Проект «Мы учимся использовать меньше»

Муниципальное  образовательное  учреждение

«Плехановская  средняя  общеобразовательная  школа №1»

Тульская область

 

региональный этап VIII Всероссийский  конкурс учебно-исследовательских экологических  проектов

«человек  на  земле»

 

Номинация  «Экологические  проблемы  поселений. Проблемы экономии энергии и  ресурсов»

 

Тема  работы 

 

 

 

 

 

 

Автор: Ендовицкая Ольга, 15 лет, 9 А класс   

 

Руководитель: Царева Ольга  Анатольевна, 

учитель   химии, биологии

и  информатики

 

 

 

 

 

Муниципальное  образование  рабочий  поселок  Плеханово

Ленинского  района Тульской  области

2010 год

Содержание

 

1. Введение           ……………….……………….……………….	……………….	3
2. Объект и  методы  исследования                           ……………….	……………….	3
3. Результаты  исследования         ……………….……………….	……………….	4
·        Расчет  энергии, потребленной МОУ «Плехановской  СОШ №1»,  с учетом потерь на электростанции.	……………….	5
·        Перевод энергии, потребленной МОУ «Плехановской СОШ №1»  в энергию  топлива с учетом КПД электростанции	……………….	7
·        Перевод энергии, потребленной образовательным учреждением  в энергию разных видов  топлива	……………….	10
·        Расчет массы   топлива,  потребленного школой	……………….	11
·        Расчет массы    углекислого газа	……………….	14
·        анализ  потребления  объемов  электрической  энергии разными  объектами образовательного  учреждения	……………….	17
·        изучение  мнения  старшеклассников образовательного учреждения  по  проблеме  энергосбережения	……………….	17
5. Выводы            ……………….……………….……………….	……………….	19
6. Прогнозы  и  план  действий  по  проблеме  экономии энергии и ресурсов            ……………….……………….……………….	……………….	19
7. Список  использованной  литературы.	……………….	21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время во всем мире происходит обострение экологического кризиса, во многом обусловленного увеличением энергопотребления, истощением невозобновляемых природных ресурсов и загрязнением окружающей среды отходами энергетических производств.

Экологическое образование в этой области может существенно изменить отношение людей  к этой проблеме и помочь улучшить ситуацию. Особенно важно показать возможность личных действий каждого человека, которые могут привести к экономии ресурсов и энергии, снизить нагрузку на нашу среду обитания, сохранить природу для себя и своих потомков.

Цель учебно – исследовательской работы: оценить по  показателям потребления энергии воздействие, оказываемое  МОУ «Плехановская средняя  общеобразовательная школа №1»,   на  окружающую среду.

Задачи учебно – исследовательской работы:

• сбор количественных  данных  по потреблению образовательным  учреждением  электрической энергии  за  последние три  года (2008-2009);
• перевод  показателей электроэнергии  в  энергию   топлива с  учетом  потерь и коэффициента  полезного  действия  электростанции;
• определения  источника  получения  электрической  энергии для   образовательного  учреждения;
• изучение  топливного  баланса электростанции,  питающей  образовательное учреждение;
• расчет  количеств  потребляемых   природных  ресурсов  образовательным  учреждением за исследуемый  период;    
• расчет  количества  выбросов  углекислого  газа  в окружающую  среду  при  сжигании природных  ресурсов потребляемых  учебным  заведением;
• анализ  потребления  объемов  электрической  энергии разными  объектами образовательного  учреждения;
• изучение  мнения  старшеклассников образовательного учреждения  по  проблеме  энергосбережения;
• публичное  представление результатов  учебно-исследовательской  работы.

Объект и  методы  исследования

Объект  исследования – муниципальное  образовательное  учреждение «Плехановская  средняя  общеобразовательная  школа №1». Наш  объект  исследования  можно  характеризовать  по  многочисленным  параметрам,  но  в  соответствии  с  целью  учебно-исследовательской работы были  отобраны  следующие:

месторасположение:  муниципальное  образование рабочий поселок Плеханово Ленинского  района Тульской области;

описание строения: трехэтажное  здание  с  пристройкой, в которой расположен  спортивный  зал, эксплуатируется  с  1968 года;

площадь строения: 4000 кв.м;

особенности  освещения здания: 22% площади  учебного  учреждения  (880 кв.м)  оборудовании  энергосберегающими  источниками  освещения;

учет  электроэнергии:      контроль  за  потреблением  энергии  образовательным  учреждением  ведется  представителями  Обидимского   РЭС  через  вводно-распределительное  устройство,  находящееся  в  здании  школы.

