13.03.02 Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
advertisement
МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» П Р И Н Я Т О Учёным советом института механики и энергетики «____»__________201__ г. Протокол №___ У Т В Е Р Ж Д Е Н О Директором института механики и энергетики /А.В. Котин/ «___» _________201__ г. Рабочая программа дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» основной образовательной программы ВПО по направлению подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника (бакалавриат) профиль подготовки Электроснабжение Трудоёмкость дисциплины – 6 зачётных единиц (216 час.) Саранск 2011 1. Цели и задачи учебной дисциплины: Цель дисциплины состоит в ознакомлении будущих бакалавров с альтернативными источниками энергии, стимулирование их деятельности для развития этого направления техники и технологии. Основными задачами изучения дисциплины являются: − ознакомление студентов с нетрадиционными источниками энергии, современными методами их использования, проблемами и перспективами развития нетрадиционной энергетики. − освоение студентами методов расчета установок альтернативной энергетики, оценки их эффективности. 2. Место учебной дисциплины в структуре ООП: Дисциплина относится к профильным по выбору студента цикла Б.3 «Профессиональный цикл». Перед изучением дисциплины студент должен изучить следующие дисциплины профессионального цикла: математика, физика, химия, экология, теоретические основы электротехники, теория электромагнитного поля, материаловедение, электротехника и электроника, механика, электрические машины. Дисциплина может являться предшествующей для дисциплин: энергосбережение в электроэнергетике, экономика электроэнергетики, эксплуатация систем электроснабжения, надежность электроснабжения. 3. Требования к результатам освоения дисциплины − − − − − − − − − − Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: общекультурных (ОК): способностью в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, готовностью приобретать новые знания, использовать различные средства и технологии обучения (ОК-6); готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7); профессиональных: способностью демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2); готовностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3); способностью и готовностью анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6); способностью формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией (публичной защитой) (ПК-7); готовностью работать над проектами электроэнергетических и электротехнических систем и их компонентов (ПК-8); способностью графически отображать геометрические образы изделий и объектов электрооборудования, схем и систем (ПК-12); способностью рассчитывать режимы работы электроэнергетических установок различного назначения, определять состав оборудования и его параметры, схемы электроэнергетических объектов (ПК-16); способностью использовать технические средства для измерения основных параметров электроэнергетических и электротехнических объектов и систем и происходящих в них процессов (ПК-18); − готовностью определять и обеспечивать эффективные режимы технологического процесса по заданной методике (ПК-23); − способностью контролировать режимы работы оборудования объектов электроэнергетики (ПК-24); − способностью составлять и оформлять оперативную документацию, предусмотренную правилами эксплуатации оборудования и организации работы (ПК-26); − готовностью изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-39); − готовностью планировать экспериментальные исследования (ПК-40); − готовностью понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде (ПК-41); − готовностью участвовать в составлении научно-технических отчетов (ПК-42); В результате изучения дисциплины студент должен: знать: основные нетрадиционные источники энергии, их энергетический потенциал, принципы и методы практического использования; уметь: рассчитывать тепловые схемы объектов с нетрадиционными источниками энергии; владеть: проблематикой применения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. 4. Образовательные технологии Для преподавания дисциплины предусмотрены традиционные технологии с применением активных методов обучения в рамках аудиторных занятий и самостоятельной работы. Аудиторные занятия включают: − лекции с изложением теоретического содержания курса; − практические занятия, направленные на практическое освоение и закрепление теоретического материала, изложенного на лекциях; − лабораторные работы, предусматривающие приобретение студентами навыков работы с оборудованием, применяемым в нетрадиционной и возобновляемой энергетике, и простейших экспериментальных исследований. Содержание лабораторных работ раскрываются лабораторным практикумом. Самостоятельная работа студентов предназначена для внеаудиторной работы студентов по закреплению теоретического курса и практических навыков дисциплины, по изучению дополнительных разделов дисциплины, а также включает подготовку контрольных Работ, которые посвящены расчету ветроэнергетических систем и систем солнечного теплоснабжения. Семестр Раздел учебной дисциплины Курс № п/п Неделя семестра 5. Структура учебной дисциплины (модуля) Виды учебной работы, в т.