«Жел, күн, су: Жаңартылатын энергияға қадам»
Халматваев Элбек Эркинович, Мирхадиев Мирадыл Мирзамирович, Алиева Тахмина Махамбетқыз – РТ-241/Б, БҚҚ-241/Б, БСО-241/Б оқу тобының студенттері, Анвар Исмаилов атындағы кәсіптік колледжі, Ақсукент

Жетекші : Ирисметова Азиза Адилжановна физика пәні мұғалімі

XXI ғасыр – жаңартылатын энергия көздерінің ғасыры болуға бет алған кезең. Әлемде энергетикалық ресурстардың сарқылуы, экологиялық мәселелердің ушығуы және жаһандық жылыну — адамзатты жаңа шешімдер іздеуге итермелеп отыр. Сол шешімдердің бірі – жаңартылатын энергия көздерін дамыту.

Жаңартылатын энергия дегеніміз — табиғатта үнемі жаңарып отыратын, сарқылмайтын, экологиялық таза энергия көздері. Оларға жел, күн және су энергиялары жатады. Бұл энергия түрлері — табиғи, шексіз әрі қоршаған ортаға зиян келтірмейтін болашақтың энергиясы.

Жобаның өзектілігі: Қазақстанның және әлемнің экологиялық жағдайы, энергетика саласындағы мәселелер. Жел және күн энергиясының артықшылықтары.

Жобаның мақсаты мен міндеттері: Бұл жоба жаңартылатын энергия көздерін біріктіріп, тұрақты және экологиялық таза электр энергиясын өндіруді көздейді. Жоба Қазақстанның жаңартылатын энергия көздерін тиімді пайдалану жолдарын зерттеп, оны өңірлерде жүзеге асыруды мақсат етеді. Жел мен күн энергиясын біріктіріп, тиімді энергия өндіретін құрылғы макетін жасау. Құрылғының принципі мен жұмыс істеу механизмін сипаттау.

Жобаның күтілетін нәтижелері: Экологиялық таза энергия көздерін

біріктірген құрылғы макеті. Жел мен күн энергиясынан алынған энергияның тиімділігін математикалық модельдеу арқылы дәлелдеу. Энергияны жинау және сақтау жүйесінің жұмысын бақылау үшін бағдарлама жасау. Құрылғының экологиялық тиімділігі мен пайдалану мүмкіндіктері.

Маңыздылығы: Экологиялық қауіпсіз; Ұзақ мерзімді перспективада арзан; Энергетикалық тәуелсіздікке жол ашады.

Бұл энергия түрлерін қолдану – болашақ ұрпақ үшін қоршаған ортаны таза сақтаудың ең тиімді жолы.

А. Ғылыми негіздеме (теориялық бөлім):

1. Жел энергиясы – жел қозғалысының кинетикалық энергиясын электр энергиясына айналдыру процесі. Бұл мақсатта арнайы жел турбиналары қолданылады. Турбина қалақшаларының қозғалысы генераторды іске қосып, электр тогын өндіреді.

Артықшылықтары:

• Атмосфераға зиянды қалдық бөлмейді;

• Жел қоры сарқылмайды;

• Техникалық қызметі жеңіл.

Кемшіліктері:

• Жел бағыты мен жылдамдығы тұрақсыз;

• Турбиналар орнату құны жоғары;

• Табиғи ландшафты бұзуы мүмкін.

2. Күн энергиясы — күн сәулесінің қуатын пайдаланып, оны фотоэлектрлік панельдер арқылы электр энергиясына айналдыру тәсілі. Бұл әдіс әсіресе күн шуақты аймақтарда тиімді.

Артықшылықтары:

• Тыныш жұмыс істейді;

• Экологиялық таза;

• Тұрмыста және ауыл шаруашылығында кең қолданылады.

Кемшіліктері:

• Ауа райына тәуелді;

• Панельдер мен аккумуляторлар құны жоғары;

• Түнде немесе бұлтты күні энергия өндірмейді.

3. Су энергиясы немесе гидроэнергетика — өзендер мен су қоймаларының ағысын пайдалану арқылы электр энергиясын өндіру әдісі. Бұл салада СЭС (су электр станциялары) жұмыс істейді.

Артықшылықтары:

• Қуаты тұрақты;

• Ұзақ мерзімге жарамды;

• Ауаны ластамайды.

Кемшіліктері:

• Құрылысқа көп қаржы қажет;

• Табиғи су экожүйесіне зиян келтіруі мүмкін.

Қолданылатын математикалық модельдер: Энергияның тиімділігі мен шығу қуатын есептеу үшін қолданылатын математикалық модельдер. Математикалық есептеулер мен формулалар, энергияның көзі және оны сақтап пайдалану әдістері.

