Wyspa Moja: lekcja o odnawialnych źródłach energii Teach article

Tłumaczenie Agnieszka Jarochowicz. Energia odnawialna jest istotna nie tylko w krajach rozwiniętych; w krajach rozwijających się może być niezbędnym warunkiem zlikwidowania ubóstwa. Marlene Rau przedstawia zajęcia szkolne z Practical Action.

W świecie rozwiniętym
dostęp do elektryczności
uważamy za rzecz oczywista

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Gatsenko Alexander /
iStockphoto

Zgodnie z Programem Narodów Zjednoczonych ds. Rozwoju (ang. United Nations Development Programme – UNDP)w1 energia elektryczna stanowi istotny element strategii zwalczania ubóstwa. W społeczeństwach bez elektryczności dzieci nie mogą chodzić do szkoły, ponieważ są potrzebne do pomocy przy zbieraniu biomasy na paliwo – a wykształcenie jest decydującym warunkiem wyjścia z biedy.

Tu w Peru, dom tej rodziny
podłączony jest do mikro
elektrowni wodnej, dzięki
której rodzina ma światło
oraz może słuchać radia i
oglądać telewizję

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Practical Action / Warwick
Franklin

Ponadto, brak dostępu do radia, komputera czy Internetu oznacza dla społeczności brak dostępu do istotnych informacji na temat technik uprawy ziemi i hodowli zwierząt czy też ostrzeżeń o powodziach oraz wiadomości lokalnych. Brak energii oznacza również, że ludzie z wielkim wysiłkiem próbują założyć najprostszy biznes, który mógłby pomóc im uciec od biedy.

Practical Action (wcześniej znana pod nazwą the Intermediate Technology Development Group) jest organizacją charytatywną z siedzibą w Wielkiej Brytanii, która od ponad 40 lat pracuje na rzecz najbiedniejszych społeczności świata, koncentrując się na energii i technologii, jako katalizatorach zmian. Na stronie internetowej organizacjiw2, w dziale poświęconym edukacji znajdują się materiały dydaktyczne dotyczące inżynierii nienaruszającej równowagi ekologicznej, zmian klimatu oraz energii odnawialnej.

Niniejszy artykuł przedstawia scenariusz zajęć szkolnych Wyspa Moja, podczas których uczniowie rozważają opcje dostępne dla czterech społeczności żyjących na fikcyjnej wyspie i wybierają najwłaściwszą technologie, która zaspokoi ich potrzeby. Ćwiczenie przeznaczone dla uczniów w wieku 11- 16 lat, trwające 1- 2 godzin zwiększa zrozumienie tematu odnawialnych źródeł energii.

Ćwiczenie Wyspa Moja

Sri Lanka – te dzieci z
niecierpliwością czekają na
światło w domu, które
wytworzy mała turbina
napędzana energią wiatru

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Practical Action / Zul Mukhida

Czy wiedzieliście, że jedna piąta ludzi na świecie nie ma dostępu do elektryczności? Z tego 85% żyje na obszarach rolniczych (Międzynarodowa Agencja Energetyczna, 2010). Ponadto, większość ludzi, którzy taki dostęp posiadają na oddalonych obszarach – zwłaszcza w krajach rozwijających się – nie jest podłączona do krajowej sieci energetycznej, ale musi znaleźć inne sposoby wytwarzania energii. Główną przyczyną takiej sytuacji jest fakt, że przedłużenie sieci jest nieopłacalne. Co prawda koszt przesłania jednej MWh w sieci jest niższy niż przez system poza siecią, ale koszt podłączenia do sieci kilku osób z odległych miejsc może być bardzo wysoki. Systemy przesyłu elektryczności na duże odległości tracą więcej energii, na przykład z powodu długich kabli. Dlatego też rządy często niechętnie odnoszą się do pomysłu inwestowania w rozciąganie sieci do tych odległych miejsc. Technologie wykorzystujące energię odnawialną są często opłacalną alternatywą i są tańsze niż generatory napędzane silnikami diesla.

Przykładem udanego projektu jest mała elektrownia wiatrowa w Sri Lance uruchomiona przez Practical Action. Podstawowe informacje oraz film można znaleźć w Interneciew3. Technologie wytwarzania energii odnawialnej na małą skalę są obecnie w miarę dobrze rozwinięte, choć dostęp do nich i finansowanie jest często trudne. Z doświadczenia Practical Action wynika, że największy sukces odnoszą te projekty, w które zaangażowani są ludzie, których one dotyczą: w procesie planowania i podejmowania decyzji oraz prowadzenia szkoleń z zakresu instalacji i konserwacji.