ч. СРС и трудоёмкость (в часах) Лекции Практи- Лабора- СРС ческие торные занятия работы 2 4 1. Общие сведения о нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии. 2. Гелиоэнергетика. 4 7 1 4 7 2-4 6 4 6 22 3. Ветроэнергетика. 4 7 5-7 6 4 4 20 4. Геотермальная энергетика. 4 7 8-10 6 4 4 20 5. Преобразование энергии океана. 6. Биоэнергетика. 7. Использование вторичных энергоресурсов. 8. Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии. Итого 4 4 4 7 7 7 11-13 14-16 17 6 6 2 2 2 2 4 14 14 10 4 7 18 2 - - 4 36 18 18 144 Формы текущего Форма контроля промежуточной успеваемости аттестации (по неделям семестра) Устный опрос Устный опрос Лаб. работы Устный опрос Лаб. работы Устный опрос Лаб. работы Устный опрос Устный опрос Устный опрос Лаб. работы Устный опрос Экзамен Курсовой проект 5.1 Содержание учебной дисциплины (модуля). Объем дисциплины и виды учебных занятий Всего часов Вид учебной работы Семестры 7 72 72 - - Лекции 36 36 Практические занятия (ПЗ) 18 18 - - Лабораторные работы (ЛР) 18 18 Самостоятельная работа (всего) 144 144 - - 36 36 Подготовка к лекционным занятиям 36 36 Подготовка к практическим занятиям 18 18 Подготовка к лабораторным работам 18 18 Подготовка к экзамену 36 36 216 Экзамен, защита курсовой работы 216 6,0 6,0 Аудиторные занятия (всего) В том числе: Семинары (С) В том числе: Курсовой проект Другие виды самостоятельной работы Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) Общая трудоемкость час зач. ед. 5.2. Содержание разделов учебной дисциплины № п/п Наименование раздела дисциплины 1. Общие сведения о нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии. 2. Гелиоэнергетика. Содержание раздела Состояние и перспективы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Преобразование солнечной энергии в электрическую. Системы солнечного теплоснабжения. Тепловое аккумулирование энергии. 3. Ветроэнергетика. Энергия ветра и возможности ее использования. Теория идеального ветряка Теория реального ветряка. 4. Геотермальная энер- Тепловой режим земной коры. Источники Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) 1 Устный опрос 2-4 Устный опрос Лаб. работы 5-7 Устный опрос Лаб. работы 8-10 Устный гетика. 5. Преобразование энергии океана. 6. Биоэнергетика. 7. Использование вторичных энергоресурсов. 8. Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии. геотермального тепла. Использование геотермальной энергии для выработки тепловой и электрической энергии. Использование геотермальной энергии для теплоснабжения жилых и производственных зданий. Энергетические ресурсы океана. Преобразование энергии волн. Использование энергии приливов и морских течений. Преобразование тепловой энергии океана. Понятие и классификация биотоплива. Пиролиз (сухая перегонка). Термохимические процессы. Спиртовая ферментация (брожение). Методы получения спирта; использование этанола в качестве топлива. Получение биогаза путем анаэробного сбраживания. Биоэнергетические установки. Понятие вторичных энергоресурсов. Использование вторичных энергоресурсов для получения электрической и тепловой энергии. Использование отходов производства и сельскохозяйственных отходов для получения электрической и тепловой энергии. Проблема взаимодействия энергетики и экологии. Экологические последствия развития солнечной энергетики. Влияние ветроэнергетики на природную среду. Возможные экологические проявления геотермальной энергетики. Экологические последствия использования энергии океана. Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок. опрос Лаб. работы 11-13 Устный опрос 14-16 Устный опрос 17 Устный опрос Лаб. работы 18 Устный опрос 5.3 Разделы учебной дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами № Наименование обеспечивае- № № разделов данной дисциплины, необходимых п/п мых (последующих) дисци- для изучения обеспечиваемых (последующих) плин дисциплин 1 2 3 4 5 6 1. Энергосбережение в тепло+ + + + + энергетике и теплотехнологии. 2. Эксплуатация и ремонт энер+ + + + + гооборудования 3. Экономика и управление на + + + + + + предприятиях энергетики 4. Выпускная квалификационная + + + + + + работа 5.4 Разделы дисциплин и виды занятий № п/п Наименование раздела дисциплины 1. Общие сведения о нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии. 2. Гелиоэнергетика. 3. Ветроэнергетика. 4. Геотермальная энергетика. 5. Преобразование энергии океана. 6. Биоэнергетика. 7. Использование вторичных энергоресурсов. 8. Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии. Итого Лекц. Практ. Лаб. зан. зан. Семин СРС 2 - - - 4 Всего час. 4 6 6 6 6 6 2 4 4 4 2 2 2 6 4 4 4 - 22 20 20 14 14 10 33 27 27 17 17 15 2 - - - 4 4 36 18 18 - 108 216 6. Лабораторный практикум № п/п № раздела дисциплины Наименование лабораторных работ 1. 2 2. 2 3. 4. 3 4 5. 