Rozdział 9 Energia wiatru - Kyoto in the Home
Rozdział 9 Energia wiatru - Kyoto in the Home
Rozdział 9 Energia wiatru - Kyoto in the Home
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Rozdział</strong> 9<br />
<strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
<strong>Rozdział</strong> 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Wiatr jest ruchem powietrza powstającym w wyniku różnic temperatur<br />
nagrzewanej przez słońce powierzchni ziemi. Na przykład na wybrzeżu w<br />
ciągu dnia powietrze nad lądem ogrzewa się szybciej, niż woda w morzu.<br />
Dlatego ruch powietrza odbywa się od morza do lądu, powodując powstanie<br />
bryzy morskiej. Nocą jednak powietrze znad gruntu ochładza się szybciej niż<br />
morze i płynie w odwrotnym kierunku, wywołując bryzę lądową.<br />
Najprostszej konstrukcji wiatrak składa się ze „skrzydeł”, które zamieniają<br />
energię <strong>wiatru</strong> na energię ruchu obrotowego (mechaniczną). Obracający się<br />
wał może być wykorzystany do mielenia ziarna lub pompowania wody z<br />
ziemi. Na suchych obszarach świata nadal stosuje się tego typu wiatraki -<br />
każdy podmuch <strong>wiatru</strong> pompuje wodę, która jest magazynowana w zbiorniku<br />
do późniejszego wykorzystania. Na Krecie wiatraki stosuje się nieprzerwanie<br />
od prawie 5000 lat (ryc<strong>in</strong>a 9.1).<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.1: Fotografia wiatraka na Krecie<br />
Współcześnie energia <strong>wiatru</strong> znajduje zastosowanie w produkcji prądu<br />
elektrycznego. W tym procesie energia k<strong>in</strong>etyczna <strong>wiatru</strong> jest przekształcana<br />
w energię ruchu obrotowego obracających się łopat, która następnie jest<br />
zamieniana w energię elektryczną przez generator znajdujący się za wałem<br />
obrotowym. Od lat 90-tych firmy energetyczne stosują tę technologię do budowy farm wiatrowych, składających się z<br />
wielkich urządzeń zwanych turb<strong>in</strong>ami wiatrowymi, produkujących energię elektryczną dla domów, szkół, urzędów i<br />
fabryk.<br />
Dzisiejsze turb<strong>in</strong>y wiatrowe mogą mieć wygląd małych wiatraków o wysokości do 1m, stosowanych w domu, bądź<br />
bardzo dużych maszyn przyłączonych bezpośrednio do sieci elektrycznej, stawianych pojedynczo lub w grupach,<br />
zwanych farmami wiatrowymi.<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.2: Mała turb<strong>in</strong>a wiatrowa (mikroturb<strong>in</strong>a wiatrowa „Swift”, źródło<br />
Renewable Devices)<br />
9.1. Wytwarzanie energii z <strong>wiatru</strong> - proces konwersji<br />
W latach 50-tych szerokie, „żaglowe” skrzydła wiatraków zostały<br />
zastąpione sztywnymi płatami (przypom<strong>in</strong>ającymi skrzydła samolotu),<br />
które znacznie wydajniej wychwytują wiatr, ponieważ cechuje je<br />
korzystniejszy stosunek działającej siły do oporów ruchu. Proces<br />
przebiega w podobny sposób we wszystkich turb<strong>in</strong>ach.<br />
Turb<strong>in</strong>a wiatrowa pracuje odwrotnie do wiatraka chłodzącego<br />
pomieszczenie. Ten ostatni pobiera prąd i wytwarza podmuch powietrza, natomiast turb<strong>in</strong>a<br />
wykorzystuje wiatr do produkcji energii elektrycznej. Poruszające się powietrze (wiatr)<br />
wprawia w ruch płaty (których kształt sprawia, że działająca siła przewyższa opory ruchu, co<br />
wywołuje obrót wirnika wokół osi), a te powodują ruch obrotowy wału podłączonego do<br />
generatora produkującego prąd (ryc. 9.3). <strong>Energia</strong> elektryczna jest przesyłana przez sieć<br />
przewodów dystrybucyjnych do podstacji i dalej do budynków mieszkalnych, publicznych i<br />
szkół.<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.3: Duża turb<strong>in</strong>a wiatrowa<br />
By zapewnić urządzeniu odpowiednią ilość <strong>wiatru</strong>, turb<strong>in</strong>ę umieszcza się na wysokiej wieży<br />
(maszcie) tak, by wirnik był skierowany w stronę, z której wieją najsilniejsze i najbardziej stałe<br />
wiatry. Przekładnia i stycznik turb<strong>in</strong>y zapewniają dopływ do sieci energii elektrycznej o<br />
odpowiedniej częstotliwości (50 Hz) i napięciu (230 V), niezależnie od zmian prędkości <strong>wiatru</strong>.<br />
Stycznik pozostaje włączony do chwili, kiedy turb<strong>in</strong>a nie może wytworzyć wystarczającej ilości<br />
energii z <strong>wiatru</strong>. Wtedy wyłącza się, pozwalając wirnikowi swobodnie się obracać.
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Kiedy zmienia się kierunek <strong>wiatru</strong>, turb<strong>in</strong>a także musi zmienić położenie i ustawić się w odpowiednią stronę. W dużych<br />
turb<strong>in</strong>ach zmiana kierunku dokonywana jest przez silniki elektryczne, natomiast w bardzo małych turb<strong>in</strong>ach dzieje się<br />
to w sposób bierny i odpowiadają za to wiatrowskazy znajdujące się w tylnej części urządzenia (ryc<strong>in</strong>a 9.2).<br />
9.2 Charakterystyka konstrukcji turb<strong>in</strong> wiatrowych<br />
Podstawowe parametry konstrukcyjne turb<strong>in</strong> to:<br />
• liczba płatów; trzy są optymalne dla zrównoważenia wirnika<br />
• długość płatów; moc turb<strong>in</strong>y wzrasta z powierzchnią zagarnianego powietrza (tj. z kwadratem długości)<br />
• położenie płatów względem wieży; niemal zawsze płaty są osadzone na wirniku po nawietrznej stronie masztu,<br />
dzięki czemu nie są zasłonięte od <strong>wiatru</strong>.<br />
Poniższy schemat przedstawia niektóre elementy wewnętrznego mechanizmu turb<strong>in</strong>y wiatrowej:<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.4: Mechanizm turb<strong>in</strong>y wiatrowej – zauważ, że płaty tej turb<strong>in</strong>y są umieszczone po nawietrznej stronie masztu.<br />
Źródło: Alliant Kids Energy<br />
Prędkość końców łopat jest zwykle stała, zatem im większa<br />
turb<strong>in</strong>a, tym wolniej obraca się trzon wirnika. Z kolei prędkość<br />
obrotu małych turb<strong>in</strong>, do wysokości 3 m, jest wystarczająco<br />
szybka do uzyskania częstotliwości prądu sieci elektrycznej bez<br />
potrzeby pośredniczącej przekładni zębatej.<br />
9.3 Rodzaje mikroturb<strong>in</strong> wiatrowych<br />
Turb<strong>in</strong>y o pionowej i poziomej osi obrotu<br />
Istnieją dwie główne klasy turb<strong>in</strong> wiatrowych, których płaty<br />
obracają się w <strong>in</strong>nym kierunku, czyli wokół <strong>in</strong>nych osi: o<br />
poziomej osi obrotu (np. London Eye lub tradycyjny holenderski<br />
wiatrak) oraz o pionowej osi obrotu (niczym karuzela).<br />
b)<br />
a)<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.5: a) turb<strong>in</strong>a wiatrowa o pionowej osi obrotu (Quite Revolution 5), źródło: XC02 Low Carbon Eng<strong>in</strong>eer<strong>in</strong>g<br />
b) turb<strong>in</strong>a wiatrowa o poziomej osi obrotu (Proven WT6000), źródło: Proven Energy<br />
2
9.4 Wielkość <strong>in</strong>stalacji wiatrowych<br />
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Małe turb<strong>in</strong>y wykorzystuje się do ładowania akumulatorów, produkcji prądu elektrycznego dla budynków mieszkalnych,<br />
szkół i obiektów publicznych. Turb<strong>in</strong>y te zwykle mają wysokość 1-15 m i wytwarzają energię elektryczną o mocy od<br />
100W do 5 kW (5000 W). Najmniejsze z tych <strong>in</strong>stalacji stosowane są do ładowania akumulatorów lub zasilania<br />
oświetlenia ulicznego. Nieco większe, np. o mocy 500 W, stosuje się do ładowania dużych akumulatorów używanych w<br />
przyczepach kemp<strong>in</strong>gowych i na łodziach.<br />
Dla przeciętnego budynku mieszkalnego najoptymalniejsze są turb<strong>in</strong>y o mocy 1-2,5 kW i wielkości małego człowieka.<br />
Są one zwykle umieszczane na budynkach, które zasilają (turb<strong>in</strong>y z<strong>in</strong>tegrowane). Instalacje produkujące energię na<br />
większą skalę są wykorzystywane przez szkoły i <strong>in</strong>ne budynki publiczne. Zwykle montowane są na masztach, w<br />
pewnej odległości od budynków.<br />
Instalacje niezależne (wolno-stojące) oraz połączone w sieć<br />
Małoskalowa elektrownia wiatrowa jest dobrym rozwiązaniem dla wytwarzania energii elektrycznej w miejscach, gdzie<br />
jej dostarczanie przez sieć przewodów jest kosztowne (np. krajowa sieć energetyczna w Wielkiej Brytanii). Ma to<br />
miejsce na przykład na daleko położonych obszarach (małe wyspy), które nie są przyłączone do sieci krajowej. Te<br />
„pozasieciowe” systemy do magazynowania wytworzonej energii potrzebują akumulatorów i często są połączone z<br />
generatorami spal<strong>in</strong>owymi (na ropę), które dostarczają energii, gdy wiatr wieje z niską prędkością. Systemy wiatrowe<br />
mogą także być stosowane tam, gdzie istnieje dostęp do sieci krajowej; w tym przypadku nie są potrzebne<br />
akumulatory. Niewykorzystana energia elektryczna może być przekazana do sieci i sprzedana przedsiębiorstwom<br />
energetycznym. Zysk ze sprzedaży pokrywa część kosztów budowy turb<strong>in</strong>y.<br />
3
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.1a (7-11) – Wykonaj i przetestuj swoją własną turb<strong>in</strong>ę wiatrową<br />
Co wywołuje obrót łopat turb<strong>in</strong>y wiatrowej? W tym ćwiczeniu przyjrzymy się, jak obracają się płaty turb<strong>in</strong>y<br />
pod wpływem <strong>wiatru</strong>.<br />
Zadania:<br />
Dla każdego z 3 testów turb<strong>in</strong>y wiatrowej odpowiedz na pytanie 1 przed przeprowadzeniem testu. Po<br />
przeprowadzeniu testu postaraj się odpowiedzieć na pytania 2 i 3 (zapisz swoje odpowiedzi na osobnej<br />
kartce papieru lub w zeszycie).<br />
Pyt. 1: Jak sądzisz, co stanie się po dmuchnięciu powietrzem na płaty?<br />
Wykonaj test:<br />
Pyt. 2: Co się stało?<br />
Pyt. 3: Jak to wyjaśnisz?<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.5. Przeprowadź testy 1 i 3 jak zalecono wyżej (ćwiczenie 9.1a)<br />
4
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela (9.1a 7-11)<br />
Kontekst: Konstrukcja łopat, w szczególności ich ustawienie (skręt), ma znaczenie dla wydajności działania<br />
turb<strong>in</strong>y. To ćwiczenie pokazuje, w jaki sposób ustawienie płatów może wpływać na konstrukcję turb<strong>in</strong><br />
wiatrowych.<br />
Cel ćwiczenia:<br />
1. Skonstruować działający mechanizm wirnika i płatów<br />
2. Dowiedzieć się, że ruch obrotowy wirnika odbywa się dzięki odpowiedniemu ustawieniu płatów.<br />
Materiały: suszarka do włosów, piasta, kołki, plastik falisty, koralik, patyk, drut do robótek ręcznych.<br />
Instrukcje:<br />
1. Należy zademonstrować uczniom, w jaki sposób wykonać mechanizm wirnika i płatów posługując się<br />
rysunkiem polecić im skonstruować własną turb<strong>in</strong>ę.<br />
2. Ustaw płaty jak do testu 1 (równolegle do strumienia powietrza), odpowiedz na pyt. 1, wykonaj test 1,<br />
a następnie odpowiedz na pyt. 2 i 3 na podstawie obserwacji.<br />
3. Uczniowie wykonują test 2.<br />
4. Uczniowie wykonują test 3.<br />
W celu sprawdzenia, czy uczniowie zrozumieli, że ustawienie płatów powoduje ruch obrotowy pod wpływem<br />
<strong>wiatru</strong>, poproś, by ustawili je tak, aby obracały się w przeciwnym kierunku. ALBO<br />
