199_jak uczyÄ‡ o energii wiatru ZdzisÅ‚aw Nowak

Transkrypt

JAK UCZYĆ O ENERGII WIATRU?
2012-12-06
Zdzisław Nowak
Zachodniopomorskie Centrum Doskonalenia Nauczycieli
ul. Gen. J. Sowińskiego 68, tel. 091 43-50-656 [email protected]
1
Moje propozycje
• Metody aktywizujące
• Doświadczenia (pokazy, obserwacje, badania)
• Projekty (poznawczo-badawcze, konstrukcyjne,
działań społecznych)
• Wycieczki, wizyty
• Zadania (rachunkowe, problemowe)
• Pomoce (pakiety edukacyjne, modele, sprzęt)
• Internet (strony o odnawialnych źródłach energii,
portale dla nauczycieli, filmy)
• Literatura (merytoryczna i metodyczna)
2012-12-06
Zdzisław Nowak
2
Metody aktywizujące
Technika: Mapa mentalna
Temat: Źródła energii elektrycznej
Technika: Metaplan
Temat: Oszczędzamy energię elektryczną
Technika: Składanka ekspercka (Jigsaw)
Temat: Energia ze źródeł odnawialnych i alternatywnych
Technika: Analiza przypadku
Temat: Perypetie pewnego wiatraka
Technika: Gry dydaktyczne (karciane, planszowe, symulacyjne itd..)
Temat 1: Źródła energii (gra planszowa) - FWIE
Temat 2: Eko Biznes (gra strategiczna) – FWIE
Temat 3: Budujemy wiatraki (gra symulacyjna) – R.Górniak
Technika: Drzewo decyzyjne
Temat: Kierunki rozwoju energetyki w Polsce
2012-12-06
Zdzisław Nowak
3
Doświadczenia
1.Wentylator jako urządzenie odwrotne do turbiny wiatrowej
(użycie wentylatora włączonego do sieci elektrycznej – przemiany energii)
2.Produkcja energii elektrycznej z wiatru
(I-użycie zabawki –turbinka z diodami, II-użycie wentylatora komputerowego i
suszarki do włosów oraz miernika elektrycznego)
3.Pomiary siły, prędkości i kierunku wiatrów wiejących w okolicy
(użycie anemometru uczniowskiego (Jangar), miernika prędkości wiatru (Jangar))
4.Demonstracja działania wiatraków energetycznych z użyciem modeli
edukacyjnych
5.Badanie zależności prędkości wiatru od wysokości z użyciem wiatromierza
2012-12-06
Zdzisław Nowak
4
Uczniowskie projekty edukacyjne - przykłady
1.Wietrze wiej – projekt badawczy dotyczący właściwości wiatrów wiejących w
okolicy. Uczniowie badają za pomocą przyrządów kierunek, prędkość w dłuższym
okresie czasu i porównują wyniki z prognozowanymi w tzw. Numerycznej
prognozie pogody (www.meteo.icm.edu.pl).
2.Budujemy wiatraki – projekt konstrukcyjny polegający na konkursie na
najciekawszy działający model wiatraka albo tradycyjnego albo nowoczesnego.
3.Poznajemy nowoczesną farmę wiatrową – projekt poznawczy polegający na
poznaniu prawdziwej farmy wiatrowej, analizie jej parametrów, wpływu na
środowisko, korzyści dla mieszkańców gminy.
4.Kampania informacyjna dla lokalnej społeczności – projekt działania
społecznego, pokazujący możliwości zastosowania urządzeń odnawialnej
energetyki w gospodarstwie domowym np. małych turbin wiatrowych, kolektorów,
baterii słonecznych, pomp ciepła i przedstawiający koszty takich inwestycji
2012-12-06
Zdzisław Nowak
5
Wycieczki edukacyjne
1.Ośrodki edukacji ekologicznej
2.Ośrodek Szkoleniowo-Badawczy w Zakresie Energii Odnawialnej w Ostoi
3.Farmy wiatrowe na terenie woj. zachodniopomorskiego
4.Zakłady produkujące turbiny wiatrowe (Firma k/Goleniowa)
5.Instytuty Badawcze na wyższych uczelniach
6.Centrum Energii Odnawialnej w Wigierskim Parku Narodowym
7.Niemieckie Ośrodki Edukacyjne
8.NaturBornholm Center na wyspie Bornholm
2012-12-06
Zdzisław Nowak
6
Pomoce (pakiety edukacyjne, multimedia,
książki, sprzęt pomiarowy)
1.Pakiet edukacyjny na temat odnawialnych źródeł energii – FWIE
Kraków 2011
2.Zielony Pakiet – REC Warszawa 2003
3.Klimat i energia – REC Warszawa 2009 i 2011
4.Z energetyką przyjazną środowisku za pan brat – INE Warszawa 2011
4.Zestaw „Energia odnawialna wody wiatru i Słońca – koszt 424 zł –
