Урок-семинар по физике для 10 класса на тему: «Экологические проблемы теплоэнергетики»

Автор: Хоружая Елена Степановна

Организация: ГБОУ ЛНР «Брянковский УВК № 17»

Населенный пункт: ЛНР, город Брянка

Цели урока:

• ознакомить учеников с принципами работы теплоэнергетики и ее влиянием на окружающую среду;
• рассмотреть основные экологические проблемы, возникающие при эксплуатации теплоэлектростанций (ТЭС);
• развить умения работать в группе, критически оценивать информацию и предлагать альтернативные решения.

Оборудование: мультимедийная презентация с графиками, диаграммами и иллюстрациями, доска и мел, раздаточные материалы с практическими задачами, видео о работе ТЭС.

 

Ход урока

I. Организационный момент (1 мин)

Приветствие, проверка присутствия учеников.

II. Мотивационно-целевой этап (2 мин)

Постановка проблемного вопроса: Почему важна тема экологии в контексте теплоэнергетики?

Формулировка обучающимися темы и целей урока.

III. Введение в тему (7 мин)

Сообщение учителя, сопровождаемое мультимедийной презентацией.

• Основные понятия теплоэнергетики. Как работает тепловая электростанция:
• Сжигание топлива (уголь, газ, нефть).
• Преобразование тепла в электрическую энергию.

(Просмотр видео работы тепловой электростанции)

Вопросы к классу:

• Что такое парниковые газы и как они влияют на изменение климата?
• Загрязнение воздуха SO₂ и NO₂ и какие меры для предотвращения загрязнения?
• Какую опасность несёт тепловое загрязнение водоемов?

3. Сообщения учеников (21 мин)

Сообщение ученика 1: "Парниковые газы и изменение климата" (7 мин)

1. Статистика выбросов CO₂ на ТЭС

Тепловые электростанции (ТЭС) являются одним из основных источников выбросов CO₂ в атмосферу. По данным Международного энергетического агентства (IEA), ТЭС в 2020 году произвели примерно 13 миллиардов тонн CO₂, что составляет около 40% от всех выбросов углекислого газа, связанных с энергетикой.

Источники выбросов:

Основным источником CO₂ являются угольные электростанции, которые в ходе своего функционирования выделяют около 2,5 тонн CO₂ на каждую сожженную тонну угля.

Газовые электростанции выбрасывают около 0,5 тонны CO₂ на каждую сожженную тонну природного газа, однако в сравнении с углем, их выбросы значительны.

Это означает, что каждая оставшаяся тонна угля, которую мы используем, продолжает вносить свой вклад в глобальные выбросы углекислого газа.

2. Влияние CO₂ на климат и глобальное потепление

CO₂ — один из главных парниковых газов, удерживающих тепло в атмосфере. Это приводит к:

1) Глобальному потеплению - с увеличением концентрации CO₂ в атмосфере температура Земли растет. По оценкам, средняя температура планеты повысилась примерно на 1,2°C с начала индустриальной эпохи.

2) Изменениям климата - увеличение температуры ведет к более частым и интенсивным природным катастрофам — ураганам, наводнениям и засухам. Изменение климата влияет на продовольственные системы, экосистемы и здоровье человека. Например, изменение погодных условий может вызвать неурожай и ухудшение качества пищи.

3) Потеря биоразнообразия - подъём температуры и изменение климата приводят к исчезновению видов животных и растений, которые не могут адаптироваться к новым условиям.

Заключение. Снижение выбросов CO₂ на теплоэлектростанциях представляется жизненно важным шагом в борьбе с глобальным потеплением. Это может быть достигнуто через переход на возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая, а также применение технологий очистки и улучшения энергетической эффективности.