8 Итого Исследование характеристик солнечных фотоэлементов. Гидравлические испытания плоского солнечного коллектора. Исследование работы ветроэнергетической установки. Исследование работы геотермальной установки с тепловыми насосами Исследование работы вихревого теплогенератора. Трудоемкость (час.) 3 3 4 4 4 18 7. Практические занятия (семинары) № п/п № раздела дисциплины Тематика практических занятий (семинаров) 1. 2 2. 3. 4. 5. 6. 2 2 3 4 5 7. 6 Итого Построение вольт-амперной характеристики солнечного фотоэлемента Расчет системы солнечного теплоснабжения Расчет теплового аккумулятора энергии Расчет ветроэнергетических установок. Расчет систем геотермального теплоснабжения. Расчет параметров океанской теплоэлектрической станции. Расчет биоэнергетических установок. Трудоемкость (час.) 2 2 2 4 4 2 2 18 8. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебнометодическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Текущим контролем предусмотрены в 7 семестре лабораторные работы и курсовой проект. В курсовом проекте «Расчет ветроэнергетической установки» студенту предлагается выполнить проект горизонтальноосевой или вертикальноосевой ветроэнергетической установки. Промежуточная аттестация включает экзамен в конце 7 семестра и также учитывает результаты защиты курсового проекта и лабораторных работ. Контрольные вопросы по дисциплине: 1. Традиционные и нетрадиционные источники энергии. 2. Запасы и динамика потребления энергоресурсов, политика России в области нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. 3. Основные объекты нетрадиционной энергетики России. 4. Интенсивность солнечного излучения. 5. Фотоэлектрические свойства p–n перехода. 6. Вольт-амперная характеристика солнечного элемента. 7. Конструкции и материалы солнечных элементов. 8. Классификация и основные элементы гелиосистем. 9. Концентрирующие гелиоприемники. 10. Плоские солнечные коллекторы. 11. Солнечные абсорберы. 12. Энергетический баланс теплового аккумулятора. 13. Классификация аккумуляторов тепла. 14. Системы аккумулирования тепловой энергии. 15. Тепловое аккумулирование для солнечного обогрева и охлаждения помещений. 16. Происхождение ветра, ветровые зоны России. 17. Классификация ветродвигателей по принципу работы. 18. Работа поверхности при действии на нее силы ветра. 19. Работа ветрового колеса крыльчатого ветродвигателя. 20. Понятие идеального ветряка. 21. Классическая теория идеального ветряка . 22. Потери ветряных двигателей. 23. Тепловой режим земной коры. 24. Подземные термальные воды (гидротермы). 25. Запасы и распространение термальных вод. 26. Основы построения схем и выбора оборудования геотермальных систем теплоснабжения. 27. Открытые системы геотермального теплоснабжения. 28. Закрытые системы геотермального теплоснабжения. 29. Бессливная система геотермального теплоснабжения. 30. Система геотермального теплоснабжения с тепловыми насосами. 31. Комплексная система геотермального теплоснабжения. 32. Баланс возобновляемой энергии океана. 33. Основы преобразования энергии волн. 34. Преобразователи энергии волн, отслеживающие профиль волны. 35. Преобразователи энергии волн, использующие энергию колеблющегося водяного столба. 36. Общие сведения об использовании энергии приливов. 37. Мощность приливных течений и приливного подъема воды. 38. Использование энергии океанских течений. 39. Общая характеристика устройств для использования энергии океанских течений. 40. Ресурсы тепловой энергии океана. 41. Схема ОТЭС, работающей по замкнутому циклу. 42. Схема ОТЭС, работающей по открытому циклу. 43. Использование перепада температур океан-атмосфера. 44. Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую. 45. Проблема взаимодействия энергетики и экологии. 46. Экологические последствия развития солнечной энергетики. 47. Влияние ветроэнергетики на природную среду. 48. Возможные экологические проявления ГеоТЭС . 49. Экологические последствия использования энергии океана. 50. Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок. 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение учебной дисциплины: а) основная литература 1. Сибикин Ю. Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин. – М.: КНОРУС, 2010. – 232 с. 2. Расчет долгосрочных характеристик системы солнечного теплоснабжения: Метод. указания к выполнению расчет. работы по дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» / Сост. В.А. Агеев. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2004. – 16 с. 3. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 392 с. 4. Безруких П.П. Использование энергии ветра. Техника, экономика, экология. – М.: Колос, 2008. – 196 с. 5. Алхасов А.Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 376 с. 6. Неисчерпаемая энергия. Кн. 1. Ветроэлектрогенераторы / В.С. Кривцов, А.М. Олейников, А.И. Яковлев. – Учебник. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т». Севастополь: Севаст. нац. техн. ун-т, 2003. – 400 с. 7. Неисчерпаемая энергия. Кн. 2. Ветроэлектрогенераторы / В.С. Кривцов, А.М. Олейников, А.И. Яковлев. – Учебник. