Рабочая программа учебной дис- Ф ТПУ 7.1-21/01 циплины

СТП ТПУ 2.4.01-02
Рабочая программа учебной дисциплины
Технология производства элементов водородной энергетики
Ф ТПУ 7.1-21/01
УТВЕРЖДАЮ
Директор ФТИ
_____________ Кривобоков В.П.
«____»______________ 2011г.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕМЕНТОВ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Направление ООП подготовка магистров 011200 «Физика»
Профиль подготовки «Водородная энергетика»
Квалификация (степень) магистр
Базовый учебный план приема 2010 г.
Курс I семестр 2
Количество кредитов 6
Виды учебной деятельности и временной ресурс:
Лекции
Практические занятия
Всего аудиторных занятий
Самостоятельная (внеаудиторная) работа
Общая трудоёмкость
54 часа
18 часов
72 часа
144 часа
216 часов
Форма обучения очная
Вид промежуточной аттестации зачет
Обеспечивающее подразделение кафедра ВЭПТ ФТИ
Заведующий кафедрой ВЭПТ
Кривобоков В.П.
Руководитель ООП
Кривобоков В.П.
Преподаватель
Сочугов Н.С.
2011
Документ: 681456862
стр. 1
Ф ТПУ 7.1- 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
Аннотация
Технология производства элементов водородной энергетики
Каф. ВЭПТ ФТИ
Доц., к. ф.- т. н. Сочугов Н.С.
Тел./факс: (3822) 491651
Цель: формирование у студентов знаний глубокого уровня в области основных компонентов водородной энергетики, ознакомление с опытом и достижениями российских и мировых исследователей в данной области. На базе полученных знаний подготовленный специалист должен освоить
концепцию водородной энергетики в целом, принципы и методы основных технологий производства, транспортировки, хранения и потребления водорода.
Содержание: мировой энергетический баланс, необходимость модернизации современной
структуры энергопроизводства и энергопотребления, структура водородной энергетики, физико –
химические свойства водорода, применение водорода в промышленности, сравнительные характеристики водорода как топлива. Обзор методов производства водорода, производство водорода из
твердых, жидких газообразных углеводородов, получение водорода из воды. Методы хранения
водорода, хранение водорода в сжатом состоянии, хранение водорода в сжиженном состоянии при
криогенных температурах, хранение водорода в виде гидридов. Распределение и транспортировка
водорода, водородная безопасность. Системы энергообеспечения на топливных элементах. Структура топливного элемента: топливный процессор, электрохимическая ячейка, система кондиционирования электроэнергии, типы и характеристики топливных элементов. Применение водорода в
транспортных средствах, водородные двигатели внутреннего сгорания, гибридные автомобили, автомобили на топливных элементах. Сравнение и перспективы развития. Перспективы развития водородной энергетики.
Курс 5 (10 сем – экзамен).
Всего 216 ч, в т. ч.: СР 144 ч, 72 ч. ауд.: Лк 54 ч, Пр 18 ч
Документ: 681456862
стр.
2
Ф ТПУ 7.1- 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
The Summary
The Hydrogen Energy Technologies
Hydrogen Energy and Plasma Technologies Department
Associate Professor N.S. Sochugov
The purpose: formation of a necessary level of students knowledge in the field of main components
of hydrogen energy, familiarization with progress of Russian and foreign researchers in the this field. On
the basis of the obtained knowledge the ready expert should know about principles, conceptions of hydrogen energy, key methods and technologies of the hydrogen production, transportation, storage and utilization.
The contents: world energy consumption, necessity of its modernization, the essence and structure
of hydrogen energy. Hydrogen properties, hydrogen using in industry, hydrogen properties as a fuel. Methods of hydrogen productions of solid, liquid and gaseous hydrocarbons, hydrogen production by water splitting. Methods of hydrogen storage in compressed, liquefied and solid states. Hydrogen transportation and
distribution, hydrogen safety. Fuel cell systems, fuel processor, fuel cell, the power conditioning system,
types of fuel cells. Concept of hydrogen cars, hybrid cars, fuel cell cars. Perspectives of hydrogen energy.
