პროექტი

1. პროექტის სახელი: “ქარი ადამიანის სამსახურში”.

2. პროექტის მოკლე აღწერა:

· История ветряных мельниц;

· Как работают ветряные мельницы?;

· Современные ветряные мельницы;

· Ветряные мельницы будущего;

· Дамбы и Полдеры.

3. პროექტის სრული აღწერა:

Античность

н. э. Персидские мельницы описываются в сообщениях мусульманских географов в IX в., отличаются от западных конструкцией с вертикальной осью вращения и перпендикулярно расположенными крыльями, лопатками или парусами. Персидская мельница имеет лопасти на роторе, расположенные аналогично лопаткам гребного колеса на пароходе и должна быть заключена в оболочку, закрывающую часть лопаток, иначе давление ветра на лопасти будет одинаковым со всех сторон и, так как паруса жестко связан с осью, мельница не будет вращаться.Еще один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайская мельница или китайский ветряк. Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса.

Средневековье

Ветряные мельницы с горизонтальной ориентацией ротора известны с 1180 г. во Фландрии, Юго-Восточной Англии и Нормандии. В XIII веке в Священной Римской империи появились конструкции мельниц, в которых всё здание поворачивалось навстречу ветру.

Мельница-башня с фиксированной крышей, Испания. Такое положение дел было в Европе вплоть до появления двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей в XIX веке. Водяные мельницы были распространены в основном в горных районах с быстрыми реками, а ветряные — в равнинных ветреных местностях.

Мельницы принадлежали феодалам, на чьей земле они располагались. Население было вынуждено искать так называемые принудительные мельницы для помола зерна, которое было выращено на этой земле. В совокупности с плохой дорожной сетью это вело к локальным экономическим циклам, в которые были вовлечены мельницы. С отменой запрета, население стало в состоянии выбирать мельницу по своему усмотрению, таким образом стимулируя технический прогресс и конкуренцию.

Новое время

В конце XVI века в Нидерландах появились мельницы, у которых навстречу ветру поворачивалась только башня. До конца XVIII в. ветряные мельницы были в огромном количестве распространены по всей Европе — там, где ветер был достаточно силен. Средневековая иконография ясно показывает их распространенность. В основном они были распространены в ветреных северных областях Европы, в значительной части Франции, Нижних Землях, где в прибрежных районах некогда имелось 10 000 ветряных мельниц, Великобритании, Польше, Прибалтике, Северной России и Скандинавии. В других европейских регионах было всего несколько ветряных мельниц. В странах Южной Европы (Испания, Португалия, Франция, Италия, Балканы, Греция), строились типичные мельницы-башни, с ровной конической крышей и, как правило, фиксированной ориентацией. Когда в XIX в. произошел общеевропейский экономический скачок, наблюдался и серьезный рост мельничной промышленности. С появлением множества независимых мастеров произошел единовременный рост числа мельниц. В России ветряные мельницы традиционно использовалась для помола зерна или подъёма воды. Современные ветряные электростанции обеспечивают электроэнергией небольшие хозяйства и предприятия.

Мельницы в искусстве

Метафора «сражаться с ветряными мельницами» означает «бороться с воображаемым противником, бесцельно тратить силы». Корни этой метафоры находятся в произведении Сервантеса «Дон Кихот». Первая ветряная мельница выглядела очень просто: вертикальный вал и паруса, прикреплённые к нему. Жернова такого устройства перемалывали зерно в древней Персии. Со временем к людям пришло понимание того, что эффективность ветряных мельниц можно повысить, если использовать горизонтальный винт, раположенный на башне. Чем выше башня, тем сильнее ветер, тем больше зерна можно перемолоть. Такая ветряная мельница передавала основное движение с горизонтального вала на вертикальный, который, в свою очередь, приводил в движение жернова. Правда у ветряных мельниц был очевидный недостаток – направление ветра постоянно меняется, что привело к необходимости поворачивать башню, что требовало от мельника немалой физической силы. На сегодняшний день почти все ветряные генераторы имеют башню, поворачивающуюся навстречу ветру самостоятельно. Этот способ впервые был применен для флюгеров, а затем получил распостранение при создании ветряных мельниц. Наиболее часто ветряные мельницы использовались в городах Европы начиная с 16 века. Здесь их применяли как для орошения засушливых районов, таки для откачки воды. Наиболее распостранены такие устройства были в Голландии, Франции, Испании. Позднее ветряные мельницы уступили место водяным – постоянная скорость течения реки стала преимуществом, а затем и паровым генераторам. Но с появлением электричества ветряные мельницы начали свою вторую жизнь, и теперь широко распостраны по всему миру. Впервые принцип действия ветряной мельницы был описан во 2-ом веке до нашей эры Героном Александрийским, греческим математиком.