Информатика: Жобадағы электр қуатының өндірілуін бақылау үшін қажетті бағдарлама жасау. Параметрлерді (желдің жылдамдығы, күн сәулесінің деңгейі) мониторинг жасау.

Қажетті құралдар мен материалдар:

1. Жел турбинасы: Кішкене жел турбиналары, генераторлар, лопастар.

2. Күн панельдері: Кішкентай күн панельдері, фотоэлементтер.

3. Электр жабдықтары: Кабельдер, аккумуляторлар, инверторлар, қосқыштар.

4. Математикалық модельдеу құралдары: MATLAB, Python бағдарламалары, графиктерді құруға арналған бағдарламалар.

5. Жасауға арналған құралдар: 3D принтер немесе басқа құрылыс құралдары.

B. Зерттеу және эксперименталды бөлім:

• Құрылғының дизайны: Жел және күн энергиясын өндіретін құрылғының жалпы дизайнын анықтау. Макет жасау үшін қажетті материалдар мен құралдарды таңдау.

• Физикалық эксперименттер: Жел энергиясын жинау және күн энергиясын алу үшін күн панельдері мен жел турбиналарының жұмысын сынақтан өткізу. Нәтижелерді тіркеу және оларды нақтылау.

• Математикалық есептеулер: Энергияның алынуы, тиімділігі және әртүрлі параметрлердің әсері бойынша есептеулер жүргізу. Құрылғының жұмыс істеу тиімділігін бағалау үшін математикалық модельдер қолдану.

• Информатикада қолданылатын бағдарламалар: Құрылғының жұмысын бақылауға арналған бағдарлама жасау. Электр қуатын өндірудің графиктерін шығару, мониторинг жасау үшін қажетті алгоритмдер, деректер базасын әзірлеу.

С. Құрылғының макетін жасау:

• Жел турбинасының макетін жасау: Жел энергиясын жинау үшін шағын жел турбинасын жасау. Турбина лопастарының бұрыштарын және айналу жылдамдығын есептеу.

• Күн панелінің макетін жасау: Күн сәулелерін жинау үшін шағын күн панелін құрастыру. Панельдің тиімді жұмыс істеуі үшін қажетті бұрыштарды анықтау.

• Энергияны сақтау жүйесі: Құрылғыдан алынған энергияны сақтау үшін аккумуляторлар мен конденсаторларды қосу.

D. Эксперимент жүргізу және нәтижелерді талдау:

• Энергияның өндірілуін тексеру: Жел мен күн панельдерінің жұмысы нәтижесінде алынған энергияның көлемін өлшеу.

• Құрылғының жұмыс тиімділігін бағалау: Жүйенің күн мен желден қанша энергия алатынын анықтау. Математикалық есептеулермен салыстыру.

• Қоршаған ортаның әсері: Эксперимент кезінде ауа-райының жағдайы мен маусымдық өзгерістердің энергия өндіруге қалай әсер ететінін тексеру.

E. Жобаның нәтижелерін қорытындылау:

• Құрылғының тиімділігін бағалау: Жел мен күн энергиясын біріктірген құрылғының тиімділігі мен оның мүмкіндіктерін нақтылау.

• Қоршаған ортаға әсері: Экологиялық тұрғыдан құрылғының пайдалы жағы, оның қоршаған ортаға әсері мен артықшылықтары.

• Ұсыныстар мен болашақ даму жолдары: Құрылғының тиімділігін арттыру үшін қолданылатын жаңа технологиялар мен әдістер.

F. Презентация мен қорытынды жұмыс:

• Жоба нәтижелерін ғылыми конференцияларда немесе көрмелерде таныстыру.

• Жасалған макетті көрсету, оның жұмыс істеу принципі туралы қысқаша түсіндіру.

• Жоба бойынша баяндамалар жасау, ғылыми мақалаларда жариялау.

Қорытынды

Қорытындылай келе, жел, күн және су энергиясы – болашақ энергетикасының негізі бола алатын маңызды ресурстар. Оларды пайдалану арқылы біз қоршаған ортаны қорғаймыз, энергия тапшылығы мәселесін шешеміз және экономиканы тұрақты дамуға бағыттаймыз.

Қазақстан үшін бұл сала – үлкен әлеуетке ие бағыт. Табиғи жағдайларымыз жел мен күн энергиясын тиімді пайдалануға қолайлы. Мемлекет пен қоғам болып бұл саланы дамыту – ұлт болашағына қосылған үлес болмақ.

Пайдаланылған әдебиеттер

1. ҚР Білім және ғылым министрлігі. Физика оқулығы (9-сынып)

2. Egemen.kz – Жаңартылатын энергия туралы мақалалар

3. https://energo.gov.kz – ҚР Энергетика министрлігінің ресми сайты

4. https://renewableenergy.kz – Қазақстандағы жасыл энергия туралы портал

5. Wikipedia.org – Renewable energy, Wind power, Solar energy, Hydropower