Energetická koncepcia stanice 1 - PDF na stiahnutie zadarmo

Úloha: Stanica 1 Energetický koncept Materiál: Učebné sekvencie, brožúra 1 Fyzikálna kniha, nožnice a lepidlo Pracovné listy: 1.1 Zdroje energie 1.2 Druhy energie 1.3 Formy energie 1.4 Vyčerpanie energie 1.5 Energetický pes 1.6 Naše najdôležitejšie primárne energie 1.7 Primárne nosiče energie Pracovné úlohy: 1. Prečítajte si strany 5 až 7 v brožúre 1 učebných sekvencií 2 Zopakujte a poznačte si pojmy práca a energia, ako aj základné tvrdenia 1. a 2. zákona termodynamiky 3. Vypracujte a na pracovné listy odpovedajte pomocou pracovných listov: Aké druhy energie existujú? Ktoré druhy energie rozlišujete? Ktoré nosiče primárnej energie sa používajú na výrobu energie? Dodatočná úloha: Prečítajte si učebné sekvencie a prepracujte sa na nich na stranách 8 až 11 v zväzku 1. Objasnite štyri rôzne aspekty koncepcie energie. 13

Pracovný list s históriou využitia energie 1.1 Zdroje energie Stanica 1 Energetická koncepcia Zdroje času Pred prvými rokmi Sila ľudského svalu Staroveká pred ohňom/drevom Vietor Slnko Sila zvieraťa Roky Vodná energia Moderná doba od uhlia, ropy, zemného plynu, uránu, elektriny zo všetkých primárnych energií Roky 14

Pracovný list 1.2 Druhy energie Stanica 1 Energetický termín 1. Zoraďte nasledujúce termíny podľa druhov energie Čierne uhlie Mechanické práce Geotermálna energia Benzín Zemný plyn Biomasa Vykurovacia para Jadrové palivo Nafta Palivo Svetlo Elektrická energia Brikety Tepelný koks Vodná energia Vykurovacie teplo Lignitová ropa Veterná Solárna energia Vykurovací olej Primárna energia Sekundárna energia Užitočná energia Brikety z čierneho uhlia 2. Formy konverzných reťazcov. Za týmto účelom zadajte do schémy pojmy primárna energia, sekundárna energia, užitočná energia a prevodník. 3. Nájdite príklady z tabuľky vyššie. Ako prevodníky je možné použiť: elektráreň, žiarovku, všetky domáce spotrebiče, turbíny atď. 4. Ktoré prevodné reťazce sú správne? a. Uhoľný koks b. Elektrina z ropy; Elektrina parná nafta d. Elektrická energia z uhoľnej pary 15

Pracovný list 1.3 Formy energetickej stanice 1 Energetická koncepcia Energiu je možné rozpoznať iba podľa jej účinkov. Príklady takýchto účinkov sú napr. B. pohyb, svetlo a teplo. Na základe pozorovateľných účinkov sa rozlišuje medzi týmito formami energie: 1 2 3 4 kinetická energia (napr. Jazda autom), napínacia energia (napr. Napnutá pružina), teplo (napr. Prehriata para), chemická energia (napr. Palivá, autobatéria), elektrická energia (napr. Blesk), žiarivá energia (napr. UV žiarenie, rádiové vlny), jadrová energia (napr. Štiepna energia). 1. Priraďte obrázkom formy energie a zadajte ich do tabuľky. Obrázok 1 Forma energie 5 6 2 3 4 5 6 7 8 7 8 9 10 9 10 2. Vyplňte prázdne políčka ďalšími príkladmi, ktoré odhaľujú formu energie, a zadajte ich do tabuľky. 16

Pracovný list 1.4 Devalvácia energie, stanica 1: Energetická koncepcia, devalvácia energie a smerovanie procesov 17

Pracovný list 1.5 Energický pes Stanica 1 Energetický koncept Nasýtený, teraz sa prikráda po schodoch oproti a akú radosť vidí pozývajúcemu bazénu. Skôr ako to zistí, vkĺzne a spadne dovnútra. Pohybová energia 6 z Pohybovej energie 1 z Pohybovej energie 2 Pohybová energia 5 vypnutá od Pohybová energia 4 Pohybová energia 3 vypnutá Pes beží na hornom odpočívadle a trochu si plní žalúdok. Potom zoskočí zo schodov a zje jedlo. Premeny energie prebiehajú vo všetkých procesoch; primárne vzniká kinetická energia, ktorá má však iný pôvod. Pod šípkami zadajte formu energie, z ktorej kinetická energia vzniká. 18

