Рабочая программа учебной

РП ЕНМФ 7.1/УД.011
Рабочая программа учебной
дисциплины
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета ЕНМФ
_________ Тюрин Ю.П.
«___»________ 200__ г.
ВВЕДЕНИЕ В ВОДОРОДНУЮ ЭНЕРГЕТИКУ
Рабочая программа для направления 01070000 (физика)
Факультет: естественных наук и математики
Обеспечивающая кафедра: водородной энергетики и плазменных технологий
Курс
4
Семестр
8
Учебный план набора 2004 года с изменениями ______ года
Распределение учебного времени
Лекции
Всего аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Общая трудоемкость
32 часа 8 семестр
32 часа 8 семестр
32 часа
64 часа 8 семестр
зачет в 8 семестре
2007 г.
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
Рабочая программа учебной
дисциплины
Предисловие
1. Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО по направлению 0107000
(физика), утвержденного 17.03.2000г., рег.№ 176 ен/бак.
2. РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры – кафедры
водородной энергетики и плазменных технологий
________ протокол N ____.
3. Разработчик ст. преподаватель КОФ ЕНМФ ________ Лидер А.М.
4. Зав. обеспечивающей кафедрой, профессор ________ Кривобоков В.П.
5. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом естественных наук и
математики, кафедрой общей физики, СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
Зав. выпускающей кафедрой (кафедрой ВЭПТ ЕНМФ) ________ Кривобоков В.П.
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
Рабочая программа учебной
дисциплины
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ В ВОДОРОДНУЮ ЭНЕРГЕТИКУ
Факультет естественных наук и математики (ЕНМФ)
0107000 (б)
Кафедра водородной энергетики и плазменных технологий
Ст. преподаватель КОФ ЕНМФ Лидер Андрей Маркович
Тел. (3822) 564572, е-mail: lider@tpu.ru
Цель: формирование необходимого уровня знаний у студентов в области водородной
энергетики, ознакомления с российским и мировым опытом создания топливных
элементов, а также с перспективами водородной экономики. На базе полученных знаний
подготовленный специалист должен знать о возобновляемых и не возобновляемых
энергоресурсах, основных методах их использования для получения водорода, процессах
и устройствах водородной энергетики.
Содержание:
топливно-энергетический
баланс;
освоение
возобновляемых
энергоисточников; сравнительная оценка различных видов энергии по их роли, качеству,
основному назначению, возможностям получения, использования, транспортировки,
аккумулирования,
экологичности,
надежности
и
безопасности;
предпосылки
к
энергетической революции; основные направления становления и развития водородной
энергетики; водород; процессы и устройства водородной энергетики; водородные
энергетические системы: конструирование, анализ и моделирование.
Курс 4 (8 сем. - зачет).
Всего 64 ч, в т.ч. лекции – 32 ч., самостоятельная работа – 32 ч.
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
Рабочая программа учебной
дисциплины
Abstract
Introduction into Hydrogen Energy
Faculty of natural science and mathematics (FNS&M)
0107000 (physics)
Department of hydrogen Energy and Plasma technologies
teacher of GP Department A.M. Lider
Tel. (3822) 564572, e-mail: lider@tpu.ru
Purpose: formation of a necessary level of students knowledge in the field of hydrogen energy;
acquaintance with the Russian and global experience of design of fuel cell, and also with future
prospect of hydrogen economy. On the basis of the obtained knowledge the ready expert should
know about renewed and not renewed energy sources, the basic methods of their use for
hydrogen production, processes and devices of hydrogen power.
Contents: fuel and energy balance; development renewed energy sources; a comparative
estimation of various kinds of energy on their role, quality, the basic purpose, opportunities of
manufacture, use, transportation, accumulations, environmental safety, reliability and safety;
preconditions to power revolution; the basic directions of becoming and development of
hydrogen power; hydrogen; processes and devices of hydrogen power; hydrogen power
systems: designing, the analysis and modeling.
Course 4 (session 8 – credit).
Sum. – 64 h, including lectures. – 32 h., independent work – 32 h.