Zapytaj, dlaczego łopaty prawdziwej turb<strong>in</strong>y wiatrowej są ustawiane równolegle do <strong>wiatru</strong> gdy turb<strong>in</strong>a<br />
zatrzymywana jest dla celów konserwacyjnych.<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, napęd wiatrowy<br />
Umiejętności: dostrzegania związków przyczynowo-skutkowych, testowania pomysłów za pomocą własnych<br />
obserwacji i pomiarów, wyciągania wniosków na podstawie obserwacji, posługiwania się wiedzą do wyjaśniania<br />
obserwowanych zjawisk.<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: naukowe<br />
Zakres wiekowy: 7-11 lat, Etap kluczowy 2<br />
5
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.1b (11-16) – Wykonaj i przetestuj swoją własną turb<strong>in</strong>ę wiatrową<br />
W jaki sposób skonstruować i przetestować najprostszą turb<strong>in</strong>ę wiatrową generującą energię elektryczną?<br />
W tym ćwiczeniu przyjrzymy się, jak ustawienie płatów turb<strong>in</strong>y wpływa na wytwarzanie prądu elektrycznego.<br />
Zadania:<br />
Zbierz materiały:<br />
Płaty plastiku falistego, zaciski szczękowe, piasta, amperomierz, silniczek, kołki, bloczek.<br />
Zmontuj turb<strong>in</strong>ę w następujący sposób:<br />
1. Nałóż bloczek na oś silniczka.<br />
2. Wciśnij 2, 3, 4 lub 8 kołków o długości 50mm w brzegi piasty (ryc. 9.8a)<br />
3. Umocuj płaty z materiału falistego na kołkach - pow<strong>in</strong>ny być ściśle dopasowane (ryc. 9.8b)<br />
4. Przyłącz piastę i płaty do bloczka, a następnie do silniczka (ryc. 9.8c)<br />
5. Podłącz miernik (lub amperomierz) do silnika za pomocą zacisków szczękowych.<br />
Twoja turb<strong>in</strong>a pow<strong>in</strong>na teraz wyglądać tak jak na powyższym rysunku; zwróć uwagę, że łopaty są nieco<br />
przekręcone (ryc. 9.8d)<br />
6. Weź turb<strong>in</strong>ę i przetestuj ją na zewnątrz. Zauważ, że silnik porusza się tylko w jedną stronę. Jeśli<br />
wirnik się nie obraca, zamień zaciski.<br />
7. Zapisz odczyt (w amperach) z miernika (amperomierza), ustaw kąt skrętu płatów i ponownie zmierz<br />
natężenie. Czy jest różnica?<br />
6
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela (9.1c 11-16)<br />
Kontekst: Konstrukcja łopat, w szczególności ich ustawienie w osi pionowej, ma znaczenie dla wydajności<br />
turb<strong>in</strong>y. Ćwiczenie pokazuje, w jaki sposób ustawienie płatów może wpływać na produkcję energii elektrycznej<br />
przez turb<strong>in</strong>ę wiatrową.<br />
Cel: Ćwiczenie pokaże wykonanie prostej, ale skutecznej turb<strong>in</strong>y wiatrowej z użyciem niewielkiej ilości tanich<br />
materiałów. Po zakończeniu ćwiczenia turb<strong>in</strong>ę można rozłożyć, a użyte elementy wykorzystać ponownie.<br />
Materiały: piasty, silniczki, bloczek, plastik falowany (4mm), suszarka do włosów, kołki 4,75mm, miernik lub<br />
amperomierz – o czułości umożliwiającej wykrycie małych natężeń.<br />
Instrukcje:<br />
1. Wyjaśnij konstrukcję modelu turb<strong>in</strong>y wiatrowej.<br />
2. Uczniowie składają turb<strong>in</strong>ę.<br />
3. Poproś uczniów o zanotowanie, jaki prąd generowany jest przez turb<strong>in</strong>ę przy płatach ustawionych pod<br />
różnymi kątami.<br />
Ćwiczenia dodatkowe (14-16 lat):<br />
• skonstruuj mocne maszty do zamontowania turb<strong>in</strong>.<br />
• przedyskutuj potencjalne zastosowania tanich turb<strong>in</strong> zbudowanych z najprostszych<br />
materiałów w krajach rozwijających się (np. w rolnictwie, przy pompowaniu wody do<br />
nawadniania).<br />
• przedyskutuj, czy ustawienie płatów ma wpływ na kierunek obrotu wirnika.<br />
• przedyskutuj, czy ustawienie płatów ma znaczenie dla wprawienia wirnika w ruch.<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.9. Model turb<strong>in</strong>y wiatrowej podłączonej do miernika (z funkcją amperomierza); źródło: Hydro<br />
Tasmania<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, napęd wiatrowy<br />
Umiejętności: testowania pomysłów za pomocą własnych obserwacji i pomiarów, wyciągania wniosków na<br />
podstawie obserwacji, posługiwania się wiedzą do wyjaśniania obserwowanych zjawisk<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: naukowe, projektowo-techniczne<br />
Zakres wiekowy: 11-16 lat, Etap kluczowy 3-4<br />
7
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.2 – Co kształtuje wydajność turb<strong>in</strong> wiatrowych?<br />
Zbadaj wydajność pracy turb<strong>in</strong>y. W tym ćwiczeniu określimy, jakie czynniki wpływają na<br />
ruch turb<strong>in</strong>y wiatrowej.<br />
Zadania:<br />
Wybierz czynnik, który może decydować o sposobie obrotu płatów turb<strong>in</strong>y (np. wielkość<br />
płatów) i odpowiedz na poniższe pytania:<br />
Czynnik, który chcemy przebadać, to:…………………………………………………………<br />
Będziemy modyfikować jego wpływ poprzez:……………………………………………………………………….<br />
Potrzebujemy następujących narzędzi:………………………………………………………………..<br />
Zadbamy o bezpieczeństwo przez:……………………………………………………………………………………<br />
Spodziewamy się: ……………………………………………………………………………………………....<br />
…………………………………………………………………………………………………………………<br />
Za pomocą turb<strong>in</strong>y wiatrowej, którą wykonałeś w ćwiczeniu 1a przeprowadź testy, które<br />
opisałeś powyżej i przedyskutuj, co dzieje się podczas zmiany badanego czynnika.<br />
Napisz, co dokładnie się dzieje i dlaczego:………………………...<br />
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………<br />
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..<br />
Ryc<strong>in</strong>a. 9.6. Model turb<strong>in</strong>y wiatrowej (ćwiczenie 9.1b)<br />
8
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela<br />
Kontekst: Rozmiar, kształt i ustawienie płatów turb<strong>in</strong>y wpływają na jej wydajność. Ćwiczenie pokazuje bliżej, jakie<br />
czynniki decydują o konstrukcji płatów, i jak ich budowa wpływa na wydajność turb<strong>in</strong>y.<br />
Celem ćwiczenia jest:<br />
1. Uświadomienie uczniom, że modyfikacja czynnika zmienia wydajność pracy obrotowej łopat.<br />
2. Przekazanie pojęcia rzetelnych badań.<br />
Materiały: piasta, kołki, ośka (drut do robótek ręcznych), piłka do metalu, urządzenie do pomiaru czasu, karton, plastik<br />
falowany, papier, plastik zwykły.<br />
Instrukcje:<br />
Czynnikami wpływającymi na pracę turb<strong>in</strong>y mogą być wielkość, kształt, kąt skręcenia, liczba płatów i <strong>in</strong>ne wskazane przez<br />
ucznia.<br />
Dane można zapisywać w postaci stwierdzeń, tabel, wykresów słupkowych.<br />
Uczniowie pow<strong>in</strong>ni zliczać liczbę obrotów w ciągu pewnego okresu czasu. By to ułatwić, można oznakować jeden z płatów,<br />
np. <strong>in</strong>nym kolorem.<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, napęd wiatrowy<br />
Umiejętności: wyszukiwania związków przyczynowo-skutkowych, testowania pomysłów za pomocą własnych obserwacji i<br />
pomiarów, wyciągania wniosków na podstawie obserwacji, posługiwania się wiedzą do wyjaśniania obserwowanych zjawisk<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: naukowe<br />
Zakres wiekowy: 7-11 lat, Etap kluczowy 2<br />
9
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.3 – Jaka jest optymalna liczba płatów?<br />
Po zbudowaniu i przetestowaniu turb<strong>in</strong>y nadszedł czas na zbadanie, ile łopat turb<strong>in</strong>y pozwala wygenerować<br />
największą ilość energii elektrycznej.<br />
Zadania:<br />
Posługując się turb<strong>in</strong>ą skonstruowaną w ćwiczeniu 9.1, miernikiem (lub woltomierzem) oraz suszarką do włosów:<br />
1. Ustaw turb<strong>in</strong>ę i podłącz ją do miernika (woltomierza), umieszczając suszarkę do włosów w znanej odległości.<br />
2. Umieść 2 płaty po przeciwnych stronach głowicy tak, by były się równoważyły. Sprawdź, czy są skręcone w tę<br />
samą stronę i w takim samym stopniu.<br />
3. Zmierz największą wartość napięcia wytwarzanego przez turb<strong>in</strong>ę po włączeniu suszarki. W tabelce wpisz<br />
liczbę płatów i napięcie.<br />
4. Powtórz czynności 1, 2 i 3 dla 3, 4, 6, 9, i 12 płatów. Zapisz, jaka liczba łopat daje największe napięcie.<br />
5. Czy jest to zgodne z twoimi przewidywaniami? Spróbuj wyjaśnić, dlaczego wyniki są zgodne (lub niezgodne)<br />
ze spodziewanymi.<br />
6. Przedstaw wyniki w postaci wykresu punktowego.<br />
Uwagi dla nauczyciela (9.1d 11-16)<br />
Kontekst: Liczba płatów w turb<strong>in</strong>ie ma wpływ na jej wydajność. Ćwiczenie pokazuje, jak ustawienie płatów<br />
wpływa na ilość energii elektrycznej produkowanej przez turb<strong>in</strong>y wiatrowe.<br />
Cel: Pokazanie, jak liczba płatów turb<strong>in</strong>y wpływa na ilość energii elektrycznej produkowanej przez urządzenie<br />
(mierzonej w postaci napięcia elektrycznego lub woltach).<br />
Materiały: Turb<strong>in</strong>a skonstruowana w ćwiczeniu 9.1c, suszarka do włosów, miernik lub woltomierz.<br />
Instrukcje:<br />
1. Poproś uczniów, by podłączyli turb<strong>in</strong>ę do miernika (woltomierza), a suszarkę umieścili w odmierzonej<br />
odległości.<br />
2. Spytaj uczniów, ile płatów pozwoli otrzymać przepływ prądu elektrycznego (w woltach)<br />
3. Poleć wykonanie testów i zmierzenie najwyższego napięcia wytwarzanego przez turb<strong>in</strong>ę (napędzaną przez<br />
suszarkę) z 2, 3, 4, 6, 9 oraz 12 płatami.<br />
4. Poproś uczniów o narysowanie tabelki i wpisanie w niej liczby płatów oraz napięcia zaobserwowanego podczas<br />
testów.<br />
5. Niech uczniowie porównają wyniki ze swoimi przewidywaniami i wyjaśnią dlaczego są z nimi zgodne (lub<br />
niezgodne).<br />
6. Poproś o narysowanie wykresu punktowego zawierającego ich wyniki.<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, napęd wiatrowy<br />
Umiejętności: testowania pomysłów za pomocą własnych obserwacji i pomiarów, wyciągania wniosków na<br />
podstawie obserwacji, posługiwania się wiedzą do wyjaśniania obserwowanych zjawisk, badania i oceny<br />
skonstruowanych urządzeń, wskazania sytuacji, w których mają pracować te urządzenia.<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: naukowe, projektowo-techniczne, matematyka<br />
Zakres wiekowy: 11-16 lat, Etap kluczowy 3-4<br />
10
9.5 Oddziaływanie na środowisko<br />
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
W porównaniu z konwencjonalnymi źródłami energii, opartymi na paliwach pochodzenia m<strong>in</strong>eralnego, oddziaływanie<br />
na środowisko w procesie produkcji energii elektrycznej z energii wiatrowej jest niewielkie. W jego wyniku nie powstają<br />
zanieczyszczenia środowiska, a jedyne istotne efekty to „zanieczyszczanie wizualne”, czyli szpecenie krajobrazu oraz<br />
emisja hałasu.<br />
Większość turb<strong>in</strong> wiatrowych szpeci krajobraz nie bardziej niż słupy wysokiego napięcia, na których rozpięte są<br />
przewody biegnące od elektrowni do ośrodków dystrybucyjnych, gdzie napięcie jest transformowane do poziomu<br />
możliwego do wykorzystania w domu. W samej Wielkiej Brytanii jest 250000 słupów krajowej sieci energetycznej i o<br />
wiele mniej turb<strong>in</strong>. Zatem „zanieczyszczenia wizualne” powodowane przez turb<strong>in</strong>y nie pow<strong>in</strong>ny rzucać się w oczy.<br />
