Поновлювана енергія майбутнього: сонце, вітер
та вода
Технології які зможуть забезпечити людство енергією, коли закінчаться газ, нафта та вугілля
Матеріали, необхідні для проведення уроку
Проектор для демонстрації відео та слайдів.
Смартфон на платформі Android чи iOS.
Роздруковані А4-маркери для практичної частини.
Вартість
Безкоштовно
Час
45 хвилин
Рівень складності
Початковий
Посилання для завантаження презентації та додаткових матеріалів
Презентація https://goo.gl/nwHBCZ

Futurio app on AppStore (coming soon)

Futurio app on Google Play (coming soon)
крок 1
Повідомлення теми. Мотивація.
Чи траплялося із вами таке, що ви граєте в улюблену гру на смартфоні або дивитеся цікаве відео і аж раптом у вас закінчується заряд батареї?

Що треба зробити? Мабуть знову "нагодувати" телефон енергію, щоб він почав працювати. При цьому "годувати" його треба майже щодня. Чи не так?

Хто з вас вже знає, звідки береться енергія і як вона перетворюється на струм у наших розетках?
коментар для вчителя
Слухаємо відповіді учнів. Додаткова інформація:

Звідки береться електроенергія? Зазвичай для цього спочатку треба видобути з-під землі такі природні копалини як вугілля, нафту або природній газ. Потім певним чином їх підготувати (наприклад, відокремити від каміння та сміття), а потім привезти на елекростанцію.

На електростанції ці копалини палять. Тепло, яке виділяється під час спалювання перетворює воду на пару. Пара змушує рухатися турбіну, яка поєднана із електрогенератором. Електрогенератор виробляє електроенергію, яка мандрує дротами аж від електростанції до наших домівок.
Ресурси, про які ми тільки-но поговорили - вугілля, нафта та природній газ - не безкінечні. Вони вичерпуються. Так само, як і заряд батареї у вашому смартфоні.

Якщо людство й надалі використовуватиме природні ресурси, може статися що заряджати телефон буде більше нічим.

Згодні? Уявімо, як зміниться життя, якщо ми не зможемо користуватися звичними електроприборами.
коментар для вчителя
Слухаємо думки учнів про світ без електроенергії.

Підказки: теппо, світло, побутові прибори, ігри, телефон, телевізор, комп'ютер, трамвай, тролейбус, метро. Важливі установи: школи, лікарні, аеропорти.
Дійсно, буде не просто! А тепер погляньмо у вікно. Хто бачить та може назвати джерела енергії?
коментар для вчителя
Слухаємо думки учнів.
Направляємо припущення у бік поновлюваних джерел енергії: бачимо сонце, бачимо як вітер рухає листя на деревах. Можливо видно річку.
Все це може зярядити ваш смартфон та навіть живити всю нашу школу. Як це можливо? Саме про це і говоритимемо сьогодні під час уроку.
наступний розділ
Тема уроку:
"Поновлювана енергія"
Актуалізація знань
Отже, як ви вже знаєте, енергія ділиться на два типи: поновлювана та не поновлювана.
До не поновлюваної відносятся:
— нафта
— природний газ
— вугілля

За попередніми оцінками у нас є приблизно двісті років до того як вичерпаються запаси всіх видів горючих корисних копалин.
Але час не єдина проблема.
Традиційні види енергетики, що в основному базуються на спалюванні, завдають неймовірної шкоди нашій планеті та суттєво погіршують якість нашого життя. Ці причини і є основною рушійною силою для пошуку та використання нових поновлювальних джерел енергії, які до речі мають фактично невичерпний ресурс.
Розгляньмо, на що ж нам можна розраховувати в майбутньому.
До поновлювальних джерел енергії відносяться:
— енергія сонця
— енергія вітру
— егергія води
— геотермальна енергія
— енергія водню
— біопаливо
— енергія термоядерного синтезу

Розгляньмо як працюють основні види поновлювальної енергії.
Усвідомлення / Засвоєння знань
Поновлювана енергія
Енергія сонця
Серед всіх поновлювальних джерел саме на сонячну енергію людство покладає найбільші надії.

Перші робочі технології з'явилися приблизно півсторіччя тому. А на сьогодні ми вже навчилися їх доволі ефективно використовувати. Ось як це працює: сонце світить на спеціально встановлені сонячні панелі на дахах будинків або на спеціальних сонячних фермах. Поверхня сонячних панелей створена із двох шарів спеціального матеріалу - кремнію.

Один з шарів має негативний заряд, а другий - позитивний. Коли верхній шар "вхоплює" сонячні промені, електрони всередені шару починають рухатися та "штовхатися". Так сильно, що штовхають електрони нижнього шару, які у свою чергу також починають рухатися.
Якраз на кордоні двох шарів, які постійно штовхаються та взаємодіють один із одним утворюється електоенергія.

