Рабочая программа дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»

1. Цели освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (НВИЭ) сформировать у студентов четкое представление о характеристиках нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии, их ресурсах, классификации, о физических основах процессов преобразования энергии этих источников в форму, удобную для использования, об устройстве и действии установок на их основе; о перспективах применения НВИЭ в промышленности и быту.

2. Место дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» в структуре ООП бакалавриата

Данная дисциплина относится к профессиональному циклу ООП. Для изучения студентами дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» необходимо приобрести знания и умения по дисциплине «Физика» – законы термодинамики и электромагнетизма; «Химия» – химические системы, катализаторы; «Математика» – дифференциальные уравнения; «Гидрогазодинамика» – законы течения жидкости; «Техническая термодинамика» - тепловые насосы.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии »

Освоение дисциплины направлено на формирование компетенций:

ПК-2 – способностью проводить расчеты по типовым методикам, проектировать технологическое оборудование с использованием стандартных средств автоматизации проектирования в соответствии с техническим заданием;

ПК-9 – способностью обеспечивать соблюдение экологической безопасности на производстве и планировать экозащитные мероприятия и мероприятия по энерго - и ресурсосбережению на производстве.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен

Знать: классификацию и характеристики НВИЭ, устройство и действие установок на их основе, технико-экономические принципы и технологии производства, передачи и использования возобновляемой энергии; основные проблемы, возникающие при этом и перспективные пути их решения; перспективы применения НВИЭ.

Уметь: учитывать климатические и географические факторы, определяющие ресурсы НВИЭ, определять актуальность и эффективность применения НВИЭ в данном регионе с учетом местной специфики; читать принципиальные схемы установок, использующих НВИЭ; осуществлять поиск по различным источникам информации новых разработок в области НВИЭ.

Владеть: методами расчета энергетических и количественных характеристик, определяющих эффективность использования источников возобновляемой энергии – в гелиоустановках, ветроэнергетических установках, в биогазовых установках, геотермальных и т. д.; методами определения расчетной нагрузки для проектирования данных установок, а также определения экономических показателей, характеризующих эффективность применения НВИЭ.

4. Структура и содержание дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы – 144 часов.

4.1. Лекционные занятия

Неделя семестра	Раздел дисциплины, темы лекций и их содержание	Объем в часах/ЗЕ
ОФО	ЗФО
2	1. Роль возобновляемой энергетики в экономике страны. Основные понятия, классификация и специфика НВИЭ, предпосылки широкого внедрения, ресурсы, масштабы применения в мире и в России. Перспективы и проблемы НВИЭ. Технологические, экологические, экономические аспекты возобновляемой энергетики.	2/0,056	1/0,028
4	2. Гелиоэнергетика. Способы использования энергии солнца. Специфика, энергетический потенциал, основы процессов преобразования солнечной энергии, возможные направления использования солнечной энергии. Солнечные электростанции.	2/0,056	-
6	3.Солнечное теплоснабжение. Солнечные установки коммунально-бытового назначения и установки для применения в сельском хозяйстве. Типы коллекторов солнечной энергии. Эффективность солнечных коллекторов и методы ее повышения. Аккумуляторы теплоты. Солнечный пруд. Солнечные водонагревательные установки. Системы солнечного теплоснабжения зданий.	2/0,056	1/0,028
8	4.Ветроэнергетика. Классификация ветроустановок. Основы теории ветроэнергетических установок. Режимы работы ветроколеса. Метод линий потока. Характеристики ветра. Использования ветроколесом энергии ветра. Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок. Производство механической работы. Перспективы использования ВЭУ	2/0,056	1/0,028
10	5.Энергия биомассы, способы использования, биогазовые технологии. Классификация биотоплива. Производство биомассы для энергетических целей. Сжигание биотоплива для получения тепла. Пиролиз (сухая перегонка). Другие термохимические процессы. Спиртовая ферментация (брожение). Получение биогаза путем анаэробного сбраживания. Агрохимические способы получения топлива	2/0,056	1/0,028
12	6.Геотермальная энергия. Принцип действия установок с использованием геотермальной энергии. Области возможного применения. Использование геотермальных ресурсов и перспективы развития геотермальных установок	2/0,056	-
14	7.Тепловые насосы: схема, работа, характеристики. Использование рассеянной энергии окружающей среды; тепловой насос (принцип работы, схема, характеристики).	2/0,056	-
16	8.Малая гидроэнергетика, мини-ГЭС. Малая гидроэнергетика, малые-, микроГЭС, устройство, схема работы, преимущества. Энергия приливов и волн. Особенности применения, характеристики.	2/0,056	-
	Всего	16/0,444	4/0,111

