МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ СЕКЦИЙ КОНФЕРЕНЦИИ ФОРУМА

Секция «Инженерный бизнес и менеджмент»

Методические рекомендации
Работа должна быть выполнена как научное исследование, сравнительный анализ, техни-ческий или технологический расчет, новые предположения в области научных, технических, информационных, интеллектуальных технологий.
В работе необходимо четко обозначить достижения автора и области применения результатов.

Рекомендации по содержанию работы
В описании работы должны быть четко разделены следующие части: постановка пробле-мы (задачи), цель и содержание работы, методы ее решения, выводы.
В той части работы, которая связана с собственными изысканиями авторов, должны быть освещены: актуальность решаемой проблемы, используемые методы (причины использования данных методов: эффективность, точность, простота и т. п.), сравнение известных и новых предлагаемых методов решения проблемы, предложения по практическому использованию результатов, собственные выводы автора, имеющие научное и практическое значение.

Работа научно-исследовательского типа должна включать анализ значительного объема научной литературы (не менее 15 наименований), демонстрировать не только осведомленность, но и определенную самостоятельность автора в анализе теоретической проблемы, умение выдвигать некоторые самостоятельные, научно обоснованные суждения, идеи по избранной теме, делать выводы на основании анализа фактических данных.

Работа проектно-аналитического типа должна строиться на анализе материалов, собранных участником в период его привлечения к практической деятельности организаций, и быть направлена на решение практических проблем.

Требования к оформлению работы
Работа представляется в печатном виде с иллюстрациями (чертежами, графиками, рисунками, таблицами, фотографиями) и аннотацией.
Работа объемом 15-20 страниц печатается через 1,5 интервала на одной стороне листа. Для иллюстраций отводится дополнительно не более 10 страниц. Напечатанный текст и иллюстрации скрепляются вместе с титульным листом. Титульный лист содержит названия конференции, научное направление, название работы, сведения об авторах (фамилия, имя, отчество, учебное заведение, класс/курс) и научных руководителях (фамилия, имя, отчество, ученая степень, должность, место работы).
Если в состав работы входит компьютерная программа, то к работе прилагается CD-диск с работающей программой.
Аннотация объемом 1 стр. включает в себя наиболее важные сведения о научно-исследова¬тельской работе (цель, способы, методы, выводы), оформляется на отдельном листе.

Секции «Энергетические системы будущего», «Альтернативные источники энергии»

Основное содержание проекта объемом не более 20 страниц; не считая рисунков, таблиц, графиков и других приложений.

Титульный лист. На нем указывается следующие данные: название образовательного учреждения, тема работы, ее автор, научный руководитель и год исполнения.

В оглавлении перечисляются все разделы работы.

В начале работы должна быть четко сформулирована цель и задачи, которым посвящены литературный анализ или исследование, а в заключении — выводы автора по рассматриваемому вопросу.

Реферат и исследовательская работа обязательно должны содержать в тексте ссылки на источники информации.

Список использованной литературы должен содержать: фамилия, имя, отчество автора, название работы, издательство, год издания, количество страниц и располагаться в порядке следования ссылок на источники в тексте.

Энергетика будущего – краткая информация
Продолжительное время отечественный топливно-энергетический комплекс использовал невозобновляемые энергоносители преимущественно нефтяного происхождения. Однако в последние годы наметилась тенденция к снижению роли нефти и нефтепродуктов в российской экономике.

При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органических топлив (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии на основе тепловых нейтронов. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 г. может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников энергии – нетрадиционных и возобновляемых.

Невозобновляемые источники энергии – это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников в отличие от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека.

Возобновляемые источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.

К нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков.

Запасы и динамика потребления энергоресурсов. Потенциальные возможности нетрадиционных и возобновляемых источников энергии составляют, млрд. тонн условного топлива (т.у.т) в год:

• энергии Солнца – 2300;
• энергии ветра – 26,7;
• энергии биомассы – 10;
• тепла Земли – 40000;
• энергии малых рек – 360;
• энергии морей и океанов – 30;
• энергии вторичных низкопотенциальных источников тепла – 530.