Ludzie są jednak przyzwyczajeni do oglądania słupów nawet w miejscach chronionych przyrodniczo - ale nie przywykli<br />
jeszcze do widoku turb<strong>in</strong>, dlatego wokół tej kwestii toczą się dyskusje, a protesty są uwzględniane przez urzędników<br />
planujących zagospodarowanie przestrzeni.<br />
Innym istotnym czynnikiem jest emisja hałasu, wynikająca z zawirowań powietrza powstającego na brzegach łopat.<br />
Należy jednak pamiętać, że niemal wszystkie urządzenia zwierające ruchome elementy produkują hałas i turb<strong>in</strong>y<br />
wiatrowe nie należą w tym względzie do wyjątku. Dobrze zaprojektowane turb<strong>in</strong>y pracują zwykle cicho, a w<br />
porównaniu z hałasem choćby ruchu ulicznego, pociągów, samolotów i prac budowlanych, hałas wytwarzany przez<br />
turb<strong>in</strong>y jest bardzo niewielki. Rozwiązania techniczne to modyfikacja kształtu brzegów płatów w celu poprawy<br />
przepływu powietrza, zastosowanie opasek na końcach płatów oraz zmniejszenie prędkości końców łopat. Duże<br />
turb<strong>in</strong>y, które zwykle umiejscawia się na terenach wiejskich, są na ogół położone co najmniej 400 m od najbliższych<br />
zabudowań. Z tej odległości hałas turb<strong>in</strong>y wiatrowej wytwarzającej prąd elektryczny odpowiada dźwiękowi strumienia<br />
płynącego w odległości 50-100 m, szelestowi liści poruszanych przez wiatr, natężeniu dźwięku w typowym<br />
pomieszczeniu dziennym, w którym pracuje piecyk gazowy, lub w bibliotece albo czytelni (szelest kartek), czy też w<br />
pustym, klimatyzowanym biurze.<br />
Małe turb<strong>in</strong>y, zamontowane na budynku, nie powodują zanieczyszczeń wizualnych większych niż anteny telewizyjne<br />
lub talerze satelitarne. Odczuwanie hałasu zależy od natężenia dźwięków dochodzących z ulicy, torów kolejowych lub<br />
lotniska. Dla małych turb<strong>in</strong> istnieją dodatkowe rozwiązania techniczne, które mogą zredukować emisję hałasu do<br />
poziomu możliwego do zaakceptowania.<br />
9.6 Zasoby energii wiatrowej<br />
Prędkość <strong>wiatru</strong> zmienia się w krótkim (kilka sekund) jak i<br />
w długim (kilka godz<strong>in</strong>) czasie. Pociąga to za sobą<br />
zmienność ilości produkowanej energii (ryc<strong>in</strong>a 9.10)<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.10. Przykład 24-godz<strong>in</strong>nych zmian ilości<br />
energii wytwarzanej przez wielkoskalową turb<strong>in</strong>ę<br />
wiatrową (dane dotyczą przemysłowej turb<strong>in</strong>y<br />
wiatrowej; źródło: Danish W<strong>in</strong>d Energy Association)<br />
11
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Jeśli produkcja turb<strong>in</strong>y jest jedynym źródłem energii elektrycznej dla danego obiektu, okresy ciszy wiatrowej w ciągu<br />
dnia mogą być niewystarczające do pokrycia zapotrzebowania na energię. Wtedy niektóre urządzenia domowe trzeba<br />
wyłączyć, by podtrzymać odpowiednie napięcie i częstotliwość w turb<strong>in</strong>ie. Na wyspie Fair, położonej między Orkadami<br />
i Szetlandami, od 20 lat stosuje się system automatycznego wyłączania <strong>in</strong>stalacji grzewczych.<br />
W przypadku małych turb<strong>in</strong> do użytku domowego, które są podłączone do sieci krajowej, sieć może pełnić funkcję<br />
odbiornika energii, gdy powstaje nadwyżka energii (eksport turb<strong>in</strong>y), jak i źródła w razie jej niedoboru (import<br />
gospodarstw domowych), co<br />
Household w<strong>in</strong>d turb<strong>in</strong>e output and energy consumption: <strong>in</strong>dicat<strong>in</strong>g power imports & exports periods<br />
pozwala pokryć<br />
zapotrzebowanie<br />
energetyczne (ryc<strong>in</strong>a 9.11).<br />
0.6<br />
Niezbędny jest wtedy<br />
dodatkowy licznik „importu i<br />
eksportu”, służący do zapisu<br />
0.5<br />
energii wysyłanej do sieci.<br />
Power (KW/H)<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0<br />
00:00:00<br />
02:00:00<br />
household<br />
export<strong>in</strong>g<br />
04:00:00<br />
06:00:00<br />
08:00:00<br />
10:00:00<br />
import<strong>in</strong>g<br />
12:00:00<br />
Time (24hr clock)<br />
14:00:00<br />
16:00:00<br />
18:00:00<br />
20:00:00<br />
22:00:00<br />
import<strong>in</strong>g<br />
Household energy consumption<br />
(KW/h)<br />
Output of Micro W<strong>in</strong>d turb<strong>in</strong>e (KW/h)<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.11. Typowa produkcja mikroturb<strong>in</strong>y oraz zapotrzebowanie gospodarstwa domowego na energię<br />
elektryczną, z zaznaczeniem importu i eksportu energii<br />
Pomiar i wykorzystanie wytworzonej energii<br />
Naukowym sposobem pomiaru prędkości <strong>wiatru</strong> jest umieszczenie na maszcie wiatromierza z chorągiewką<br />
wskazującą kierunek <strong>wiatru</strong>. Odczyt pow<strong>in</strong>ien być wykonywany na wysokości osi wirnika turb<strong>in</strong>y (ryc<strong>in</strong>a 9.12).<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.12. Wiatromierz czaszowy na maszcie oraz wskaźnik<br />
kierunku <strong>wiatru</strong>, na wysokości osi wirnika turb<strong>in</strong>y wiatrowej. Źródło:<br />
Sigen<br />
Prostszym sposobem oznaczenia kierunku <strong>wiatru</strong> jest posłużenie<br />
się rękawem lub chorągiewką, które wskazują zarówno kierunek<br />
jak i prędkość <strong>wiatru</strong> (ryc<strong>in</strong>a 9. 13).<br />
Do określenia rocznej produkcji energii niezbędne są pomiary w<br />
lecie oraz w zimie. Wielka Brytania jest w korzystnej sytuacji,<br />
ponieważ wiatr wieje tam najsilniej zimą, kiedy zapotrzebowanie<br />
na energię jest najwyższe. Z kolei energia generowana przez<br />
ogniwa fotowoltaiczne osiąga maksymalne wartości w okresie letnim. Łączne zastosowanie fotoogniw i turb<strong>in</strong><br />
wiatrowych byłoby pewniejszym źródłem energii, niż każde z tych urządzeń z osobna, jednak nie jest to opłacalne na<br />
obecnym etapie rozwoju technologicznego.<br />
12
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
wskaźnik<br />
kierunku<br />
Większość turb<strong>in</strong> wiatrowych zaczyna wytwarzać<br />
energię przy prędkości <strong>wiatru</strong> co najmniej 3 m/s. Przy<br />
prędkości ponad 8 m/s produkcja energii wzrasta<br />
wolniej, a stabilizuje się, gdy prędkość <strong>wiatru</strong><br />
przekroczy 10-12 m/s (ryc<strong>in</strong>a 9.14). Dla małych turb<strong>in</strong><br />
prędkość 3-8 m/s jest korzystniejsza niż silne<br />
podmuchy <strong>wiatru</strong>, ponieważ wydajniejsza jest<br />
produkcja niewielkich ilości energii elektrycznej, ale w<br />
dłuższym czasie.<br />
1-2 m/s 4 m/s 8 m/s<br />
prędkość <strong>wiatru</strong> wskazuje kąt odchylenia chorągiewki<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.13 Rękaw wiatrowy<br />
Ryc<strong>in</strong>a 9.14 Produkcja energii przez małą turb<strong>in</strong>ę w funkcji<br />
prędkości <strong>wiatru</strong>. Źródło Cornwall College<br />
Turb<strong>in</strong>e Power curve<br />
Pow er (kW)<br />
9.7 Potencjał wiatrowy w twojej szkole i domu<br />
Turb<strong>in</strong>a wiatrowa musi być ustawiona w kierunku, z którego<br />
najczęściej wieje wiatr i nie może być zasłonięta przez budynki lub<br />
drzewa. Potencjalne miejsce można ocenić wizualnie oraz badając<br />
kierunek i siłę wiejącego <strong>wiatru</strong>.<br />
Kolejnym krokiem jest wykonanie pomiarów prędkości <strong>wiatru</strong>, tak<br />
jak opisano w ustępie 9.2.1.2. Maszt wiatromierza musi być<br />
wyższy od szczytu budynku i odpowiednio ustabilizowany za<br />
pomocą odciągów. Ponieważ siła <strong>wiatru</strong> jest bardzo zmienna,<br />
obserwacje pow<strong>in</strong>ny być przeprowadzane w określonych<br />
odstępach czasu przez cały dzień, przez okres miesiąca lub dłużej.<br />
Pozwoli to wyznaczyć średnią prędkość <strong>wiatru</strong>.<br />
Power (kW)<br />
1.6<br />
1.4<br />
1.2<br />
1<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
0<br />
0 5 10 15 20<br />
W<strong>in</strong>dspeed (ms -1 )<br />
W oparciu o <strong>in</strong>formacje producenta będzie można następnie powiązać średnią prędkość <strong>wiatru</strong> z mocą produkcyjną i<br />
obliczyć ilość produkowanej energii. Tę wartość można porównać ze zużyciem energii elektrycznej wskazanym na<br />
rachunku za energię. Jeśli produkcja turb<strong>in</strong>y przekracza 25% zużycia energii, oznacza to, że warto za<strong>in</strong>westować w<br />
małą turb<strong>in</strong>ę wiatrową. Przykłady, którymi możesz się posłużyć do przeprowadzenia takich szacunków zamieszczono<br />
w ćwiczeniach 9.5 a (7-11) oraz b (11-16).<br />
13
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.4 - Potencjał wiatrowy przy twojej szkole: zastosowanie rękawa lub chorągiewki<br />
(tak samo jak ćwiczenie 3.2.)<br />
Siła i kierunek <strong>wiatru</strong> zmieniają się w ciągu dnia oraz z dnia na dzień. Na wiatr mają też wpływ położenie oraz<br />
wysokość najbliższych zabudowań i drzew. Czy przy twojej szkole jest wystarczająco dużo <strong>wiatru</strong> dla jednej<br />
lub kilku małych turb<strong>in</strong> wiatrowych? Najprostszą metodą oceny prędkości <strong>wiatru</strong> jest posłużenie się<br />
chorągiewką. Być może uda ci się też skorzystać z anemometru - urządzenia służącego do pomiaru prędkości<br />
<strong>wiatru</strong>.<br />
Zadanie:<br />
- z odpowiedniego materiału wykonaj chorągiewkę o długości ok. 1 m i szerokości 0.3 m<br />
- zrób wskaźnik, który będzie pokazywał kierunek <strong>wiatru</strong><br />
- zamocuj wskaźnik kierunku na szczycie słupka, który posłuży za maszt, tak, by mógł swobodnie się<br />
obracać<br />
- postaw maszt i umocuj go za pomocą sznurka<br />
- zawieś chorągiewkę<br />
- zapisuj prędkość i kierunek <strong>wiatru</strong> w stałych odstępach czasu przez cały dzień, w ciągu kilku dni<br />
(oszacuj prędkość <strong>wiatru</strong> na podstawie położenia chorągiewki (patrz ryc. 9.13 w tekście głównym))<br />
- jeśli to możliwe, umieść maszt w <strong>in</strong>nym miejscu, powtórz pomiary i porównaj wyniki<br />
- na podstawie swoich pomiarów oblicz średnią prędkość <strong>wiatru</strong><br />
- które położenie jest najbardziej odpowiednie dla małej turb<strong>in</strong>y wiatrowej?<br />
Uwagi dla nauczyciela:<br />
Kontekst: Zróżnicowanie prędkości <strong>wiatru</strong> w okresie od kilku sekund do kilku dni sprawia, że pomiary będą<br />
dość trudne. Ćwiczenie uwypukla jednak istotną z punktu widzenia dostępności i niezawodności cechę energii<br />
odnawialnej i może wywołać <strong>in</strong>teresującą dyskusję o tym, jak wyglądać może nasze życie przy<br />
wykorzystywaniu wyłącznie odnawialnych źródeł energii.<br />
Cele ćwiczenia: Lokalna charakterystyka energii wiatrowej<br />
Materiał: materiał bawełniany na chorągiewkę; słupki, które mogą być połączone w trzymetrowy maszt;<br />
kawałek drewna na wskaźnik kierunku <strong>wiatru</strong>; sznurek i kołki do pionowego<br />
ustawienia masztu; bloczek do wciągnięcia chorągiewki.<br />
Słowa kluczowe: prędkość <strong>wiatru</strong>, energia odnawialna<br />
