help@sochisirius.ru
1-24 июля 2020

Современная энергетика

Сегодня энергетика стоит на пороге кардинальных изменений. Внедрение современных IT-технологий (большие данные, интернет вещей) открывают перед нами новые возможности по оптимизации систем электроснабжения.

Цифровизация сети — это не дань моде, а требование сегодняшнего дня, обусловленное в том числе распространением в мире распределенной генерации, созданием микросетей, развитием накопителей электроэнергии и возобновляемых источников энергии, которые потребитель уже может устанавливать у себя и даже становиться производителем электроэнергии. Энергетический комплекс должен быть готов к происходящим изменениям: необходимо повысить свою эффективность и надежность существующих элементов системы, объектов генерации, передачи, потребления и отвечать всем будущим требованиям потребителя.

Все направления программы «Большие вызовы»

Проекты направления

1. Волновая электростанция
2. Концепция атомной станции малой мощности для работы на Крайнем Севере
3. Однокамерные микробные топливные элементы (грязевые батареи) для очистки сточных вод
4. Создание powerbank с функцией подзарядки от колебательных движений при ходьбе
5. Источники бесперебойного питания без аккумуляторных батарей

6. Определение оптимального варианта электроснабжения населенного пункта

Описание проектов
список и описание проектов предварительные и могут быть изменены и уточнены

1. Волновая электростанция

Руководители проекта: Глушкова Т.С., Кондаков В.Е.

Аннотация: Сегодня актуальным является вопрос повышения эффективности и расширения вариантов применения возобновляемых источников энергии. Одним из таких источников, актуальных в том числе для черноморского побережья, является энергия морских волн. Для преобразования энергии волн морей и океанов в электрическую используются волновые энергетические установки. В данном проекте необходимо собрать волновую электростанцию, провести натурные испытания, составить паспорт установки и оформить предложения для повышения надежности изобретения. 

Партнер проекта: Публичное акционерное общество «Русгидро», акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е.Веденеева»


2. Концепция атомной станции малой мощности для работы на Крайнем Севере

Руководитель проекта: Калякин Д.С.

Аннотация: В настоящее время во многих странах ведется разработка проектов реакторов малой мощности. Преимуществом данного типа реакторных установок является их модульная конструкция, а также возможность сооружения в странах-новичках в области использования ядерной энергии. 

Не остается в стороне от тематики малых реакторов и Российская Федерация. В первую очередь малые атомные станции планируют размещать на изолированных и труднодоступных территориях в районах Крайнего Севера: в Якутии и населенных пунктах, расположенных вдоль трассы Северного морского пути. Места потенциального размещения данного типа реакторных установок выдвигают к ним особые требования: функционирование в локальной энергосети; работа в условиях низких температур окружающего воздуха; повышенная надежность и ремонтопригодность теплообменного оборудования, в том числе относящегося к системам безопасности.

Таким образом, в рамках реализации данного проекта необходимо проанализировать конструкции и схемные решения, применяемые в современных проектах АЭС у нас в стране и за рубежом. При этом надо отдельно рассмотреть условия нормальной эксплуатации и аварийные режимы. Затем требуется изучить физические процессы, лежащие в основе работы систем безопасности, выяснить существующие технологические и природные ограничения, препятствующие длительному охлаждению реактора. На основании выполненного анализа необходимо определить основные параметры оборудования реакторной установки с учетом особенностей и ограничений, присущих реакторам малой мощности, а также рассчитать основные параметры системы безопасности.

Партнеры проекта: ГК «Росатом», АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского»


3. Однокамерные микробные топливные элементы (грязевые батареи) для очистки сточных вод

Руководители проекта: Пичугов Р.Д., Петров М.М.

Аннотация: Различные бактерии могут производить электричество за счёт утилизации органической материи. Такие бактерии называются экзоэлектрогенными - они выделяют электроны во внешнюю среду в качестве побочных продуктов своих биохимических процессов. На их основе создают так называемые микробные топливные элементы (МТЭ). Во многих МТЭ топливом могут становиться сточные воды (или ил заболоченных водоёмов) поскольку в них с одной стороны есть много органики, а с другой стороны часто уже содержатся подходящие экзоэлектрогенные бактерии. 