Разведанные запасы местных месторождений угля, нефти и газа в России составляют 8,7 млрд. т.у.т., торфа – 10 млрд. т.у.т. В Приложении 1 приведены коэффициенты перевода натурального топлива в условное (т.у.т).

Основные объекты нетрадиционной энергетики России. Доля возобновляемой энергетики в производстве электроэнергии составила в 2002 г. около 0,5% от общего производства или 4,2 млрд. кВт•ч, а объем замещения органического топлива – около 1% от общего потребления первичной энергии или около 10 млн. т.у.т. в год.

Таблица 1 – Возобновляемые источники получения электроэнергии

Автомобильное топливо будущего
Направления дальнейшего развития энергетических установок с двигателями внутрен-него сгорания (ДВС) во многом зависят от перспектив использования в них различных энергоносителей. В качестве сырьевой базы для получения перспективных топлив для ДВС могут использоваться как невозобновляемые источники энергии - полезные ископаемые, так и возобновляемые ресурсы - растительные масла, биомасса, древесина, сельскохозяйственные и бытовые отходы и др.

Классификация нетрадиционных видов топлив
Среди нетрадиционных топлив, применение которых возможно в ДВС, выделяют нефтяные топлива и топлива, производимые из .

Нефтяные и альтернативные топлива условно разделяют на три группы.

К первой группе можно отнести смесевые топлива, содержащие нефтяные топлива с добавками (спиртами, эфирами и др.). Смесевые топлива по эксплуатационным свойствам, как правило, близки к традиционным нефтяным топливам.

Вторая группа включает синтетические жидкие топлива, приближающиеся по свойствам к традиционным нефтяным топливам. Эти топлива получают при переработке твердых, жидких или газообразных полезных ископаемых (угля, горючих сланцев, природного газа и газовых конденсатов и т.д.).

Третью группу составляют топлива (спирты, эфиры, газообразные топлива), существенно отличающиеся по физико-химическим свойствам от традиционных нефтяных топлив.

Сжиженные нефтяные газы
Первое место в мире по потреблению на транспорте среди альтернативных топлив занимают сжиженные нефтяные газы (пропан-бутановые смеси), получаемые при переработке попутного нефтяного газа.

В США автомобили, работающие на этом виде топлива (около 400 тыс.), составляют около 90 % парка газобаллонных автомобилей. Сжиженные пропан и бутан стали конкурентоспособными с автомобильным бензином и число автомобилей в мире, работающих на этом виде топлива превысило 20 млн.

В России сжиженные нефтяные газы также являются наиболее распространенным видом альтернативного топлива. Предполагается расширение их использования. Так, за период с 1995 до 2010 г.г. ожидается увеличение потребления сжиженных нефтяных газов на транспорте с 4,7 до 10,2 млн. тонн. Следует отметить и более низкую себестоимость производства этого вида топлива в России по сравнению с традиционными моторными топливами - бензинами.

Природный газ
Одним из наиболее перспективных энергоносителей на транспорте является природный газ.

Первая возможность использования природного газа выработка с его помощью электроэнергии в качестве энергоносителя для электромобилей, работающих на электричестве от аккумуляторных батарей, размещенных на борту транспортного средства.

Использование электромобилей кардинально решает проблему снижения токсичности двигателей. Однако, электроэнергия как вид энергоносителя для транспорта имеет ряд существенных недостатков: ограниченный запас хода электромобиля, отсутствие развитой сети зарядки аккумуляторных батарей, большое время их зарядки, высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей, ограниченный срок их службы.

В качестве наиболее распространенного источника энергии в электромобиле рассматривается свинцово-кислотные батареи, являющиеся наиболее дешевым типом батарей. Стандартный комплект свинцово-кислотных аккумуляторов для электромобиля средней массы имеет стоимость 3 тыс. долл. США, запас хода без подзарядки около 150 км, средний ресурс работы 3 года. Интерес к электромобилю в начале XXI века вызван развитием технологий хранения электроэнергии, обеспечивающих увеличение срока работы батарей аккумуляторов между подзарядками, сокращение времени самой подзарядки, увеличение срока службы аккумуляторов.