Umiejętności: obserwacji, analizy, dedukcji<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: matematyka, przedmioty<br />
naukowe, geografia<br />
Zakres wiekowy: 9-13 lat Etap kluczowy 2-3<br />
Ryc<strong>in</strong>a: 9.13 Schemat rękawa (chorągiewki wiatrowej)<br />
14
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.5 - Potencjał wiatrowy w twojej szkole: wykonanie wiatromierza<br />
Do badania prędkości <strong>wiatru</strong> można wykonać prosty wiatromierz i posłużyć się zegarkiem.<br />
Zbierz następujące materiały:<br />
4 małe papierowe kubeczki, nożyczki, flamaster, 2 paski sztywnej tektury falistej lub plastiku falistego,<br />
zszywacz, p<strong>in</strong>ezki, zaostrzony ołówek z gumką, zegarek (z sekundnikiem) oraz gl<strong>in</strong>a modelarska.<br />
Zadanie:<br />
1. Obetnij zaokrąglone brzegi kubeczków, by były lżejsze.<br />
2. Oznacz flamastrem zewnętrzną część jednego kubeczka.<br />
3. Skrzyżuj paski tektury/plastiku tak, by stworzyły znak „plus” i zszyj je.<br />
4. Dokładnie wyznacz środek pasków i zaznacz go.<br />
5. Zszyj kubeczki z końcami pasków tak, by wszystkie były skierowane w tę samą stronę.<br />
6. Wepnij p<strong>in</strong>ezkę w środek i przypnij skrzyżowane paski z kubeczkami do gumki na ołówku. Dmuchnij w<br />
kubeczki, by sprawdzić, czy całość obraca się swobodnie na p<strong>in</strong>ezce.<br />
7. Na ziemi na zewnątrz budynku umieść gl<strong>in</strong>ę modelarską. Wbij zaostrzony koniec ołówka w gl<strong>in</strong>ę tak, by<br />
sterczał do góry.<br />
8. Za pomocą zegarka (z sekundnikiem) policz, ile razy oznaczony kubeczek zatacza koło w ciągu jednej<br />
m<strong>in</strong>uty.<br />
9. Zapisz swoje spostrzeżenia przedstawiając prędkość <strong>wiatru</strong> w obrotach na m<strong>in</strong>utę, uwzględniając czas i<br />
miejsce pomiaru.<br />
10. Zmierz prędkość <strong>wiatru</strong> o różnych porach w przeciągu kilku dni.<br />
11. Spróbuj zmierzyć prędkość <strong>wiatru</strong> ustawiając wiatromierz na otwartej przestrzeni oraz w miejscu<br />
bardziej osłoniętym.<br />
15
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela (9.2b 11-14)<br />
Kontekst: Turb<strong>in</strong>y wiatrowe wytwarzające energię do wydajnego działania wymagają średniej prędkości<br />
<strong>wiatru</strong> ok. 5 m/s. Dlatego za pomocą wiatromierza należy oszacować prędkość <strong>wiatru</strong> w danym miejscu.<br />
Cel: Wiele szkół nie posiada dostępu do wiatromierza. To ćwiczenie umożliwia uczniom zbudowanie prostego<br />
anemometru, który może być użyty do oceny prędkości <strong>wiatru</strong> w obrotach na godz<strong>in</strong>ę. Umożliwi to wybór<br />
odpowiedniego miejsca do <strong>in</strong>stalacji turb<strong>in</strong>y wiatrowej w szkole.<br />
Materiały: 4 małe papierowe kubeczki, nożyczki, flamaster, 2 paski sztywnej tektury falistej lub plastiku<br />
falistego, zszywacz, p<strong>in</strong>ezki, zaostrzony ołówek z gumką, zegarek (z sekundnikiem) oraz gl<strong>in</strong>a modelarska<br />
Instrukcje:<br />
1. Każda grupa uczniów obc<strong>in</strong>a zaokrąglone brzegi swoich 4 kubeczków.<br />
2. Każda grupa oznacza zewnętrzną część jednego z 4 kubeczków, co pozwoli określenie liczby obrotów na<br />
m<strong>in</strong>utę.<br />
3. Należy skrzyżować 2 kawałki tektury/plastiku i sp<strong>in</strong>ają je razem.<br />
4. Sprawdź, czy uczniowie dokładnie wyznaczyli środek skrzyżowanych pasków tektury.<br />
5. Grupy przyp<strong>in</strong>ają kubeczki do końców pasków tak, by wszystkie były skierowane w tę samą stronę.<br />
6. Należy wbić p<strong>in</strong>ezkę w środek pasków z kubeczkami i przyczepić go do końca ołówka zakończonego gumką.<br />
Dmuchnij w kubeczki i sprawdź, czy obracają się swobodnie na p<strong>in</strong>ezce.<br />
7. Wybierz na zewnątrz budynku kilka miejsc, w których wiatr może wiać z różną prędkością i poproś<br />
uczniów, by umieścili w nich gl<strong>in</strong>ę modelarską, w której zatkną pionowo ołówek (zaostrzonym końcem) z<br />
wiatromierzem<br />
8. Niech jedna osoba z grupy patrzy na zegarek (z sekundnikiem) i liczy, ile razy w ciągu m<strong>in</strong>uty oznaczony<br />
kubeczek zatacza koło.<br />
9. Poproś o zapisanie wyników w zbiorczej tabeli prędkości <strong>wiatru</strong> (mierzonej w obrotach na m<strong>in</strong>utę),<br />
ukazującej zmienność prędkości <strong>wiatru</strong> zależnie od miejsca.<br />
Jeśli na ćwiczenie możesz przeznaczyć więcej niż jedną lekcję:<br />
10. Poproś uczniów o zmierzenie prędkości <strong>wiatru</strong> o różnych porach dnia, przez okres kilku dni, w różnych<br />
miejscach na terenie szkoły (wybierz tereny otwarte i bardziej osłonięte)<br />
11. Przedyskutuj, dlaczego prędkość <strong>wiatru</strong> jest różna w różnych miejscach.<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, napęd wiatrowy<br />
Umiejętności: testowania hipotez za pomocą własnych obserwacji i pomiarów, wyciągania wniosków na<br />
podstawie obserwacji, posługiwania się wiedzą do wyjaśnienia obserwowanych zjawisk<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: naukowe, matematyka<br />
Zakres wiekowy: 11-14 lat, Etap kluczowy 3<br />
16
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.6a (7-11) – Jaka jest prędkość <strong>wiatru</strong> w twojej okolicy?<br />
Wyznacz potencjał wiatrowy w twojej okolicy.<br />
Zadanie:<br />
Do określenia, jakie są możliwości wykorzystania <strong>wiatru</strong> w okolicy, posłużysz się mapą warstwicową.<br />
Postępuj według poniższych <strong>in</strong>strukcji.<br />
1. Wpisz otrzymany 6-cyfrowy kod siatki odniesienia OS [Ordnance Survey, brytyjski urząd<br />
kartograficzny - przyp. tłum.] do bazy danych potencjału wiatrowego NOABL:<br />
http://www.dti.gov.uk/energy/sources/renewables/renewables-expla<strong>in</strong>ed/w<strong>in</strong>denergy/page27326.html<br />
(Najpierw zaznacz „Great Brita<strong>in</strong> [England, Scotland and Wales]”, wpisz kod OS [SW6542] w<br />
odpowiednie miejsce, po czym kliknij „f<strong>in</strong>d w<strong>in</strong>d data”.<br />
Informacja będzie miała postać 3 tabelek, w każdej będzie 9 liczb. Najważniejszą z nich jest<br />
środkowa, zaznaczona na żółto w tabelce na dole, opisana jako “W<strong>in</strong>d speed at 10m agl (<strong>in</strong> m/s)”,<br />
która podaje prędkość <strong>wiatru</strong> na wysokości 10 m ponad ziemią - mniej więcej na tej wysokości<br />
znajduje się większość generatorów mikroturb<strong>in</strong>.)<br />
2. Podaj odczytane wartości klasie i nauczycielowi, który umieści wszystkie prędkości <strong>wiatru</strong> w tabeli.<br />
3. Zaznacz zebrane przez klasę wyniki na kopii mapy OS i narysuj warstwice, łącząc obszary o podobnej<br />
prędkości <strong>wiatru</strong>, a następnie pokoloruj mapy.<br />
17
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela (9.3a 7-11)<br />
Kontekst: Prędkość <strong>wiatru</strong> jest jednym z głównych czynników, które decydują o ilości energii elektrycznej<br />
produkowanej przez turb<strong>in</strong>ę. W sieci <strong>in</strong>ternet dostępne są bazy danych umożliwiające ogólną ocenę prędkości<br />
<strong>wiatru</strong> na podstawie kodu pocztowego danego obszaru. To ćwiczenie pokazuje, jak można ocenić potencjał<br />
wiatrowy wykorzystując dostęp do <strong>in</strong>ternetu.<br />
Materiały: Komputery z dostępem do <strong>in</strong>ternetu, mapa OS o odpowiedniej skali (do wykonania kopii dla<br />
uczniów), pudełko kolorowych ołówków dla każdej pary lub małej grupy.<br />
Cele: Ocena potencjału wiatrowego w okolicy, w której mieszkają uczniowie. Pow<strong>in</strong>ni umieć<br />
1. posługiwać się sieciową bazą danych o potencjale wiatrowym NOABL, by sprawdzić wartość<br />
potencjału wiatrowego współrzędnych z siatki odniesienia.<br />
2. zaznaczyć te wartości dla swojej szkoły i domów na siatce odniesienia mapy<br />
3. stworzyć mapę warstwicową potencjału wiatrowego łącząc punkty o tym samym potencjale l<strong>in</strong>iami.<br />
Instrukcje:<br />
Zbierz kody pocztowe wszystkich uczniów przed zajęciami i zamień je na 6-cyfrowe współrzędne siatki<br />
odniesienia OS, podobnie jak w <strong>in</strong>strukcji zamieszczonej w ‘Uwagach dla nauczycieli (9.3b 11-16)’<br />
1. Zbierz je w tabeli na tablicy.<br />
2. Każdemu uczniowi podaj jeden 6-cyfrowy kod OS.<br />
3. Niech każdy uczeń wpisze 6-cyfrowe kody OS, które otrzymał, do bazy potencjału wiatrowego<br />
NOABL:<br />
http://www.dti.gov.uk/energy/sources/renewables/renewables-expla<strong>in</strong>ed/w<strong>in</strong>d-energy/page27326.html<br />
(Najpierw zaznacz „Great Brita<strong>in</strong> [England, Scotland and Wales]”, wpisz kod OS [SW6542] w odpowiednie<br />
miejsce, po czym kliknij „f<strong>in</strong>d w<strong>in</strong>d data”. Informacja będzie miała postać 3 tabelek, w każdej będzie 9 liczb.<br />
Najważniejszą z nich jest środkowa, zaznaczona na żółto w tabelce na dole, opisana jako “W<strong>in</strong>d speed at 10m<br />
agl (<strong>in</strong> m/s)”, która podaje prędkość <strong>wiatru</strong> na wysokości 10 m ponad ziemią - mniej więcej na tej wysokości<br />
znajduje się większość generatorów mikroturb<strong>in</strong>.)<br />
4. Uczniowie podają odczytane wartości klasie; wszystkie prędkości <strong>wiatru</strong> są zbierane w tabeli, razem<br />
ze współrzędnymi siatki odniesienia, a następnie sprawdzane.<br />
5. Uczniowie nanoszą wyniki na kopie mapy OS okolicy szkoły i rysują l<strong>in</strong>ie, łącząc obszary o podobnej<br />
prędkości <strong>wiatru</strong>, po czym kolorują mapy.<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, <strong>in</strong>ternet, współrzędne siatki odniesienia<br />
Umiejętności: zrozumienie pojęcia siatki odniesienia, wyszukiwania <strong>in</strong>formacji i rozwiązywania problemów za<br />
pomocą komputera i sieci <strong>in</strong>ternet, zbierania i <strong>in</strong>terpretacji danych, posługiwania się mapą<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: geografia, <strong>in</strong>formatyka<br />
Zakres wiekowy: 7-11 lat, Etap kluczowy 2<br />
18
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.6b (11-16) - Jaka jest prędkość <strong>wiatru</strong> w twojej okolicy?<br />
Wyznacz potencjał wiatrowy w twojej okolicy.<br />
Zadanie:<br />
Do określenia, jakie są możliwości wykorzystania <strong>wiatru</strong> w okolicy, posłużysz się mapą warstwicową. Pracuj w<br />
grupach co najmniej 2 osób. Potrzebny będzie twój kod pocztowy lub kod szkoły, jeśli nie mieszkasz w<br />
pobliżu. Postępuj według poniższych <strong>in</strong>strukcji.<br />
1. Spisz wszystkie kody pocztowe osób z twojej grupy (jeśli nie mieszkasz w pobliżu szkoły,<br />
nauczyciel poda ci kod).<br />
2. Zamień kody na współrzędne siatki odniesienia na poniższej stronie:<br />
http://www.streetmap.co.uk/streetmap.dll?GridConvert, a następnie zapisz wszystkie otrzymane<br />
8-znakowe współrzędne OS obok odpowiadających im kodów.<br />
(Zwróć uwagę, że baza danych NOABL, z której będziesz później korzystał, posługuje się 6-<br />
znakowym kodem OS, a powyższa strona podaje 8-znakowe OS współrzędne siatki odniesienia:<br />