В  учебно-исследовательской работе использовались  следующие  методы:

• обзор   технической документации,  для  получения  сведений  по  расходу  электрической  энергии за  каждый  месяц исследуемого  периода (январь 2008 – август 2010 гг);

• интервьюирования,   по  вопросам:

ü  контроля  за  потреблением  электроэнергии  с инженером  Обидимского РЭС Чиковой Л.И.,

ü  определения источника  получения электрической энергии  для муниципального образования  рабочий поселок Плеханово с начальником  Обидимского РЭС Токмаковым В.И.

·         работа с литературными  источниками,  для  выяснения особенностей  производства  и  использования электрической  энергии;

·         обзор интернет - ресурсов,  для  получения  данных  о  работе электростанции – источника электроэнергии  для образовательного учреждения;

·         алгоритмизации расчетов по  переводу  потребляемой   электроэнергии в количество используемого  топлива,  массу  образовавшегося углекислого газа;

·         анкетирования учащихся старших  классов,  для  изучения их  отношения к  проблеме экономии  энергии;

·         графического отражения  результатов учебно-исследовательской деятельности с использованием  возможностей  табличного  процессора.

Результаты  исследования

В  результате   работы  с  документами, фиксирующими  показания расхода  электрической энергии образовательным  учреждением, были  получены  данные, отраженные в таблице 1.

Таблица 1. Потребление электроэнергии МОУ «Плехановская СОШ №1»

год	электроэнергия, тыс. кВт×ч
	январь	февр.	март	апрель	май	июнь	июль	август	сент.	окт.	ноябрь	дек.
2008	2200	3520	2610	2160	2560	2475	1724	1600	2700	3240	3240	2556
2009	2108	3284	4212	2732	3500	2728	1392	892	3184	3552	2516	2919
2010	1468	3748	3260	3384	2904	3284	320	908

Данные  по  потреблению  энергии  за  период сентябрь – октябрь 2010 года  не включены  в  сводную  таблицу,  так  как  они  очень  завышены  в  связи  с  проведением  капитального  ремонта  кровли   здания школы и  не  могут  объективно  отражать  динамику  потребления  электрической энергии.

Выработка  электрической энергии  осуществляется  на  электростанциях. Согласно общепринятому определению, тепловые электростанции – это электростанции, вырабатывающие электроэнергию посредством преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора. Выработка электричества в ТЭС происходить при участии множества последовательных этапов, но общий принцип её работы довольно прост. Вначале топливо сжигается в специальной камере сгорания (паровом котле), при этом выделяется большое количество тепла, которое превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб расположенным внутри котла, в пар. Постоянно нарастающее давление пара вращает ротор турбины, которая передает энергию вращения на вал генератора, и в результате вырабатывается электрический ток.  ГРЭС (государственная районная электрическая станция) – довольно известное и привычное название. Это не что иное, как тепловая  электростанция, которая не утилизирует энергию отработанных газов и не превращает её в тепло, например, для обогрева зданий [1].

В России в 2008 году  на долю потерь энергии на электростанциях при производстве электрической и тепловой энергии ежегодно приходится 15–16 % от общего потребления первичной энергии [2].

В данной  работе  перевод затраченной  школой электроэнергии в массу использованного топлива и выделившегося при  его  сжигании углекислого газа производится   в ряд  этапов.

1 этап.  Перевод электроэнергии, выраженной тыс.кВт×ч  электроэнергию, выраженную  в Дж с учетом потерь  энергии  на  электростанциях   осуществляется по  следующему  алгоритму:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты  реализации  алгоритма  для  каждого  временного  отрезка исследуемого периода  сведены в таблицу 2.

 

Таблица 2. Перевод энергии, потребленной МОУ «Плехановской СОШ №1»,

в Дж  с учетом потерь.

 

 

В общем случае не все тепло, выделяющееся при сгорании топлива, используется по назначению. Средний коэффициента полезного действия (КПД)  российских электростанций в 2000–2007 годах оставался на уровне 37 % [2].

2 этап. Перевод энергии, потребленной МОУ  в энергию  топлива  с учетом коэффициента полезного действия  электростанции  осуществляется по  следующему  алгоритму:

 

 

 

 

 

 

 

Результаты  реализации  алгоритма  для  каждого  временного  отрезка исследуемого периода  сведены в таблицу 3.