Вторая возможность применения природного газа на транспорте является его использование в сжатом и сжиженном видах. В 2003 году мировой парк автомобилей, работающих на сжатом (компримированном) природном газе составил около 3 млн. единиц. Ожидается, что к 2010 г. потребление в России сжиженного природного газа в качестве топлива для автомобилей составит 2,0 млн. тонн в год.

Третьим направлением использования природного газа является синтезирование из него жидких топлив, близких по своим свойствам к традиционным моторным топливам.

Одной из возможностей является окисление природного газа в присутствии катализатора в синтез-газ (содержит монооксид углерода CO и водород H2). Из 1 м3 синтез-газа получают 120-180 г жидких углеводородов. Смешивание этих углеводородов между собой и с продуктами переработки нефти позволяет получить моторные топлива с заданными физико-химическими свойствами. За рубежом производство синтетических моторных топлив из природного газа освоено в промышленном масштабе. В настоящее время производство синтетических топлив из природного газа дороже нефтяных. Но в перспективе цены этих топлив будут постепенно выравниваться и ожидается, что к 2010 г. потребление синтетических топлив из газа в России составит 0,5 млн. т в год.

В качестве перспективных альтернативных топлив, получаемых из природного газа, рассматриваются также метиловый спирт (метанол), этиловый спирт (этанол) и диметиловый эфир. Однако пока цена этих продуктов превосходит цену традиционных моторных топлив.

Газовые конденсаты
Реальным резервом моторных топлив, особенно для локального использования, являются газовые конденсаты. Газовый конденсат представляет собой смесь углеводородов, конденсирующихся при добыче природного и попутного нефтяного газов. На некоторых месторождениях содержание газового конденсата достигает 0,5 м3 на 1 м3 газа. Добыча газовых конденсатов в России с каждым годом увеличивается. Газовый конденсат относительно дешев и по составу близок к моторным топливам, поэтому он широко используется в местах добычи нефти и газа в качестве топлива для двигателей стационарных установок, автомобилей и тракторов. Однако широкое применение газового конденсата на транспорте сдерживается неэффективностью сбора, а также транспортировки по трубопроводам из районов месторождений, что обусловлено значительным содержанием в его составе нормальных парафинов, застывающих при высоких температурах.

Уголь
Наиболее вероятным сырьем для производства моторных топлив для транспорта в ближайшей перспективе является уголь. Достоверные мировые запасы угля составляют 16 трлн. т, из них 4 трлн. т - доступные рентабельные запасы. При современном уровне добычи угля этих запасов хватит на 200-250 лет.

Первая возможность использования угля в качестве энергоносителя на транспорте сжигание с последующим использованием полученной электроэнергии в электромобилях. Второй способ использование в качестве топлива для дизелей смеси угольной пыли и дизельного топлива. Третий и наиболее перспективный вариант производство синтетических моторных топлив из угля. Такие топлива можно получить либо прямым синтезом из продукта газификации угля синтез-газа, либо через промежуточное получение метанола. Пока производство моторных топлив из угля в 1,7-3 раза дороже, чем из нефти, поэтому в России этот вид топлив пока не используется. Однако синтезирование дешевых углей на их месте добычи может стать относительно рентабельным уже в ближайшем будущем.

Природные смолы
Вероятным сырьем для производства моторных топлив являются природные смолы (битумы и тяжелые нефти), содержащиеся в полутвердом и твердом состоянии в горючих сланцах и нефтеносных (битуминозных) песках. Синтетические моторные топлива получают путем термического разложения сланцев с выделением сланцевой смолы, выход которой составляет 18-20 % массы исходного сырья. В настоящее время производство синтетических топлив из горючих сланцев, хотя и дешевле, чем из угля, но уступает по себестоимости производству традиционных нефтяных топлив. Прогнозируемые мировые запасы горючих сланцев оцениваются в 26 трлн. т, а их достоверные рентабельные запасы около 460 млрд. т. При этом потенциал жидких углеводородов, содержащихся в битуминозных песках, составляет 270-500 млрд. т.

