МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140100 – Теплоэнергетика и теплотехника

Профиль подготовки: Автономные энергетические системы

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ АВТОНОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА»

Цикл:

профессиональный

Часть цикла:

вариативная

№ дисциплины по учебному плану:

ИПЭЭф; Б3вв

Часов (всего) по учебному плану:

144

Трудоемкость в зачетных единицах:

4

7 семестр

Лекции

36 часов

7 семестр

Практические занятия

18 часов

7 семестр

Лабораторные работы

не предусмотрены

Расчетные задания, рефераты

6 часов самостоят. работы

7 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

90 часов

Экзамены

7 семестр

Курсовые проекты (работы)

не предусмотрены

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение научно-технических основ создания автономных энергетических установок для последующей их разработки, .проектирования и эксплуатации.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

·  использовать специализированные знания фундаментальных разделов физики, химии, экологии, для освоения проблем в области автономной энергетики и технологии, первичных элементов, топливных элементов, аккумуляторов, электрохимических энергоустановок (ПСК-2);

·  использовать компьютер на уровне пользователя, использовать информационные технологии для решения задач автономной энергетики (ПСК-3);

·  использовать современное электрохимическое технологическое и лабораторное оборудование и приборы (ПСК-4);

·  к проведению измерений и наблюдений в области автономной энергетики и технологии, составлению описания проводимых исследований, подготовке данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций (ПК-13);

Задачами дисциплины являются

·  изучить физико-химические основы процессов, протекающих в автономных энергетических установках;

·  познакомить с энергосберегающими технологиями, реализуемыми в автономной энергетике;

·  познакомить обучающихся со способами оптимизации процессов в автономных энергетических системах;

·  научить проводить расчеты, анализировать процессы и производить выбор оптимальных решений;

·  научить принимать и обосновывать конкретные технические решения по подбору материалов, их синтезу и обработке, а также энергосберегающих технологий создания элементов, узлов и агрегатов автономных энергетических систем.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3вв (дисциплина по выбору) основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Автономные энергетические системы" направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Материаловедение. Технология конструкционных материалов", "Физико-химические методы исследований", "Теоретические основы химических источников тока" и учебно-производственной практике

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и программы магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Знать:

·  основные источники научно-технической информации по автономным энергетическим системам (ОК-7, ПК-6);

·  современные энергосберегающие технологии в автономной энергетике (ПК-10);

·  материалы, применяемые в автономных энергетических системах, их классификацию и маркировку (ПК-10);

·  источники научно-технической информации (журналы, сайты Интернет) по автономным энергетическим системам (ПК-17).

Уметь:

·  самостоятельно оценивать риск возникновения нештатных ситуаций при реализации технологического процесса, разбираться в физико-химических свойствах материалов и способах борьбы с процессом снижения энергоэффективности, применять наиболее эффективные с технико-экономической точки зрения материалы и технологии для решения поставленной задачи (ОК-7);

·  использовать программы обработки экспериментальных данных полученных на современном лабораторном оборудовании для оценки, прогнозирования и расчета автономных энергетических систем (ПК-1);

·  осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию, выбирать необходимые материалы и энергосберегающие технологии (ПК-6);

·  выбирать новые конструкционные материалы для изготовления основных и вспомогательных элементов электрохимических установок, топливных элементов, установок водородной энергетики (ПК-10);

·  анализировать информацию о новых наноматериалах и энергосберегающих технологиях (ПК-17).

Владеть:

·  навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

·  терминологией в области автономной энергетики (ОК-2);

·  навыками поиска информации о свойствах сталей, сплавов, физико-химических сред, способах минимизации разрушения оборудования автономных энергетических систем (ПК-6);

·  информацией о технических параметрах оборудования и материалов для использования при конструировании автономных энергетических систем (ПК-17);

·  навыками применения полученной информации при проектировании элементов автономных энергетических систем (ПК-6).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.

№

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Автономная энергетика, роль и место в структуре энергетической отрасли

8

7

2

2

4

Устный опрос

2

Химические источники тока. Электроды, активные вещества, активные массы, электролиты, сепараторы. Основные технологические операции в производстве первичных ХИТ. Общие вопросы конструкции первичных ХИТ.

14

7

6

2

6

Расчетное задание

3

Свойства апротонных растворителей. Неорганические соли, неорганические растоворители-электролиты. Электрохимическая и химическая устойчивость электролитов. Классификация полимерных электролитов . Синтез полимеров

12

7

4

2

6

Устный опрос

4

Термодинамика литиевого электрода. Электрохимическая кинетика. Поляризационные зависимости. Влияние предыстории образца. Влияние содержания воды в электролите. Влияние растворителя и электролита.