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
Рабочая программа учебной
дисциплины
Цели и задачи учебной дисциплины
Решение вышеперечисленных задач достигается в процессе обучения путем
совмещения следующих конкретных форм деятельности – лекций, нацеленных на
получение информации и алгоритма действий в образовательном процессе, и
самостоятельной внеаудиторной работы: 1)подготовки реферата по заданной теме
(индивидуальная
работа по данному разделу заключается в написании студентами
рефератов по темам, подобранным преподавателем в соответствии с программой
теоретической части курса; рефераты в электронном виде и бумажном варианте
представляются преподавателю для проверки); 2) проработки теоретического материала
(работа с рекомендованной литературой, в библиотеке; самостоятельная проработка
вопросов теоретической части курса с использованием рекомендованной литературы).
Текущий контроль включает две контрольные работы, оценивающие степень усвоения
материала.
Изучение предмета базируется на курсах «Физика» и «Химия».
Содержание теоретического раздела дисциплины (Лекции)
1 семестр - 32 часа.
1.
Введение. Топливно-энергетический баланс. Оценки запасов ископаемого топлива.
Освоение
возобновляемых
энергоисточников.
Развитие
ядерной
энергетики,
перспективы получения энергии в управляемом термоядерном синтезе. Воздействие
традиционной энергетики на окружающую среду. Сравнительная оценка различных
видов энергии по их роли, качеству,
основному назначению, возможностям
получения, использования, транспортировке, аккумулирования, экологичности,
надежности и безопасности. – 4 часа
2.
Водородная энергетика. Предпосылки к энергетической революции. Основные
направления становления и развития водородной энергетики. Водородная программа
США. Водородная программа Японии. Программа развития водородной энергетике в
Евросоюзе. Водородная энергетика в России. Долгосрочное развитие водородной
энергетики.
Экономика
водородных
технологий.
водородная
политика.
Формирование
Социальное
национальной
программы «Водородная энергетика». – 4 часов
восприятие
и
научно-инновационной
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
Рабочая программа учебной
дисциплины
3.
Водород. Общая характеристика природных источников водорода. Производство
водорода. Методы получения водорода с использованием атомной энергии.
Транспортировка, распределение водорода и заправочные водородное станции.
Хранение водорода. – 8 часов
4.
Процессы и устройства водородной энергетики. Исследования и развитие технологии
топливных
элементов.
Термодинамика
Основные
электрохимических
виды
элементов.
электрохимических
Электрохимическая
элементов.
генерация
энергии. – 8 часов
5.
Использование водорода и топливные элементы. Водородные энергетические
системы: конструирование, анализ и моделирование. Воздействие на окружающую
среду. Безопасность. – 8 часов
Программа самостоятельной познавательной деятельности.
Проработка теоретического материала
Самостоятельная проработка вопросов теоретической части курса с использованием
рекомендованной литературы.
Подготовка реферата по заданной теме
Индивидуальная работа по данному разделу заключается в написании студентами
рефератов по темам, подобранным преподавателем в соответствии с программой
теоретической части курса. Рефераты в электронном виде и бумажном варианте
представляются преподавателю для проверки.
Текущий и итоговый контроль
1. Текущий контроль
Текущий контроль теоретических знаний студентов осуществляется по итогам
написания контрольных работ во время лекций. С учетом того, что контрольные задания
для контрольных работ выдаются студентам индивидуально и не повторяются,
достигается возможность индивидуальной оценки знаний студентов в освоении
изучаемого материала.
Цель контроля: проверка знаний по теоретической части курса.
Способ оценки знаний и умений: подсчитывается число правильных ответов, и
Рабочая программа учебной
дисциплины
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
результат оценивается по рейтинговой системе.
2. Выполнение реферата по теме.
Цель контроля: выработка умений и навыков самостоятельного решения
поставленной проблемы, проверка логического обоснования решения, умения
применить теоретические знания к ее решению, умение публично изложить
представленные материалы.
Способ оценки знаний и умений: Окончательная оценка реферата проводится по
качеству его выполнения (в соответствии с требованиями к выполнению
рефератов) и результатами публичной защиты реферата.
3. Итоговый контроль - зачет.
Цель контроля: проверка знаний и умений по всему курсу.