Pracovný list 1.6 Naše najdôležitejšie primárne zdroje energie Stanica 1 Energetická koncepcia Truhla s pokladom vám hovorí, ktoré primárne zdroje energie momentálne používame na dodávku energie. Ktoré primárne zdroje energie sú v hrudníku? Zadajte ich mená. 6% 14% 22% 12% 22% 24% Teraz poznáte primárne energie a ak označíte tento údaj, zistíte, do akej miery prispievajú k nášmu zásobovaniu energiou. Šiestym segmentom so 6% je vykurovací olej, sklad čerpadiel a ďalšie. 19

Pracovný list 1.7 Zásobovanie primárnou energiou Stanica 1 Energetická koncepcia Zásobovanie primárnou energiou 1. Vystrihnite zobrazené symboly a prilepte z nich prehľad primárnych zdrojov energie. 2. Ktorý rozhodujúci zdroj energie chýba? Noste ho a tiež prilepte. obnoviteľné zdroje energie fosílne palivá jadrové palivo 3. Priraďte pojmy fosílne alebo obnoviteľné a pre nosiče energie vyčerpávajúce alebo nevyčerpateľné. 20

Riešenie Stanica 1 Energetická koncepcia pre pracovný list 1.2 Druhy energie 1. Primárna energia, sekundárna energia, užitočná energia, čierne uhlie, koks, plynové brikety, lignit, brikety Svetlo 4. a & d do pracovného listu 1.3 Formy energie Obrázok 1: Chemická energia Obrázok 2: Sálavá energia Obrázok 3: Napäťová energia Obrázok 4: Teplo Obrázok 5: Kinetická energia Obrázok 6: Elektrická energia 21

Formy energie Forma energie Fyzická forma Potenciálna energia Výška energie Tlaková energia Napínacia energia Prehradená voda Stlačený plyn Vinutá pružina Kinetická energia Pohybová energia Pohybujúce sa auto Valivá guľa Rotačná pohybová energia Zotrvačník Teplo Energia chemicky viazaná Jadrová energia Energia elektrického poľa Energia magnetického poľa Elektromagnetické žiarenie energia Prehriatá para Palivá, autobatéria Uránový kondenzátor, svetlo bleskovej cievky, rádiové vlny pre pracovný list 1.5 Energický pes Prebiehajú tieto energetické premeny: Šípka 1: z chemickej energie Šípka 2: z chemickej energie Šípka 3: z pozičnej energie Šípka 4: z chemickej energie Šípka 5: z chemickej energie Šípka 6: z pozičnej energie Vysvetlenie a) Pes má uložené chemická energia, ktorú pomocou sily svalov pri pohybe premieňa na kinetickú energiu. b) Na ľavom hornom schodisku má chemickú a pozičnú energiu. Keď teraz pes zbehne zo schodov, premieňa časť svojej chemicky viazanej energie na kinetickú (+ teplo), aby zvládol cestu (vodorovná rovina); prekonať (vertikálnu) výšku pádu súčasne časť pozičnej energie v kinetickej energii. 22

c) Jedením nahrádza chemickú energiu, ktorá sa práve spotrebovala. d) Ak potom opäť vyjde po schodoch, potrebuje chemickú energiu na cestu aj na prekonanie výškového rozdielu. e) Ak sa pošmykne na pravom podstavci a spadne do bazéna, kinetická energia vyplýva výlučne z miestnej energie pre pracovný list 1.6. Naše najdôležitejšie primárne zdroje energie: obnoviteľné energie, zemný plyn, ropa, uhlie, jadrová energia 2007 prispeli k domácej dodávke primárnej energie: 22% jadrová energia, 24 % Hnedého uhlia, 22% čierneho uhlia, 12% zemného plynu, 14% obnoviteľných energií, 6% vykurovacieho oleja, prečerpávacieho zdroja a ďalších pre pracovný list 1.7 Zásobovanie primárnou energiou Prehľad zásob primárnej energie Nevyčerpateľné energie Obnoviteľné energie Fosílne palivá Vyčerpateľné energie Jadrové palivá Solárna energia Veterná energia Hydroenergia Biomasa Geotermálna energia Prílivová energia Uhlie Ropa Zemný plyn Urán tórium 2. Chýba slnečné žiarenie ako dôležitý nosič energie. 23