Przykład Practical Action w Kenii

Część wód rzeki
przekierowano, aby
wytwarzać energię
elektryczną w małej
hydroelektrowni

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Practical Action / Zul Mukhida

W Kenii 96% populacji nie ma dostępu do sieci energetycznejw4. Społeczność Mbuiri, wioski na północ od Nairobi, przekierowała część wód rzeki, aby produkować elektryczność w niewielkiej hydroelektrowni. Film video na temat mikro-hydro energii w Kenii oraz inne ogólne materiały o tym projekcie Practical Action można znaleźć w Interneciew5.

To był wstęp do ćwiczenia Wyspa Moja.

Materiały

Wszystkie materiały potrzebne do przeprowadzenia zajęć, w tym film video prezentujący energię odnawialną w praktyce, można ściągnąć nieodpłatnie ze strony internetowej Practical Actionw6. Potrzebny będzie plik zatytułowany ‘Prezentacja Powerpoint wprowadzającą do ćwiczenia ’.

To ćwiczenie przeznaczone jest dla czterech grup, składających się z maksymalnie czterech osób. Dużą klasę można podzielić na osiem grup, gdzie nad każdą ze społeczności Moja będą pracowały po dwie grupy. Dla każdej z grup potrzebne będą:

  • Mapa Wyspy Moja (oryginalna mapa na stronie internetowej Practical Action jest w kolorze. Czarno biała wersja dostępna jest na stronie Science in Schoolw7).
  • Zestaw kart z podstawowymi informacjami o energii odnawialnej w tym zalety oraz wady każdego z ośmiu źródeł energii odnawialnej.
  • Karta z informacjami na temat jednej z ośmiu społeczności zamieszkujących wyspę Moja.
  • Karta odpowiedzi.

Wprowadzenie do ćwiczenia

Moja Island. Kliknij na
obrazek aby powiększyć

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Revellation design

Przedstaw wyspę Moja za pomocą prezentacji PowerPoint® w celu wyjaśnienia głównych kwestii dotyczących zaspokajania potrzeb energetycznych na obszarach rolniczych i wprowadzenia do tematu zajęć. Przedyskutuj z uczniami, dlaczego istnieje niewielka szansa dla większości ludzi bez dostępu do magistrali na podłączenie do linii energetycznej w najbliższej przyszłości.

  • Wyspa Moja to niewielkie państwo położone na wschód od wybrzeża Afryki na Oceanie Indyjskim.
  • Nie ma magistrali wysokiego napięcia.
  • 1450 mieszkańców wyspy używa głównie lamp naftowych i świec, jako źródła światła oraz drewna do gotowanie jedzenia.

