Hiện nay cùng với sự phát triển công nghiệp và hiện đại hóa thì nhu cầu năng lượng cũng rất cần thiết cho sự phát triển của đất nước. Vấn đề đặt ra là phát triển nguồn năng lượng sao cho phù hợp mà không ảnh hưởng đến môi trường và cảnh quan thiên nhiên. Trong khi đó, các nguồn năng lượng như than đá, dầu mỏ, khí đốt, …. ngày càng cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường và là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính. Để giảm thiểu những vấn đề trên, ta phải tìm nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch để thay thế hiệu quả. Nhiều lần, theo bố mẹ về quê, em thấy lưu lượng phương tiện giao thông qua lại rất nhiều nhất là ở những trạm soát vé giao thông. Như chúng ta đã biết, các phương tiện giao thông đi lại lúc nào cũng tạo ra lực nén trên mặt đường. Đó là điều không thể tránh được. Giải pháp tạo ra năng lượng dựa trên phương tiện giao thông tận dụng lực nén này. Lực nén này nhờ hệ thống truyền chuyển động từ mặt đường đến bánh răng, làm quay mô tơ của máy phát điện tạo ra dòng điện.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THCS THƯỢNG THANH – LONG BIÊN- HÀ NỘI ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015). Tên đề tài: MÁY PHÁT ĐIỆN Ở TRẠM SOÁT VÉ GIAO THÔNG Lĩnh vực: Năng lượng và vận tải NGƯỜI HƯỚNG DẪN - Phạm Như Trang - Đơn vị công tác :Trường THCS Thượng Thanh – Long biên – Hà Nội TÁC GIẢ: 1. Vũ Hoàng Long Lớp: 9A Trường: THCS Thượng Thanh – Long biên – Hà Nội 2. Trương Bá Việt Lớp: 9A Trường: THCS Thượng Thanh – Long biên – Hà Nội Hà Nội, tháng 11 năm 2014 1 MỤC LỤC PHẦN I: Lý do chọn đề tài 3 PHẦN II: Tổng quan vấn đề nghiên cứu 4 PHẦN III: Quá trình nghiên cứu và kết quả 7 PHẦN IV: Kết luận 13 2 PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Năng lượng là một trong những yếu tố cần thiết cho sự tồn tại và phát triển xã hội, đồng thời cũng là yếu tố duy trì sự sống trên trái đất. Trong thời đại ngày nay, năng lượng là vấn đề cấp thiết của tất cả các quốc gia trên thế giới. Bên cạnh việc nghiên cứu, tìm kiếm các loại năng lượng mới thì sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng cũng là mối quan tâm hàng đầu. Trong tương lai nếu chúng ta không sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng trong tự nhiên chúng sẽ bị cạn kiệt. Vì thế chúng ta nên nghiên cứu tìm hiểu về các nguồn năng lượng mới, nhất là nguồn năng lượng có sẵn, gần gũi với con người không gây ô nhiễm môi trường có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Đã có rất nhiều nghiên cứu về các nguồn năng lượng mới như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng hạt nhân, năng lượng thủy triều…. Tuy nhiên việc sử dụng những nguồn năng lượng này không phải không có hạn chế như chi phí cao, đắt đỏ và phải có mặt trời, gió…. Kính thưa các thầy cô giáo! Hàng ngày, em thấy có rất nhiều phương tiện giao thông đi lại tấp nập trên đường phố. Ai ai cũng cần đi lại, di chuyển. Câu hỏi nảy sinh trong đầu em là: 1) Tại sao không tận dụng việc phương tiện giao thông đi lại để tạo ra nguồn năng lượng mới? Như vậy, ta vừa có thể vận chuyển nhưng vẫn có thêm nguồn năng lượng hữu ích. 2) Tận dụng việc phương tiện giao thông đi lại như thế nào để tạo ra năng lượng? Hai câu hỏi trên cứ làm em băn khoăn, trăn trở, suy nghĩ mãi. Rồi em có nói với bố em về những suy nghĩ thắc mắc của mình. Bố em đã khuyến khích động viên em để em tự mày mò nghiên cứu dựa trên những kiến thức đã học để tạo ra năng lượng. Từ đó, ý tưởng tận dụng phương tiện đi lại tạo ra năng lượng dần dần hình thành trong em. Từ những băn khoăn suy nghĩ trên, em đã đặt ra mục tiêu ý tưởng