Úloha pre stanicu 1 Energetické veličiny Materiál: Učebné sekvencie, brožúra 1 Energia, učebné sekvencie, brožúra 2 Tepelné elektrárne Pracovné listy Pracovné úlohy: Prečítajte si jednotku merania energie na strane 11 učebných postupností pre brožúru 1, Energia. Pozri tiež prehľadnú tabuľku na strane 32. Vytvorte prehľadnú tabuľku v pracovnom hárku 2.1 Vykonajte nasledujúce cvičenie s použitím inej konverznej tabuľky (pracovný list 2.2): 1 kilojoule (kj) zodpovedá jednému joulu 10 3 1 000 1 megajoule (MJ) zodpovedá jednému miliónu Joule 10 6 1 000 000 1 Giga-Joule (GJ) zodpovedá jednej miliarde joulov Prečítajte si v brožúre 2 postupností učenia pre tepelné elektrárne, strany 21 a 22 Účinnosť. Vyriešte zodpovedajúcu úlohu v pracovnom liste 2.3. Na strane 12 v brožúre učebných sekvencií 1 Energia sa pozrite na ilustráciu energetickej rovnováhy Zeme. Slnko neustále svieti na zem s výkonom 180 miliárd megawattov. Koľko percent z neho sa uvoľní späť do vesmíru? Vypočítajte účinnosť zeme. V tabuľke zhromaždite hodnoty výkonu a spotreby energie typických domácich spotrebičov. Dodatočná úloha: Prečítajte si text k menovcovi energetickej jednotky (pracovný list 2.4). 24

Pracovný list 2.1 Merné jednotky pre energetickú stanicu 2 Množstvá energie Fyzické množstvo Jednotky Prepočet medzi jednotkami 25

Pracovný list 2.2 Merné jednotky pre energetickú stanicu 2 Energetické veličiny Čo môže energia robiť a aká je energia v 1 joule (1 J), aby včela musela preletieť 120 m elektrická energia vyžaduje vrecková kalkulačka na vykonanie 50 násobení 1 kilojoule (10 3 J) musíte si elektricky oholiť polovicu tváre, ktorú strávite, keď plávate 1 m, chodíte 5 m, bicyklujete 12 m alebo stúpate po 8 schodoch 1 megajoule (10 6 J) stačí na približne 2 medzinárodné futbalové zápasy farebne (TV ) strávite, ak 3,5 hodiny neurobíte vôbec nič (bazálny metabolizmus), na umývanie a sušenie 3 mesiace stačí v domácnosti pre 4 osoby 1 gigajoule (10 9 J), na osvetlenie 8 mesiacov 1 terajoule (10 12 J) Na 31 000 l benzínu, čo by stačilo na cestu okolo sveta v automobile 8, zle izolovaný dom premrhá za 7 rokov 1 petajoule (10 15 J), čo predstavuje kopu čierneho uhlia s veľkosťou futbalového ihriska a vysokou 6 m Zdroj: po M. Brocktovi v mtv, H4, 1985 1 Exajoul e (10 18 J), čo Zem prijme zo slnka za 6 sekúnd, je súčasná svetová spotreba primárnej energie za 21 hodín 26

Pracovný list 2.3 Účinnosť stanice 2 Množstvo energie V letný deň jeden meter štvorcový spĺňa 0,6 kJ slnečnej energie za sekundu. Slnečné žiarenie dopadá na solárne články s účinnosťou 12% a celkovou plochou 9 m 2. Za aký čas môžete vyrobiť elektrickú energiu 1 kWh? 27