В рамках предлагаемой работы планируется выполнить следующие задачи: изготовить прототипы однокамерных МТЭ с электродами на основе пористых углеродных материалов , испытать их с различными видами «топлива» (ил, сточные воды, земля), затем методами электрохимии определить основные характеристики полученных химических источников тока и сравнить их между собой. Также планируется методом электрополимеризации модифицировать пористые электроды композитами проводящих полимеров и AQDS, изучить структуру электродов с помощью оптической микроскопии и изготовить прототипы однокамерных МТЭ на основе данных электродов и провести испытания. В результате реализации проекта необходимо будет собрать стэк из одиночных однокамерных МТЭ и подключить к нему модельную нагрузку – простейшие электрические схемы со светодиодами и другими маломощными элементами. Кроме того, в модельном эксперименте планируется изучить возможность одновременной утилизации сточных вод и генерации электричества.

Партнер проекта: ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева


4. Создание powerbank с функцией подзарядки от колебательных движений при ходьбе

Руководитель проекта: Мягких М.К.

Аннотация: Разрабатываемое устройство представляет из себя компактную накладку, крепящуюся на заднюю часть ноги чуть ниже колена. Устройство включает в себя аккумуляторную батарею и шаговый двигатель, на вал которого крепится маховик со смещенным центром тяжести. Ось двигателя перпендикулярна плоскости движения ноги при ходьбе, что заставляет маховик совершать колебания, и, следовательно, ось будет совершать небольшие провороты при каждом шаге. Далее напряжение, производимое двигателем при его проворотах, будет повышаться и стабилизироваться специальной электрической схемой (сборка которой также входит в работу над проектом), и будет использоваться для зарядки аккумулятора, встроенного в устройство. На данный момент имеется пробный экземпляр устройства, который прошел успешную начальную проверку на удобство и возможность использования подобного гаджета. Согласно предварительному расчету, порядка 7000 - 9000 шагов (дневная норма среднего человека) c устройством достаточно для подзарядки телефона более чем на 50%, что говорит о целесообразности данной разработки.

Партнер проекта: Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО)


5. Источники бесперебойного питания без аккумуляторных батарей

Руководитель проекта: Харитонов Я.С.

Аннотация: Системы бесперебойного питания являются неотъемлемой частью любой автоматизированной системы. В условиях нестабильного электроснабжения, низкого качества электроэнергии источники бесперебойного питания с двойным преобразованием являются необходимым условием в системах электроснабжения вычислительной техники и элементов промышленной автоматизации и технологической связи. Высокие требования к условиям окружающей среды, несоблюдение которых приводит к существенному снижению срока службы аккумуляторов, накладывают ряд неудобств при использовании систем бесперебойного питания. Современные решения в области пассивных элементов могут позволить избавиться от недостатков аккумуляторных батарей, которые помогут создать "вечный" источник бесперебойного питания, элементы и узлы которого, при должном и своевременном техническом обслуживании, прослужат весь срок полезной эксплуатации не требуя замены в течение всего жизненного цикла оборудования.

Партнер проекта: АК «Алроса» (ПАО)


6. Определение оптимального варианта электроснабжения населенного пункта

Руководитель проекта: Перекальский И.Н.

Аннотация: Современные энергосистемы стремительно интегрируют в себя сложные кибер-физические системы. В России и других технологически развитых странах в настоящее время происходит переворот в энергетике, который часто называют «промышленной революцией». Его можно представить тремя основными тенденциями: декарбонизация, децентрализация, цифровизация.

Катализатором и ключевым фактором энергетического перехода национальных систем от традиционного уклада XX века к новым технологиям и практикам XXI века отраслевые эксперты называют распределенную энергетику. К 2016 производство энергии распределенной генерацией достигло 25% в мире. В начале 21 века была представлена концепция Smart Grid, характеризующая будущую электроэнергетическую систему как более «дружелюбную» к пользователю, эффективную и устойчивую к аварийным ситуациям. В России была разработана и представлена дорожная карта EnergyNET, в которой определен порядок создания принципиально новых интеллектуальных электроэнергетических систем. 