là xây dựng được một mô hình trạm phát điện tận dụng phương tiện giao thông qua lại tạo ra năng lượng. Giải pháp công nghệ này có thể tạo ra nguồn năng lượng xanh, sạch sử dụng điện chiếu sáng và các thiết bị khác. 3 PHẦN II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI 1. Tổng quan Hiện nay cùng với sự phát triển công nghiệp và hiện đại hóa thì nhu cầu năng lượng cũng rất cần thiết cho sự phát triển của đất nước. Vấn đề đặt ra là phát triển nguồn năng lượng sao cho phù hợp mà không ảnh hưởng đến môi trường và cảnh quan thiên nhiên. Trong khi đó, các nguồn năng lượng như than đá, dầu mỏ, khí đốt, …. ngày càng cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường và là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính. Để giảm thiểu những vấn đề trên, ta phải tìm nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch để thay thế hiệu quả. Nhiều lần, theo bố mẹ về quê, em thấy lưu lượng phương tiện giao thông qua lại rất nhiều nhất là ở những trạm soát vé giao thông. Như chúng ta đã biết, các phương tiện giao thông đi lại lúc nào cũng tạo ra lực nén trên mặt đường. Đó là điều không thể tránh được. Giải pháp tạo ra năng lượng dựa trên phương tiện giao thông tận dụng lực nén này. Lực nén này nhờ hệ thống truyền chuyển động từ mặt đường đến bánh răng, làm quay mô tơ của máy phát điện tạo ra dòng điện. 2. Thực trạng tiêu thụ điện ở Việt Nam Theo tính toán quy hoạch phát triển năng lượng quốc gia, trong giai đoạn 2010- 2020 nước ta sẽ mất cân đối giữa khả năng cung cấp và nhu cầu sử dụng nguồn điện năng. Từ một nước xuất khẩu thành nước nhập khẩu năng lượng. Điện năng được tiêu thụ chủ yếu tại các thành phố lớn. Chỉ tính riêng các khu công nghiệp- kiểu chế xuất (KCN- KCX) ở thành phố Hồ Chí Minh thì lượng điện tiêu thụ chiếm gần 20% sản lượng điện tiêu thụ toàn thành phố. Có thể nói, lượng tiêu thụ điện ở KCN- KCX là khá lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến lượng điện năng của thành phố. Năng lượng tiêu hao cho một đơn vị sản phẩm ở nhiều ngành công nghiệp của Việt Nam cao hơn Thái Lan và Malaysia khoảng 1,5- 1,7 lần. Từ một nước xuất khẩu năng lượng nhưng đến năm 2009, nước ta đã phải nhập khẩu điện lên 4,84% năm 2009. Một số vùng vẫn mua điện của Trung Quốc để hòa vào lưới điện quốc gia. Một số đảo nhỏ chưa có điện, phải chạy máy phát điện. Do thiếu điện, một số thời điểm phải cắt điện luân phiên, một số nhà máy phải sản xuất ca 3. Bên cạnh đó, nhiều người dân vẫn chưa có ý thức trong việc tiết kiệm điện năng. Thực trạng đó đã đặt ra nhiều thách thức cho các ngành chức năng là làm thế nào để giảm tải lượng điện năng tiêu thụ, đảm bảo và duy trì nguồn điện ổn định cho các lĩnh vực. 4 3. Tìm hiểu một số cách sản xuất điện tại các nhà máy điện a) Nhà máy thủy điện Nhà máy thủy điện là nơi chuyển đổi sức nước (thủy năng) thành điện năng. Nước được tụ lại từ các đập nước với một thế năng lớn. Qua một hệ thống ống dẫn, năng lượng dòng chảy của nước được truyền tới tua-bin nước, tua-bin nước được nối với máy phát điện, nơi chúng được chuyển thành năng lượng điện. Gần 18% năng lượng điện trên toàn thế giới được sản xuất từ các nhà máy thủy điện [ . Tại Việt Nam vai trò của nhà máy thủy điện là rất quan trọng. Nhà máy thủy điện Hòa Bình là nguồn cung cấp điện chính cho đường dây điện cao thế 500 kv Bắc-Nam. Năng lượng điện từ nhà máy thủy điện là một dạng năng lượng tái sinh, năng lượng sạch vì không thải khí có hại cho môi trường như các nhà máy điện khác. Tuy nhiên, hiệu suất của nhà máy thủy điện còn phụ thuộc lượng nước dự trữ tại các hồ chứa. Chi phí xây dựng đầu tư cho nhà máy thủy điện