Однако возникновение относят к намного более позднему времени. Первые ветряные мельницы были построены на территории современного Ирана - в Персии - где-то в районе 7-9-ых веков нашей эры, как свидетельствуют арабские источники. Их появление также относят ко времени правления Омар ибн аль-Хаттаб'а, второго праведного халифа и близкого соратника пророка Мухаммеда.

Ветряная мельница была изобретена в середине XVI в., которая могла перекачивать воду на более высокий уровень. Это событие явилось прорывом в борьбе человека со стихией. С тех пор люди могли проложить дамбу вокруг озера, откачать из него воду и начать культивировать землю. Первым крупным проектом стало осушение в 1612 г. озера Бемстер в Северной Голландии, площадь которого составляет 7020 га. С помощью 42 ветряков этого удалось достичь за четыре года. Эти работы были выполнены на средства 123 богатых амстердамских торговцев. Подобную деятельность они считали хорошим вложением денег, заработанных торговлей. На новой целинной земле строились их прекрасные загородные дома. Богато украшенная половина дома служила самим хозяевам. Вторая половина заселялась крестьянами.

Ветряки, как и заградительные дамбы, тоже имели свое ограничение - они не могли поднимать воду на высоту более 1,2 м. Когда уровень воды был выше этой отметки, ветряки строились друг за другом. При каждом ветряке был пруд, куда накачивалась вода. Так называемая "Лестница" из ветряков, служила для перекачки воды наверх: каждый последующий ветряк стоит чуть выше предыдущего.

Современные ветряные мельницы

Ветряные мельницы (ветряки), производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные роторы диаметром 23 м. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 м. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт. В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для экологически чистой энергии.

Ветряные мельницы будущего

На сегодняшний день создание наиболее эффективной береговой ветряной турбины является важнейшей задачей. Производители по всему миру экспериментируют с двумя технологиями, стараясь либо удлинить лопасти, чтобы ловить больше порывов ветра, либо упростить трансмиссию, что уменьшит необходимость дорогостоящего ремонта, производимого в море. Разработка компании GE, которая увидит свет в 2012 году, соединяет в себе оба подхода. GE создала легкие лопасти длиной 176 футов — это примерно на 40% больше среднего размера — с более эффективной аэродинамической формой. Лопасти прикреплены к трансмиссии, которая попрощалась со многими деталями (в том числе, с коробкой передач) склонными к поломкам и энергопотерям. Прямой привод вместо передач и обыкновенные магниты вместо электромагнитов, что позволяет отказаться от использования щеток, катушек и энергии «из розетки» при каждом запуске. Сейчас лопасти тестируются в Нидерландах, а трансмиссия — в Норвегии. Соединение этих частей должно создать турбину, которая улавливает на 25% больше энергии ветра, чем обыкновенные модели, поэтому она чаще может работать на полную мощность, составляющую 4 мегаватта — этого количества энергии достаточно для 1000 домов.

Генератор: 90-тонный генератор состоит из примерно 20-футового кольца магнитов, которое вращается и вырабатывает электрический ток. Большой диаметр позволяет вырабатывать большое количество энергии на малых скоростях (от 8 до 20 оборотов в минуту), поэтому коробка передач для увеличения скорости до тысяч оборотов в минуту, как это обычно делается в мегаваттных генераторах, больше не нужна. «Откажитесь от коробки передач, и вам больше не нужно менять масло», — говорит инженер из GE Гарри Мерсер.