Riešenia pre stanicu 2 Energetické množstvá pre pracovný list 2.2 Druhá prevodná tabuľka 1 kilojoul (kJ) zodpovedá tisícu joulov 10 3 1 000 1 megajoul (MJ) zodpovedá miliónu joulov 10 6 1 000 000 1 gigaoul (GJ) zodpovedá jednej miliarde joulov 10 9 1 000 000 000 1 tera joule (TJ) zodpovedá jednému biliónu joule 10 12 1 000 000 000 000 1 peta joule (PJ) zodpovedá jednému kvadriliónu joule 10 15 1 000 000 000 000 000 1 exa joule (EJ) zodpovedá jednému Bilióny joulov 10 18 1 000 000 000 000 000 000 pre pracovný list 2.3 Účinnosť 0,6 kj 1 m 2 1 s = vyžarovaná energia 0,6 kj 9 m 2 = 5,4 kj = 5400 wattov 1 m 2 1 ss 5400 W. 0,12 = 648 W t = 1 kwh = 1,54 h 648 W do práce, aby energetická bilancia Zeme 100% slnečné žiarenie; mínus 31% odraz atmosféry; mínus 21,7% tepelného žiarenia zo vzduchovej obálky; 47,3% sa dostane na povrch, t.j. H. 47,3% vyžarovanej energie sa prevedie v energetickej bilancii Zeme na pracovný list 2.4 Joule a jeho menovec V roku 1978 fyzická jednotka Joule nahradila svojho oficiálneho predchodcu, kalóriu, v praxi až dodnes s miernym úspechom. 29

Úloha pre stanicu 3 Tepelné elektrárne Materiál: Učebné sekvencie, brožúra 2 Tepelné elektrárne Pracovný list 3.1 Funkčnosť tepelných elektrární Pracovný list 3.2 Tepelné elektrárne ako prevádzače energie Pracovný list 3.3 Funkčnosť tepelných elektrární Textový list Výroba elektriny v tepelných elektrárňach Ďalšie informácie nájdete na: http://www.rag-deutsche-steinkohle.de/virtuelle_grubenfahrt/index Pracovné úlohy .php: Prečítajte si brožúru učebných sekvencií 2 tepelné elektrárne, strany 8 a 9. Spracujte priložené pracovné listy a odpovedzte na otázku: V ktorej časti systému prebieha premena na elektrickú energiu? Dodatočná úloha: Prečítajte si brožúru učebných sekvencií 2 tepelné elektrárne strany 10 až 15, kde získate podrobnejšie informácie. 30

Pracovný list tepelné elektrárne ako prevádzače energie Stanica 3 Tepelné elektrárne Komín Kotol/parný generátor Čistenie spalín Kolobeh vody a pary Uhoľný mlyn Uhoľný sklad Uhlíkový prachový ventilátor Čerpadlo napájacej vody Chemicky viazaná energia Elektrické vedenie Turbínový generátor Kondenzátor Chladiaci okruh Chladiaca veža V elektrárňach sa elektrická energia získava z iných foriem energie. Označte najdôležitejšie časti v náčrte. Dokončite reťazec premeny energie. 32

Pracovný list prevádzkový režim, stanica 3, tepelné elektrárne Vysvetlite základný prevádzkový režim uhoľnej elektrárne na výrobu energie. 33

Riešenia pre stanicu 3 Tepelné elektrárne k pracovnému listu Funkčnosť tepelných elektrární Riešenia textu v prázdnom texte: 1 = chemická energia 2 = tepelná energia 3 = para 4 = turbína 5 = generátor 6 = kotol 7 = teplo 8 = voda 9 = parný generátor 10 = para 11 = turbína 12 = generátor 13 = kondenzátor 14 = čerpadlo napájacej vody pre pracovné listy tepelných elektrární ako prevodník energie, pozri brožúru o postupoch učenia 2 tepelné elektrárne strana 8 34

Úloha pre stanicu 4 Kombinovaná výroba tepla a elektriny Materiál: Brožúra o postupoch učenia 2 - Tepelné elektrárne Pracovný list 4.1 KWK Pracovný list 4.2 - Príklad výpočtu Pracovné úlohy: Na vypracovanie princípu kombinovanej výroby tepla a energie použite pracovný list 4.1 KWK. Prečítajte si kapitolu 4.2 v postupoch učenia v brožúre 2 tepelné elektrárne, strany 24 až 26. Kombinovaná výroba tepla a elektrickej energie. Postupujte podľa príkladu výpočtu v pracovnom liste 4.2. Dodatočná úloha: Počas exkurzie v elektrárni si objasnite nasledujúce otázky. Aký je rozdiel medzi hlavným kondenzátorom a vykurovacím kondenzátorom? Ako je možné prispôsobiť tepelnú elektráreň rôznym energetickým požiadavkám v lete a v zime? Na čo sa dá v lete použiť diaľkové vykurovanie? 35