Обсуждение: Какие способы существуют для снижения выбросов CO₂? (мультимедийная презентация)

1. Переход на возобновляемые источники энергии

Замена ископаемых видов топлива (уголь, нефть, газ) на возобновляемые источники энергии (солнечная, ветровая, гидроэнергетика, геотермальная) — один из наиболее эффективных способов сокращения выбросов CO₂. Это снижает зависимость от ископаемых ресурсов и уменьшает выбросы парниковых газов.

2. Повышение энергоэффективности

Оптимизация технологий и процессов во всех секторах экономики (промышленность, транспорт, строительство) позволяет сократить потребление энергии и, следовательно, выбросы CO₂. Примеры мер:

• замена традиционных лампочек на светодиодные;
• улучшение теплоизоляции зданий;
• установка более эффективного оборудования на электростанциях;
• сокращение утечек газа в газораспределительных сетях.

3. Меры в сельском хозяйстве

Устойчивое сельское хозяйство. Использование методов, которые уменьшают выбросы CO₂, например агролесоводство и восстановление углеродных почв. Например, минимальная обработка почвы, которая позволяет накапливать больше углерода в почвах.

Снижение использования азотных удобрений. Применение минеральных удобрений с ингибиторами и нитрификацией может снизить выбросы парниковых газов.

4. Снижение выбросов в транспортном секторе

• переход на электромобили, общественный транспорт и велосипеды;
• использование биотоплива и других экологически чистых видов топлива;
• повышение энергоэффективности транспортных средств.

5. Меры в строительной отрасли:

• использование систем хранения энергии с литий-ионными аккумуляторами;
• отказ от дизельных машин на строительных площадках в некоторых случаях;
• рециклинг строительных материалов (бетона, стали и др.).

6. Дополнительные меры:

• снижение вырубки лесов. Леса поглощают CO₂, поэтому их сохранение и восстановление играют ключевую роль в снижении выбросов;
• изменение структуры экономики и образа жизни. Переход к более устойчивой модели развития, основанной на принципах циркулярной экономики, снижении потребления и переходе на экологически чистые технологии;
• государственные меры по введению стандартов, поддержка инноваций, инвестиции в научно-исследовательские работы способствуют внедрению низкоуглеродных технологий.

Сообщение ученика 2: "Загрязнение воздуха: SO₂ и NO₂" (7 мин)

SO₂ (диоксид серы или сернистый ангидрид) - бесцветный газ с резким запахом, который широко используется в промышленности, но одновременно представляет серьёзную экологическую и санитарную проблему.

NO₂ (диоксид азота) - желто-бурый газ с едким запахом, который вырабатывается при сжигании топлива, блокирующим дыхательные пути, в холодной среде не имеет цвета.

Основные источники SO₂ и NO₂:

• выхлопные газы автомобилей;
• сжигание ископаемого топлива (уголь, нефть, газ);
• промышленные процессы (производство азотных удобрений, нитратов, взрывчатых веществ);
• естественные явления — грозовые разряды, извержения вулканов, лесные пожары;

Влияние на здоровье:

• NO₂ в высоких концентрациях раздражает лёгкие, может вызывать воспаление и астматические процессы.
• длительное воздействие низких концентраций может вызвать астму и респираторные инфекции.
• повышенные концентрации NO₂ оказывают вредное воздействие на растительный и животный мир.
• Воздействие на окружающую среду:
• NO₂ способствует подкислению за счёт образования азотистой и азотной кислот.
• повышенная концентрация оксидов азота и озона негативно влияет на насекомых-опылителей.

Обсуждение: Какие технологии снижают выбросы SO₂ и NO₂? (мультимедийная презентация)

Для SO₂: замена топлива с меньшим содержанием серы, улавливание серы из отходящих газов, использование газоочистных установок.

Для NO₂: оптимизация процесса горения и конструкции устройств, снижение максимальной температуры в зоне горения и сокращение времени пребывания реагентов в этой зоне, селективное каталитическое восстановление (очистка выхлопных газов).

Сообщение ученика 3: "Тепловое загрязнение водоемов" (7 мин)

Тепловое загрязнение водоёмов — это повышение температуры воды выше естественного уровня, вызванное антропогенной деятельностью.