 

Таблица 3. Перевод энергии, потребленной МОУ «Плехановской СОШ №1»  в энергию  топлива с учетом КПД электростанции.

 

 

Анализ  расчетов представленных  в  таблицах 2,3 позволил  отразить их  на  рисунке 1. Под  потребленной  энергией  подразумевается  суммарная  энергия  электрического  тока  за  каждый  месяц  (с января  по  август 2008-2010  и  с сентября по декабрь 2008-2009).  Данная  иллюстрация  наглядно  показывает,  насколько  громадны  потери  энергии  природных  ресурсов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Сравнительный анализ потребленной энергии электрического тока и  затраченной  энергии  природного топлива.

В настоящее время на электростанциях в качестве топлива используется мазут или дизель, а также природный газ, уголь, торф, сланцы, иными словами все виды топлива.  Из  беседы  с начальником  Обидимского РЭС  Токмаковым В.И.   муниципальное  образование рабочий поселок Плеханово  получает  электрическую энергию с ОАО «Новомосковская ГРЭС» которая входит  в  состав «Тульская региональная генерация» - филиал ОАО «ТГК-4 ».  Топливный  баланс ОАО «ТГК-4 »   (в %) представлен на  рис.2.(данные  ОАО  РАО  «ЕЭС России») [4]

Рисунок 2. Топливный  баланс «Территориальной генерирующей компании – 4».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используя  данные  по  топливному  балансу генерирующей  компании,  возможно  произвести  теоретический  расчет  вклада  энергии  каждого  вида  топлива, используемого  электростанцией.

3 этап. Перевод энергии, потребленной образовательным учреждением  в энергию разных видов  топлива  с учетом топливного баланса осуществляется по  следующему  алгоритму:

 

Таблица 4. Перевод энергии, потребленной МОУ «Плехановской СОШ №1» 

в энергию разных видов  топлива.

 

4 этап. Перевод энергии, потребленной образовательным учреждением  в массу   топлива. 

Зная  значения  энергетических  долей  каждого  вида  топлива (Е₇, Е₈, Е₉) и  используя удельную теплоту сгорания топлива (q - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, таблица 5) можно  рассчитать  массу (m)  природного  топлива,  которая  использовалась  для  получения  электрической  энергии для  нашей  школы  за  каждый   расчетный  период    по  формуле

 

 

 

 

Таблица 5. Средние удельные  теплоты  сгорания  разного вида топлива. [5].

средняя удельная  теплота сгорания угля	19,6 МДж/кг
средняя удельная  теплота сгорания природного газа	44,5 МДж/кг
средняя удельная  теплота сгорания мазута	40 МДж/кг

 

Таблица 6. Масса  топлива, используемого МОУ «Плехановской СОШ №1» 

 

Динамика  потребления    топлива  разных  видов  сходна,  поэтому  для  анализа  потребления природных  ресурсов  учебным  заведением наглядно  отобразим затраты  на  образовательное  учреждение   природного  газа (рисунок 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Динамика потребления  природного   за  три года

 

Данная  диаграмма  наглядно  показывает  наличие максимального  потребления природного  газа (через  использование энергии  электрического тока)  в период  с февраля  по июнь  каждого  календарного года,  что  возможно  объяснить  длиной  светового  дня (февраль – март). Небольшие   весенние   каникулы снижают  показатели в  марте-апреле.  Нагрузка   на  электрическую  сеть возрастает в мае и июне вновь в  связи  с  интенсивной  подготовкой к итоговой аттестации (большое  количество дополнительных  занятий) и  работой с максимальными энергозатратами  школьной  столовой  во  время  функционирования летнего  пришкольного лагеря.

Основные компоненты, образующиеся в результате сжигания органического топлива на ГРЭС  - это углекислый  газ и вода. Химический  состав  угля  условно  соответствует  формуле С. Природный газ  - смесь  газообразных предельных  углеводородов с небольшой молекулярной массой, основным  компонентом  которого является метан, поэтому химический состав   природного газа будем  условно  отображать метаном - СН₄,  а мазут  условно  обозначим углеводородом состава    С₃₄Н₇₀, так как мазут -  остаток  перегонки нефти, содержащий  углеводороды с  числом атомов углерода  от 18 до 50. [6].

