельных пластин, изолированных друг от друга?
4. Почему в гидротурбинных генераторах применяют магниты с несколькими десятками пар полюсов?
5. Почему генераторы не рассчитывают на высокое напряжение?

Ответы

1. В явлении электромагнитной индукции: вокруг ротора возникает переменное магнитное поле, которое порождает индукционный ток в обмотках статора.
2. чтобы не искрили и не обгорали щетки, т.к. в промышленном генераторе токи большие.
3. Чтобы не было потерь на токи Фуко.
4. Чтобы увеличить частоту переменного тока.
5. Выгоднее повысить напряжение с помощью трансформатора, чем построить генератор высокого напряжения.

Объяснение нового материала (под «Прощание с Братском»)

Учитель. Уровень производства и потребления энергии – один из важнейших показателей развития производительных сил общества. Ведущую роль играет электроэнергия. Производится она на электростанциях. Итак, рассмотрим дело об электростанциях. (Подсудимые, прокурор, адвокат, судья выходят из класса.)

Встать, суд идет! (Прокурор, адвокат и судья – в шапочках и мантиях – входят и занимают места за кафедрой, вместо судейского молотка – камертон с молоточком.)

Судья. Слушается дело электростанций: Тепловой (ТЭС), Гидроэлектростанции (ГЭС), Атомной (АЭС), Ветряной (ВЭС), Геотермальной (ГТЭС), приливной (ПЭС), Солнечной (СЭС). Слово главному обвинителю.

Прокурор. Ввести обвиняемых (входят подсудимые и занимают свои места, рядом со скамьей подсудимых висят плакаты со схемами электростанций). Ваша вина состоит в том, что вы приносите вред природе и человеку. Вызываю первого свидетеля.

Первый свидетель. Я – журналист, сотрудник газеты «Московский комсомолец» Умнов Геннадий. Основное топливо ТЭС – уголь. Основной продукт сгорания – углекислый газ. Эти выбросы практически неустранимы. Углекислый газ поглощает излучение на частоте 13–19 мкм, т.е. пропускает коротковолновое излучение, но не выпускает инфракрасное – отраженное тепло. Таким образом, углекислотное одеяло способствует повышению температуры планеты. В ближайшие десятилетия прогнозируется повышение температуры на несколько десятых градуса. Это может стать причиной экологического бедствия – привести к растапливанию полярных льдов, повышению уровня океана, затоплению обжитых прибрежных территорий.

Судья. Слово адвокату.

Адвокат. Тепловые электростанции вырабатывают большую часть электроэнергии. Есть много районов, где других источников энергии нет. Вызываю второго свидетеля.

Второй свидетель. Я – старший научный сотрудник НИИ нефти и газа Виктория Викторова. Я хочу возразить предыдущему свидетелю. Вместо угля на ТЭС можно использовать газ, т.к. при умелом его сжигании оксидов азота образуется не так много, а выбросов углекислого газа вдвое меньше. Дело в том, что при сжигании метана основная энергия получается за счет окисления водорода, а водяной пар не вызывает парникового эффекта. Кроме этого, газовые станции вдвое дешевле угольных.

Судья. Подсудимая, что вы можете добавить в свое оправдание?

ТЭС. Хочу рассказать вам, как я устроена. Мои основные части – котельная установка, паровая турбина и электрогенератор. Сначала мелко раздробленный уголь забрасывается в бункер, там его размельчают специальные мельницы, и уголная пыль вместе с воздухом втягивается в топку. Огонь нагревает кипятильные трубки, в них образуется пар, пар поступает в паровой котел, где собирается в верхней его части над кипящей водой. Затем пар проходит в пароперегреватель и там дополнительно нагревается, после чего направляется к турбине, можно сказать, к моему сердцу. Паровая турбина приводит в движение ротор генератора, вырабатывающего электрический ток. Отдав энергию ротору, отработанный пар идет в конденсатор, охлаждается и превращается в воду. Насосы подают ее обратно в котел.