 Однако при разработке любых современных энергетических систем перед инженерами встает задача детальной проработки любых проектов как с точки зрения самой концепции так и с точки зрения экономической эффективности и целесообразности самого решения. В России с ее обширными территориями, климатическими поясами, линями электропередачи значительной протяженности, где электроснабжение является основой существования граждан страны, существует огромный потенциал для реализации проектов энергетических систем нового поколения.  Объединив возможности централизованных систем электроснабжения и распределенной энергетики появляется возможность обеспечить надежное и качественное электроснабжение потребителей, ставя при этом во главу угла необходимость сделать электроснабжение оптимальным с точки зрения экономической эффективности. 

 В рамках проекта участникам будет предложено разработать и реализовать оптимальный вариант электроснабжения населенного пункта с учетом капитальных и эксплуатационных затрат, рассмотрев следующие варианты реализации решения: ремонт существующей инфраструктуры электроснабжения, реконструкция, новое строительство, автономное электроснабжение с применением ВИЭ, ДГУ, накопителей.

Партнеры проекта: Публичное акционерное общество «Россети»

Материалы для подготовки

1. Волновая электростанция

1. Малинин Н.К. Теоретические основы гидроэнергетики. – М.: Энергоатомиздат. – 1985.
2. Вершинский Н.В. Энергия океана. – М.: Наука. – 1986.
3. Коробков В.А. Преобразование энергии океана. – Л.: Судостроение. – 1986.

2. Концепция атомной станции малой мощности для работы на Крайнем Севере

Общая информация по атомной энергетике и реакторам малой мощности

1. Описание основных принципов работы АЭС разных типов
2. Описание работающих в России атомных электростанциях
3. Информационное видео о реакторе ВВЭР-1200 производства ГК «Росатом»
4. Обзорные статьи о реакторах малой мощности: «Большие перспективы малых реакторов», «ММР: гонка началась?»
5. Информация о российском проекте АЭС малой мощности ШЕЛЬФ-М
6. Информация о Северном морском пути, вдоль которого могут быть размещены реакторы малой мощности

Базовая информация о системах безопасности современных проектов АЭС большой и малой мощности, а также особенностях работы самих реакторных установок в аварийном режиме

1. Способы управления тяжелыми авариями в современных проектах АЭС: учеб. пособие / А.В. Морозов, О.В. Ремизов, С.М. Дмитриев. – Нижний Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2013. – 77 с.
2. Схемные решения и принципы работы пассивных систем аварийного охлаждения различных типов ЯЭУ: учеб. пособие / А.В. Морозов, О.В. Ремизов, Ю.А. Маслов, В.С. Харитонов. – М.: МИФИ, 2015. – 130 с.

Более детальная информация об АЭС и ее основном оборудовании

1. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. – М.: ИздАТ. – 1994.
2. Кириллов П.Л., Богословская Г.П. Тепломассообмен в ядерных энергетических установках. – М.: Энергоатомиздат. – 2000.
3. Трояновский Б.М., Филиппов Г.А., Булкин А.Е. Паровые и газовые турбины атомных электростанций. – М.: Энергоатомиздат. – 1985.
4. Турбины тепловых и атомных электрических станци:учебник для вузов / Под редакцией А. Г. Костюка, В. В. Фролова. – М.: Издательство МЭИ. – 2001.

3. Однокамерные микробные топливные элементы (грязевые батареи) для очистки сточных вод

Начальный уровень

1. Англоязычный комикс про МТЭ
2. Англоязычное видео о том как работает МТЭ и как собрать простейший МТЭ
3. Русскоязычная популярная статья про электропроводящие полимеры

Средний уровень

1. Англоязычный гайд к однокамерному МТЭ Mudwatt (страницы 10-38)
2. Англоязычная вики-статья про микробные топливные элементы (МТЭ)
3. Краткое англоязычное описание принципов работы однокамерного МТЭ (страницы 10-17)
4. Русскоязычный онлайн-курс «Физическая химия» (глава «Электрохимия»)

Продвинутый уровень

1. Лекционные материалы MIT по химическим источникам тока (лекция №2)
2. Англоязычный научный обзор 2019 года про МТЭ
3. Функциональные покрытия: электроактивные пленочные материалы: учеб. пособие / М. А. Воротынцев, А. Е. Антипов. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2018. – 108 с.