 

5 этап.   Перевод массы  топлива, потребленной образовательным учреждением,  в массу   углекислого газа осуществляется по  следующему  алгоритму:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7. Сводная  таблица за исследуемый  период, отражающая  использование природного топлива и выбросы  атмосферу углекислого газа  МОУ «Плехановская СОШ №1»

 

Рисунок 4. Выбросы углекислого  газа, приходящиеся  на  долю

 МОУ «Плехановская СОШ №1» в  соответствии  с потребленной электроэнергией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На  данной  диаграмме  приведены  суммарные  показатели  выбросов  в  атмосферу  углекислого  газа за  период январь-август каждого  года (период сентябрь-декабрь  2008, 2009 годов не  включен,  т.к. данные  за этот  период  по 2010 году  отсутствуют). Анализ  диаграммы позволяет  сделать  вывод  об  уменьшении  выбросов  оксида  углерода в 2010 году,  по  сравнению с 2009,  но  превышают  загрязнение  атмосферы по  сравнению с тем  же  периодом 2008 г. Высокие   показатели  выбросов  2009  объясняются   увеличением потребления энергии в  связи с  вводом  в  эксплуатацию  нового  дополнительного оборудования в  школьном  пищеблоке.

Кроме основных компонентов, образующихся в результате сжигания органического топлива (углекислого газа и воды), выбросы ГРЭС содержат пылевые частицы различного состава, оксиды серы, оксиды азота, фтористые соединения, оксиды металлов, газообразные продукты неполного сгорания топлива. Их поступление в воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту и населению городов. Наличие пылевых частиц, оксидов серы обусловлено содержанием в топливе минеральных примесей, а наличие оксидов азота – частичным окислением азота воздуха в высокотемпературном пламени.

 

 

 

 

Рисунок 3. Состав  выбросов электростанций в атмосферу.

 Порядок  цифр в сводной  таблице 7 показывает  необходимость задуматься о необходимости экономии  электрической  энергии  в  школьном  здании. Для  прогнозов о возможной экономии  природных  ресурсов и уменьшении  негативного  влияния на  окружающую среду были  проведены расчеты  (по вышеописанным алгоритмам 5 этапов) для двух  классных  комнат школы с  разными  источниками  освещения. Кабинет  химии оснащен люминесцентными лампами,  а  кабинет биологии  энергосберегающими лампами.

Таблица 8. Потребление энергии в помещениях с  разными источниками освещения.

Анализируя  данные  таблицы  невозможно  не  увидеть  насколько  можно  уменьшить  затраты  природного  сырья  и  вредные  выбросы  в  атмосферу при  использовании  энергосберегающих  источников освещения  в  помещения  школы.

Сейчас уже широко признано, что наша атмосфера просто не может на протяжении  еще длительного времени и дальше поглощать ежегодно 6 млрд. тонн двуокиси углерода (70% дает сгорание ископаемого топлива) без катастрофических изменений для грядущих поколений [7].

Для  выяснения  мнения  учащихся  старших  классов   по  проблеме  энергосбережения ребятам  9-11 классов нашей  школы была предложена  небольшая анкета

                        Класс  

 

да

нет

не знаю

1. Включен ли свет в  кабинете  из  которого  Вы  пришли?

 

2.Считаете ли Вы, что производство электроэнергии наносит вред окружающей среде?

да

нет

не знаю

 

 

3. Выключая  свет Вы экономите

деньги

природное топливо

сохраняете чистоту воздуха

 

 

да

нет

не знаю

4. Используете ли  Вы дома  энергосберегающие  лампы?

В  анкетировании  приняли  участие 60  учащихся. В  результате  обработки  результатов  были  получены  следующие  данные:

 

Анализируя  ответы  ребят  на  1 вопрос, можно  сделать  вывод,  что  примерно  70 % учащихся  не  обращают  внимание на работающие  осветительные  приборы  (все  ребята  пришли  для  анкетирования  из  кабинета  в  котором  горел  свет).

Только  28 % учащихся  старших  классов понимают,  что  производство  электроэнергии  наносит  серьезный  ущерб  окружающей среде.

Ответы на 3 вопрос показали, что 73 %  подростков если  и думают  об  экономии,  то  только  денежных  средств.

Даже  дома только 45 % учеников задумываются  об  экономии  электрической энергии (4 вопрос анкеты)

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

·                Наблюдая   динамику  потребления энергии  электрического тока МОУ  «Плехановская  СОШ №1»  за  три года  необходимо  отметить,  что  пик  максимального  потребления приходиться на 2009 год,  в  котором  введено  в  эксплуатацию  новое  энергоемкое  оборудование пищеблока  школьной столовой.