12

7

4

2

6

Устный опрос

5

Катоды на основе оксидов металлов. Фторированный электрод. Катоды на основе окислителей. Полимерные катоды.

12

7

4

2

6

Устный опрос.

6

Шпинели и аморфные структуры литированного диоксида марганца. Слоистые структуры литированных оксидов кобальта, ванадия, никеля. Способы приготовления

12

7

4

2

6

Контрольная работа

7

Основные характеристики элементов. Способы сборки и испытаний. Типы элементов. Достоинства и недостатки каждого типа элемента. Области применения и перспективы усовершенствования

12

7

4

2

6

Расчетное задание

8

Обратимость литиевого электрода. Литиевые аккумуляторы. Литий-ионные аккумуляторы. Аноды на основе углеродных материалов.

12

7

4

2

6

Расчетное задание

9

Комбинированные энергетические установки. Мировой рынок и перспективы развития автономных энергетических систем.

12

7

4

2

6

Расчетное задание

Зачет

2

7

--

--

--

2

Защита расчетных заданий

Экзамен

36

7

--

--

--

36

письменный

Итого:

144

36

18

90

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1. Автономная энергетика.

Классификация топливо-энергетических ресурсов. Возобновляемые

энергетические ресурсы. Произведенные энергетические ресурсы. Энергетика России и актуальность энергосбережения. Методы и критерии оценки эффективности использования энергии.

2. Химические источники тока.

Основные понятия и определения. Электроды, активные вещества, активные массы, электролиты, сепараторы. Общие вопросы конструкции первичных ХИТ. Основные технологические операции в производстве первичных ХИТ. Особенности конструкций аккумуляторов. Основные этапы производства аккумуляторов. Перспективные типы первичных и вторичных ХИТ.

3. Электролиты

Свойства апротонных растворителей. Неорганические соли, неорганические растоворители-электролиты. Приготовление электролитов на основе АДР. Электрохимическая и химическая устойчивость электролитов. Классификация полимерных электролитов. Синтез полимеров. Гель - полимерные электролиты. Твердополимерные электролиты. Способы изготовления и методика испытания. Основные характеристики. Влияние на функционирование катода и анода.

4. Литиевый электрод

Физико-химические свойства лития. Взаимодействие лития с газовой средой. Методы контроля атмосферы, выбор атмосферы для работы с литием. Способы исследования коррозии лития.

Термодинамика литиевого электрода. Электрохимическая кинетика. Поляризационные зависимости. Влияние предыстории образца. Влияние содержания воды в электролите. Влияние растворителя и электролита.

5. Катоды первичных элементов

Катоды на основе оксидов металлов. Катоды на основе сульфидов и халькогинидов металлов. Серный электрод. Фторированный электрод. Катоды на основе окислителей. Полимерные катоды. Токи разряда систем с оксидами металлов, сульфидами и халькогенидами металлов.

6 Характеристики элементов.

Основные характеристики элементов. Способы сборки и испытаний. Типы элементов. Мощность, энергия и емкость элементов. Сравнительный анализ элементов с неорганическими электролитами окислителями (диоксид серы, тионил хлорид). Элементы с фторированным углеродом. Стоимостные характеристики. Достоинства и недостатки каждого типа элемента. Области применения и перспективы усовершенствования.

7.Катоды литиевых аккумуляторов.

Шпинели и аморфные структуры литированного диоксида марганца. Слоистые структуры литированных оксидов кобальта, ванадия, никеля. Способы приготовления: твердофазный, золь-гель метод, гидротермальный.

Исследование структурных характеристик литированных оксидов. Изготовление электродов на основе литированных оксидов. Стабильность и сохранность. Литий-металл фосфаты. Способы приготовления. Исследование структурных характеристик. Изготовление электродов на основе литий-металл фосфатов.

8.Аккумуляторы

Обратимость литиевого электрода. Литиевые аккумуляторы. Литий-ионные аккумуляторы. Аноды на основе углеродных материалов. Другие активные материалы. Основные достижения и проблемы.

9. Автономные энергетические системы.

Комбинированные энергетические установки. Энергосбережение при энергопотреблении. Мировой рынок и перспективы развития автономных энергетических систем.

4.2.2. Практические занятия:

7 семестр

Методы и критерии оценки эффективности использования энергии.

Общие вопросы конструкции первичных ХИТ. Особенности конструкций аккумуляторов.

Твердополимерные электролиты. Способы изготовления и методика испытания. Основные характеристики.

Изготовление электродов на основе оксидов металлов. Способы приготовления. Электрохимические характеристики.

Первичные элементы. Основные характеристики элементов. Типы элементов. Мощность, энергия и емкость элементов.

Изготовление электродов на основе литий-металл фосфатов. Способы приготовления. Электрохимические характеристики.

Литиевые аккумуляторы. Электрохимические процессы. Мощность, энергия и емкость.