У меня есть сестра – Теплоэлектроцентраль. Это тепловая электростанция, вырабатывающая не только электрическую энергию, но и тепло в виде горячей воды и пара. На ТЭЦ это тепло используют двояко: либо пар после турбины направляется потребителю и обратно на станцию не возвращается, либо он в теплообменнике передает тепло воде, которая направляется потребителю, а пар возвращается обратно в систему.

Судья. Подсудимая Гидроэлектростанция, расскажите о себе.

ГЭС. Я – комплекс сложных гидротехнических сооружений. Мое назначение – преобразовывать энергию потока воды в электроэнергию. Мое важнейшее сооружение – плотина. Она задерживает воду в водохранилище, создает необходимый напор. Гидравлическая турбина – главный двигатель. С ее помощью энергия воды, движущейся под напором, превращается в механическую энергию вращения, которая затем с помощью электрического генератора преобразуется в электрическую энергию.

Судья. Есть ли вопросы к обвиняемой?

Прокурор. Вызываю свидетелей обвинения Мефодия Акиндиновича и Матрену Филипповну Кашиных (старики из далекого сибирского села, которое было затоплено при строительстве ГЭС), и Карася Ивана Ивановича.

Свидетели. ...Мы пришли высказать свою боль. Мы потеряли все. Водохранилище затопило наше родное село. Были и те, кто предпочел смерть. До сих пор, проплывая по водохранилищу, мы видим верхушки деревьев и кресты церквей. Поверьте, это очень страшно. Прислушаешься, и кажется, звонят колокола под водой, звонят по мертвым и живым, предавших мертвых. Прочитайте «Прощание с Матерой» Виктора Астафьева и вы поймете, какими страшными могут быть последствия строительства ГЭС. Мы просим осудить ГЭС со всей строгостью.

...Я Иван Иванович Карась из Рыбнадзора. Хочу заметить, уважаемые судьи, что плотины ГЭС страшны не только людям, но и рыбам. Вы знаете, что лососевые идут на нерест к верховьям рек, а на их пути встают плотины. Если бы вы видели, сколько рыбы погибает! Кроме того, с появлением ГЭС происходит заболачивание земель. Поэтому я пришел сюда, чтобы обвинить ГЭС в преднамеренном убийстве не только людей, рыб, но и всей природы.

Судья. Есть ли вопросы у адвоката?

Адвокат. Вызываю свидетелей защиты.

Свидетели. Я – писатель. Зовут меня Рем Гоэлро. Конечно, тяжело покидать насиженные места, но уверяю вас, что пользы от водохранилищ больше, чем вреда. Южные районы европейской и азиатской частей России стали орошенными. Там, где были засушливые земли, знойные степи, пустыни и полупустыни, где свирепствовали суховеи и черные бури, где наступали пески, зашумели лесные дубравы, зазеленели ковры сочной травы, заколосилась тучная золотая пшеница, ослепительно засверкали снежно-белые поля хлопка. Великие реки Волга и Днепр помолодели, глубже стали их плесы. Морские суда свободно плавают в их среднем и нижнем течении. Плотины стали новыми железнодорожными и автомобильными мостами. Прошу суд учесть это.

...А я – Семен Трофимович Травкин, эколог. Хочу возразить товарищу из Рыбнадзора. Это надуманная проблема. Сейчас в плотинах предусматриваются специальные проходы для нерестовых рыб. А с заболоченными землями можно бороться опять же с помощью электричества.

Судья. Подсудимая Атомная электростанция, расскажите о себе.