 

·                Поэтапные  расчеты по  переводу  электроэнергии, используемой МОУ  «Плехановская  СОШ №1»,   в химическую  энергию  топлива показали  наличие  больших  потерь  энергии  сырья по  сравнению  с  энергией  доставленной потребителю.

·                В настоящее время  объекты муниципального  образования рабочий поселок Плеханово, в том  числе и  МОУ  «Плехановская  СОШ №1» ,  получают  электрическую энергию с ОАО «Новомосковская ГРЭС» в топливном   балансе которой преобладает  природный газ.

·                Анализ количеств потребляемой  энергии  соответственно  и потребление  природных  топливных  ресурсов,  а  также  выброс в атмосферу  продуктов  сгорания топлива  позволяет  определить  их максимум  в третьей  учебной четверти,  что  объясняется  и  временем  года  (невысокая освещенность,  низкие  температуры  окружающей среды)  и высокой  загруженностью  школьных  помещений,  в  которых  осуществляется учебный процесс.

·                Помещения, использующие   энергосберегающие  осветительные  приборы позволяют   уменьшить  энергозатраты  учебного  учреждения,  сохраняют  часть  природных  ресурсов  и  уменьшают  загрязнение  воздушной среды.

·                Анкетирование показало необходимость   активизирования   просветительской  работы  по  проблеме экономии энергии  и  ресурсов среди  учащихся  нашей  школы.

 

Прогнозы  и  план  действий  по  проблеме  экономии энергии и ресурсов

 

Жизнь    человека XXI века  не  возможна  без  потребления  энергии  электрического  тока,   материальная  база  современных  образовательных  учреждений улучшается,  в  том  числе  и  за  счет  оборудования, использующего  электроэнергию. В связи  с  этим  приходится  констатировать  факт  постепенного  увеличения   потребления  электроэнергии  в   нашей  школе.  Скорее  всего остановить  данный  процесс  невозможно, но  сдержать  его  в  нашей  школе  реально  при  целенаправленном  вложении  средств  непосредственно  на  решение  проблемы энергосбережения.   Одно  из  направлений: перевод  80 % площадей школы  на  энеросберегающие  источники  освещения, другое – замена  оконных блоков на современные,  что  позволит  улучшить  не  только  естественное  освещение классных комнат,  но и  позволит  сохранить  тепло в  помещениях  школы. Данные направления работы  могут  быть реализованы,  но не   силами  детей  и  педагогов.

Для  всех членов  нашего  большого  школьного коллектива мы  можем  предложить простой  план  действий, направленных  на  уменьшения энергозатрат  в нашей школе.

1. Обозначить  проблему  экономии  энергии в школе через:

обнародование результатов данной  учебно-исследовательской работы;

проведение  тематических  классных  часов по  данной  проблеме;

проведение общешкольных  мероприятий (конкурсы  рисунков,  агитбригад, баннеров)

2. Внести  в  обязанности  дежурного  класса  пункт  по  контролю за  освещением: рекреаций -  в  течение  учебного дня

классных  комнат  по  окончанию  учебного  дня.

            3.  Обязать  классные  коллективы  для  каждого  кабинета изготовить  красочные памятки о  необходимости  контроля  за электрическим оборудованием при  выходе  из  класса.

Каждый из нас может внести в решение проблемы экономии электроэнергии и природных ресурсов свою лепту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованной  литературы.

 

1. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб.для 11кл.общеобразовательных учреждений/Г.Я. Мякишев, Б.Б. Бухонцев.-11-е изд.-М.:Просвещение, 2003.
2. Башмаков И. А. Интегрированное планирование энергетических ресурсов в электроэнергетике/ И. А. Башмаков// Энергосбережение.-   2009.- №7
3. Перышкин А.В. Физика. 8 кл.:учеб.для общеобразоват. учреждений/ А.В. Перышкин.-12-е изд., стереотип.- М.:Дрофа, 2003.
4. http://www.e-apbe.ru/analytical/doklad2005/doklad2005_3.php
5. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по  элементарной физике.- 10-е изд., испр. и доп.- М.: Наука Гл.редфиз.-мат.лит.,1988.
6. Химия. 10 класс. Профильный уровень : учеб. для общеобразоват. учреждений / О. С. Габриелян, Ф. Н. Маскаев, С. Ю. Пономарев, В. И. Теренин ; под ред. В. И. Теренина. — 7-е изд., перераб. — М. : Дрофа, 2005.
7. http://www.baltfriends.ru/book/export/html/194