Zadanie

  1. Rząd Wyspy Moja zdecydował zainwestować pieniądze w wytwarzanie energii przy pomocy technologii energii odnawialnej. Jako naukowcy, uczniowie zostali poproszeni o wskazanie najodpowiedniejszych rozwiązań dla wiejskich społeczności na wyspie.
  2. Czy uczniowie mogą wskazać źródła energii odnawialnej, które mogą być użyteczne dla Wyspy Moja? Krótko porozmawiaj o tym z klasą. Uczniowie mogą zaproponować rozwiązania, które już znają takie jak energia słoneczna i energia wiatru.
  3. Omów położenie wyspy, dostarczając uczniom odpowiednich podstawowych informacji: Jaki jest klimat (nasłonecznienie, wiatr i deszcz)? Czy są pływy morskie? Czy są fale?
  4. Podziel klasę na cztery grupy i rozdaj materiały. Każda grupa będzie reprezentowała jedną z czterech społeczności Wyspy Moja – Ericas, Hankis, Moodis oraz Sandis, na każdą, z których składają się cztery wioski.
  5. Przeznacz około 40 minut dla każdej grupy na przeczytanie kart z informacjami o ich społeczności i źródłach energii odnawialnej oraz na podjęcie decyzji o najodpowiedniejszym rozwiązaniu dla pięciu wiosek w obrębie ich społeczności. Uczniowie mają do wyboru energię geotermalną, słoneczną, wiatru, hydroelektryczną, pływów morskich lub fal, biomasę lub biogaz (patrz. Tabela 1, poniżej). Na podstawie kart uczniowie mogą na przykład stwierdzić, że niektóre społeczności mogą czuć się pewniej pozyskując energie z lądu albo z morza. Mimo, że koszt jest zdecydowanie istotnym czynnikiem to stanowi oddzielną kwestię niestanowiącą części tego ćwiczenia.
    Każda grupa powinna zapisać wyniki w karcie odpowiedzi.
Wytwarzanie elektryczności Zalety Wady Wpływ na środowisko Ilość wytworzonej energii
Tabela 1: Fakty dotyczące energii odnawialnej
Geothermal energy
Wody podziemne są ogrzewana przez gorące skały pod powierzchnią Ziemi. Powstała w ten sposób para może zostać wykorzystana do poruszania turbin, które następnie napędzają generatory do produkcji energii. Jest nieodpłatna i dostępna całą dobę. Dostępna tylko w niektórych rejonach świata. Czasami powstają trujące gazy. Niewielki wpływ na środowisko może mieć instalacja sprzętu potrzebnego do kierowania pary wodnej do turbin. Przykładowo, infrastruktura w postaci dróg będzie potrzebna dla transportu materiałów budowlanych na miejsce, a sam sprzęt również zajmie sporo przestrzeni. Jedna elektrownia geotermalna dostarcza wystarczającą ilość energii dla 20 domów.
Energia słoneczna
Energia słoneczna może być wykorzystana na dwa sposoby:
1) Do ogrzania płytek ogniwa słonecznego, które następnie ogrzewają wodę
2) W płytkach słonecznych, które przemieniają energie światła w energie elektryczną.
Energia słoneczna jest dostępna nieodpłatnie zawsze, gdy jest słonecznie. Wysoki koszt zakupu ogniw słonecznych. Niewielki wpływ na środowisko, gdyż ustawione ogniwa zajmują dużą powierzchnię (około 2 m2 na ogniwo). Jedno ogniwo fotowoltaiczne może zaopatrzyć w energię 5 domów.
Energia wiatru
Wiatr poruszając łopatami wprawia w ruch turbinę, która z kolei napędza generator do produkcji energii elektrycznej. Zawsze gdy tylko wieje wiatr wytwarzana jest energia elektryczna. Duża liczba turbin koniecznych do wytworzenia dużej ilości energii. Dobrze działa tylko w wietrznych miejscach (na wzgórzach lub na brzegu morza). Niewielki wpływ zainstalowanych turbin wiatrowych na środowisko w postaci hałasu i zagrożenia dla ptaków. Ciśnienie wytwarzane przez turbiny może być groźne szczególnie dla nietoperzy. Dwie turbiny wiatrowe zaspokajają zapotrzebowanie 15 domów na energię.
Energia hydroelektryczna
Płynąca woda jest skierowana tak, aby wprawiać w ruch koło wodne lub turbinę, która z kolei napędza generator do wytwarzania energii. Przy dobrych opadach, zawsze będzie woda do produkcji elektryczności. Odpowiednia wyłącznie dla terenów pagórkowatych, zasobnych w rzeki. Zmiana koryta rzeki może zakłócić ekologię obszaru lub żyzność okolicznych ziem. Jedna elektrownia wodna zaopatrzy w elektryczność 40 domów.
Energia pływów
Zaporę buduje się naprzeciwko ujścia rzeki. Woda pływów przepływa przez otwory w zaporze wprawiając w ruch turbinę, która z kolei napędza generator do produkcji elektryczności. Gdziekolwiek są pływy, można produkować elektryczność. Wysokie koszty budowy zapór. Wpływ na środowisko na skutek budowy zapory, która może zakłócić przepływ pływów do brzegu, a tym samym ruch składników pokarmowych i organizmów, w tym migrujących ryb. Jedna elektrownia dostarcza energii elektrycznej potrzebnej dla 25 domów.
Energia fal morskich
Boje (pływaki) umieszczone w morzu, przetwarzają ruch fal w ruch pionowy, który z kolei porusza turbinę napędzającą generator do wytwarzania energii elektrycznej. Zawsze gdy są fale, można produkować elektryczność. Duża liczba boji jest potrzebna do wyprodukowania wystarczającej ilości energii dla miasta. Technologia działa tylko wtedy, gdy są duże fale. Minimalny wpływ na środowisko i tylko wtedy, gdy w wodzie rozmieszczonych jest dużo pływaków. Dziesięć boji dostarcza wystarczającą ilość energii dla 10 domów.
Biomasa
W wyniku spalania stałych organicznych materiałów (drewno, obornik, trzcina cukrowa) uzyskuje się ciepło, które używane jest do produkcji pary napędzającej generator do wytwarzania energii. Rośliny są odnawialne; można je nieustannie uprawiać. Produktem ubocznym jest dwutlenek węgla oraz inne zanieczyszczenia. Zanieczyszczenie spowodowane spalaniem. Jedna elektrownia zaopatruje 25 domów w energię.
Biogaz
Nawóz z roślin i zwierząt rozkłada się w zbiorniku. Powstaje metan, a uwolnione ciepło wykorzystuje się do wytwarzania pary, która napędza generator do produkcji elektryczności. Wykorzystuje naturalne odpady. W wyniku rozkładu powstaje dwutlenek węgla oraz inne zanieczyszczenia. Zanieczyszczenie spowodowane rozkładem materii. Jedna elektrownia dostarcza energię potrzebną do zaspokojenia potrzeb 20 domów.
  1. Poproś studentów o przedstawienie ich decyzji całej klasie – na tym etapie bez uzasadnienia.
  2. Podsumuj ćwiczenie licząc, przy użyciu Tabeli 2 poniżej, ile grup wybrało każdy z rodzajów energii. Który rodzaj źródła energii dla Wyspy Moja został wybrany najczęściej?
Tabela 2: Najczęściej wybierane źródła energii odnawialnej
Źródła energii Źródła energii
Wiatru  
Słoneczna  
Wodna (hydroelektryczna, fal oraz pływów)  
Geotermalna  