np. kod pocztowy firmy CEP (Community Energy Plus) to TR14 0HX, a wpisanie go na powyższej<br />
stronie zwraca kod SW659421 w wierszu LR (landranger))<br />
3. Zamień kody 8-znakowe na 6-znakowe, które będzie można wpisać do bazy danych o potencjale<br />
wiatrowym, usuwając 3. i 6. cyfrę z kodu siatki odniesienia. Wpisz każdy 6-znakowy kod przy<br />
odpowiadającym mu kodzie 8-znakowym i kodzie pocztowym.<br />
(np. SW659421 otrzymany dla biur CEP zostanie zmieniony w kod 6-znakowy poprzez usunięcie 3. i 6.<br />
cyfry na SW6542, który ma format odpowiedni dla bazy potencjału wiatrowego).<br />
4. Wpisz 6-znakowe kody OS do bazy potencjału wiatrowego NOABL:<br />
http://www.dti.gov.uk/energy/sources/renewables/renewables-expla<strong>in</strong>ed/w<strong>in</strong>denergy/page27326.html<br />
(Najpierw zaznacz „Great Brita<strong>in</strong> [England, Scotland and Wales]”, wpisz kod OS [SW6542] w<br />
odpowiednie miejsce, po czym kliknij „f<strong>in</strong>d w<strong>in</strong>d data”. Informacja będzie miała postać 3 tabelek, w<br />
każdej będzie 9 liczb. Najważniejszą z nich jest środkowa, zaznaczona na żółto w tabelce na dole,<br />
opisana jako “W<strong>in</strong>d speed at 10m agl (<strong>in</strong> m/s)”, która podaje prędkość <strong>wiatru</strong> na wysokości 10 m ponad<br />
ziemią - mniej więcej na tej wysokości znajduje się większość generatorów mikroturb<strong>in</strong>.)<br />
5. Podaj odczytane wartości klasie i nauczycielowi, który umieści wszystkie prędkości <strong>wiatru</strong> w<br />
tabeli.<br />
6. Nanieś wszystkie wyniki z całej klasy na kopie mapek OS, narysuj warstwice łącząc obszary o<br />
podobnej prędkości <strong>wiatru</strong>, a następnie pokoloruj mapki.<br />
19
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela (9.3b 11-16)<br />
Kontekst: Prędkość <strong>wiatru</strong> jest jednym z głównych czynników, które decydują o ilości energii elektrycznej<br />
produkowanej przez turb<strong>in</strong>ę. W sieci <strong>in</strong>ternet dostępne są bazy danych umożliwiające ogólną ocenę prędkości<br />
<strong>wiatru</strong> na podstawie kodu pocztowego danego obszaru. To ćwiczenie pokazuje, jak można ocenić potencjał<br />
wiatrowy wykorzystując dostęp do <strong>in</strong>ternetu.<br />
Materiały: Komputery z dostępem do <strong>in</strong>ternetu, mapa OS o odpowiedniej skali (do wykonania kopii dla<br />
uczniów), pudełko kolorowych ołówków dla każdej pary lub małej grupy.<br />
Cele: Wyznaczenie i zmapowanie potencjału wiatrowego w szkole i/lub domu ucznia. Ćwiczenie pokazuje, w<br />
jaki sposób należy:<br />
1. określić współrzędne siatki odniesienia dla danego miejsca zamieszkania po przekształceniu kodu<br />
pocztowego za pomocą odpowiednich narzędzi sieciowych.<br />
2. posługiwać się <strong>in</strong>ternetową bazą danych o potencjale wiatrowym NOABL w celu sprawdzenia<br />
potencjału wiatrowego dla danych współrzędnych.<br />
4. nanieść wartości potencjału wiatrowego oraz współrzędne siatki odniesienia na mapce OS<br />
5. wykonać mapę potencjału wiatrowego łącząc punkty o podobnym potencjale i rysując warstwice.<br />
Instrukcja:<br />
1. Pary podają kody pocztowe swojego miejsca zamieszkania (jeśli mieszkają blisko szkoły; w<br />
przeciwnym wypadku kod może przypisać nauczyciel).<br />
3. Pary zamieniają swoje kody pocztowe na kody siatki odniesienia pod adresem:<br />
http://www.streetmap.co.uk/streetmap.dll?GridConvert<br />
(baza danych o prędkości <strong>wiatru</strong> NOABL posługuje się 6-znakowym kodem OS, a powyższa strona<br />
podaje 8-znakowe OS współrzędne siatki odniesienia:<br />
np. kod pocztowy firmy CEP (Community Energy Plus) to TR14 0HX, a wpisanie go na powyższej<br />
stronie zwraca kod SW659421 w wierszu LR (landranger))<br />
4. Pary zamieniają kody 8-znakowe na 6-znakowe, o formacie odpowiednim dla bazy danych o potencjale<br />
wiatrowym.<br />
(np. SW659421 otrzymany dla biur CEP zostanie zmieniony w kod 6-znakowy poprzez usunięcie 3. i 6.<br />
cyfry na SW6542).<br />
5. Pary wpisują otrzymane 6-znakowe kody OS do bazy potencjału wiatrowego NOABL:<br />
http://www.dti.gov.uk/energy/sources/renewables/renewables-expla<strong>in</strong>ed/w<strong>in</strong>denergy/page27326.html<br />
(Najpierw zaznacz „Great Brita<strong>in</strong> [England, Scotland and Wales]”, wpisz kod OS [SW6542] w<br />
odpowiednie miejsce, po czym kliknij „f<strong>in</strong>d w<strong>in</strong>d data”. Informacja będzie miała postać 3 tabelek, w<br />
każdej będzie 9 liczb. Najważniejszą z nich jest środkowa, zaznaczona na żółto w tabelce na dole,<br />
opisana jako “W<strong>in</strong>d speed at 10m agl (<strong>in</strong> m/s)”, która podaje prędkość <strong>wiatru</strong> na wysokości 10 m ponad<br />
ziemią - mniej więcej na tej wysokości znajduje się większość generatorów mikroturb<strong>in</strong>.)<br />
20
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
6. Uczniowie podają odczytane wartości klasie; wszystkie prędkości <strong>wiatru</strong> oraz kody siatki odniesienia są<br />
umieszczane w tabeli i sprawdzane.<br />
7. Uczniowie nanoszą wszystkie wyniki na kopie mapek OS, rysują warstwice łącząc obszary o podobnej prędkości<br />
<strong>wiatru</strong>, a następnie kolorują mapki.<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, napęd wiatrowy, <strong>in</strong>ternet<br />
Umiejętności: zrozumienia pojęcia siatki odniesienia, wyszukiwania <strong>in</strong>formacji za pomocą komputera i sieci <strong>in</strong>ternet w<br />
celu rozwiązania określonego problemu, zbierania i <strong>in</strong>terpretacji danych, posługiwania się mapą, zrozumienia i<br />
zastosowania podejścia ilościowego do poznania czynników wpływających na produkcję energii.<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: geografia, <strong>in</strong>formatyka<br />
zakres wiekowy: 11-16 lat, etap kluczowy 3-4<br />
mapa prędkości <strong>wiatru</strong> w Wielkiej Brytanii –źródło: Council for <strong>the</strong> Central Laboratory of <strong>the</strong> Research Councils<br />
mapa wiatrowa Europy Wschodniej –źródło: ESRU Strathclyde University<br />
21
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Studium przypadku - historia wielkoskalowej energii wiatrowej w Wielkiej Brytanii i Danii<br />
Wiatraki od wieków stosuje się do mielenia ziarna i otrzymywania mąki na pieczywo. Pierwszą elektrownię<br />
wiatrową zbudował jednak w 1888 Charles F. Brush w Cleveland, w amerykańskim stanie Ohio.<br />
Dopiero w latach 80-tych zbudowano pierwsze komercyjne farmy wiatrowe wykorzystujące wiatr morski. Obecnie<br />
Europa posiada największą na świecie moc za<strong>in</strong>stalowaną i jest wiodącym producentem turb<strong>in</strong> wiatrowych. Sektor<br />
energii wiatrowej jest najlepiej rozw<strong>in</strong>ięty w Niemczech, Hiszpanii i Danii, dzięki efektywnej promocji napędu<br />
wiatrowego przez rządy tych państw. Z początku turb<strong>in</strong>y były wznoszone na lądzie, jednak dzięki obecnemu<br />
postępowi technologicznemu potrafimy już stawiać farmy wiatrowe na morzu, co staje się konieczne wobec<br />
wykorzystania większości najlepszych lokalizacji na lądzie.<br />
<strong>Energia</strong> wiatrowa rozwija się w Wielkiej Brytanii powoli, głównie w wyniku problemów, jakie napotykają <strong>in</strong>westorzy<br />
przy uzyskiwaniu pozwolenia budowę oraz związanych z tym kosztów. Dlatego w roku 2005 moc za<strong>in</strong>stalowana<br />
brytyjskich elektrowni wiatrowych była o połowę niższa, niż w Danii, choć populacja i zużycie energii elektrycznej<br />
w Wielkiej Brytanii są 10 razy wyższe. Choć energia wiatrowa dostarcza prądu elektrycznego do prawie miliona<br />
brytyjskich gospodarstw domowych, Wielka Brytania pokrywa obecnie jedynie 0,5% (1/200) swojego<br />
zapotrzebowania na energię elektryczną z energii wiatrowej; z kolei Dania realizuje prawie 20% swojego popytu<br />
na prąd elektryczny z <strong>wiatru</strong>. Jednakże dzięki dopracowaniu „morskiej” technologii wiatrowej, zmianom na rynku<br />
oraz zmianom procedur budowlanych, w Wielkiej Brytanii, dysponującej największym potencjałem energii<br />
wiatrowej w Europie, można spodziewać się szybkiego wzrostu ilości energii wytwarzanej z wykorzystaniem<br />
<strong>wiatru</strong>.<br />
Pierwsza „morska” farma wiatrowa została wzniesiona na Morzu Bałtyckim nieopodal wybrzeża duńskiego, w roku<br />
1991. Składa się z 11 turb<strong>in</strong> umiejscowionych 1,5-3 km na północ od wyspy Lolland, obok miejscowości V<strong>in</strong>deby.<br />
Wielka Brytania sięgała do swoich zasobów wiatrowych powoli: pierwsze turb<strong>in</strong>y wiatrowe ustawiono na wodach<br />
przybrzeżnych w roku 2000, nieopodal Blyth (hrabstwo Northumberland), ok. 1 km od brzegu. Jednak ponieważ<br />
Blyth ma dużo większe turb<strong>in</strong>y, niż V<strong>in</strong>deby (i przy maksymalnych osiągach wytwarza ponad 4 razy więcej energii<br />
elektrycznej na turb<strong>in</strong>ę), dwie turb<strong>in</strong>y w Blyth produkują energię wystarczającą dla około 2775 domów, co stanowi<br />
ok. 2/3 mocy V<strong>in</strong>deby. Pierwsza wielkoskalowa „morska” farma wiatrowa na wodach brytyjskich została<br />
zbudowana przy North Hoyle, na Morzu Irlandzkim, w roku 2003. Ma ona 30 turb<strong>in</strong>, umiejscowionych ok. 8 km od<br />
wybrzeża Walii i produkuje energię dla około 65000 gospodarstw. Z kolei w 2003 Duńczycy wybudowali<br />
największą na świecie morską farmę wiatrową, liczącą 80 dużych turb<strong>in</strong>, zlokalizowaną niedaleko Horns Rev i<br />
wytwarzającą energię na potrzeby około 150000 budynków mieszkalnych.<br />
22
Ćwiczenie 9.7a (7-11) – Wielka debata o wietrze<br />
W grupach przedyskutujcie zalety i wady Rodział energii 9 <strong>Energia</strong> wiatrowej. <strong>wiatru</strong><br />
W parach zdecydujcie, czy każde z poniższych twierdzeń jest za czy przeciw budowie farmy wiatrowej, a<br />
następnie wpiszcie decyzję w odpowiednią kolumnę tabelki poniżej.<br />
Wyc<strong>in</strong>ki z prasy:<br />
„Farma wiatrowa to same problemy”<br />
„Wiatr jest zawodny, więc potrzebne są <strong>in</strong>ne źródła energii elektrycznej”<br />
„<strong>Energia</strong> wiatrowa jest czystym, odnawialnym źródłem energii elektrycznej”<br />
„<strong>Energia</strong> wiatrowa nie zanieczyszcza środowiska i nie pogłębia zmian klimatu”<br />
„Farmy wiatrowe ograniczają spalanie paliw kopalnych i zmniejszają emisję gazów cieplarnianych”<br />
„Farmy wiatrowe powodują hałas”<br />
„Turb<strong>in</strong>y wiatrowe zabijają ptaki”<br />
„Badania wykazały, że turb<strong>in</strong>y wiatrowe zabijają bardzo niewiele ptaków, jeśli nie są umiejscowione na ich<br />
trasie migracyjnej”<br />
„Farmy wiatrowe lepiej pasują do krajobrazu niż elektrownie węglowe”<br />
„Farmy wiatrowe zniszczą piękno krajobrazu mojej okolicy”<br />
„Do wytworzenia ilości prądu elektrycznego, jaką produkuje elektrownia jądrowa, potrzebne byłoby wiele<br />
turb<strong>in</strong>, zajmujących ogromny obszar”<br />
ZA<br />
PRZECIW<br />
Przykłady aktualnych nagłówków gazet dotyczących <strong>wiatru</strong>:<br />