Рейтинг лист по курсу «Введение в водородную энергетику»
(32 часа лекции)
Общий рейтинг за семестр
- 700 баллов
- рейтинг за посещение лекционных занятий
- 300 баллов
- рейтинг за написание контрольных работ
- 200 баллов
- рейтинг за выполнение реферата
- 200 баллов
Итоговый контроль (зачет)
- 300 баллов
Для получения допуска к зачету необходимо подготовить реферат и набрать
не менее 550 баллов.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
Все методическое обеспечение: темы рефератов, экзаменационные вопросы
представлены в электронном виде и доступны студентам.
Перечень рекомендуемой литературы.
1. Атомно-водородная энергетика и технология. Вып. 1 – 8. М.: Атомиздат. Главный
редактор Легасов В.А. 1978 – 1988.
2. Дресвянников А.Ф. Материалы - аккумуляторы водорода. Казань. 2005.
3. Канарев Ф.М. Вода – новый источник энергии. 2-е издание, дополненое и
переработанное. Краснодар. 2000.
4. Кузык Б.Н., Кушлин В.И., Яковец Ю.В. На пути к водородной энергетике. М.:
Рабочая программа учебной
дисциплины
5.
6.
7.
8.
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
Институт экономических стратегий. 2005.
Кулешов Н.В., Коровин Н.В., Тельнов В.П. Водородная энергетика. Способы
получения водорода для энергоустановок: Учебное пособие по курсу
электрохимические установки; Ред. Э.Л. Филиппов. М.: МЭИ. 1989, 50 с.
Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П., Кулешов Г.Г. Введение в водородную
энергетику. М.: Энергоатомиздат.1984
Д.Ю. Гамбург, В.П. Семенов, Н.Ф, Дубовкин, Л.В. Смирнова Водород. Свойства,
получение, хранение, транспортирование, применение – М.: Химия, 1989.- 672с.
Fuel Cell Handbook (Seventh Edition) EG&G Technical Services, Inc. U.S. Department
of Energy Office of Fossil Energy National Energy Technology Laboratory 2004 р.427
Дополнительная литература
Статьи в книгах:
1. Белоусов И.Г. Теория тепловых методов получения водорода из воды. // Атомноводородная энергетика и технология. М.: Атомиздат. 1980. Вып. 3. C.172 – 247.
2. Зубарев В.В., Кирьянова Н.А., Крылов Д.А. и др. Исследование эффективности
производства и использования водорода как топлива в электроэнергетических
системах. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Атомно-водородная
энергетика и технология. Вып. 3 (13). C. 3 – 7.
3. Легасов В.А. Предисловие редактора. // Атомно-водородная энергетика и
технология. Сборник статей. М.: Энергоатомиздат. 1984. Вып. 8. C. 5.
4. Пивнюк В.А. Некоторые проблемы водородной энергетики. // Высокие технологии
на рынке драгоценных металлов и драгоценных камней. М.: АСМИ. 2004.
5. Сигов А.С. Платиновые металлы – центральный стержень развития водородной
энергетики. // Водородная энергетика будущего и металлы платиновой группы в
странах СНГ. Международный симпозиум. Москва, МИРЭА, 2 ноября 2004 года.
Сборник документов и материалов в 2-х частях. М.: АСМИ. 2004.
6. Сигов А.С. К вопросу о концепции НАВЭ и водородном всеобуче. // Высокие
технологии, водородная энергетика, платиновые металлы. М.: АСМИ. 2005.
7. Столяревский А.Я. Аккумулирование вторичной энергии. // Атомно-водородная
энергетика и технология. 1982. М.: Энергоиздат. Вып. 4. C. 60-125.
8. Шелищ П.Б. В России наступило время экономических преобразований. //
Водородная энергетика будущего и металлы платиновой группы в странах СНГ.
Международный симпозиум. Москва, МИРЭА, 2 ноября 2004 года.Редакционная
коллегия: Сигов А.С. и др. М.: АСМИ. 2004.
9. Шелищ П.Б. К разработке концепции развития водородной экономики в России. //
Высокие технологии, водородная энергетика, платиновые металлы. М.: АСМИ.
2005.
Рабочая программа учебной
дисциплины
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
10. Шпильрайн Э.Э., Сарумов Ю.А., Попель О.С., Жукова И.А. Вопросы атомной
науки и техники. // Анализ технико-экономических показателей атомноводородных энергетических установок. Сер. Атомно-водородная энергетика. Вып.
1 (5). М.: ИАЭ. 1979. C. 11.
