В Заполярном госуниверситете и Политехническом колледже ЗГУ учебный год начался по-инновационному активно. Первокурсники прошли предпринимательские тренинги, а студенты постарше примерили на себя роль настоящих изобретателей на открытой лекции профессора Пермского национального исследовательского политехнического университета. Во время практикума Александр Николаев предложил им не просто слушать, но и подумать над характеристиками продуктов своих проектов. По словам лектора, который одновременно возглавляет Региональный инжиниринговый центр, прежде всего нужно определить актуальность задачи, а потом найти для её решения нестандартный подход.
«От предприятий мы получаем определённые запросы и находим для них решение. В область наших интересов входит безопасность ведения горных работ, автоматизация технологических процессов, искусственный интеллект, - рассказал Александр Николаев. - Когда я начал заниматься наукой, я выделил для себя два направления: это энергосбережение и энергоэффективность, которые относятся к приоритетным для научно-технологического развития нашей страны».
Эксперт поделился своими методами создания изобретений и вместе со студентами посчитал значительный экономический эффект от внедрения разработки.
Как управлять процессом вентиляции в шахтах
Александр Николаев рассказал студентам ЗГУ о «Нетрадиционных решениях, повышающих эффективность и безопасность ведения горных работ». Он продемонстрировал будущим горнякам процесс решения такой сложной задачи, как управление процессом вентиляции в шахтах. Ученый выделил для себя пять основных задач, для которых искал решения.
-
Как сократить затраты горнодобывающих предприятий на электроэнергию, если 30-50% из них составляют расходы на проветривание? Шахтам требуется большое количество воздуха, так как постоянно растет расстояние от стволов до добычных участков,увеличивается фронт ведения горных работ, усложняется процесс проветривания.
-
Как вырабатывать электроэнергию в нужном объеме и избегать скачкообразного потребления?
-
Как нагревать воздух, который подается в шахтный ствол, только до определенной температуры? По правилам его температура должна быть не ниже +2 градусов. Но проведенные исследования показали, что на предприятиях воздух нередко нагревают до +24 градусов. Помимо роста прямых затрат это приводит к возникновению отрицательной естественной тяги в руднике: закачиваемый теплый воздух стремится подняться вверх, а охлажденный – опуститься вниз. В результате производительность вентиляторной установки падает, и растет загазованность.
-
Следующей задачей стало равномерное распределение воздуха по шахтным выработкам в нужном объеме. Из-за разветвленности добычных участков сделать это не так-то просто. Под землей существуют выработанные пространства, в которых «рассеивается» воздух, жизненно необходимый для горняков.
-
И самое важное – как обеспечить безопасность людей, которые работают под землей. На шахтах и рудниках нередко возникают пожары. Единственным способом борьбы с огнем до приезда бойцов ВГСЧ может быть изолирование аварийного горного участка.
Что предложил эксперт?
-
Приводя примеры и объясняя практически каждый этап разработки проекта, Александр Николаев погрузил слушателей в процесс изобретения. Как ни странно, но многие «тупики» на этом интересном пути могут стать отправными точками для новых открытий. Так, исследователь предложил ряд нестандартных решений перечисленных задач.
-
Установить воздушную завесу в воздухоподающем стволе. Завеса представляет собой воздушную струю, направленную под углом навстречу холодному потоку. Проведенное математическое моделирование показало эффективность предложенного способа и практически равномерный прогрев воздуха, а также снижение внешних утечек.
-
Для изоляции выработанных участков, в которых уже не ведется добыча, применить специальные перемычки. Они быстро разворачиваются и не пропускают воздух. Это облегчит работу вентиляционной системы рудников и уменьшит экономические затраты.
-
Эти же устройства эксперт-изобретатель предложил использовать для защиты шахтеров от пожаров. Перемычки из несгораемого полотна «подгоняют» под нужный размер при помощи раздвигающихся телескопических упоров. Плотное примыкание к породе обеспечивает пневморукав, который расположен с обратной от пожара стороны полотна. Чтобы накачать воздух в рукав, достаточно использовать баллон со сжатым воздухом или маломощный аккумуляторный компрессор. В результате за такой перемычкой шахтеры будут ограждены от огня и вредных газов, которые выделяются при горении.
-
Создать цифровой двойник, который позволит заранее определять затраты электроэнергии и управлять работой вентиляторной установки в энергосберегающем режиме, учитывая прогнозируемые изменения.
-
Использовать механизм управления энергопотреблением(Demand Response), чтобы снизить нагрузку на энергосистему и повысить надёжность энергоснабжения.
Для информации:
Demand Response - механизм управления спросом покупателей оптового энергорынка, функционирует и развивается в России с 2017 года под названием «ценозависимое снижение потребления». Такой механизм полноценно работает во Франции, Бельгии, Великобритании, Финляндии. В Китае и России он находится в стадии развития и адаптации.
Demand Response заключается в снижении энергопотребления предприятиями на определенный объём (2−4 часа) несколько раз в месяц по команде агрегатора, которым часто выступает гарантирующий поставщик. Это позволяет крупным потребителям электрической энергии сглаживать пиковое потребление в энергосистеме.
Выводы и результаты
На разработку итогового проекта у Александра Николаева и его команды ушло 12 лет. В результате был разработан цифровой двойник управления спросом на электроэнергию в руднике, с которым в ближайшее время необходимо провести три операции: верификацию, валидацию и внедрение.
«Верификацию мы провели, то есть подтвердили все параметры, - отметил учёный. - Сейчас нужно сделать валидацию, то есть привязать модель непосредственно к тем объектам и датчикам в руднике, которые там расположены, чтобы они друг с другом связались. А дальше мы начнём обучение модели. Она будет знать, как правильно срабатывать в миллионах самых разных нештатных ситуаций, от пожара до падения метеорита. Производительностью главного вентилятора, как и прежде, будет управлять человек. Но ему поможет подсказка виртуального помощника: «Если сделаешь так, то будет хорошо, не сделаешь - будет плохо. Задача оператора - принять верное решение».
Вместе со студентами лектор подсчитал экономический эффект от внедрения проекта. Механизм управления спросом на электроэнергию позволит снизить нагрузку на энергосистему в целом и за каждый мегаватт сниженной мощности предприятие получит от государства 700 тысяч рублей.
В завершении лекции Александр Николаев посоветовал студентам искать нестандартные решения сложных научных ипроизводственных задач и подходить к ним со своей, особой точкой зрения.