Kontrowersje wokół budowy największej<br />
elektrowni wiatrowej na świecie<br />
National Geographic News (31.10.2005)<br />
wiatrowych<br />
Poparcie Rady dla budowy wielkiej farmy wiatrowej<br />
BBC News Onl<strong>in</strong>e (30.06.2005)<br />
Działacze na rzecz klimatu wzburzeni po cofnięciu budowy farmy wiatrowej<br />
The Guardian (03.03.2006)<br />
RSPB przeciwko rozwojowi farm<br />
Green Consumer Guide (9.11.2004)<br />
Atak na kampanię dla farm wiatrowych<br />
30.05.2005 (BBC News Onl<strong>in</strong>e)<br />
23
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
9.8 Lokalizacja i budowa<br />
Europejskie przepisy budowlane różnią się nawet w obrębie jednego państwa, a szczegółowe regulacje i decyzje<br />
często leżą w gestii lokalnych samorządów. Pozwolenie na budowę może być wymagane dla każdej turb<strong>in</strong>y wiatrowej,<br />
a dla konstrukcji przekraczającej 4 m wysokości jest konieczne. Przed wybraniem lokalizacji turb<strong>in</strong>y należy<br />
skontaktować się z miejscowym urzędem budowlanym i dowiedzieć się, jaka jest procedura otrzymania zgody na<br />
budowę.<br />
Turb<strong>in</strong>y wiatrowe do optymalnej pracy wymagają nieprzerwanego dostępu do <strong>wiatru</strong>. Drzewa, budynki i wzniesienia<br />
mogą blokować dopływ <strong>wiatru</strong> i powodować zawirowania. Umieszczenie obok nich turb<strong>in</strong> zmniejszy ilość wytwarzanej<br />
energii. Aby otrzymać możliwie największą ilość energii należy więc wybrać odpowiednie miejsce dla postawienia<br />
turb<strong>in</strong>y. Służą do tego pomiary prędkości <strong>wiatru</strong> (patrz sekcja 9.2.1), które mogą potrwać nawet rok. Większość turb<strong>in</strong><br />
wymaga otwartej przestrzeni i średnich prędkości <strong>wiatru</strong> co najmniej 12 km/h.<br />
Studium przypadku – mikrowiatrowe planowanie przestrzenne w Wielkiej Brytanii<br />
Wyniki brytyjskiego „Przeglądu Energetycznego” (Energy Review) z 2006 wskazują, że przed końcem roku<br />
2007 zniesiony zostanie obowiązek uzyskania pozwolenia na budowę obiektów z mikroturb<strong>in</strong>ami wiatrowymi.<br />
Właściciele domów nie będą musieli ubiegać się o pozwolenie na <strong>in</strong>stalację turb<strong>in</strong>y, jeśli budynek nie będzie<br />
znajdował się na obszarze objętym ochroną (np. obszar ochrony przyrody lub obszar chronionego krajobrazu).<br />
Zmiana ta nie będzie dotyczyć większych (ponad 2,5kW) turb<strong>in</strong> <strong>in</strong>stalowanych na masztach, które mogą być<br />
wykorzystane przez szkoły - ich budowa będzie musiała przejść procedurę planowania przestrzennego.<br />
9.9 Koszt małoskalowej elektrowni wiatrowej<br />
W Wielkiej Brytanii systemy wiatrowe do 1kW kosztują około 1500 £ (2250 €), zaś większe (od 1,5kW do 5kW) od<br />
4000 £ (6000 €) do 30000 £ (45000 €). Koszty obejmują produkcję turb<strong>in</strong>y, masztu, przechowanie akumulatora (jeśli<br />
konieczne) oraz <strong>in</strong>stalację.<br />
Należy jednak pamiętać, że koszty różnią się w zależności od miejsca budowy elektrowni wiatrowej, jej rodzaju i<br />
wielkości. Co więcej, firmy zawsze nastawione są na jak największy zysk, zatem przed podjęciem decyzji o zakupie<br />
należy zorientować się w cenach w lokalnej agencji energetycznej (np. w Wielkiej Brytanii należy szukać miejscowego<br />
Ośrodka Doradztwa ds. Wydajności Energetycznej pod numerem (44) 0800 512 012).<br />
Studium przypadku - dotacje dla małoskalowych <strong>in</strong>westycji wiatrowych w Wielkiej<br />
Brytanii<br />
Granty na turb<strong>in</strong>y wiatrowe dla lokalnych społeczności<br />
W ramach programu rządowego „Budynki oszczędne energetycznie” (Low Carbon Build<strong>in</strong>gs Programme)<br />
można otrzymać dof<strong>in</strong>ansowanie w wysokości do 50% kosztu turb<strong>in</strong>y wiatrowej, maksymalnie 50000 £. Granty<br />
te nie są przyznawane <strong>in</strong>dywidualnym osobom - muszą ubiegać się o nie lokalne grupy społeczne.<br />
Granty na <strong>in</strong>stalacje wiatrowe dla gospodarstw<br />
Rząd może pokryć do 30% kosztu turb<strong>in</strong>y wiatrowej, maksymalnie 5000 £. Inwestycja pokrywana jest w<br />
wysokości 1000 £ na każdy kilowat mocy. Na zakup turb<strong>in</strong>y o mocy 1,5 kW i wartości 5000 £ można otrzymać<br />
dotację rządową o wielkości 1500 £.<br />
patrz: www.lowcarbonbuild<strong>in</strong>gs.org.uk or call 0800 915 0990 for fur<strong>the</strong>r details<br />
24
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela (9.4a 7-11)<br />
Kontekst: Turb<strong>in</strong>y wiatrowe i ich lokalizacja są przedmiotem sporów. Włączeni są w niego obywatele, grupy<br />
„nie na moim podwórku” (Not In My Backyard), firmy energetyczne oraz władze i media. To ćwiczenie<br />
prezentuje niektóre podejścia do zagadnienia.<br />
Cele: Przemyślenie i przedyskutowanie różnych op<strong>in</strong>ii, za i przeciw konstrukcji turb<strong>in</strong> lub farm wiatrowych.<br />
Ćwiczenie ma na celu:<br />
1. zrozumienie niektórych sprzecznych poglądów na temat energii wiatrowej jako potencjalnego źródła<br />
energii elektrycznej.<br />
2. rozw<strong>in</strong>ięcie umiejętności pracy w grupie poprzez wspólną pracę z rówieśnikami.<br />
Instrukcje:<br />
1. Poleć uczniom, by pogrupowali wyc<strong>in</strong>ki z gazet na dwie kategorie – „za” oraz „przeciw”.<br />
2. Podziel klasę na duże grupy; niech jedna będzie „za” rozwojem technologii wiatrowych, a druga<br />
„przeciw”.<br />
3. Niech każda grupa przygotuje się do prezentacji swojego stanowiska drugiej grupie podczas debaty<br />
(wyc<strong>in</strong>ki z gazet oraz <strong>in</strong>ne źródła dostarczone przez nauczyciela pow<strong>in</strong>ny pomóc uczniom w<br />
sformułowaniu argumentów). Następnie przeprowadź debatę oraz głosowanie.<br />
Ćwiczenia dodatkowe:<br />
Wnioski debaty mogą posłużyć do napisania raportu dla reszty szkoły, zawierającego wyważone streszczenie<br />
zagadnień podniesionych podczas klasowej dyskusji.<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, energia wiatrowa, debata, op<strong>in</strong>ie, społeczność<br />
Umiejętności: zrozumienie różnych stanowisk, uwzględnienie różnych problemów i op<strong>in</strong>ii, praca grupowa<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: geografia, wiedza obywatelska<br />
Zakres wiekowy: 7-11 lat, Etap kluczowy 2<br />
25
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.7b (11-16) – Wielka debata o wietrze<br />
Przedyskutujcie zalety i wady budowy turb<strong>in</strong>y wiatrowej przy waszej szkole.<br />
Zadania: będziecie potrzebowali dostępu (przynajmniej dla par) do komputera i <strong>in</strong>ternetu.<br />
1. Razem z nauczycielem oraz resztą klasy wybierz jedną z dwóch symulacji: przeprowadzenia ankiety<br />
<strong>in</strong>westycji budowlanej dla turb<strong>in</strong>y wiatrowej lub za<strong>in</strong>stalowania mikroturb<strong>in</strong>y przy twojej szkole.<br />
2. Wyszukaj w sieci <strong>in</strong>ternet artykuły i <strong>in</strong>ne wiadomości o energii wiatrowej, szczególnie op<strong>in</strong>ie na temat<br />
<strong>wiatru</strong> oraz popularne „mity o wietrze” (dużo artykułów z prasy znajdziesz pod adresem<br />
www.climatewire.org; nie wybieraj tekstów starszych niż 5 lat).<br />
3. Opowiedz klasie o najciekawszych artykułach, które znalazłeś; podaj nauczycielowi adresy stron<br />
<strong>in</strong>ternetowych, by mógł zebrać je na tablicy.<br />
4. Przeczytaj najbardziej <strong>in</strong>teresujące teksty źródłowe i przyporządkuj je do dwóch kategorii -<br />
artykuły „za” i „przeciw”.<br />
5. Nauczyciel przypisze ci rolę spośród następujących: producent turb<strong>in</strong> wiatrowych, dyrektor szkoły,<br />
urzędnik planowania przestrzennego rady powiatowej, przedstawiciel miejscowego związku<br />
mieszkańców, przewodniczący organizacji HATERS (<strong>Home</strong>owners Angry That Electricity Ru<strong>in</strong>s<br />
Spaces), RSPB (Royal Society for <strong>the</strong> Protection of Birds) [odpowiednik OTOPu, Ogólnopolskiego<br />
Towarzystwa Ochrony Ptaków, przyp. tłum.], National Trust, przedstawiciel Greenpeace’u,<br />
przedstawiciel lokalnej grupy Susta<strong>in</strong>able Energy Partnership (której członkiem jest rada<br />
powiatowa) bądź jeden z członków komisji planowania przestrzennego rady powiatowej.<br />
6. Jeśli nie jesteś członkiem komisji planowania przestrzennego, przygotuj listę argumentów (za pomocą<br />
przeczytanych artykułów) za lub przeciw wnioskowi budowy do przedstawienia podczas debaty<br />
uczniom wchodzącym w skład komisji planowania przestrzennego<br />
7. Weź udział w debacie.<br />
8. Uczniowie tworzący komisję planowania przestrzennego pow<strong>in</strong>ni robić notatki podczas debaty i<br />
powiedzieć klasie, dlaczego zdecydowali się głosować za/przeciw wnioskowi.<br />
26
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela (9.4b 11-16)<br />
Kontekst: Turb<strong>in</strong>y wiatrowe i ich lokalizacja są przedmiotem sporów. Włączeni są w nie obywatele, grupy „nie<br />
na moim podwórku” (Not In My Backyard), firmy energetyczne oraz władze i media. To ćwiczenie prezentuje<br />
niektóre podejścia do zagadnienia energii wiatrowej i zachęca uczniów do bliższego przyjrzenia się różnym<br />
argumentom.<br />
Materiały: Komputery z dostępem do <strong>in</strong>ternetu.<br />
Cele: Przemyślenie i przedyskutowanie różnych op<strong>in</strong>ii, za i przeciw konstrukcji turb<strong>in</strong> lub farm wiatrowych.<br />
Ćwiczenie ma na celu:<br />
1. zrozumienie niektórych sprzecznych poglądów na temat energii wiatrowej jako potencjalnego źródła<br />
energii elektrycznej.<br />
2. rozw<strong>in</strong>ięcie umiejętności wyszukiwania <strong>in</strong>formacji z wykorzystaniem <strong>in</strong>ternetu<br />
3. rozw<strong>in</strong>ięcie umiejętności pracy w grupie poprzez wspólną pracę z rówieśnikami.<br />
Metoda:<br />
1. Wybierz lokalizację generatora wiatrowego.<br />
2. Poleć uczniom wyszukać w <strong>in</strong>ternecie artykuły i <strong>in</strong>ne wiadomości o energii wiatrowej, szczególnie<br />
poglądy na temat <strong>wiatru</strong> i popularne „mity o wietrze” (ciekawe artykuły z prasy znajdują się pod<br />
adresem www.climatewire.org)<br />
3. Uczniowie zdają sprawozdanie klasie; sporządź listę adresów <strong>in</strong>ternetowych.<br />
4. Uczniowie pracują w małych grupach, czytają najciekawsze teksty i dzielą je na dwie kategorie - „za”<br />
i „przeciw”.<br />
5. Podziel klasę na duże grupy i przypisz każdemu uczniowi rolę w debacie.<br />
(przykładowe role mogą obejmować: <strong>in</strong>westor energii wiatrowej, urzędnik planowania przestrzennego<br />
rady powiatowej, przedstawiciel miejscowego związku mieszkańców, przewodniczący organizacji<br />
HATERS (<strong>Home</strong>owners Angry That Electricity Ru<strong>in</strong>s Spaces), RSPB (Royal Society for <strong>the</strong><br />
Protection of Birds) [odpowiednik OTOPu, Ogólnopolskiego Towarzystwa Ochrony Ptaków, przyp.<br />
tłum.], National Trust, przedstawiciel Greenpeace’u, przedstawiciel lokalnej grupy Susta<strong>in</strong>able<br />