Biologiczna (biomasa, biogaz)

 
  1. Na koniec poproś uczniów o uzasadnienie swoich wyborów. Nie ma dobrych czy złych odpowiedzi – najistotniejszą kwestią jest umiejętność uzasadnienia swoich decyzji.

Podziękowania

Ćwiczenie wyspa Moja zostało stworzone przez drużynę Practical Actionw2 (Bren Hellier, kurator oświaty oraz Peter Crowther niezależny konsultant ds. edukacji).

Download

Download this article as a PDF

References

  • Międzynarodowa Agencja Energetyczna (2010), Energy Outlook 2010. Paris, France: OECD / IEA. ISBN: 9789264086241

Web References

Resources

Author(s)

Dr Marlene Rau urodziła się w Niemczech, a dorastała w Hiszpanii. Po uzyskaniu stopnia doktora z biologii rozwoju w Laboratorium Biologii Molekularnej w Heidelbergu (Niemcy) studiowała dziennikarstwo i zajęła się komunikacją naukową. Od 2008 roku jest jednym z redaktorów Science in School.


Review

Artykuł oraz ćwiczenie mogą być wykorzystane podczas każdej lekcji, w każdym miejscu na świecie oraz w ramach każdego przedmiotu, którego plan nauczania przewiduje nauczanie o energii odnawialnej. Temat wymaga wiedzy z wielu dyscyplin nauki w tym biologii, fizyki, chemii, geografii, geologii, meteorologii, a nawet ekonomii i matematyki. To ćwiczenie mogłoby być idealnym rodzajem nauki w ramach projektów interdyscyplinarnych.

Materiały potrzebne do przeprowadzenia zajęć można ściągnąć nieodpłatnie. Studenci odgrywają role ekspertów i w małych grupach decydują, który rodzaj energii odnawialnej byłby najodpowiedniejszy dla określonego fikcyjnego środowiska.

Artykuł może wywołać dyskusje czy dany rodzaj źródła energii odnawialnej jest odpowiedni w danym środowisku. Jako że odpowiedź najprawdopodobniej będzie przecząca, dyskusję można następnie skoncentrować na kryteriach, jakie dane środowisko musiałoby spełnić, aby być dobrym kandydatem dla danego źródła energii odnawialnej.

Nauczyciele mogą stosować tę metodę również w nauce innych tematów.


Michalis Hadjimarcou, Cypr




License

CC-BY-NC-SA