Биомасса
Кроме рассмотренных первичных топливно-энергетических ресурсов для производства моторных топлив могут быть использованы так называемые вторичные ресурсы - газы, получаемые при переработки нефти, природного и попутного нефтяного газов, коксовый, доменный и генераторный газы, и биомасса (древесина, водоросли, отходы сельскохозяйственного производства и др.).

Наиболее значимыми из них являются биомасса и продукты ее переработки. При этом в отличие от других перечисленных выше энергетических ресурсов биомасса является возобновляемым источником энергии. Ежегодно в мире образуется 170-200 млрд. т растительной биомассы (в пересчете на сухую массу), что энергетически эквивалентно 70-80 млрд. т нефти, а используется лишь небольшая ее часть. При современном уровне развития техники имеется возможность дополнительного использования биомассы (еще около 2,5-5 %) для производства моторного топлива, что эквивалентно 2-4 млрд. т нефти или 3-6 млрд. т угля ежегодно. Из 1 кг сырья синтезируют 120-150 г жидких углеводородов - компонентов моторных топлив. Таким же образом получают газообразные углеводороды - олефины, используемые для нужд органического синтеза. Эти легкие углеводороды могут быть использованы и в качестве добавок к стандартным дизельным топливам. Кроме того, биомасса является сырьем для производства спиртов (этанола, метанола и др.), которые применяются в качестве самостоятельных топлив для ДВС или для получения синтетических моторных топлив. Ожидается, что к 2010 г. потребление топлив из биомассы в России составит 4,8 млн. т условного топлива или 2,3 % от общего потребления моторных топлив.

Растительные масла
Перспективны в качестве моторных топлив растительные масла: подсолнечное, рапсовое, хлопковое, соевое, льняное, пальмовое, арахисовое, сурепное и некоторые другие. Их можно использовать в исходном виде или после специальной химической обработки (облагораживания), а также в смеси с нефтяными топливами или спиртами. В Европе расширяется применение на транспорте топлив из рапсового масла и продуктов его химической переработки: метилового эфира и метилового спирта. В Германии в 1998 г. было произведено 100 тыс. т. биодизельного топлива (метиловый эфир рапсового масла), а в 2000 г. его производство составило уже около 200 тыс. т. В настоящее время стоимость растительных масел и топлив на их основе соизмерима со стоимостью нефтяных дизельных топлив. Поэтому применение таких топлив в ряде случаев становится экономически выгодным, особенно в тех странах, где растительные масла имеются в избытке.

Водород
Среди альтернативных энергоносителей для транспорта следует особенно отметить водород, а также водородсодержащие топлива (синтез-газ - Н2+СО). Водород обладает чрезвычайно высокой энергоемкостью (теплотворной способностью почти в три раза большей, чем у традиционных нефтяных топлив) и уникальными экологическими качествами. Основной проблемой применения чистого водорода является отсутствие инфраструктуры его производства в необходимых для транспорта количествах, сложности хранения, транспортировки и заправки автомобилей. Водород (синтез-газ) может быть получен в конверторе непосредственно на борту автомобиля из метанола или другого энергоносителя. Однако, себестоимость получения водорода частичным окислением углеводородных топлив, гидрированием угля, электролизом воды и другими способами в пересчете на единицу получаемой энергии в 2-10 раз выше себестоимости получения традиционных жидких топлив или природного газа. Получение синтез-газа из метанола на борту автомобиля за счет использования теплоты отработавших газов пока также дороже использования нефтяных моторных топлив. Поэтому в ближайшей перспективе использование этого энергоносителя на транспорте проблематично.