АЭС. Главная моя часть – ядерный реактор, в котором осуществляется цепная ядерная реакция. В качестве ядерного горючего используют делящиеся ядра изотопов урана и плутония. Чтобы осуществить в природном уране цепную ядерную реакцию, нужно замедлить нейтроны, поэтому в реактор помещают замедлитель: воду, графит, бериллий. Наряду с ядерным топливом и замедлителем в состав реактора входят теплоноситель для отвода тепла, устройства регулирования цепной реакции, подвижные стержни из поглощающего нейтроны материала. Обычно для уменьшения вылета нейтронов из реактора зону реакции окружают отражателем. В состав электростанции также входит система защиты от излучений. Мое тепло отводится в теплообменник и нагревает до кипения воду. Образующийся пар направляют в турбину или используют для обогрева промышленных и жилых зданий.

Судья. Есть ли вопросы у обвинения?

Прокурор. Вызываю свидетеля обвинения.

Свидетель. Я – зоотехник из Житомирской области Сергей Николаевич Радиев. В Чернобыле общий выброс радионуклидов превысил хиросимский в десятки раз. Мои подопечные, свиньи и коровы, за пять лет до аварии рожали всего трех уродов-мутантов, а после аварии –60–80 ежегодно! Механизм генетических повреждений у всех высших животных и человека одинаков, значит, такой «всплеск» наблюдался и в родильных домах. Вот вам самое страшное обвинение против АЭС, не говоря уже о многочисленных смертях.

Судья. Есть ли вопросы у защиты?

Адвокат. Вызываю свидетеля защиты.

Свидетель. Я – Ян Борисович Ран, академик, специалист в области ядерной энергетики. Конечно, авария на АЭС – большое несчастье. Но ведь аварии можно было избежать! Атомный реактор – чрезвычайно надежная система, с многократным запасом надежности. Если перечислить все ошибки, все нарушения инструкции по эксплуатации, которые были допущены на четвертом блоке Чернобыльской АЭС, можно лишь подивиться живучести техники. И всем нам надо сделать вывод: сейчас техника требует от специалиста не только глубоких знаний, но и предельной сосредоточенности, тщательности в работе и абсолютной дисциплины. Новая техника более требовательна, но, к сожалению, не прощает ошибок. А доля АЭС все равно будет постоянно расти, т.к. природные ресурсы близки к истощению. Прошу суд учесть эти факты.

Судья. Слово альтернативным электростанциям.

Электростанция Приливная Авдотьевна. Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана поднимается и опускается. Это гравитационные силы Луны притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море. Между уровнями воды в водохранилище и в море создается перепад, достаточный для вращения гидротурбин, установленных в зданиях ПЭС. В нашей стране ???(что написала Н.Д.?) на Кольском полуострове построена экспериментальная ПЭС.

Электростанция Геотермала Авдотьевна. Мы ходим по Земле и не ощущаем ее внутреннего тепла. А ведь на глубине 2000 м температура горных пород достигает 100 °С! Вода, попадая по трещинам и водоносным пластам на такие глубины, нагревается и начинает кипеть, как в паровом котле. По трещинам и щелям в земной коре нагретые вода и пар поднимаются на поверхность. Места, где они выходят, – это геотермальные горячие источники. Так, в г. Махачкале для горячего водоснабжения жилых домов используются подземные источники, ежесуточно потребляется горячей воды 10 тыс. м³. Перегретый пар служит также для получения электроэнергии. ГеоТЭС, по сути, ничем не отличается от ТЭС. Только источник энергии – не топливо, а внутреннее тепло Земли. Поэтому на геоТЭС нет ни паровых котлов, ни топливных систем, ни высоких труб. Поступающую из буровой скважины пароводяную смесь предварительно разделяют на пар и воду. Пар подают в турбину, а горячую воду отводят для теплоснабжения поселков. В нашей стране первая геоТЭС вступила в строй в 1966 г. на юге Камчатки.

Электростанция Солнце Авдотьевна. Если покрыть кристалл кремния тончайшим прозрачным для света слоем металла, то поток фотонов, пройдя сквозь него, будет выбивать электроны из полупроводника, и эти электроны начнут концентрироваться в металле. Между кристаллом и слоем металла возникнет разность потенциалов. Если тысячи таких фотоэлементов соединить, образуется солнечная батарея. Но солнечные батареи – пока лишь маломощные источники питания электронной аппаратуры, в том числе работающей на спутниках и космических кораблях.

