Проекты

Волноприбойный генератор

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Идея» среди работ учащихся 8−9 классов

Направление работы: Инженерные науки
Авторы работы: ГБОУ Школа № 630
Предметы: Физика
Классы: 8 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2020 года

Актуальность

Когда запасы традиционных источников энергии (нефть, газ и уголь) истощаются, а их использование приводит к образованию парникового эффекта на планете, большее количество ученых обращаются к поискам альтернативных способов получения энергии, например, энергии приливной волны. Энергия волн - энергия, которую волны переносят по поверхности воды. Это неисчерпаемый источник, пригодный для получения электричества.
При создании нашей модели мы использовали метод, когда камеры, нижняя часть которых погружена в воду, соединены с катушкой индуктивности на стационарной платформе. Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электрическую.

Цель

Сконструировать, создать и апробировать модель волноприбойного генератора.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Набор электротехнических приборов
  • Металлические конструкции
  • Магниты

Описание

Волноприбойный генератор - это устройство, которое устанавливается на берегу водоема (океана, моря) и вырабатывает некоторое количество энергии из прибойных волн. Мы создали и апробировали действующую модель.  Сейчас работаем над ее усовершенствованием.

Принцип работы. Механическая энергия преобразуется в электрическую на основе явления электромагнитной индукции. Генератор состоит из двух частей - подвижной и не подвижной. К подвижной части относится волноприбойная платформа, толкающий вал и неодимовый магнит. К неподвижной части относится опора, возвратные пружины, катушка индуктивности и несущий каркас. Когда волна бьет по волноприбойной платформе, она передаёт импульс толкающему валу, с прикрепленным на нем магнитом. Магнит проходит через катушку индуктивности, что и вызывает небольшой электрический импульс. Когда магнит уже прошёл через катушку,  толкательный вал упирается в возвратные пружины, которые в свою очередь и приводят всю подвижную часть в привычное положение.  

Впереди установки стоит общая, секционная пластина из оцинкованной стали. Она выполняет роль платформы, на которую давит накатывающая волна. Платформа может раскрываться на 4 маленьких секции, благодаря подвижным креплениям и гидравлическому приводу. Это необходимо на случай урагана или шторма, чтобы сильными волнами установку не снесло в море и не сломало.  К платформе прикреплён общий  стационарный вал, с другой стороны которого закреплен стационарный редкоземельный неодимовый магнит. Вал передает поступательно-колебательную силу, полученную от волны на магнит. Магнит в свою очередь проходит через втулку, на которой намотано 45 метров тонкого медного провода 0,01 мм. Чтобы вал возвращался в прежнее положение, по бокам от катушки индуктивности прикреплены 3 пружинных амортизатора, которые выталкивают вал из сжатого положения в обычное. В ходе работы с катушки индуктивности выходит однополярное напряжение, которое преобразуется в двухполярное с помощью диодного моста и ещё нескольких компонентов.

Результат работы/выводы

Результат работы позволил оценить КПД волноприбойного генератора и создать более продуктивные модели.

При конструировании опытной модели мы столкнулись с рядом проблем, которые я решил.

1. В катушке индуктивности вырабатывается однополярный ток, которым нельзя эффективно запитывать электрические компоненты. Для этого мной был поставлен один диодный мост, который выпрямляет напряжение в двуполярное.

2. Гидродинамика и оптикаемость установки под водой.

3. В катушке индуктивности появился электрический импульс, магнит должен резко пройти через неё. Это может быть только при сильных волнах. Мой генератор выдаёт пиковое электрическое напряжение в 4,5 Вольт. Это крайне мало, но хватает для наглядной демонстрации работы установки. Подводя итог, я могу сказать, что моя установка далеко не совершенна, и у неё есть свои недостатки, но при доработке эта технология имеет некоторые перспективы.

Мнение автора

“Я считаю, что Курчатовский проект - очень полезный проект  и хорошая помощь ученикам, которым интересно проводить исследования и которые стремятся к чему-то большему. Защищая свой проект я научился выступать публично, что было для меня большой проблемой.

Мнение автора

“Я считаю, что Курчатовский проект - очень полезный проект  и хорошая помощь ученикам, которым интересно проводить исследования и которые стремятся к чему-то большему. Защищая свой проект я научился выступать публично, что было для меня большой проблемой.

Участие в Курчатовском проекте дало мне много нового: я освоил методы научного исследования, получил новые знания в электродинамике, освоил навыки инженерных работ. А главное, я  осознал актуальность современных  экологических проблем. Также  я научился работать с различными приборами измерительными приборами и электротехническими схемами.  Он помогает школьникам создавать научные проекты, это очень интересно! ”