Топливные элементы
В последнее время большой интерес вызывает использование на автомобилях топливных элементов - устройств, генерирующих электроэнергию непосредственно на борту транспортного средства за счет процесса, обратного пиролизу. При этом в процессе реакции водорода и кислорода образуется вода и вырабатывается электрический ток, используемый для привода колес автомобиля. В качестве водородсодержащего топлива, как правило, используется либо сжатый водород, либо метанол. Преимуществами топливных элементов является их высокий КПД, низкий уровень шума, близкий к нулевому уровень выбросов вредных веществ, возможность использования возобновляемых энергетических ресурсов. Однако, существуют и серьезные недостатки: неконкурентоспособная с ДВС себестоимость топливно-элементных систем, недостаточная долговечность, большое время подготовки к работе, отсутствие инфраструктуры получения, хранения и распределения водорода или метанола и др. Причем, эти проблемы настолько серьезны, что не дают оснований на перспективы массового внедрения этих силовых установок на транспорте в ближайшие десять пятнадцать лет.

Рекомендуемая литература по тематике секции

1. Работа дизелей на нетрадиционных топливах: Учебное пособие / В.А. Марков, А.И. Гайворонский, Л.В. Грехов и др. - М.: Изд-во «Легион-Автодата», 2008. - 464 с.
2. Девянин С.Н., Марков В.А., Семенов В.Г. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей. М.: Изд-во МГАУ им. В. П. Горячкина, 2007. - 340 с.
3. Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика. Пер. с нем. М.И.Серебряного. М.: Колос, 1982 – 148 с.
4. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат,1990. – 392 с.
5. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Уч. Пособие. – М.: КНОРУС, 2010. – 232 с.
6. Фен Дж. Машины, энергия, энтропия: пер. с англ. - М.: Мир, 1986. – 336 с.
7. Бродянский В.М. От твердой воды до жидкого гелия. История холода. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 336 с.
8. Ашкинази Л.А. Вакуум для науки и техники. – М.: Наука, Библиотечка «Квант», 1987. – 128 с.
9. Вакуумная техника: Справочник / Под ред. К.Е. Демихова, Ю.В. Панфилова – М.: Машиностроение, 2009. – 480 с.
10. Гущин В.Н. Основы устройства космических аппаратов: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 2003. – 272 с.
11. В.Г. Шухов (1853-1939). Искусство конструкции / Под ред. Р.Грефе. – М.: Мир, 1994. – 192 с.
12. Шухова Е.М. Владимир Григорьевич Шухов. Первый инженер России. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. – 368 с.
13. Экологическое сопровождение проектов: учеб. пособие / Ю.В. Чижиков. - М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2010.- 308с.

Электронные ресурсы:

1. Report of the World Commission on Environment and Development: Our Common Future [Электронный ресурс] http://upload.wikimedia.org/wikisource/en/d/d7/Our-common-future.pdf. Режим доступа 05.06.2013 г.
2. Повестка дня на XXI век. Принята Конференцией ООН по окружающей среде и развитию, Рио-де-Жанейро, 3–14 июня 1992 года. [Электронный ресурс] http://www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/agenda21.shtml. Режим доступа 05.06.2013 г.
3. Доклад Всемирной встречи на высшем уровне по устойчивому развитию, Йоханнесбург, Южная Африка, 26 августа - 04 сентября 2002 года [Электронный ресурс] http://daccess-dds-ny.un.org/doc/UNDOC/GEN/N02/636/95/PDF/N0263695.pdf?O.... Режим доступа 05.06.2013 г.
4. Resolution adopted by the General Assembly 66/288. The future we want [Электронный ресурс] http://www.un.org/ru/documents/ods.asp?m=A/RES/66/288. Режим доступа 05.06.2013 г.
5. “SUSTAINABLE ENERGY for all” web-site [Электронный ресурс] http://www.sustainableenergyforall.org/. Режим доступа 05.06.2013 г.
6. Климатическая доктрина Российской Федерации [Электронный ресурс] http://президент.рф/acts/6365. Режим доступа 05.06.2013 г.
7. Государственная программа Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» [Электронный ресурс] http://minenergo.gov.ru/upload/iblock/b61/b612746a17d6adae790262ad58b4c9.... Режим доступа 05.06.2013 г.
8. Информационно-аналитический портал SmartGrid.ru [Электронный ресурс] http://www.smartgrid.ru/. Режим доступа 10.06.2013 г.