Основные источники теплового загрязнения

• Тепловые и атомные электростанции. Вода используется в качестве охлаждающей жидкости для конденсаторов турбин, после чего возвращается в водоёмы с повышенной температурой.
• Промышленные предприятия. Многие производства применяют воду в технологических процессах, и её нагрев после охлаждения становится источником теплового загрязнения.
• Городские стоки. Ливневые воды, сбрасываемые с крыш, дорог и парковок, могут поглощать часть тепла, создавая эффект «городского острова тепла».

Последствия теплового загрязнения

• Снижение содержания растворённого кислорода. При повышении температуры воды растворимость газов уменьшается, что может привести к гибели водных организмов.
• Нарушение биологических процессов. Увеличивается скорость метаболизма водных организмов, что повышает их потребность в кислороде. Это может вызвать физиологический стресс, гибель или миграцию целых популяций.
• Изменение видового состава флоры и фауны. Холодолюбивые организмы могут быть вытеснены более теплолюбивыми видами, что нарушает баланс экосистемы.
• Изменение структуры растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми.

Обсуждение: Как можно решить проблему теплового загрязнения? (мультимедийная презентация)

Меры предотвращения теплового загрязнения:

• Регулирование температуры воды. В разных странах вводятся локальные нормативно-правовые акты, ограничивающие степень нагрева водохранилищ при технологических процессах. Например, в России установлены ограничения на нагрев не более чем на 3 °C от естественного значения.
• Использование альтернативных источников энергии. Переход на солнечную, геотермальную и другие альтернативные виды энергетики может сократить долю тепловыделения от традиционных источников.
• Снижение количества выбросов. Внедрение новых технологий и рациональное использование ресурсов.
• Использование нагретой воды в других целях. Например, для орошения полей, теплоснабжения населённых пунктов или создания искусственных водоёмов.

 

IV. Работа в группах (7 мин)

Разделение класса на 2 группы для работы в режиме «Вопрос – ответ».

Группы по очереди задают вопрос и отвечают.

Вопросы:

1. Что такое загрязнение воздуха?

2. Какие основные источники загрязнения воздуха?

3. К каким последствиям приводит загрязнение воздуха?

4. Что такое глобальное потепление?

5. Какие факторы способствуют глобальному потеплению?

6. Какие виды загрязнений относятся к загрязнению водных ресурсов?

7. Какие меры могут помочь в решении экологических проблем?

 

V. Решение практических задач (5 мин)

Задача 1: Рассчитать, сколько CO₂ выбрасывает ТЭС, работающая на угле, при сжигании 1000 т топлива (1 т угля дает в среднем 2,5 т CO₂).

Решение:

1000 т угля×2,5=2500 т

Ответ: 2500 т

Задача 2: Если ТЭС будет использовать 20% возобновляемых источников, как это повлияет на выбросы CO₂, учитывая, что выбросы сократятся на 10%?

Решение:

Первоначальные выбросы: 2500 тонн CO₂

Сокращение выбросов: 2500 × 0,1 = 250 т

Новые выбросы: 2500 - 250 = 2250 т СО₂

Ответ: 2250 т СО₂

 

VI. Подведение итогов урока (2 мин)

Решение экологических проблем теплоэнергетики требует комплексного подхода, включающего технологические инновации, изменение структуры энергопотребления и международное сотрудничество.

 

VII. Домашнее задание (2 мин)

Написать эссе на тему "Будущее теплоэнергетики и возможные экологические решения".

 

 

Литература

1. Мякишев, Г. Я. Физика: 10 класс: базовый и углублённый уровни : учебник / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский ; под редакцией Н. А. Парфентьевой. — 11-е изд. — Москва : Просвещение, 2024. — 432 c.

2. Чернова Н.М. - Экология. 10-11-е классы. Базовый уровень. Учебник. 11-е изд., 2023. - 305 с.