Jangar – Warszawa, FPN Nysa
5.Wiatraki demonstracyjne i edukacyjne, wiatraki zabawki – sklepy
internetowe, dostawcy turbin wiatrowych także
6.Mierniki siły i kierunku wiatru
7.Zrównoważona energia – bez pary w gwizdek – D.Jc.Mackay – FER
Wrocław 2011
8.Globalne ocieplenie – G.Murphy – Multico Warszawa 2008
9.Poradnik małej energetyki wiatrowej – K.Nalepa, W.Miąskowski,
P.Pietkiewicz, J.Piechocki, P.Bogacz
2012-12-06
Zdzisław Nowak
7
2012-12-06
Zdzisław Nowak
8
Zadanie PISA
ENERGIA WIATRU
Energia wytwarzana przez wiatr jest powszechnie postrzegana jako
źródło energii elektrycznej, które może zastąpić energię wytwarzaną z
ropy naftowej i węgla. Sylwetki przedstawione na poniższym zdjęciu to
wiatraki ze śmigłami obracanymi przez wiatr. Obroty te powodują
wytwarzanie energii elektrycznej w prądnicach napędzanych przez
wiatraki.
Pytanie 1
Poniższe wykresy pokazują średnią szybkość wiatru w czterech
różnych miejscach przez cały rok. Który z wykresów wskazuje
najodpowiedniejsze miejsce do ustawienia elektrowni wiatrowej?
2012-12-06
Zdzisław Nowak
9
Zadanie PISA
Pytanie 1:
Odpowiedź: C
2012-12-06
Zdzisław Nowak
10
Zadanie PISA
Pytanie 2:
Im wiatr jest silniejszy, tym szybciej obracają się śmigła wiatraka i tym
więcej wytwarza on energii elektrycznej. Jednak w rzeczywistości nie ma
bezpośredniego związku pomiędzy szybkością wiatru, a wytworzoną
energią elektryczną. Poniżej wymieniono cztery warunki funkcjonowania
elektrowni wiatrowej w warunkach naturalnych.
•Śmigła zaczynają się obracać, kiedy szybkość wiatru osiąganie wartość
V1.
•Ze względów bezpieczeństwa rotacja śmigieł nie zwiększa się, kiedy
szybkość wiatru przekracza wartość V2.
•Produkcja energii elektrycznej osiąga poziom maksymalny (W), kiedy
szybkość wiatru osiąga wartość V2.
•Śmigła przestają się obracać, kiedy szybkość wiatru osiąga wartość V3.
Który z następujących wykresów najlepiej ilustruje zależność pomiędzy
szybkością wiatru, a energią elektryczną wytwarzaną według opisanych
wyżej warunków?
2012-12-06
Zdzisław Nowak
11
Zadanie PISA
Pytanie 2:
Odpowiedź: B
2012-12-06
Zdzisław Nowak
12
Zadanie PISA
Pytanie 3:
Przy tej samej szybkości wiatru im większa jest wysokość nad poziomem
morza, tym wolniej obracają się śmigła. Które z poniższych stwierdzeń
najlepiej odpowiada na pytanie, dlaczego śmigła wiatraków obracają się
wolniej na większych wysokościach nad poziomem morza przy takiej
samej szybkości wiatru?
•A Wraz ze wzrostem wysokości maleje gęstość powietrza.
•B Wraz ze wzrostem wysokości spada temperatura.
•C Wraz ze wzrostem wysokości maleje przyciąganie ziemskie.
•D Wraz ze wzrostem wysokości zwiększa się ilość opadów.
Odpowiedź: A
2012-12-06
Zdzisław Nowak
13
Zadanie PISA
•
•
Pytanie 4:
Opisz jedną zaletę i jedną wadę wytwarzania energii przez wiatr w
porównaniu z tradycyjnymi sposobami wytwarzania energii
elektrycznej (z paliw kopalnych takich jak węgiel czy ropa naftowa).
•
Zaleta
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
...............................................................................................................
Wada.......................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
•
2012-12-06
Zdzisław Nowak
14
Zadanie PISA
Pełna odpowiedź:
Uczeń opisuje jedną zaletę i jedną wadę.
[Zaleta]: Nie wydziela się dwutlenek węgla (CO2).
Nie zużywa się paliw kopalnych.
Źródło energii – wiatr – nie wyczerpie się.
Po zainstalowaniu elektrowni wiatrowej, koszt wytwarzania energii jest niski.
Nie ma emisji odpadów ani/lub substancji toksycznych.
Wykorzystuje siły natury lub czystą energię.
Przyjazne dla środowiska i starczy na bardzo długi czas.