4. Создание powerbank с функцией подзарядки от колебательных движений при ходьбе

К прочтению рекомендуются любые школьные учебники 8-11 классов по физике, а именно разделы, посвященные механике и электричеству. Рекомендуется решение задач по указанным темам из любых задачников. Необходимо уверенное владение элементарными электротехническими понятиями (ток, напряжение, законы Ома, Джоуля-Ленца, умение отличать мощность от работы, понимание закона электромагнитной индукции). Также важно понимание темы механических колебаний (стоит рассмотреть простейшие колебательные системы, такие как математический и пружинный маятники).

Рекомендуемая литература

1. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика. Механика. 10 класс. Учебник для углубленного изучения физики. – М.: Дрофа, 2010.
2. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. 10-11классы. Учебник для углубленного изучения физики. – М.: Дрофа, 2010.
3. Мягких М.К. Описание проекта «Powerbank с функцией подзарядки от колебательных движений при ходьбе»
4. Поляков В.Т. Посвящение в радиоэлектронику. – М.: Радио и связь. – 1988. аучно-популярная книга, в которой представлена базовая информация о радиоэлектронике)

Также рекомендуется познакомится с информацией по следующим темам (не ограничиваясь приведенными ссылками):
1. О применении шаговых электродвигателей
2. О работе аккумуляторов в электрической цепи: вики-статья «Ампер-час» статья «Что такое емкость аккумулятора и от чего она зависит»
3. Про диодный мост

5. Источники бесперебойного питания без аккумуляторных батарей

1. Китаев В.Е., Шляпинтох Л.С. Электротехника с основами промышленной электроники: учебник. – М.: Высшая школа. – 1973.
2. Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника: Учебник для техникумов. – М.: Высшая школа. – 2004.
3. Миловзоров О. В., Панков И. Г. Основы электроники: учебник. – М.: Юрайт. – 2018.

6. Определение оптимального варианта электроснабжения населенного пункта

1. Решение оптимизационных задач в среде электронных таблиц (для проведения экономических расчетов)
2. Видео о подключении солнечных панелей
3. Схема подключения солнечных батарей: к контроллеру, к аккумулятору и обслуживаемым системам
4. Расчет солнечной батареи и аккумуляторов, комплекта солнечной электростанции
5. Как рассчитать время автономной работы источника бесперебойного питания
6. Расчет мощности солнечных батарей
7. Как рассчитать количество солнечной энергии в регионе
8. Как рассчитать количество ветра в регионе
9. Подключение ветрогенератора (английский)
10. Запуск бензинового генератора
11. Джереми Блум Изучаем Arduino. Инструменты и методы технического волшебства. – СПб.: БХВ-Петербург. – 2015 (книга по программированию логических контроллеров Arduino)
12. Сайт компании чье оборудование планируется использовать при реализации проекта. Рекомендуется изучить всю информацию: схемы, описания, принцип работы. Информация о том, как строятся данные системы, функционал оборудования:
– Холодильник, работающий от солнечных панелей, или зачем хранить золотые слитки в морозилке?»
– Программно-аппаратный комплекс «Малина-2»
– МАП DOMINATOR

Эксперты и руководители проектов

Глушкова
Татьяна Сергеевна

Ведущий эксперт ПАО «РусГидро»

Кондаков
Владимир Евгеньевич

Калякин
Дмитрий Сергеевич

Заместитель начальника лаборатории АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И.Лейпунского», кандидат технических наук

Петров
Михаил Михайлович

Инженер-преподаватель Российского химико-технологического университета имени Д.И.Менделеева

Пичугов
Роман Дмитриевич

Инженер-преподаватель Российского химико-технологического университета имени Д.И.Менделеева

Мягких
Максим Константинович

Студент Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО)

Харитонов
Яков Станиславович

Начальник отдела АК «Алроса»

Перекальский
Игорь Николаевич

Инженер ПАО «Россети», преподаватель, аспирант, старший лаборант базовой кафедры электроэнергетики Уральского энергетического института Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н.Ельцина

Руководители направления

Кузина
Юлия Альбертовна

Заместитель генерального директора – директор отделения ядерной энергетики АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И.Лейпунского» (ГК «Росатом»), кандидат технических наук

Морозов
Андрей Владимирович

Ведущий научный сотрудник АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И.Лейпунского» (ГК «Росатом»), методист программы «Большие вызовы» (2019, 2020), доктор технических наук

Подать заявку
© 2015–2020 Фонд «Талант и успех»
Нашли ошибку на сайте? Нажмите Ctrl(Cmd) + Enter. Спасибо!