11. Шпильрайн Э.Э., Сарумов Ю.А., Попель О.С. Применение водорода в энергетике и
энерготехнологических комплексах. // Атомно-водородная энергетика и
технология. 1982. Вып. 4. C. 5 – 22.
12. Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П. Некоторые аспекты водородной энергетики и
технологии. // Теплоэнергетика. 1980. C. 8 – 12.
13. Шпильрайн Э.Э. О предельных КПД тепловых установок. // Сер. Энергетика и
транспорт. М.: АН СССР. 1982. № 4. C. 121 – 126.
Статьи в журналах:
1. Гольцов В.А. От главного редактора. // Вестник водородной экономики и экологии.
Донецк, Украина 2004, № 1. С. 2.
2. Жвирблис В. Е. Водород. // Химия и жизнь. 1969. № 9. C. 30 – 38.
3. Лазарев Г.Г., Ткаченко А.А., Чалов В.И., Шинкаренко В.В. Водородная энергетика
России: к системе государственного регулирования. // Драгоценные металлы.
Драгоценные камни. 2005. № 3.
4. Лейтес И.Л. Некоторые следствия из второго закона термодинамики и их
практическое применение для экономики водородного транспорта. //
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2004.
№ 5. C. 33 – 39.
5. Месяц Г.А., Прохоров М.Д. Водородная энергетика и топливные элементы. //
Вестник российской академии наук. 2004. Т. 74. № 7. C. 579 – 597.
6. Шинкаренко В.В. О механизме коммерциализации водородной энергетики. //
Высокие технологии, водородная энергетика, платиновые металлы. М.: АСМИ.
2005.
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
Рабочая программа учебной
дисциплины
ПРИЛОЖЕНИЯ
Вопросы итогового контроля
Основные виды энергии – определения и физическая сущность.
Энергетика и общество.
Первичные энергоресурсы. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.
Сравнительная оценка различных видов энергии по их роли, качеству,
назначению,
возможностям
получения,
использования,
основному
транспортировке,
аккумулирования, экологичности, надежности и безопасности.
Энергетическая безопасность
Социальный аспект водородной энергетики
Водородная программа США.
Водородная программа Японии.
Программа развития водородной энергетике в Евросоюзе.
Водородная энергетика в России.
Формирование
национальной
научно-инновационной
программы
«Водородная
энергетика»
Общая характеристика природных источников водорода.
Физические методы извлечения водорода из водородосодержащих смесей.
Получение водорода электролизом из воды
Теоретические основы процесса получения водорода электролизом воды
Особые способы получения водорода методом электролиза воды. Электролиз водных
растворов щелочи под давлением. Электролиз с электролитом в виде твердого полимера.
Электролиз при высокой температуре.
Получение водорода в процессе парциального окисления и паровой конверсии
углеводородов и оксида углерода
Термический и термомагнитный методы получения водорода
Получение водорода методом фотолиза
Термохимические методы получения водорода с использованием атомной энергии
Получение водорода радиолизом
Транспортировка, распределение водорода и заправочные водородное станции
Хранение водорода
Процессы и устройства водородной энергетики
Термодинамические основы электрохимических процессов в топливных элементах
РП ЕНМФ 7.1/УД.011
Рабочая программа учебной
дисциплины
Щелочные топливные элементы
Кислотные топливные элементы
Твердополимерные топливные элементы
Высокотемпературные твердооксидные топливные элементы
Водородные энергетические системы
Расчет топливного элемента
Воздействие водородной энергетики на окружающую среду
Темы рефератов
Топливные процессоры
Тепловые насосы. Утилизация тепла энергетических установок
Конструкция топливных элементов на природном газе
Конструкция топливных элементов на угле
Технология гибридных систем
Транспорт на основе гибридных энергоустановок
Транспорт на топливных элементах
Стационарные энергетические установки
Компактные распределенные энергетические установки
Специальные области применения топливных элементов
История создания и развития топливных элементов
Твердооксидные топливные элементы: конструкция, оптимизация, развитие и применение
Щелочные топливные элементы: конструкция, оптимизация, развитие и применение
Кислотные топливные элементы: конструкция, оптимизация, развитие и применение
Твердополимерные топливные элементы: конструкция, оптимизация, развитие и
применение
Термодинамические основы топливного элемента
Эффективность энергетических установок с топливными элементами