Pracovný list 4.1 Kogeneračná jednotka 4 Kombinovaná výroba tepla a energie V konvenčnej tepelnej elektrárni sa vyrába iba elektrická energia. Tepelná elektráreň na druhej strane vyrába elektrickú energiu aj diaľkové vykurovanie. Parný generátor Turbíny Elektrická sieť Generátor Čerpadlo napájacej vody na čistenie spalín Výmenník tepla Kondenzátor Palivový priemysel Obytné budovy Chladiaca veža Zdroj: ASE/podľa RWE Energie AG Popíšte vodný parný cyklus, keď tepelná elektráreň vyrába iba elektrickú energiu. Čo v tomto prípade absorbuje takzvané odpadové teplo? ak tepelná elektráreň vyrába iba diaľkové vykurovanie. Čo v tomto prípade absorbuje takzvané odpadové teplo? 36

Čo je najlacnejšia možnosť z hľadiska spotreby primárnej energie (PE)? Variant 1 PE, elektrina 400 000 kWh/0,37 1 081 081 kWh PE, vykurovanie 450 000 kWh/0,80 562 500 kWh celková PE, elektrina + PE, vykurovanie 1 643 581 kWh Variant 2 elektrina, doba využitia 200 000 kWh, CHP 200 000 kWh/50 kw 4 000 h tepla, CHP 70 kwh 4 000 h 280 000 kwh PE, CHP 200 000 kwh/0,35 571 429 kwh elektrina, EVU 400 000 kwh 200 000 kwh PE, elektrina EVU 200 000 kwh/0,37 540 540 kwh tepelný kotol 450 000 kwh 280 000 kwh 170 000 kwh PE, teplo 170 000 kwh/0,80 212 500 kwh PE, CHP + PE, elektrina EVU + PE, teplo 1 324 469 kwh Variant 2 s CHP je najlepším riešením z hľadiska primárnej energie pre čerstvé kvety. Existuje výhoda okolo 20%. 38

Úloha pre komponenty elektrárne stanice 5 Materiál: Učebné sekvencie, brožúra 2 - Tepelné elektrárne http://www.energiewelten.de/elexikon/lexikon/index3.htm Pracovný list 5.1 Základný náčrt Ďalšie informácie nájdete na: http://www.rwesolutionsworld.de/dokumente/rwe_solutions_world_index_v4. html http://www.tilo-schuster.de/2004/homes04-46.htm Pracovné príkazy: Nasledujte prechádzku najdôležitejšími komponentmi tepelnej elektrárne online v Lexikóne energetických svetov. Použite nasledujúce odkazy: Tepelná energia Spaľovacia elektráreň Výroba pary Kotol Bensonov kotol Čistenie spalín Znečisťujúca látka v spalinách Parná turbína Verzie Generátor Generátory elektrárne Kondenzátor Chladiaca veža Mokrá chladiaca veža s prirodzeným ťahom Prečítajte si strany 9 až 15, kapitola 2.1.3 sekvencií učenia, vydanie 2 Tepelné elektrárne. Až do 2.1.7 Vyplňte rozpoznané komponenty v hárku 5.1 Obrysový náčrt. 39

Pracovný list 5.1 Schematický náčrt stanice 5 komponentov elektrárne 1 3 6 8 9 10 7 11 15 2 14 4 5 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 40

Riešenie pre stanicu 5 Komponenty elektrárne pre pracovný list 5.1 Základný náčrt 1 - Kotol/Spaľovacia komora 2 - Pec/Horák 3 - Odsávanie dymu a výfukových plynov 4 - Čerpadlá napájacej vody 5 - Napájacia voda 6 - Prehriatá para 7 - Vysokotlaková turbína 8 - Nízkotlaková turbína 9 - Generátor 10 - Energetický stroj 11 - Kondenzátor 12 - Čerpadlo chladiacej vody 13 - chladiaca voda 14 - predhrievač 15 - vedenie do elektrickej siete 41

Časový rozvrh Prieskumy elektrární sú populárne a mali by samozrejme bezproblémovo zapadať do priebehu hodiny. Preto sa včas dohodnite na dodávke energie, ktorej elektráreň chcete navštíviť, a to včas. 44

---