Цели и задачи учебной дисциплины
Цели преподавания дисциплины
Целью преподавания дисциплины является подготовка специалистов, обладающих глубокими знаниями в основных областях водородной энергетики, научившихся работать с научной литературой с применением современных информационных технологий, умеющих готовить научные доклады и статьи, способных применить полученные теоретические знания в своей дальнейшей работе над различными проблемами водородной энергетики.
Задачи изложения и изучения дисциплины реализуются в следующих

формах деятельности:
лекции нацелены на освоение современных знаний и концепций в области технологии
основных элементов водородной энергетики;
Документ: 681456862
Дата создания
стр. 3
3
Рабочая программа учебной
Ф ТПУ 7.1- 21/01
дисциплины





1.
практические занятия направлены на активизацию познавательной деятельности студентов и освоение экспериментальных и расчетных методов исследований в области преподаваемой дисциплины;
выполнение индивидуальных заданий предусматривает развитие навыков решения
конкретных практических и проблемных задач;
подготовка рефератов предоставляет возможность научиться работать с оригинальной
научной литературой, систематизировать и анализировать получаемые знания, формулировать физическую сущность поставленной задачи и способы ее решения;
консультации предусматривают совместное обсуждение с преподавателем наиболее
сложных и интересных задач, возникающих при освоении дисциплины;
прочая самостоятельная внеаудиторная работа направлена на закрепление получаемых теоретических знаний, приобретение навыков самостоятельного освоения нового материала и решения конкретных задач.
Содержание теоретической части дисциплины – X семестр (54 часа)
Введение. Энергетический баланс. Необходимость модернизации современной структуры
энергопроизводства и энергопотребления. Структура водородной энергетики. Физико – химические свойства водорода. Применение водорода в современной промышленности. Сравнительные
характеристики водорода как топлива. Объемы производства водорода. (4 часа)
2.
Обзор методов производства водорода. Производство водорода из жидких и газообразных
углеводородов. Производство водорода с помощью угля. Получение водорода путем электролиза
воды. Получение водорода из воды термохимическими методами. Получение водорода из воды
фотоэлектрическим методом. Прочие методы получения водорода. Производство водорода из
биомассы. Получение водорода из возобновляемых источников энергии. Плазмохимические методы получения водорода. (12 часов)
3.
Методы хранения водорода. Хранение водорода в сжатом состоянии. Хранение водорода в
сжиженном состоянии при криогенных температурах. Хранение водорода в виде гидридов. Распределение и транспортировка водорода. Водородная безопасность. (10 часов).
4.
Системы энергообеспечения на топливных элементах. Структура топливного элемента: топ-
ливный процессор, электрохимическая ячейка, система кондиционирования электроэнергии. Твер-
Документ: 681456862
стр.
4
Ф ТПУ 7.1- 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
дополимерные
топливные
элементы.
Твердооксидные
топливные
элементы.
Расплавно-
карбонатные ТЭ. Фосфорно – кислотные и щелочные ТЭ. (18 часов)
Применение водорода в транспортных средствах. Водородные двигатели внутреннего сгора-
5.
ния. Автомобили с гибридными двигателями. Автомобили на топливных элементах. Сравнение и
перспективы развития. Перспективы развития водородной энергетики. (10 часов)
Тематика практических занятий (18 часов)
1.
2.
3.
4.
Исследование характеристик твердооксидного топливного элемента (10 часов).
Исследование характеристик металл-гидридного накопителя водорода (2 часа).
Исследование характеристик твердополимерного топливного элемента (4 часа)
Коллоквиум (2 часа).
Самостоятельная (внеаудиторная) работа –X семестр (144 часа)
Содержание самостоятельной внеаудиторной работы студентов:
 самостоятельная проработка теоретического материала и подготовка к практическим занятиям
(40 часов);
 подготовка к коллоквиуму (10 часов);
 работа над рефератами и подготовка докладов (94 часа).
Примерные темы рефератов
1. Методы получения водорода из возобновляемых источников энергии.
2. Плазмохимические методы получения водорода
3. Перспективы получения водорода из биомассы.
4. Методы получения водорода из воды.
5. Системы хранения водорода в сжатом состоянии.
6. Системы хранения водорода в жидком состоянии.
7. Системы хранения водорода в виде гидридов.