Электросхема: Конвертеры стабилизируют частоту вырабатываемого тока. Трансформаторы увеличивают вольтаж с 690 вольт до более чем 22 тысяч, так что ток может легко преодолевать большие расстояния.

Контроллер угла установки лопасти винта: Чтобы увеличить эффективность работы. контроллер может повернуть каждую лопасть на любой угол, от долей градуса до нескольких градусов в секунду. Кроме того, этот контроллер может «прятать» лопасти от слишком сильного ветра, чтобы избежать перегрузок и повреждения оборудования.

Лопасти: Легкое прочное углеродное волокно заменяет стеклопластик в важнейших местах лопастей, поэтому они становятся легче и прочнее. Плоская (а не коническая) форма увеличивает эффективность.

К XVIII в. и этих мер было уже недостаточно. Тогда пришлось пожертвовать частью пастбищ. Люди строили вокруг них дамбы и создавали таким образом резервуары, куда ветряки могли бы сбрасывать лишнюю воду. Один из таких резервуаров, возле которого находится 19 мельниц, можно увидеть у Киндердайка. Он настолько велик, что позволяет в течение двух месяцев непрерывно откачивать в него воду. Благодаря этому затопления можно избежать даже при продолжительном высоком уровне воды в Рейне.

Дамбы и Полдеры

C давних времён люди селились на плодородных землях вдоль них. Конечно, при таком поселении есть не только преимущества - случались и наводнения, и тогда, взявшись за руки, люди боролись со стихией, защищая себя, свои дома и пахотные земли, расположенные ниже уровня моря. Строительство речных дамб началось очень рано, чтобы бороться с неожиданными проявлениями необузданной стихии, поселенцы сооружали польдеры - осушенные участки маршей, защищённые дамбами от затопления морскими водами. В голландском искусстве, в котором любовь к национальной сельской местности самое главное веянье искусства, много полотен посвящено восхвалению воды и предупреждению о её опасности.

Первый большой гидротехнический проект в Нидерландах относится к 1287 г. После того, как ия Фрисландия оказалась затопленной, граф Флорис V распорядился проложить окружную дамбу длиной 126 км, состоящую из глины и морской травы. Подобные сооружения, только в более современном виде можно встретить и по сей день. Например, остатки такой дамбы до сих пор составляют часть побережья озера Эйсселмер между городами Хорн и Энкхаузен. В районе Колхорна, повторяя линию береговой дамбы, (тся, так называемая, "спящая дамба", которая на сегодняшний день не несет никакой функции. Но в случае прорыва береговой она "просыпается" и защищает земли, расположенные за ней. В середине XVI в. была изобретена ветряная мельница, которая могла перекачивать воду на более высокий уровень. Это событие явилось прорывом в борьбе человека со стихией. С тех пор люди могли проложить дамбу вокруг озера, откачать из него воду и начать культивировать землю. Первым крупным проектом стало осушение в 1612 г. озера Бемстер в Северной Голландии, площадь которого составляет 7020 га. С помощью 42 ветряков этого удалось достичь за года.Гидротехнические проекты широко распространены в настоящее время во многих странах: Голандии, Ирландии, Китае и др.

Сила ветра

Сила ветра, эксплуатация которой считается одним из самых современных направлений энергетики, использовалась человечеством с незапамятных времен, за тысячелетия до нашей эры. Особенным шагом в развитии древней энергетики стало изобретение ветряных мельниц — и это по-своему эпохальное событие, потому что основная идея используется и в настоящее время для получения электричества. Интересна эволюция идеи ветряных мельниц — развитие инженерной мысли с целью повышения коэффициента полезного действия. Первые ветряные мельницы были вертикально-осными - так называемого карусельного типа. В их конструкции старались использовать легкие материалы. На следующем этапе широкое распространение получили горизонтально-осные конструкции, или ветряные двигатели крыльчатого типа, которые строились с использованием достаточно тяжелых материалов. Это объяснялось тем, что для выполнения своих задач крыльчатые двигатели должны были развивать большую мощность.

