Современная энергетика

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

Описание проектов

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

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. (научно-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