8. Методы транспортировки и распределения водорода.
9. Гибридные автомобили.
10. Автомобили на топливных элементах.
11. Твердооксидные топливные элементы: конструкция, оптимизация, развитие и применение.
12. Твердополимерные топливные элементы: конструкция, оптимизация, развитие и применение.
13. Системы кондиционирования электроэнергии, производимой топливными элементами.
Документ: 681456862
Дата создания
стр. 5
5
Рабочая программа учебной
Ф ТПУ 7.1- 21/01
дисциплины
Текущий и итоговый контроль
Текущий контроль изучения курса студентами осуществляется по итогам выполнения контрольных работ, индивидуальных заданий, сдаче коллоквиума и подготовке реферата.
Итоговым контролем является семестровый экзамен.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Введение в водородную энергетику / Э.Э. Шпильрайн, С.П. Малышенко, Г.Г. Кулешов. //
М.: Энергоатомиздат, 1984, 264 с.
2. Водородная энергетика. Способы получения водорода для энергоустановок: Учебное пособие по курсу электрохимические установки / Н.В. Кулешов, Н.В. Коровин, В.П. Тельнов, Ред. Э.Л.
Филиппов. // М.: МЭИ, 1989, 50 с.
3. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение / Д.Ю. Гамбург,
В.П. Семенов, Н.Ф. Семенов // М.: Химия, 1989, 672 с.
4. Fuel Cell Handbook (Seventh Edition) EG&G Technical Services, Inc. U.S. Department of Energy
Office of Fossil Energy National Energy Technology Laboratory, 2004, p. 427/
5. Advances in Hydrogen Energy, Edited by Catherine E. Grégoire Padró, Kluwer Academic Publishers, New York, 2002, 210 p.
6. Hydrogen Technology Mobile and Portable Applications, Edited by Aline L´eon, Springer-Verlag Berlin
Heidelberg, 2008, 670 p.
6. Recent Trends in Fuel Cell Science and Technology, Edited by S. Basu, Anamaya Publishers, New
Delhi, India, 2007, 382 p.
Дополнительная литература
1. Материалы сайта http://www.energospace.ru/hydrogen
2. Вода – новый источник энергии. 2-е издание, дополненное и переработанное / Ф.М. Канарев
// Краснодар, 2000.
3. Материалы – аккумуляторы водорода / А.Ф. Дресвянников // Казань, 2005.
4. Водородная энергетика и топливные элементы / Г.А. Месяц, М.Д. Прохоров // Вестник российской академии наук, 2004, Т. 74, № 7, с. 579 – 597.
5. Водородная энергетика России: к системе государственного регулирования / Г.Г.Лазарев,
А.А. Ткаченко, В.И. Чкалов, В.В. Шинкаренко // Драгоценные металлы. Драгоценные камни,
2005, № 3.
6. О предельных КПД тепловых установок / Э.Э. Шпильрайн // Сер. Энергетика и транспорт,
М.: АН СССР, 1982, № 4, с. 121 – 126.
Документ: 681456862
стр.
6
Рабочая программа учебной
Ф ТПУ 7.1- 21/01
дисциплины
7. Некоторые аспекты водородной энергетики и технологии / Э.Э. Шпильрайн, С.П. Малышенко // Теплоэнергетика, 1980, с.8 – 12.
8. Некоторые проблемы водородной энергетики / В.А. Пивнюк // Высокие технологии на рынке
драгоценных металлов и драгоценных камней, М.: АСМИ, 2004.
9. Исследование эффективности производства и использования водорода как топлива в электроэнергетических системах / В.В. Зубарев, Н.А. Кирьянова, Д.А. Крылов // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Атомно – водородная энергетика и технология, вып. 3 (13), с. 3- 7.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС
по направлению и профилю подготовки магистров 011200 «Физика».
Программа одобрена на заседании кафедры ВЭПТ
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).
Автор доцент каф. ВЭПТ, к.ф-м.н. Сочугов Н.С.
Рецензенты доцент каф. ВЭПТ, к.ф.-м.н Блейхер Г.А.
профессор каф. ВЭПТ, д.ф.-м.н. Янин С.Н.
Документ: 681456862
Дата создания
стр. 7
7