За допомогою дротів вона рухається у електромережу або спеціальні батареї, які зберігають цю енергію на майбутнє.

Сонячна енергія - один з найдешевших видів електроенергії. Давайте подумаємо, у чому її переваги?
коментар для вчителя
Слухаємо думки учнів. Підказки:
— сонце сходить кожного дня, цілий рік
— сонце не можна привласнити, воно належить усім
— сонце не можна монополізувати, політизувати, купити чи продати
— сонце ніколи не скінчиться
— сонце легко спрогнозувати: його "кількість" і "наявність"
Ось приклад, як сонячна енергія може живити цілий острів:
Острів Кауаї з населенням 58 тисяч чоловік є частиною Гавайських островів в Тихому Океані. Американська компанія Tesla [Тесла] побудувала там сонячну ферму з сонячними панелями потужністю 13 мегаватів та батареями в 52 мегавата.

Завдяки цьому жителі острова мають можливість користуватися енергією незалежно від часу доби та скоротити споживання викопного палива на майже 6 мільйонів літрів на рік.
Таких проектів стає все більше, адже ефективність сонячних панелей збільшується, а їхня ціна падає.
Додаткова інформація (опція)
Деякі вчені вважають, що можна використовувати сонячну енергію ще ефективніше. Оскільки земна атмосфера поглинає 55-60 відсотків сонячного випромінювання, для більшої ефективності сонячні станції мають бути розміщені в космосі.

Завдяки дзеркалам на супутниках енергія концентруватиметься на спеціальних колекторах, або на сонячних панелях. Після чого передаватиметься на землю за допомогою мікрохвильових, або лазерних пучків.

На початку 2015 року в Агентстві аерокосмічних досліджень Японії заявили, що змогли конвертувати 1,8 кіловата електроенергії у мікрохвилі та передати їх на довжину 50 метрів. Таким чином вони підтвердили можливість проекту.
Практичне завдання
Futurio app
У березні 2018 вийде додаток Futurio app з технологією доповненої реальності, який буде доступний на App Store та Google Play. Викростовуючи додаток діти зможуть на практиці закріпити матеріал цього розділу. Слідкуйте за анонсами.
Поновлювана енергія
Енергія вітру
Ми також можемо здобувати електроенергію з вітру. Можливо ви й не здогадуєтесь, але вітер - це у певному сенсі також енергія сонця.

Чи пам'ятатаєте ви з уроків природознавства, звідки береться вітер і як це може бути пов'язано із сонцем?
фото: Depositphotos
коментар для вчителя
Слухаємо відповіді учнів. Підказка:

Вітер фактично виникає через дію сонця. Все навколо нас, будь яка поверхня землі - вода, земля, дерева, пісок - поглинає сонячне випромінювання, зберігає його, нагріваючись та відбиває чи випускає його. Це трапляється не рівномірно, в різні проміжки часу. Через це повітря над поверхнею землі нагрівається та охолоджується із різною швидкістю.

Тепле повітря, як ви знаєте піднімається угору, а холодне опускається вниз. Цей рух повітря ми й називаємо вітром. В залежності від різних обставин (наприклад, атмосферного тиску) він може бути сильнішим або майже зовсім непомітним.
Наступного разу по дорозі у школу зверніть увагу, чи сильний вітер. Адже енергію вітру можна перетворити на іншу енергію - електричну або механічну.

Електроенергія, яка з'являється за допомогою спеціальних вітряків - це чиста, поновлювальна енергія.

Чому її називають чистою?
коментар для вчителя
Слухаємо відповіді учнів. Підказка:

Тому що для її вироблення не спалювалися викопні копалини, які забруднюють атмосферу, грунт та воду. Виробництво чистої енергії не має відходів.
Вже на сьогодні з вітру людство отримує близько трьох відсотків від глобальної потреби електроенергії.

Потужність та якість турбін для вітряків зростає щорічно і вже до 2020 року кількість вітрової енергетики зросте вчетверо.

Та вітер має одну неприємну особливість - він дме з різною силою, інколи занадто повільно щоб крутити турбіну, а інколи навпаки занадто сильно і тоді турбіну зупиняють щоб не пошкодити установку. В такі моменти подача електроенергії зазвичай припиняється.
Додаткова інформація (опція)
Компанія Altaeros пропонує таке вирішення проблеми непостійності вітру - летючий вітряк. Він підніматиметься спеціальним дирижаблем на висоту 300-600 метрів над землею, а турбіна закріплена в ньому зможе виробляти вдвічі більше енергії ніж стаціонарна установка такого ж розміру.