Energy Partnership (której członkiem jest rada powiatowa). Pozostałe osoby stają się członkami<br />
komisji planowania przestrzennego rady powiatowej.<br />
6. Każdy uczeń przygotowuje się do przedstawienia podczas debaty swojego stanowiska uczniom<br />
tworzącym komisję planowania przestrzennego.<br />
7. Przeprowadź debatę i głosowanie członków komisji dotyczące wniosku o budowę turb<strong>in</strong>y.<br />
Ćwiczenia dodatkowe: Wnioski z debaty mogą posłużyć do napisania raportu dla reszty szkoły, zawierającego<br />
wyważone streszczenie zagadnień podniesionych podczas klasowej dyskusji.<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, energia wiatrowa, debata, op<strong>in</strong>ie, społeczność<br />
Umiejętności: zdobywanie i stosowanie wiedzy, zrozumienie zmian zachodzących w środowisku, zrozumienie<br />
różnych stanowisk, uwzględnianie różnych problemów i op<strong>in</strong>ii, praca grupowa<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: geografia, wiedza obywatelska<br />
Zakres wiekowy: 11-16 lat, Etap kluczowy 3-4<br />
27
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.8a (7-11) - Porównaj działanie mikroturb<strong>in</strong> wiatrowych<br />
Zbadaj, w jaki sposób prędkość <strong>wiatru</strong> oraz wybrany model turb<strong>in</strong>y wpływa na produkcję energii<br />
elektrycznej oraz okres spłaty (czas, w którym koszt turb<strong>in</strong>y zwraca się w postaci wytworzonej przez nią<br />
energii).<br />
Metoda:<br />
1. Wybierz dwie turb<strong>in</strong>y spośród wymienionych w arkuszu oceny wydajności i podaj poniższe wartości<br />
dla prędkości <strong>wiatru</strong> 5m/s (metry na sekundę):<br />
a. Średnia produkcja energii (kW) ……………<br />
b. Całkowita energia wytwarzana w ciągu roku (kWh), ……………<br />
c. Całkowita wartość energii wytworzonej w ciągu roku (£) (pod adresem<br />
http://www.xe.com/ucc/ zamienisz £ na €),<br />
……………<br />
d. Okres spłaty (lata). ……………<br />
2. Powtórz ćwiczenie dla turb<strong>in</strong> pracujących przy prędkości <strong>wiatru</strong> 7 m/s:<br />
a. Średnia produkcja energii (kW) ……………<br />
b. Całkowita energia wytwarzana w ciągu roku (kWh), ……………<br />
c. Całkowita wartość energii wytworzonej w ciągu roku (£)<br />
d. Okres spłaty (lata). ……………<br />
3. Dla obu turb<strong>in</strong>, które badałeś, uwzględniając pobór energii przez typowe urządzenia domowe (patrz<br />
niżej), odpowiedz na pytania:<br />
a. Czy wybrane przez ciebie turb<strong>in</strong>y produkują ilość energii wystarczającą do zasilania<br />
poniższych urządzeń?<br />
turb<strong>in</strong>a 1 turb<strong>in</strong>a 2<br />
i. czajnik (T/N) (T/N)<br />
ii. telewizja (T/N) (T/N)<br />
iii. konsola gier (T/N) (T/N)<br />
28
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
b. Które z poniższych urządzeń mogłyby być zasilane energią badanych przez ciebie turb<strong>in</strong>?<br />
turb<strong>in</strong>a 1 turb<strong>in</strong>a 2<br />
iv. żarówka …………… ……………<br />
v. żarówka energooszczędna …………… ……………<br />
vi. podgrzewacz gastronomiczny ……………<br />
……………<br />
Tabela zestawiająca przeciętne zużycie energii (w kilowatogodz<strong>in</strong>ach) dla niektórych urządzeń domowych:<br />
urządzenie<br />
typowe zużycie energii (kWh)<br />
zamrażarka 0,15<br />
lodówka 0,1<br />
podgrzewacz gastronomiczny 1 – 3<br />
czajnik [a] 1,8 – 2,5<br />
kuchenka mikrofalowa 0,8<br />
żarówka standardowa [c] 0,1<br />
żarówka energooszczędna [d] 0,02<br />
telewizor z płaskim ekranem 0,7<br />
konsola gier [b] 0,05<br />
[a] czajnik<br />
[b] konsola gier<br />
[c] żarówka standardowa<br />
[d] żarówka energooszczędna<br />
29
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela (9.5a 7-11)<br />
Kontekst: Przy wyborze turb<strong>in</strong>y wiatrowej należy kierować się tym, by produkowała ona odpowiednią dla<br />
swojego zastosowania ilość energii. Trudno dokonać takiej oceny tylko w oparciu o broszury reklamowe.<br />
Podjęcie decyzji ułatwiają specjalne systemy ekspertowe. Ćwiczenie ukazuje, w jaki sposób turb<strong>in</strong>a<br />
dobierana jest do szacunkowego zapotrzebowania energetycznego klienta. Pokazano także, jak oszacowanie<br />
to, z pomocą specjalnego systemu eksperckiego, może być pomocne do wyboru właściwej turb<strong>in</strong>y.<br />
Materiały: komputery z arkuszem porównania działania turb<strong>in</strong> wiatrowych (Cornwall College/Plymouth<br />
University W<strong>in</strong>d Turb<strong>in</strong>e Performance Comparison Spreadsheet); patrz odnośnik do strony <strong>in</strong>ternetowej<br />
oraz dołączona płyta CD.<br />
Cele: Porównanie technicznego i ekonomicznego działania mikroturb<strong>in</strong> wiatrowych. Celem ćwiczenia jest:<br />
1. poznanie najistotniejszych czynników wpływających na pracę mikroturb<strong>in</strong> wiatrowych (prędkość<br />
<strong>wiatru</strong> i wydajność turb<strong>in</strong>y)<br />
2. nauka wyboru turb<strong>in</strong>y najlepiej odpowiadającej określonemu zastosowaniu.<br />
3. nauka korzystania z narzędzi komputerowych służących ocenie produkcji energii oraz wydajności<br />
ekonomicznej różnych mikroturb<strong>in</strong> wiatrowych dostępnych w Europie.<br />
4. praktyczne przełożenie wyników ćwiczenia.<br />
Metoda:<br />
1. Wyjaśnij klasie jak posługiwać się arkuszem oceny wydajności działania turb<strong>in</strong> wiatrowych.<br />
2. Poproś każdego ucznia lub parę o wybranie 2 z wymienionych w arkuszu turb<strong>in</strong>; sprawdź, czy cała<br />
klasa nie wybrała tych samych turb<strong>in</strong> i czy każda z turb<strong>in</strong> jest opracowywana przez co najmniej<br />
jedną parę.<br />
3. Uczniowie wykonują zadania 1 oraz 2 i zbierają wyniki na tablicy; sprawdź zgodność danych i<br />
przedyskutuj różnice w średniej produkcji energii elektrycznej, całkowitej energii produkowanej w<br />
ciągu roku oraz okresach spłat dla różnych turb<strong>in</strong>, przy różnych prędkościach <strong>wiatru</strong>.<br />
4. Uczniowie odpowiadają na pytanie 3 (a i b); przedyskutuj z klasą, jaki jest związek między<br />
produkcją energii przez wybrane turb<strong>in</strong>y, a zużyciem energii przez różne urządzenia; jakie ma to<br />
praktyczne i f<strong>in</strong>ansowe implikacje dla turb<strong>in</strong> przyłączonych do sieci energetycznej i dla turb<strong>in</strong><br />
wolnostojących?<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, energia wiatrowa, kilowat, koszt, wybór produktu<br />
Umiejętności: opracowywania danych, rozumienia prostych, bezpośrednich powiązań, dokonywania<br />
porównań zużycia energii przez urządzenia i wyciągania z tego wniosków, posługiwania się systemami<br />
ekspertowymi do wyboru odpowiedniej dla danego zastosowania wielkości i modelu turb<strong>in</strong>y.<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: naukowe, matematyka, geografia, <strong>in</strong>formatyka<br />
Zakres wiekowy: 7-11 lat, Etap kluczowy<br />
30
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.8b (11-16) - Porównaj działanie mikroturb<strong>in</strong> wiatrowych<br />
Dowiedz się, jakie są główne czynniki wpływające na wydajność działania mikroturb<strong>in</strong>y wiatrowej.<br />
Zadanie:<br />
1. Wyjaśnij, jak według ciebie średnia prędkość <strong>wiatru</strong> i ukształtowanie terenu mogą wpłynąć na niżej<br />
wymienione wskaźniki wydajności mikroturb<strong>in</strong>y.<br />
a. Myślę, że zwiększona średnia prędkość <strong>wiatru</strong> będzie miała wpływ na:<br />
i. Średnią produkcję energii elektrycznej, w następujący sposób<br />
…………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………<br />
ponieważ…………………………………………………………………………………………………..........................................................................................<br />
ii. Dochody roczne (w £ lub €), w następujący sposób<br />
…………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….<br />
ponieważ……….…………………………………………………………………………………………………………………................................................................<br />
iii. Uwalnianą do atmosfery ilość dwutlenku węgla (kg/rok), w następujący sposób<br />
……………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………..<br />
Ponieważ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………<br />
iv. Okres spłaty (w £ lub €), w następujący sposób<br />
…………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….<br />
Ponieważ…………………………………………………………………………………………………............................................……………………………………………<br />
b. Myślę, że zwiększone pofałdowanie terenu wpłynie na:<br />
i. . Średnią produkcję energii elektrycznej (kW), w następujący sposób<br />
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..<br />
Ponieważ…………………………………………………………………………………………………..........................................................................................<br />
ii. Dochody roczne (w £ lub €), w następujący sposób<br />
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………<br />
Ponieważ…………………………………………………………………………………………………......................................................................................<br />
iii. Uwalnianą do atmosfery ilość dwutlenku węgla (kg/rok), w następujący sposób<br />
……………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………..<br />
Ponieważ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………<br />
iv. Okres spłaty (w £ lub €), w następujący sposób<br />
…………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….<br />
Ponieważ…………………………………………………………………………………………………............................................……………………………………………<br />
31
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
2. Posługując się arkuszem do porównania działania turb<strong>in</strong> wiatrowych powiedz, czy podałeś poprawne<br />
odpowiedzi w pytaniu 1 a i b. Jeśli któraś z odpowiedzi jest niewłaściwa, spróbuj wyjaśnić dlaczego:<br />
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..<br />
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………<br />
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………<br />
3. Spróbuj określić, czy twojej szkole opłaca się kupno turb<strong>in</strong>y wiatrowej, a jeśli tak, który model pow<strong>in</strong>ien<br />
być wybrany.<br />
Będziesz potrzebował następujących danych od nauczyciela:<br />
Oszacowana średnia prędkość <strong>wiatru</strong> w pobliżu szkoły ………… (m/s)<br />
(uwaga: możesz posłużyć się prędkością wyznaczoną na podstawie kodu pocztowego i bazy NOABL w<br />
ćwiczeniu 9.3)<br />
Szacunkowa wysokość szkoły nad poziomem morza<br />
………… (m)<br />
Przybliżone pofałdowanie terenu ………… (od 0 do 4)<br />
Wysokość położenia wiatromierza<br />
………… (m)<br />
Wysokość wieży<br />
………… (m)<br />
Wskaźnik turbulencji ………… (zwykle od 5 do 15%)<br />
Średni roczny pobór energii elektrycznej w twojej szkole …………. (kWh)<br />
Cena energii elektrycznej za jednostkę (zamieniona w £) ………….<br />
Wysokość grantu (£) ………....<br />
4. Wpisz powyższe dane do arkuszu porównania działania turb<strong>in</strong> wiatrowych i odpowiedz na poniższe pytania.<br />
a. Zakładając, że szkoła ma ograniczoną ilość funduszy, kupno którego modelu turb<strong>in</strong>y wiatrowej mógłbyś<br />