Комбинированные энергетические установки. Основные типы и параметры.

4.3. Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.

4.4. Расчетные задания:

7 семестр

 Рассчитать первичный элемент на основе оксида металла.

 Рассчитать литиевый аккумулятор с катодом на основе литированного оксида металла.

 Рассчитать литий-полимерный аккумулятор с катодом на основе литий-металл фосфата.

 Рассчитать комбинированную энергетическую установку.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы: курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов.

Практические занятия проходят по традиционной академической форме, связанной с углублением и расширением знаний и навыков на основе содержания лекций. Проведение занятий предусматривает выполнение упражнений, решение задач и постановку научных проблем по рассматриваемым темам. Практические занятия предусматривают оценку знаний путем компьютерного тестирования в специализированных аудиториях МЭИ (ТУ).

Самостоятельная работа включает подготовку к практическим занятиям, тестам, контрольным работам, подготовку расчетных заданий и подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются расчетные задания, защиты лабораторных работ, устные опросы.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется оценкой за экзамен.

В приложение к диплому вносится оценка за 7 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Кедрuнскuй И. А., Li-ионные аккумуляторы. Красноярск: ИПК «Платина», 20с.

2. Химические источники тока: Справочник./ Под ред. и . М.: Изд-во МЭИ, 20с.

3. , Пак Химические ис­точники тока для портативной аппаратуры: Справочник. СПб.: Химиздат,2003.123 с.

4. Нестеров энергоустановки. учебное пособие. М: МЭИ 2007,64 с. 5.Коровин элементы и электрохимические энергоустановки. М: МЭИ. 2005.

б) дополнительная литература:

6. Смирнов электролиты литиевых ХИТ».изд. Спутник. 2008, 87 с.

7. , , Фатеев технологии для водородной энергетики: МЭИ, 2007г.

8., Теоретическая электрохимия. М. МГУ, 2005.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www. *****/, http://www. *****, http://www. *****/, http://www. *****,

б) другие: нет

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и учебной лаборатории располагающей оборудованием для современного физико-химического анализа.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140100 “Теплоэнергетика и теплотехника” и профилю “Автономные энергетические системы”.

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д. т.н., профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой химии и электрохимической

энергетики

д. т.н., профессор

Зачетных единиц всего : 6

Основные разделы дисциплины:

Химические источники тока (ХИТ). Общие вопросы конструкции первичных ХИТ. Перспективные типы первичных и вторичных ХИТ.

Свойства апротонных растворителей. Неорганические соли, неорганические растоворители-электролиты. Термодинамика литиевого электрода. Электрохимическая кинетика.

Электрохимическое производство химических продуктов.

Анодная обработка металлов. Гальванотехника. Гидроэлектрометаллургия.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ.

Лекции (36 часовсеместр

Лабораторные занятия (36 часасеместр

Объем самостоятельной

работы (106 час.семестр

I. Содержание лекций

Основные элементы электрохимической системы: электроды, диафрагмы, электролиты, растворители. Баланс напряжения и расход электроэнергии.

Химические источники тока (ХИТ). Электроды, активные вещества, активные массы, электролиты, сепараторы. Общие вопросы конструкции первичных ХИТ. Основные технологические операции в производстве первичных ХИТ.

Особенности конструкций аккумуляторов. Основные этапы производства аккумуляторов. Перспективные типы первичных и вторичных ХИТ.

Электрохимическое производство химических продуктов. Теоретические основы электролиза растворов хлоридов. Производство хлора, щелочи и других неорганических продуктов.

Гальванотехника. Механизм электрокристаллизации металлов. Влияние различных факторов на структуру и свойства металлических покрытий. Основные закономерности совместного разряда ионов металлов. Композиционные и многослойные покрытия. Особенности нанесения различных типов покрытий на различные подложки.

Анодная обработка металлов. Закономерности анодного растворения различных металлов. Оксидирование, полирование, электрохимическая размерная обработка.

Гидроэлектрометаллургия. Общие сведения. Электрохимические способы извлечения металлов из растворов. Электролиз с твердыми и жидкими электродами (амальгамная металлургия). Особенности гидроэлектрометаллургии различных металлов.

Электролиз расплавов. Строение расплавленных солей, электропроводимость и электродные равновесия в расплавах. Влияние свойств электролита на процесс электролиза. Специфические явления при электролизе расплавов. Производство алюминия, магния, натрия и других металлов.

Перспективы развития гидроэлектрометаллургии. Электроэкстрация и рафинирование металлов.

Электроосмос и электрофорез. Использование электродиализа в промышленности и энергетике.

Физико-химические свойства лития. Взаимодействие лития с газовой средой. Методы контроля атмосферы, выбор атмосферы для работы с литием. Способы исследования коррозии лития.