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т». Севастополь: Севаст. нац. техн. ун-т, 2004. – 519 с. 8. Бойлс Д. Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки. – М. Агропромиздат, 1987. 9. Васильев Ю.С. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1991. 10. Волновые энергетические станции в океане / В.И. Сичкарев, В.А. Акуличев. – М.: Наука, 1989. – 132 с. б) дополнительная литература 1. ГОСТ Р 51594–2000. Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Термины и определения. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. 2. ГОСТ Р 51595–2000. Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие технические условия. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. 3. ГОСТ Р 51596–2000. Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Методы испытаний. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. 4. ГОСТ Р 51237–98. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. 5. ГОСТ Р 51997–2002. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Общие технические требования. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2003. 6. ВСН 56-87. Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений. Нормы проектирования. – М.: Стройиздат, 1989. в) программное обеспечение и Интернет- ресурсы 1. Основные положения рабочей программы, содержание лекционных и лабораторных работ, а также методические указания к выполнению расчетных работ выложены в сети Internet на сайте кафедры http://www.mrsu.ru. 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины: Для проведения лабораторных работ по дисциплине предусмотрена специализированная лаборатория, оснащенная плакатами по основным разделам дисциплины и следующими лабораторными стендами: 1. Типовой комплект учебного оборудования «Солнечная фотоэлектрическая система», исполнение стендовое ручное (СФЭС-СР) 2. Лабораторный стенд для проведения испытаний плоского солнечного коллектора. 3. Лабораторный стенд «Возобновляемые источники энергии. Ветрогенера-тор», исполнение стендовое (ВИЭ-ВГ-СР), для исследования режимов работы ветрогенератора. 4. Стенд - тренажер "Тепловой насос с использованием геотермальной низкопотенциальной энергии" (на базе тепловых насосов). 5. Стенд для исследования режимов работы вихревого теплового насоса «ЮСМАР-ВТГS1». Для проведения лекционных занятий имеется комплект электронных плакатов по каждой теме дисциплины, ноутбук с проектором и переносной экран. 11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины: По дисциплине предусмотрено выполнение практических занятий и домашних заданий, выполнение расчетно-графической работы и курсового проекта. В качестве оценочных средств промежуточной аттестации используется экзамен. Для контроля усвоения изученного материала и обеспечения равномерной активной работы студентов по каждой изучаемой теме проводятся проверочные (контрольные) опросы. Разработчик рабочей к.т.н., доцент программы: - Обсуждено на заседании кафедры электрификации и автоматизации производства ______________ Зав. кафедрой электрификации и автоматизации производства ______________ к.т.н., доцент «___»_____201__г. протокол №_____ В. А. Агеев - Рассмотрено на заседании учебнометодической комиссии института механики и энергетики Председатель УМК Института механики и энергетики В. А. Агеев к.т.н., профессор «___»_____201__г. протокол №_____ ______________ Н. С. Ларин В соответствии с пунктом 7.1 ФГОС ВПО: «Высшие учебные заведения обязаны ежегодно обновлять основные образовательные программы (ООП) с учётом развития науки, техники, культуры, экономики, технологий и социальной сферы». Рабочая программа дисциплины обновлена решением кафедры электрификации и автоматизации производства: № п/п Прилагаемый к Рабочей программе документ, содержащий текст обновления Решение кафедры дата Протокол № Подпись заведующего кафедрой Фамилия И. О. заведующего кафедрой Приложение 1 1. В методическое обеспечение добавлен новый источник: Баранов Н. Н. Нетрадиционные источники и методы преобразования энергии: учебное пособие для вузов / Н. Н. Баранов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 384 с. Доцент В. А. Агеев Приложение 2 Рейтинг-план дисциплины № п/п Название раздела Контрольная точка Оценочное сред- Сроки ство 1. Общие сведения о нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии. 2. Гелиоэнергетика. Лаб. работа Лаб. работа 3. Ветроэнергетика. Нулевая сессия Тестирование Лаб. работа 4. Геотермальная энергетика. Лаб. работа 5. Преобразование энергии океана. 6. Использование вторичных энер- Лаб. работа горесурсов. Биоэнергетика. Контр. работа Посещение лекционных занятий Контроль посещаемости (1,0х8) Посещение практических занятий Контроль посе(1,0х8) щаемости Итого по текущему контролю Промежуточная аттестация (экзамен), в т. ч.: ответ на 1 вопрос билета ответ на 2 вопрос билета решение задачи билета Итого Доцент Максимальное количество баллов по контрольной точке 2 нед. 6 нед. 7 7 9 нед. 10 нед. 14 нед. 9 7 7 18 нед. 7 18 нед. 2 сем. 10 8 2 сем. 8 70 30 10 10 10 100 В. А. Агеев