Ветроэлектроэнергетика

Открытие электричества, изобретение генератора стало новым стимулом к совершенствованию ветряных двигателей. Несомненно, что идея использовать силу ветра для выработки электроэнергии приходила в голову не одному инженеру.

Первая же станция промышленного типа была построена в Америке в городе Кливленд (штат Огайо) в 1888 году Чарльзом Брашем. Эта многолопастная конструкция, диаметр крыльев которой составлял 17 м, способна была вырабатывать до 12 кВт электроэнергии, что, конечно, очень мало по сравнению с современными установками, имеющими такой размах крыльев, вырабатывающими до 100 кВт. Но ведь это было почти 120 лет назад! Станция Браша, успешно проработав почти 20 лет, доказала, с одной стороны, перспективность данного направления электроэнергетики, а с другой — послужила для конструкторов работающей моделью и позволила создавать более совершенные установки. По другую сторону океана, в 1891 году Дан Поль Ла Кур разработал электропривод с генератором, позволявший подключаться к наиболее эффективным по своей конструкции на то время ветряным мельницам и вырабатывать электричество. К концу Первой Мировой войны подобные установки, вырабатывавшие до 25кВт, получили широкое распространение в Дании, но с внедрением угольных электростанций не выдержали конкуренции.

Россия, как и во многих других случаях, по теории ветроэнергетики шла впереди планеты всей. Более того, в 1931 году в Крыму, неподалеку от Ялты, была построена ветроэлектростанция мощностью 100 кВт, проработавшая порядка двух лет и, кроме того, был разработан проект на 5 МВт. Интересна история создания, характерная для советского времени. Инициатором ее создания стал Серго Орджоникидзе, отдыхавший у Черного моря и «пострадавший» от перебоев с электричеством. Желание наркома использовать ветер на благо народа, естественно, было воплощено в минимальные сроки. Теорию ветровых двигателей разрабатывал Н.Е. Жуковский и, к слову сказать, именно авиаконструкторы внесли наиболее существенный вклад в совершенствование конструкции ветряков. 14 мая в Нидерландах отмечается национальный День мельника и ветряных мельниц . Ветряные мельницы – один из символов Нидерландов, наряду с каналами, тюльпанами и голландским сыром.

4. მონაწილე ასაკი: 13–16 წწ.

5. ვადები / ხანგრძლივობა: ორი კვირა.

6. პროექტის შესაძლო აქტივობები კლასში: შესაბამისი ლიტერატურისა და ინფორმაციის მოძიება, ერთმანეთის ნამუშევრების შეფასება–შერჩევა, თანამშრომლობა.

7.მოსალოდნელი შედეგები / პროდუქტები რაც შეიძლება შეიქმნას:

ბლოგების შექმნა და ვიდეოს ჩვენება (კლიპი) მოსწავლეები გააუმჯობესებენ ცოდნას მრავალ საგანში: ისტორიაში, ფიზიკაში, გეოგრაფიაში.

8. სარგებელი სხვებისტვის: პროექტის შედეგებს გაეცნობიან ის მოსწავლეებიც, რომლებიც უშუალოდ არ არიან ჩართულნი ამ საქმეში, გარდა მოსწავლეებისა ამ პროექტის ნახვა საინტერესო იქნება მშობლებისთვის და სხვა მასწავლებლისთვისაც.

9. სამუშაო ენა: ქართული, რუსული.

10. საგნებთან – ეროვნული სასწავლო გეგმასთან კავშირი: იტეგრირებულია ისტორიასთან, გეოგრაფიასთან.

11. პროექტის ფასილიტატორი: ეკატერინე ბაიდარაშვილი 121–ე სკოლის პედაგოგი.

12. ფასილიტატორის ელ. ფოსტა: e.baidarashvili121@gmail.com

13. პროეკტის ფორუმი:

ეკატერინე ბაინდარაშვილი

საგანმანათლებლო პროექტი