4.2. Практические занятия

Неделя семестра	Тема занятия	Объем в часах
ОФО	ЗФО
1	1.Тепловой насос, характеристики его эффективности.	2/0,056	1/0,028
3, 5	2. Производство электроэнергии в различных гелиоустановках. Расчет их характеристик.	4/0,111	1/0,028
7	3. Солнечная водонагревательная установка. Расчет солнечного коллектора.	2/0,056	2/0,056
9, 11	4. Ветроэнергетические установки. Расчет характеристик.	4/0,111	2/0,056
13	5. Расчет биогазовых установок.	2/0,056	1/0,028
15	6. Геотермальная энергия.	2/0,056	1/0,028
	Всего	16/0,444	8/0,222

4.3.Самостоятельная работа студента

№ недели	Вид СРС	Трудоемкость, час/ЗЕ
ОФО	ЗФО
1	Дз составление обзора по теме 1 [1,2,3,4, 9 ]	4/0,111	5/0,139
2	Конспектирование по теме 1 [1,2,3,4,9 ]	4/0,111	8/0,222
3	Дз решение задач по теме 1[1,2,9]	5/0,139	8/0,222
4	Дз решение задач по теме 1, [1,2,3,4,8,9,10,13]	5/0,139	8/0,222
5	Дз составление обзора по теме 2 [1,2, 3,4,8,9]	4/0,111	8/0,222
6	Конспектирование [1,2,3,4,8,9,11]	5/0,139	7/0,194
7	Дз решение задач по теме 2 [1,2,3,4,12,13,14]	5/0,139	7/0,194
8	Дз решение задач по теме, выполнение КР [1,2,3,10,11,12,13]	5/0,139	10/0,278
9	Дз составление обзора по теме 4 [1,2,3,11,12,13]	5/0,139	7/0,194
10	Конспектирование [1,2,4,8,9]	5/0,139	7/0,194
11	Дз решение задач по теме 4 [1,2 ,3,4,8,9,10,11]	5/0,139	7/0,194
12	Дз решение задач по теме 5, [1,2,3,4,13]	5/0,139	7/0,194
13	Дз составление обзора по теме 5 [1,2, 3,4,11,12,13]	4/0,111	70,194/
14	Конспектирование [1,2,4,7,8,9,11,12,13]	5/0,139	7/0,194
15	Дз решение задач по теме 6 [1,2,3,4,7,8,9,10,11 ]	5/0,139	7/0,194
16	Дз решение задач по теме 6, выполнение КР [1,2,3,4,7,9,10,11,12 ]	5/0,139	13/0,361
	Всего	76/2,111	123/3,417

5. Образовательные технологии

В соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки реализация компетентностного подхода предусматривается широкое использование в учебном процессе следующих форм проведения занятий.