[Wada]: Niemożliwe jest wytwarzanie energii na żądanie (ponieważ nie da się
kontrolować prędkości wiatru.)
Miejsca dobre na ustawienie wiatraków są ograniczone.
Zbyt silny wiatr może zniszczyć wiatrak.
Ilość energii wytwarzanej przez każdy wiatrak jest stosunkowo niewielka.
W niektórych przypadkach powstaje hałas, który też jest rodzajem
zanieczyszczenia środowiska.
Czasami zdarza się, że ptaki są wciągane i zabijane przez wirniki.
Zmienia się naturalny krajobraz. (zanieczyszczenie wizualne)
Wiatraki są kosztowne w instalacji
i utrzymaniu.
Zdzisław
Nowak
2012-12-06
15
Zadanie (Elektrownia wiatrowa) – 8 punktów
Załóżmy, że wiatr wiejący z szybkością v uderza w łopatki wiatraka i przekazuje im w
całości swoją energię kinetyczną. Oznacza to, że w czasie t łopatki uzyskują energię wiatru
skupioną w objętości V walca o wysokości h = v × t i polu podstawy S = p × r2, gdzie r
oznacza długość łopatki. Energia kinetyczna zgromadzona w tym walcu jest równa:
EK = 0,5 × m × v2 = 0.5 × d × V × v2 = 0,5 × d × p × r2 × v × t × v2 = 0,5 × p × r2 × d × t × v3
Jeśli założymy, że cała energia kinetyczna wiatru zostanie zamieniona w energię
elektryczną to moc wiatraka będzie równa:
P = EK/ t = 0,5 × p × r2 × d × v3 gdzie: d = 1,3 kg/m3 oznacza średnią gęstość powietrza
Otrzymany wzór pokazuje, że teoretyczna moc wyjściowa elektrowni wiatrowej jest wprost
proporcjonalna do trzeciej potęgi szybkości wiatru. W Lisewie, niedaleko Żarnowca pracuje
jedna z pierwszych w Polsce elektrowni wiatrowych. Jej faktyczna moc wynosi ok. 150 kW,
a długość łopatek r = 12,3 m.
•a) Oblicz teoretyczną moc tej elektrowni przy średniej szybkości wiatru v = 15 m/s i
oszacuj sprawność przemiany energii kinetycznej wiatru w energię elektryczną.
•b) Wytłumacz przyczyny tak dużej różnicy między teoretyczną mocą wyjściową, a mocą
faktyczną.
•c) Przyjmując, że ta elektrownia pracuje z mocą faktyczną P = 150 kW oblicz ilość energii
elektrycznej jaką powinna ona wytworzyć w ciągu jednego roku. Porównaj tą wartość z
informacją, że elektrownia w Lisewie dostarczyła w 1998 roku około 250 tys. kWh. Napisz
jak z kolei wyjaśnić można tą różnicę?
2012-12-06
Zdzisław Nowak
16
Zadanie (Elektrownia wiatrowa) – 8 punktów
Obliczenie mocy teoretycznej – 2p
a) Pt = 0,5xpxr2xdxv3
Pt = 0,5x3,14x(12,3)2x1,3x(15)3 W
(Zastosowanie wzoru, poprawne
Pt = 1,042 MW
obliczenia)
h = P/Pt = 150/1042 = 0,144 h% = 14,4 %
Obliczenie sprawności – 1p
b)Faktyczna moc jest dużo mniejsza od teoretycznej:
Podanie wyjaśnień – 2p
-nie cała energia kinetyczna wiatru objętego łopatkami jest (przynajmniej dwie przyczyny)
wykorzystana przez wiatrak,
-występują straty energii na łożyskach i przekładniach oraz
w generatorze energii elektrycznej.
c) W = Pxtr
Obliczenie i porównanie energii
elektrycznej – 2p
tr = 365x24 h = 8760 h
W = 150x8760 kWh = 1.314 tys. kWh
250 tys. kWh < 1.314 tys. kWh
Różnica bierze się z faktu, że nie zawsze wieje wiatr z
Podanie wyjaśnień – 1p
odpowiednią szybkością – często jest za mały, czasem jest
za duży, a także z faktu wyłączania wiatraka na czas
(przynajmniej jedno wyjaśnienie)
konserwacji i remontów (napraw).
2012-12-06
Zdzisław Nowak
17
Internet (strony o odnawialnych źródłach energii)
Strony:
www.energiawiatru.eu,
www.polishwindenergy.com,
www.zielonaenergia.eco.pl,
www.zmianyklimatu.pl,
ziemianarozdrozu.pl,
www.oze.szczecin.pl,
energiaodnawialna.net,
www.energieodnawialne.pl
www.oze.pl,
www.visventi.org.pl,
gramwzielone.pl,
www.wnp.pl,
2012-12-06
Zdzisław Nowak
18

199_jak uczyÄ‡ o energii wiatru ZdzisÅ‚aw Nowak

Transkrypt

Podobne dokumenty

Postępowanie na wynajem powierzchni biurowych II-2016

18:00−19.20 Projekcja filmu Magiczne drzewo (reż. Andrzej