На даний момент компанія вже зуміла протестувати вітряк потужністю 30 кіловатів зі спеціальною автономною системою, яка налаштовуватиметься на потрібну висоту та згортатиметься в разі надзвичайних ситуацій.
Поновлювана енергія
Енергія води
Енергію води ми використовуємо ще з початку 19-го сторіччя, саме тоді були збудовані перші гідроелектростанції, які працюють завдяки рікам.
Багато років тому за допомогою енергії води молотили зерно. Чи бачили ви колись такий млин? Ось як він працював:

Потік води у річці рухався та обертав колесо, перетворюючи кінетичну енергію води у механічну роботу колеса. Воно, у свою чергу, мололо зерно для того, щоб можна було зпекти хліб.
У сучасному світі такі млини не потрібні більше, їхню роботу виконують спеціальні машини. А от принцип роботи млина тепер використовують для того, щоб отримувати не механічну, а електричну енергію.

Енергія вітру буває трьох видів:
— Енгергія приливів та відливів
— Енергія морських хвиль
— Гідроелектростанції.

Енергія морських хвиль все ще досліджуєтья, адже хвилі можуть бути доволі потужні й не так то просто збудувати для них відповідні установки. Принцип їхньої дії доволі схожий на той, що використовується для отримання енергії за допомогою приливів та відливів, то ж давайте коротко розглягнемо осбливості та відмінності інших двох типів.

Тож як працює енергія приливів та відливів?

Під час приливу вода наповнює спеціальні резервуари, що знаходяться неподалік берегу. Ці резервуари ще називаються дамбами.

Під час відливів вода рухається назад. Саме цей зворотній рух води використовується для того, щоб рухати турбіну та виробляти енергію. Для цього процесу важливо, аби різниця висот під час приливу та відливу була якомога більшою, хоча б 10 метрів.

Гідроелектростанції працюють дещо іншим чином.
Вони поєднують у собі одразу три стихії: воду, повітря та сонце.
Ви, напевне, чули про кругообіг води у природі. Хто розкаже?
коментар для вчителя
Підказка: Кругообіг води відбувається завдяки пересуванню та випаровуванню водяної пари в атмосфері, а також її конденсації, випадання опадів і стікання назад у водойми.
Правильно, сонце випаровує воду з поверхні озер, морів та океанів. Так утворюються хмари. Вітер переносить хмари на висоту, де вони конденсуються та впадають у вигляді опадів. Опади стікають назад до водоймищ - річок, морів та океанів.

Саме на шляху до водоймищ зазвичай побудовані гідроелектростанції, які перехоплюють енергію води, що стікає та перетворюють її на електричну енергію.

На сьогодні гідроенергетика добре розвинена і становить 25% від світового виробництва електроенергії.
Додаткова інформація (опція)
Шотландська компанія Aquamarine Power [Акуамарін Пауер] створила електрогенератор морських хвиль Oyster. Він встановлюється неподалік від берега на глибині 10-16 метрів.

Плаский поплавок закріплюється на дні на потужних шарнірах, хвилі його розгойдують та завдяки насосам качають воду на берег, яка приводить в рух стандартну гідроелектричну турбіну. Одна така установка має потужність 800 кіловатів.
Рефлексія
Тож ми сьогодні багато говорили про різні види енергії. Нагадайте мені, які з них поновлювані, а які ні.

Вчитель називає варіанти, учні вгадують:
А що ви ще запам'ятали?
коментар для вчителя
— Вітер Поновлюване джерело енергії
— Вугілля Не поновлюване джерело енергії
— Природний газ Не поновлюване джерело енергії
— Нафта Не поновлюване джерело енергії
— Сонце Поновлюване джерело енергії
— Вода Поновлюване джерело енергії
Вчитель називає варіанти,
учні вгадують:
коментар для вчителя
Що краще - поновлювані чи не поновлювальні джерела енергії?
У чому перевага енергії сонця, вітру і води?
Що таке чиста енергія і чому вона так називається?
Наша подорож у майбутнє добігає кінця, сьогодні ви почули безліч термінів вперше. Можливо хтось із вас у майбутньому долучиться до вирішення надзвичайно важливого питання енергетики людства.
Зворотній зв'язок
Дякуємо за те, що використовуєте
наші уроки!
Сподіваємося, вони корисні й цікаві для дітей та зручні й інформативні для вас.
Будемо вдячні, якщо ви зможете приділити нам пару хвилин та залишити свій відгук.

Ваша відповідь допоможе зрозуміти, як покращити проект, а також звітувати перед партнерами та інвесторами про те, де саме використовуються наші матеріали.

Тим часом, ми продовжуємо створювати нові уроки та безкоштовно надавати їх українським школам.
З повагою, Олександр Лісовський
засновник проекту The Future

hello@thefuture.news
http://thefuture.news

Photo: Unsplash, Depositphotos
Made on
Tilda