Используемые интерактивные формы	Тема занятия	Объем в часах
Мини-лекция	Лекция № 5	2
Работа в группах	Практическое занятие № 3	2
Использование различных вспомогательных средств: раздаточных материалов, видеофильмов, слайдов, плакатов, демонстрационных стендов, мультимедийной презентации	Лекция № 2, 4, 6, 7, 8	5

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

В соответствии с требованиями ФГОС ВПО для аттестации обучающихся на соответствие их персональных достижений поэтапным требованиям при изучении дисциплины «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии» применяются следующие оценочные средства: письменный опрос студентов на практических занятиях (По); письменный опрос на лекциях (По); контрольные работы по отдельным темам: Кр1 – Расчет солнечной водонагревательной установки; Кр2 – Расчет ветроэнергетической установки; Кр3 – Расчет индивидуальной биогазовой установки; Кр4 – Расчет характеристик теплового насоса; экзамен по итогам семестра.

Вопросы для подготовки к экзамену

1.  Классификация НВИЭ.

2.  Причины интенсивного развития НВИЭ, их преимущества и недостатки, темпы роста, перспективы.

3.  Технологические, экологические, социальные аспекты возобновляемой энергетики.

4.  Гелиоэнергетика: направления использования солнечной энергии. Предпосылки примене­ния различных гелиоустановок, преимущества, недостатки, перспективы.

5.  Фотоэлектрическая генерация (принцип действия, характеристики, схема, экономические показатели, области применения, перспективы).

6.  Солнечные нагреватели (схемы, устройство, преимущества, недостатки).

7.  Коллекторы солнечной энергии (КСЭ). Общее устройство, показатели.

8.  Эффективность КСЭ и методы её повьшения.

9.  Солнечные водонагревательные установки (схемы, характеристики).

10.  Солнечный пруд (схема, принцип действия).

11.  Башенные солнечные электростанции (общее устройство, варианты, показатели, недостатки).

12.  Преобразование солнечной энергии в механическую – двигатель Стирлинга (схема, принцип действия, КПД).

13.  Гибридные установки на основе ВИЭ (схемы, преимущества, область применения).

а) Солнечно-топливная котельная;

б) Коллектор солнечной энергии + тепловая насосная установка; другие возможные варианты.

14.  Ветроэнергетика (основные положения использования энергии ветpa, ресурсы ветроэнергетики).

15.  Схемы ветроэнергетических установок (ВЭУ).

16.  Устройство ветровых двигателей (ВД). Классификация ветровых колес.

17.  Варианты использования ВД для отопления помещений и обогрева, схемы.

18.  Основы теории ВЭУ. Преобразование энергии ветра. Определение мощности ветрового по­тока.

19.  Выбор характеристик ветрового колеса.

20.  Режимы работы ветроколеса.

21.  Специфические требования, предъявляемые к выходным параметрам ВЭУ.

22.  Стабилизация числа оборотов ветороколеса.

23.  Способы изменения частоты, вырабатываемой генератором электроэнергии и её стабилизация.

24.  Геотермальная энергия. Условия и особенности её использования, ресурсы геотермальной энергии.

25.  Верхне-Мутновская геоэс (характеристика геотермального поля. Схема Верхне-Мутновской ГЕОЭС, работа и характеристики ГЕОЭС).

26.  Схема бинарной ГЕОЭС. Особенности её работы, преимущества.

27.  Биомасса. Использование в энергетике (предпосылки, преимущества, ресурсы).

28.  Направления использования биомассы, их особенности, преимущества, применение.

29.  Биогаз (схема и работа биогазовой установки, характеристика ИБГУ – 1, преимущества, перспектива применения).

30.  Малая гидроэнергетика, малые-, микрогэс, устройство, схема работы, преимущества.
Энергия приливов и волн. Особенности применения, характеристики.

31.  Использование рассеянной энергии окружающей среды; тепловой насос (принцип работы, схема, характеристики).

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

7.1. Основная литература

1.  Кашкаров, , солнечные батареи и другие полезные конструкции [Электронный ресурс] / . – М.: ДМК Пресс, 2011. – 144 с. Режим доступа: http://www. biblioclub. ru/book/86542/

2.  Безруких, [Электронный ресурс]: справочное и метод. пособие / . – М.: ЭНЕРГИЯ, 2010. – 315 с. Режим доступа: http://www. biblioclub. ru/book/58344/

3.  Сибикин, возобновляемые источники энергии: учеб. пособие для студентов энерго– и теплотехн. специальностей / , . – М.: РадиоСофт, 2009. – 232 с.