Свойства апротонных растворителей. Неорганические соли, неорганические растоворители-электролиты. Приготовление электролитов на основе АДР. Электрохимическая и химическая устойчивость электролитов.

Термодинамика литиевого электрода. Электрохимическая кинетика. Поляризационные зависимости. Влияние предыстории образца. Влияние содержания воды в электролите. Влияние растворителя и электролита.

Катоды на основе оксидов металлов. Катоды на основе сульфидов и халькогинидов металлов. Серный электрод. Фторированный электрод. Катоды на основе окислителей. Полимерные катоды.

Основные характеристики элементов. Способы сборки и испытаний. Типы элементов. Достоинства и недостатки каждого типа элемента. Области применения и перспективы усовершенствования.

Токи разряда систем с оксидами металлов, сульфидами и халькогинидами металлов. Мощность, энергия и емкость элементов. Сравнительный анализ элементов с неорганическими электролитами окислителями (диоксид серы, тионил хлорид). Элементы с фторированным углеродом. Стоимостные характеристики.

Шпинели и аморфные структуры литированного диоксида марганца. Слоистые структуры литированных оксидов кобальта, ванадия, никеля. Способы приготовления: твердофазный, золь-гель метод, гидротермальный. Исследование структурных характеристик литировнных оксидов. Изготовление электродов на основе литировнных оксидов. Стабильность и сохранность.

Классификация полимерных электролитов (ПЭ). Гель полимерные электролиты. Твердополимиерные электролиты. Способы изготовления и методика испытания. Основные характеристики. Влияние на функционирование катода и анода. Синтез полимеров. Литиевые аккумуляторы с ПЭ. Основные достижения и проблемы.

II.  Темы практических занятий

Не предусмотрены.

III. Название лабораторных работ

1.  Исследование процессов на электродах литиевых элементов

2.  Исследование энергетических характеристик литиевых элементов

3.  Коррозионные процессы литиевого электрода

4.  Изготовление и исследование ПЭ

5.  Методика приготовления литированного оксида

6.  Изготовление и испытание анодов и катодов

7.  Исследование структурных характеристик катодов

IV. Темы расчетных заданий.

Не предусмотрены.

V. Темы курсовых проектов.

Не предусмотрены.

VI. Использование информационных технологий и инновационного оборудования при изучении дисциплины.

VI.1.Лекции.

Использование компьютерных презентаций. Слайды презентаций в программе POWER POINT разработаны для лекций по темам :

Основные характеристики элементов. Области применения и перспективы усовершенствования.

. Мощность, энергия и емкость элементов. Сравнительный анализ элементов с неорганическими электролитами окислителями (диоксид серы, тионил хлорид). Элементы с фторированным углеродом. Стоимостные характеристики.

Шпинели и аморфные структуры литированного диоксида марганца. Слоистые структуры литированных оксидов кобальта, ванадия, никеля. Способы приготовления: твердофазный, золь-гель метод, гидротермальный. Исследование структурных характеристик литированных оксидов

Классификация полимерных электролитов (ПЭ). Гель полимерные электролиты. Твердополимиерные электролиты. Способы изготовления и методика испытания. Литиевые аккумуляторы с ПЭ. Основные достижения и проблемы.

Используется компьютерная установка SAMSUNG X11 с мультивидео проектором Epson ЕМР -62 LCD, с проекционным экраном Concul.

VI.2. Практические занятия

Не используется

VI.3. Лабораторные работы

Используется оборудование специализированной лаборатории для студентов профиля «Водородная и электрохимическая энергетика»: потенциостат IPC - PRO L, потенциостат IPC - PRO M, генератор ультразвуковой, вольтметр В7-40/4.

VII. Контроль и оценка качества изучения дисциплины

VII.1. Лекции

Коллоквиум – 1 оценка.

VII.2. Лабораторные работы.

Защиты лабораторных работ - 7 оценок.

VIII. Итоговый контроль теоретических занятий и практических знаний студента

Зачет – 1 оценка

Экзамен – 1 оценка.

IX. Литература

.

1.  Прикладная электрохимия. Под. Ред. . М.: «Химия», 1989 – 455 с.

2.  , . Введение в электрохимическую кинетику. М.: «Высшая школа», 1975, 416 с.

3.  Справочник по электрохимии. Под ред. , Л., «Химия», 1981. – 488 с.

4. Кедрuнскuй И. А., Li-ионные аккумуляторы. Красноярск: ИПК «Платина», 2002.266 с.

5. Химические источники тока: Справочник./ Под ред. и . М.: Изд-во МЭИ, 20с.

6. , Пак Химические ис­точники тока для портативной аппаратуры: Справочник. СПб.: Химиздат,2003.123 с.

Программу представил д. т.н., проф.