rất lớn. Các dự án xây dựng thủy điện cũng có thể phá vỡ sự cân bằng sinh thái xung quanh. Một số nhà máy thuỷ điện lớn ở nước ta như nhà máy thủy điện Hòa Bình, nhà máy thuỷ điện Yaly, nhà máy thủy điện Trị An, nhà máy thủy điện Sông Hinh, nhà máy thủy điện Thác Bà, nhà máy thủy điện Thác Mơ, nhà máy thủy điện Đa Nhim, nhà máy thủy điện Sông Bun, nhà máy thủy điện Cửa Đạt, nhà máy thủy điện Buôn Kuốp, nhà máy thủy điện Buôn Tua Srah, nhà máy thủy điện Srêpok 3, nhà máy thủy điện Nho Quế 3…. b) Nhà máy nhiệt điện Năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành điện năng. Do đốt cháy nguyên liệu trong quá trình sản xuất (dầu, than, khí từ mỏ dầu ) do đó phụ thuộc vào nguồn cung các nguyện liệu này. Tạo ra khí thải làm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu ứng nhà kính. Trong tình hình nguồn nguyên liệu ngày càng cạn kiệt, giá thành cao sẽ ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nhà máy (than đá, dầu mỏ sắp hết trong khoảng vài chục năm nữa). Nguyên liệu bị đốt cháy sẽ mất đi không thể tái tạo. Một số nhà máy nhiệt điện lớn ở nước ta như nhà máy Phả Lại 1, nhà máy Phả Lại 2, Nhà máy Uông Bí, Nhà máy Ninh Bình, Nhà máy Quảng Ninh… c) Điện gió: Lấy năng lượng từ gió làm quay tuabin, được dùng ở một số đảo ở nước ta. Năng lượng gió là nguồn năng lượng có thể tái tạo, vô tận, không gây ô nhiễm môi trường. Nhược điểm lớn nhất của năng lượng gió là nó không liên tục. Điện chỉ có thể được sản xuất khi gió đủ mạnh. Tuy nhiên khi gió tạm lắng thì thì việc sản xuất điện bằng năng lượng gió là không thể. Những nỗ lực đã được thực hiện bằng việc lưu trữ năng lượng gió thành công và sử dụng nó kết hợp với các dạng năng lượng 5 khác. Tuy nhiên, để nguồn năng lượng này trở thành nguồn năng lượng chính trong tương lai gần thì những nỗ lực này cần phải được nhanh chóng và rộng rãi hơn. d) Pin mặt trời. Pin mặt trời là những tấm phẳng làm bằng chất Silic. Nếu chiếu sáng mặt trời vào tấm đó thì năng lượng của ánh sáng mặt trời sẽ trực tiếp chuyển hóa thành điện năng. Những pin mặt trời nhỏ được đặt trong các đồng hồ đeo tay hay máy tính bỏ túi, cứ chiếu sáng vào thiết bị đó là các máy này hoạt động. Những pin mặt trời lớn thường kèm theo một acquy. Ban ngày pin mặt trời nạp điện cho ban đêm sử dụng. Tuy nhiên thời tiết của chúng ta đặc biệt là miền Bắc có thời điểm mùa đông, không có nắng vậy nên việc sử dụng pin mặt trời sẽ không được thường xuyên, liên tục. e) Nhà máy điện hạt nhân Nhà máy điện hạt nhân hay còn gọi là Nhà máy điện nguyên tử. Trong nhà máy có một lò phản ứng, ở đó năng lượng hạt nhân được biến đổi trực tiếp thành nhiệt năng làm nóng một chất lỏng lên đến 315 o C. Chất lỏng này lại được dùng để đun sôi nước trong nồi hơi. Hơi nước sôi dùng để chạy tuabin của máy phát điện. Nhà máy điện hạt nhân có thể cho công suất rất lớn và tốn ít nhiên liệu nhưng nhà máy cần có thiết bị bảo vệ rất cẩn thận để ngăn các tia phóng xạ có thể gây nguy hiểm chết người. Một số nhà máy điện hạt nhân ở Việt Nam như Nhà máy điện hạt nhân ở Ninh Thuận… 4. Điểm mới, sáng tạo của đề tài Ở nước ta, nguồn điện sử dụng chủ yếu từ các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện gió, năng lượng mặt trời,… mà chưa tận dụng nguồn năng lượng tái tạo từ lực nén của các phương tiện giao thông. Mà nguồn năng lượng này là nguồn năng lượng sạch, có tiềm năng rất lớn. 6 PHẦN III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 1) Tìm hiểu mô hình máy phát điện Muốn tạo ra dòng điện, ta phải cho đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên. Để tạo ra đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên (từ trường biến thiên), ta có thể cho cuộn dây dẫn kín quay trong từ trường của nam châm hay cho nam châm quay trước cuộn dây dẫn. Mô hình máy phát điện xoay chiều có cuộn dây quay Mô hình máy phát điện có nam châm quay 2) Làm thử mô hình đơn giản 7 Hình 33.3 (SGK Vật lý 9, 91) Ta cho một nam châm quay trước cuộn dây dẫn kín. Khi nam châm quay, đường sức từ của nam châm cũng quay theo, làm cho đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên. Từ đó, trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng điện cảm ứng. 3) Ý tưởng Hằng ngày, chúng ta ai ai cũng có nhu cầu di chuyển đi lại bằng các phương tiện giao thông. Giải pháp tận dụng các phương tiện giao thông để tạo ra điện vừa giúp chúng ta vận chuyển vừa tạo ra điện càng hữu ích. Như chúng ta đã biết, các phương tiện giao thông đi lại lúc nào cũng tạo ra lực nén trên mặt đường. Đó là điều không thể tránh được. Giải pháp tạo ra năng lượng dựa trên phương tiện giao thông tận dụng lực nén này. Lực nén này nhờ hệ thống lò so truyền chuyển động đến bánh răng, làm quay mô tơ của máy phát điện tạo ra dòng điện. (Mô tơ quay tạo ra từ trường biến thiên → Từ đó, tạo ra dòng điện). 4) Tiến hành - Bản vẽ: 8 Bản vẽ chi tiết máy phát điện (Hình chiếu đứng, hình chiếu cạnh, hình chiếu bằng) Bản vẽ tổng quan của máy phát điện 9 - Mua nguyên vật liệu: STT Nguyên vật liệu Thông số kỹ thuật Số lượng 1 Thanh trụ sắt 13cm 04 2 Lò so 9cm 04 3 Tấm mica 1cm 02 4 Miếng thép 16,5cm x 16,5cm Dày: 1,5mm 01 5 Bánh răng 1 Bán kính: 14,5cm 01 6 Bánh răng 2 Bán kính: 1,2cm 01 7 Máy phát điện mini 6V 01 8 Đèn LED 3V 01 9 Đế thép rỗng 18cm x 3cm x 6cm 02 10 Mảnh nhựa fíp 23cm x 20cm 02 - Lắp đặt: theo mô hình bản vẽ chi tiết - Vận hành: Dùng tay (thay cho các phương tiên giao thông) để tạo lực nén lên tấm mica - Khó khăn: tốn nhiều công sức do chưa có mô hình mẫu từ bước xây dựng bản vẽ đến mua nguyên vật liệu và lắp đặt, hoàn thành sản phẩm 5) Sản phẩm Máy phát điện ở trạm soát vé giao thông ở góc nhìn thẳng đứng 10 [...].. .Máy phát điện ở trạm soát vé giao thông ở góc nhìn bên cạnh Máy phát điện ở trạm soát vé giao thông ở góc nhìn bên cạnh - Các thông số: U = 3 – 6V 11 6) Ứng dụng - Giúp nạp ắc quy, chiếu sáng đèn, hoạt động các thiết bị điện khác ở trạm soát vé giao thông (sử dụng điện tại chỗ) - Khó khăn: Mô hình máy phát điện ở trạm soát vé giao thông tạo ra dòng điện và sử dụng tại chỗ nhưng dòng điện tạo... không ổn định, liên tục do chưa có bộ tích điện 7) Hướng phát triển Mô hình máy phát điện ở trạm soát vé giao thông có thể đưa hoạt động ở trạm soát vé giao thông, cầu cảng, cầu phà và có thể sử dùng lực nén của cơ thể người tại trung tâm thương mại, bệnh viện, trường học, nơi đông người qua lại….tạo ra dòng điện Trong thực tế, để máy phát điện ở trạm soát vé giao thông hoạt động tốt hơn, ta có thể thay... tăng điện năng Phần Điện: Chế tạo mạch tích và chuyển đổi năng lượng để tạo ra dòng điện lớn, ổn định, lâu dài 12 PHẦN IV: KẾT LUẬN Với nội dung của đề tài đã thực hiện, đề tài đã giải quyết được những vấn đề cơ bản sau: 1 Đã xây dựng được sơ đồ nguyên lý giải pháp công nghệ để tạo ra điện dựa trên phương tiện giao thông đi lại 2 Xây dựng được mô hình thực tế máy phát điện ở trạm soát vé giao thông. .. thử nghiệm trên mô hình thực tế bằng cách ấn nhẹ tay vào tấm mica (giống như lực nén của phương tiên giao thông) liên tục Hệ thống lò so nén xuống làm tay đòn Từ đó bánh răng chuyển động làm quay mô tơ của máy phát điện làm sáng bóng đèn Led 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Sách Giáo Khoa Vật Lý 9 2 Mô hình phát điện trong phòng thí nghiệm 14