Умные технологии

Система политехника сделает любой дом энергоэффективным

В 2015 ГОДУ КОМПАНИЯ АО «ЭЛЕСИ» ПОСТАВИЛА ПЕРЕД УЧЕНЫМИ ЗАДАЧУ — СОЗДАТЬ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНУЮ СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ОБЪЕКТОМ, СПОСОБНУЮ РАБОТАТЬ ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНО НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ. РЕШЕНИЕ ПРЕДЛОЖИЛ АССИСТЕНТ КАФЕДРЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ТПУ МАКСИМ МОРОЗОВ. МОЛОДОЙ УЧЕНЫЙ УЖЕ НЕСКОЛЬКО ЛЕТ ИЗУЧАЕТ СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ. В БЛИЖАЙШИЕ ДВА ГОДА ОН РАЗРАБОТАЕТ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ АДАПТИРОВАННУЮ ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ДО –60 °С.

Обучение «умных» домов

Максим Морозов начал заниматься проблемой энергосбережения еще в студенчестве. Тогда объектом его исследования стали системы управления жилых и административных зданий. Политехник уверен, что «умные» дома должны уметь не просто удобно включать и выключать лампочки или вовремя приглушать свет, а на самом деле экономить ресурсы и делать затраты на содержание жилья минимальными. Политехник разрабатывает модели энергосберегающих систем, благодаря которым любое здание можно сделать ресурсоэффективным.

— Представьте себе какое-либо административное здание: офис, школу, учебный корпус вуза. Ночью, например, оно совершенно не востребовано. Поэтому можно уменьшить потребление электричества и снизить температуру в нем. Однако, если просто отключить батареи, здание промерзнет. Нужно учитывать температуру воздуха на улице и в соответствии с этим ограничить подачу тепла. Моя система способна на основании необходимых параметров принять рациональное решение. Кроме температуры воздуха она обращает внимание на множество других факторов: силу ветра, воздействие солнца, количество людей в помещении, влажность, точку росы. Также энергосберегающая модель учитывает материалы, из которых изготовлено здание, его конфигурацию. Круглосуточно анализируя все эти данные, система просчитывает возможные сценарии снижения энергозатрат и подбирает оптимальный. Таким образом, ее можно назвать не просто «интеллектуальной», но и «обучаемой», — поясняет Максим Морозов.

Для создания модели здания политехник использует платформу MATLAB. Он подбирает различные конфигурации элементов здания — стен, окон, дверей — и анализирует, какие энергосберегающие технологии можно применить при данных условиях. Существующую платформу ученый ТПУ оптимизировал, и теперь с ее помощью можно менять любые параметры, создавая индивидуальное решение для любых сооружений.

— После конференции в Индии, я пришел к выводу, что сейчас тема таких систем управления актуальна во всем мире, — говорит Максим Морозов. — Необходимость внедрения подобных технологий осознается всеми, однако просчитать их экономическую выгоду пока сложно. Одна из задач, которую я ставлю перед собой, — расчет потребительской стоимости и окупаемости ресурсосберегающих технологий в процессе эксплуатации. Я хочу разработать эту универсальную модель, которую можно будет легко настраивать для каждого конкретного случая.

В дальнейшем разработку молодого ученого можно будет применить к любым зданиям. Для этого их нужно будет оснастить системой датчиков, которые будут замерять необходимые параметры окружающей среды, и внедрить саму модель, которая эти данные будет обрабатывать. В России, где распространена практика серийного строительства, условия для внедрения системы особенно благоприятны; энергосберегающая модель для домов одной серии будет аналогичная.

— Часть параметров программа будет получать автоматически из систем, расположенных в здании. Например, освещенность, температуру, количество людей, количество тепла, получаемое из внешней среды. Некоторые параметры можно будет вводить вручную. К каждой модели мы будем прикладывать комплект документации, в котором пользователь найдет руководство по настройке и эксплуатации. Таким образом, работа с системой не потребует каких-либо специальных знаний и навыков. Все будет зависеть от конфигурации модели. Чем она более автоматизирована, тем лучше, ведь человеческий фактор всегда предполагает вероятность ошибки, — отмечает ученый.

Батарейки для Арктики

Недавно Максим Морозов стал одним из победителей конкурса программы «УМНИК» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Он получит грант в размере 400 тысяч рублей на выполнение задания от компании АО «Элеси».

— Моя задача в рамках гранта — создать модель блок-контейнера (мобильного здания) для условий Крайнего Севера, — поясняет Максим Морозов. — Они будут применяться, например, для обслуживания магистральных труб газопроводов и нефтепроводов. Для их контроля на всей протяженности трубы через определенное расстояние ставятся электроприводные задвижки: в случае порыва трубопровода задвижки должны сработать. Этот пункт нужно обеспечивать электроэнергией. Сейчас задача решается путем подключения пункта контроля к линии электропередач. Однако в отдаленных северных районах прокладка линий обходится в миллионы рублей. Проще в этом случае сконструировать объект, который будет сам генерировать электроэнергию из солнца, воздуха или черпать ее из резервных источников, например, топливных элементов. Я работаю над созданием модели такого энергетического блок-бокса, причем имеющего тепловую защиту и потребляющего минимум энергии.

По словам ученого, именно знания в области энергосберегающих технологий являются незаменимыми для решения поставленной задачи. В условиях Крайнего Севера ключевым показателем является энергопотребление, поскольку обеспечить эти районы стабильным источником электричества очень сложно. Существующие ныне решения не предназначены для арктических условий, поскольку имеют большие теплопотери. Устройства, разрабатываемые политехником, позволят не только забыть о расходах на прокладку линий электропередач, ведь система будет работать автономно, но и снизить эксплуатационные затраты, поскольку она будет энергоэффективна.

— Система будет «обучена» самостоятельно получать энергию из возобновляемых источников. Она будет учитывать данные окружающей среды и при благоприятных условиях заряжать аккумулятор, используя энергию ветра и солнечный свет. Только в крайнем случае будет использоваться резервный источник энергии — дизель-генератор, — поясняет Максим Морозов.

Как отмечает политехник, его блок-боксы будут работать при температурах от –60 до +60 °С. Будет создана целая линейка устройств с разной комплектацией для разных климатических зон. При этом специализированное решение для Арктики — приоритетное направление работы ученого. Также будет создано несколько вариаций энергетических контейнеров с разной мощностью полезной нагрузки. Боксы, вырабатывающие около киловатта энергии, подойдут для снабжения абонентских станций мобильных операторов, а для работы систем нефте- и газопроводов понадобятся источники энергии помощнее — до 6–10 кВт.

— Еще одна важная особенность моей разработки в том, что она будет работать практически автономно, — говорит ученый. — Периодичность обслуживания этого решения будет не менее года. То есть всего лишь раз в год специалист должен будет заправить ее топливом, сменить расходные детали, проверить аккумуляторы.

На выполнение поставленной задачи у политехника есть два года. Он уже опробовал свою модель энергосберегающей системы на примере учебного корпуса ТПУ № 4. Теперь ему предстоит адаптировать свои разработки: создать модель арктического блок-контейнера и разработать для него систему управления.

Елизавета Муравлева