polecić?<br />
……………………………………………………………<br />
Dla wybranej przez siebie turb<strong>in</strong>y podaj:<br />
i. Średnią moc (kW) ……………………<br />
ii. Dochód roczny (w £ i €) ……………………<br />
(uwaga: możesz zamienić £ na € za pomocą http://www.xe.com/ucc/),<br />
iii. Ilość uwalnianego dwutlenku węgla (kg/rok) ……………………<br />
iv. okres spłaty (lata) ……………………<br />
b. Uwzględniając powyższe odpowiedzi uzasadnij, dlaczego wybrałeś dla szkoły turb<strong>in</strong>ę wskazaną w (a)<br />
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….<br />
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………<br />
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………<br />
………………………………………..<br />
32
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
5. Odpowiedz na poniższe pytania w odniesieniu do analizowanych turb<strong>in</strong>, wspomagając się zestawieniem<br />
zużycia energii dla najczęściej stosowanych urządzeń domowych (patrz niżej):<br />
a. Czy któraś ze wskazanych przez ciebie turb<strong>in</strong> wytwarza odpowiednio dużo energii elektrycznej do<br />
zasilania poniższych urządzeń?<br />
turb<strong>in</strong>a 1 turb<strong>in</strong>a 2<br />
i. czajnik (T/N) (T/N)<br />
ii. telewizja (T/N) (T/N)<br />
iii. konsola gier (T/N) (T/N)<br />
b. Które z poniższych urządzeń można zasilać energią wytwarzaną przez badane turb<strong>in</strong>y?<br />
turb<strong>in</strong>a 1 turb<strong>in</strong>a 2<br />
iv. żarówka standardowa …………… ……………<br />
v. żarówka energooszczędna …………… ……………<br />
vi. podgrzewacz gastronomiczny ……………<br />
……………<br />
Poniższa tabela zestawia typowe zużycie energii (w kWh) różnych urządzeń domowych.<br />
urządzenie<br />
typowe zużycie energii (kWh)<br />
zamrażarka 0,15<br />
lodówka 0,1<br />
podgrzewacz gastronomiczny 1 – 3<br />
czajnik 1,8 – 2,5<br />
kuchenka mikrofalowa 0,8<br />
żarówka standardowa [a] 0,1<br />
żarówka energooszczędna [b] 0,02<br />
telewizor z płaskim ekranem 0,7<br />
konsola gier 0,05<br />
[a] żarówka standardowa<br />
[b] żarówka energooszczędna<br />
Ćwiczenie dodatkowe (praca domowa tylko dla uczniów 14-16 lat):<br />
Odpowiedz ponownie na pyt. 3 posługując się danymi dla swojego domu. Możesz potrzebować pomocy<br />
rodziców, którzy udostępnią ci rachunek za energię. Możesz posłużyć się bazą NOABL do oszacowania<br />
prędkości <strong>wiatru</strong> w twojej okolicy (szczegółowe wskazówki znajdują się w ćwiczeniu 9.3).<br />
33
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Uwagi dla nauczyciela (9.5b – 11-16)<br />
Kontekst: Przy wyborze turb<strong>in</strong>y wiatrowej należy kierować się tym, by produkowała ona odpowiednią dla<br />
swojego zastosowania ilość energii oraz by kupujący znał okres, w którym zwrócą się pieniądze<br />
za<strong>in</strong>westowane w turb<strong>in</strong>ę. Trudno dokonać takiej oceny tylko w oparciu o broszury reklamowe. Podjęcie<br />
decyzji ułatwiają specjalne systemy ekspertowe. Ćwiczenie ukazuje, w jaki sposób turb<strong>in</strong>a dobierana jest<br />
do szacunkowego zapotrzebowania energetycznego klienta. Pokazano także jak oszacowanie to, z pomocą<br />
specjalnego systemu eksperckiego, może być pomocne do wyboru właściwej turb<strong>in</strong>y oraz oceny okresu<br />
zwrotu za<strong>in</strong>westowanego kapitału.<br />
Materiały: komputery z arkuszem porównania działania turb<strong>in</strong> wiatrowych (Cornwall College/Plymouth<br />
University W<strong>in</strong>d Turb<strong>in</strong>e Performance Comparison Spreadsheet); patrz odnośnik do strony <strong>in</strong>ternetowej<br />
oraz dołączona płyta CD.<br />
Cele: Porównanie technicznego i ekonomicznego działania mikroturb<strong>in</strong> wiatrowych w celu wytypowania<br />
turb<strong>in</strong>y najodpowiedniej do zakupienia przez szkołę. Celem ćwiczenia jest:<br />
1. poznanie najistotniejszych czynników wpływających na techniczne i ekonomiczne parametry pracy<br />
mikroturb<strong>in</strong> wiatrowych (prędkość <strong>wiatru</strong> w danym miejscu, wysokość nad poziomem morza,<br />
pofałdowanie terenu, wysokość wieży, wskaźnik turbulencji, roczne zużycie i koszt energii<br />
elektrycznej).<br />
2. nauka dokonywania uzasadnionego wyboru turb<strong>in</strong>y, odpowiedniej dla określonych zastosowań.<br />
3. nauka korzystania z narzędzi komputerowych służących ocenie produkcji energii oraz wydajności<br />
ekonomicznej różnych mikroturb<strong>in</strong> wiatrowych dostępnych w Europie.<br />
4. praktyczne przełożenie wyników ćwiczenia.<br />
5. praktyczne przełożenie wyników ćwiczenia na zużycie energii urządzeń, których ono dotyczy.<br />
Instrukcje:<br />
1. Wyjaśnij klasie jak posługiwać się arkuszem oceny wydajności działania turb<strong>in</strong> wiatrowych.<br />
2. Każdy uczeń lub para odpowiadają na pytania 1 oraz 2; spytaj, do jakich doszli wniosków.<br />
3. Przepisz poniższe <strong>in</strong>formacje na tablicę (przed zajęciami należy wyszukać potrzebne <strong>in</strong>formacje):<br />
przybliżona średnia prędkość <strong>wiatru</strong> w pobliżu szkoły ………… (m/s)<br />
(uwaga: możesz skorzystać z wartości wyznaczonej na podstawie kodu pocztowego i bazy<br />
NOABL w ćwiczeniu 9.3)<br />
szacunkowa wysokość szkoły nad poziomem morza<br />
………… (m)<br />
przybliżone pofałdowanie terenu ………… (od 0 do 4)<br />
wysokość położenia wiatromierza<br />
………… (m)<br />
wysokość wieży<br />
………… (m)<br />
wskaźnik turbulencji ………… (zwykle od 5 do 15%)<br />
średni roczny pobór energii elektrycznej w twojej szkole …………. (kWh)<br />
cena energii elektrycznej za jednostkę (zamieniona na £) ………….<br />
wysokość grantu (£) ………....<br />
2. Uczniowie odpowiadają na pytania; przedyskutuj z klasą, w jaki sposób różne czynniki wpływają na<br />
wybór odpowiedniej dla szkoły turb<strong>in</strong>y wiatrowej.<br />
34
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
3. Uczniowie odpowiadają na pytanie 4 (a i b); przedyskutuj z klasą, jaki jest związek między produkcją<br />
energii przez wybrane turb<strong>in</strong>y, a zużyciem energii przez różne urządzenia; jakie ma to praktyczne i<br />
f<strong>in</strong>ansowe implikacje dla turb<strong>in</strong> przyłączonych do sieci energetycznej i dla turb<strong>in</strong> wolnostojących?<br />
W ramach pytania 4 uczniowie będą musieli skorzystać z poniższej tabelki, zestawiającej typowy pobór<br />
energii (w kWh) różnych urządzeń domowych.<br />
urządzenie<br />
typowe zużycie energii (kWh)<br />
zamrażarka 0,15<br />
lodówka 0,1<br />
podgrzewacz gastronomiczny 1 – 3<br />
czajnik 1,8 – 2,5<br />
kuchenka mikrofalowa 0,8<br />
żarówka standardowa 0,1<br />
żarówka energooszczędna 0,02<br />
telewizor z płaskim ekranem 0,7<br />
konsola gier 0,05<br />
Ćwiczenie dodatkowe (praca domowa tylko dla uczniów 14-16 lat): Poleć odpowiedzenie na pyt. 3 na podstawie<br />
danych dla domu ucznia. Będzie tu niezbędna pomoc rodziców, zatem najlepiej kilka przykładowych wartości<br />
na wypadek, gdyby uczeń nie mógł zdobyć wymaganych <strong>in</strong>formacji. Jeśli to możliwe, na początku następnych<br />
zajęć przedyskutuj w klasie różne odpowiedzi podane przez uczniów.<br />
Słowa kluczowe: energia odnawialna, energia wiatrowa, kilowat, koszt, wybór produktu, okres spłaty<br />
Umiejętności: opracowywania danych, rozumienia prostych, bezpośrednich powiązań, dokonywania porównań<br />
zużycia energii przez urządzenia i wyciągania z tego wniosków, posługiwania się systemami ekspertowymi do<br />
wyboru odpowiedniej dla danego zastosowania wielkości i modelu turb<strong>in</strong>y, zrozumienia i stosowania podejścia<br />
ilościowego do poznania zużycia i produkcji energii, wyszukiwania <strong>in</strong>formacji za pomocą komputera i <strong>in</strong>ternetu<br />
w celu znalezienia rozwiązania konkretnych problemów, zbierania i <strong>in</strong>terpretacji danych, posługiwania się<br />
systemami eksperckimi do oceny turb<strong>in</strong> różnej wielkości i rodzaju pod kątem określonego zastosowania,<br />
zrozumienia pojęcia okresu spłaty<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania: naukowe, matematyka, geografia, <strong>in</strong>formatyka<br />
Zakres wiekowy: 11-16 lat, Etap kluczowy 3-4<br />
35
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
Ćwiczenie 9.9: Szukanie porady<br />
Ćwiczenie 9.9: Szukanie porady.<br />
Trudno jest zdobyć porady dotyczące stosowania energii wiatrowej na użytek domowy oraz<br />
<strong>in</strong>nych zagadnień energetycznych. Jest jednak wiele źródeł <strong>in</strong>formacji, które nie przyszłyby nam<br />
nawet do głowy.<br />
Zadania<br />
1 Pomyśl, gdzie mógłbyś zwrócić się po poradę na temat <strong>in</strong>stalacji technologii wiatrowej w twoim<br />
domu.<br />
2 Wypełnij kartę pracy 9.9, ukazującą źródła porad, które mógłbyś wykorzystać (T/N), oraz<br />
które byś preferował (pref.)<br />
Uwagi dla nauczyciela:<br />
Kontekst: Właściwa porada na temat zastosowania technologii wiatrowej w domu jest bardzo<br />
wartościowa z ekonomicznego punktu widzenia. Ćwiczenie umożliwia określenie preferencji ucznia<br />
przy poszukiwaniu <strong>in</strong>formacji i porad.<br />
Cel: To proste ćwiczenie ma dwa cele:<br />
1) pokazać uczniom, jak wiele jest potencjalnych źródeł <strong>in</strong>formacji oraz<br />
2) dostarczyć nauczycielom wiedzę o preferowanych przez uczniów źródłach <strong>in</strong>formacji.<br />
Materiał: <strong>in</strong>ternet, książka telefoniczna.<br />
Słowa kluczowe: doradztwo energetyczne, ośrodki <strong>in</strong>formacyjne.<br />
Umiejętności: szukania <strong>in</strong>formacji, zadawania odpowiednich pytań.<br />
Przedmioty w krajowym programie nauczania:<br />
Zakres wiekowy: Etap kluczowy<br />
Karta pracy 9.9<br />
pref. T N pref. T N<br />
związek konsumentów<br />
ośrodki doradztwa<br />
energetycznego<br />
dzień/tydzień energii<br />
lokalna wystawa/targi<br />
energetyczne<br />
sem<strong>in</strong>arium/kurs o energii<br />
przyjaciele<br />
osoby <strong>in</strong>stalujące urządzenia<br />
<strong>in</strong>ternet<br />
czasopisma<br />
wytwórcy<br />
sąsiedzi<br />
organizacje pozarządowe<br />
rodzice<br />
ośrodki doradztwa<br />
telefonicznego<br />
hydraulicy<br />
biblioteka publiczna<br />
rodz<strong>in</strong>a<br />
biblioteka szkolna<br />
grupa rówieśników w szkole<br />
nauczyciele szkolni<br />
muzeum naukowe/techniczne<br />
sklepy<br />
programy telewizyjne<br />
firmy usługowe<br />
36
Rodział 9 <strong>Energia</strong> <strong>wiatru</strong><br />
9.10 Wnioski<br />
Na obszarach o dużej ilości <strong>wiatru</strong> istnieje znaczny potencjał wytwarzania energii w oparciu o wiatr za pomocą małych<br />
turb<strong>in</strong> za<strong>in</strong>stalowanych na budynkach mieszkalnych. Jest to łatwiejsze na terenach wiejskich, w miastach bowiem<br />
trudniej jest postawić jedną dużą turb<strong>in</strong>ę, która obsługiwałaby całą grupę domów lub blok mieszkalny.<br />
Oddziaływanie turb<strong>in</strong> wiatrowych na środowisko jest niewielkie w porównaniu z wpływem <strong>in</strong>nych, nieodnawialnych<br />
źródeł energii elektrycznej.<br />
37