4.  Баскаков, и возобновляемые источники энергии: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 140100 – "Теплоэнергетика и теплотехника" / , . – М.: БАСТЕТ, 2013. – 368 с.

7.2 Дополнительная литература

5.  Удалов, источники энергии: учебник / С. Н. Удалов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. – 432 с.

6.  Бушуев, – 2050 [Электронный ресурс] / , А. Троицкий. – М.: ЭНЕРГИЯ, 2007. – 72 с. Режим доступа: http://www. biblioclub. ru/book/58367/

7.  Гужулев, возобновляемые источники энергии / , , – Омск: ОмГТУ, 2004. – 272 с.

8.  Твайделл, Д. Возобновляемые источники энергии / Д. Твайделл, А. Уэйр; пер. с англ. под ред. . – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 392 с.

9.  Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии / , , и др.; под ред. . – М.: ВИЭН, 2004. – 448 с.

10.  Белосельский, топлива и энергетических масел: учебник для вузов. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 348 с.

11.  Основы современной энергетики: в 2 т. Современная электроэнергетика т.2т: учебник для студентов втузов, обучающихся по направлениям подготовки "Теплоэнергетика", "Электроэнергетика" / под ред. , . – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 632 с.

12.  Лосюк, источники энергии: учеб. пособие для студентов энергет. специальностей учреждений, обеспечивающих получение высш. образования / , . – Минск: Технопринт, 2005. – 234 с.

13.  Оборудование возобновляемой и малой энергетики: справочник-каталог / Рос. инж. акад., Рос. Союз науч. и инж. обществ. орг-ций, Ин–т энергет. стратегии; под ред. . – М.: НТЦ Новые и возобновляемые источники энергии, 2005. – 244 с.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Лекционные аудитории оснащены соответствующим учебным оборудованием – мультимедийными средствами, включающими персональный компьютер, проекционный аппарат и экран, действующими стендами, демонстрационными приборами.

Дисциплина обеспечена раздаточными материалами, видеофильмами и соответствующими электронными ресурсами.

Перечень имеющихся наглядных и других пособий:

-  демонстрационные стенды теплообменников, двигателя Стирлинга, холодильного агрегата;

-  плакаты по солнечному теплоснабжению, тепловым насосам и др.

- мультимедийные разработки по тепловым насосам,

- Лаборатории оснащены действующими стендами, демонстрационными приборами и лабораторным оборудованием.

9. Методические указания для студентов

Основной учебной работой студента по дисциплине является самостоятельная работа. В первую очередь студенту следует ознакомиться с целями и задачами дисциплины, также с приобретаемыми знаниями и умениями. Изучение дисциплины рекомендуется вести в последовательности, определенной темами лекционных занятий и методическими указаниями. В методических указаниях представлены темы с подробными рекомендациями для самостоятельной работы, рекомендуемая литература, предложены вопросы для самоконтроля, которые помогут студентам в подготовке к лекционным и практическим занятиям.

В течение семестра студенту заочной формы обучения необходимо выполнить контрольную работу – итоговое задание, характеризующее степень и качество изучения дисциплины в период самостоятельной подготовки.

В конце изучения дисциплины студент сдает экзамен,

10. Аннотация рабочей программы

Основные разделы дисциплины:

1. Роль возобновляемой энергетики в экономике страны,

2. Гелиоэнергетика. Способы использования энергии солнца.

3.Солнечное теплоснабжение..

4.Ветроэнергетика.

5.Энергия биомассы, способы использования, биогазовые технологии.

6.Геотермальная энергия..

7. Тепловые насосы: схема, работа, характеристики.

8. Малая гидроэнергетика, мини-ГЭС.