Солнечную радиацию преобразуют в тепло также с помощью солнечных коллекторов. Это металлические рамы с трубками или каналами, через которые пропускают теплоносители. Коллектор площадью 1 м² дает до 80 л теплой воды в день!

Электростанция Ветра Авдотьевна. Я – ветроэнергетическая установка. Мой рабочий орган – лопасти воздушного винта, который называют ветроколесом. Чтобы колесо эффективно использовало энергию воздушного потока, его необходимо развернуть против ветра. Для этой цели служат хвостовая пластина (флюгер) или небольшое ветровое колесо (виндроза). Ветер редко дует с постоянной скоростью. Изменилась скорость – замедлилось или ускорилось вращение колеса и связанного с ним вала, через который вращение колеса передается электрическому генератору. Чтобы вал генератора вращался с постоянной частотой, применяют разные способы.

Судья. Есть ли вопросы у обвинения?

Обвинитель. Вызываю свидетелей обвинения.

Свидетели. Я приехал из Узбекистана. Солнечная станция дает энергию только днем, причем только летом. А как зимой и ночью обходиться без энергии? Я живу недалеко от равнины, где работают ветроустановки. Непрерывный шум мешает жителям нашего городка, на экранах телевизоров постоянно возникают помехи, страдают также птицы и насекомые. Кроме того, строительство, содержание, ремонт ветроустановок, работающих под открытым небом в любую погоду, стоят недешево. Да и ветер – капризная штука: то стихает надолго, то достигает такой силы, что ломает ветряки.

...Я – эколог с Сахалина. При строительстве геотермальных электростанций возникает немало экологических проблем. Подземные воды выносят на поверхность не только тепло, но и растворенные в них различные вредные вещества. Эти вещества могут не только разрушать насосы, турбины и трубы, но и загрязнять воздух и воду.

Судья. Есть ли вопросы у защиты?

Адвокат. Вызываю свидетелей защиты.

Свидетели. Я хочу возразить свидетелю из Узбекистана. Недавно я был в Америке. В Калифорнии в 1989 г. введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 квт. В 1994 г. ее мощность повышена до 480 квт. Стоимость электроэнергии меньше, чем на обычных станциях. В ночные часы и зимой энергию дает газ, а летом и в дневные часы – Солнце. Есть и менее известные пути, например, использование солнечных прудов. В неглубоком водоеме создается «коктейль», нижний слой которого – очень крепкий рассол, а верхний – пресная вода. Тяжелый рассол не поднимается наверх, таким образом получается жидкостная «теплица», аккумулирующая тепло.

...Я – из Осетии. Для нас, пастухов, и наших отар главное – вода. И воду добывают ветродвигатели. Мы в горах без них просто не выживем. Я читал, что стоимость производства энергии на ветровых электростанциях ниже, чем на любых других. Если ТЭС загрязняют окружающую среду, а плотины ГЭС создают на реках искусственные моря, то ветровые станции гармонично вписываются в окружающую среду. А что касается тех, кто живет близко к ветрякам, то эту проблему можно решить.

...Я недавно приехал из Исландии. Исландия – страна льдов, но полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные теплицы получают энергию из недр земли – других источников энергии в Исландии практически нет. Столица – Рейкьявик, –в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников! с 1966 г. у нас на Камчатке тоже действует геотермальная электростанция вблизи реки Паужетки, ее мощность 11 тыс. кВт.

Судья. Выслушав показания свидетелей защиты и обвинения, суд постановил: оправдать альтернативные электростанции, осудить условно ТЭС, ГЭС и АЭС. Приговор окончательный и обжалованию не подлежит.

Учитель. Все станции работают для благих целей, вырабатывая электроэнергию, которую мы используем. (Судья, адвокат и прокурор рассказывают об использовании электроэнергии.)