CC BY
0УДК 621.3; 67.05; 672. ФОРМИРОВАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО СПЕКТРА СПОСОБОВ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ КАК ОБЪЕКТА ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ *О. Ю. Латышев, 2П. А. Латышева, 3М. Э. Радаэлли, 4М. Луизетто 1,2 Международная Мариинская академия имени М.Д. Шаповаленко, Москва, Россия, ^Международная Мариинская академия имени М.Д. Шаповаленко, Милан, Италия, 3Международная Мариинская академия имени М.Д. Шаповаленко, Пьяченца, Италия
1papa888@list.ru https://doi.org/10.5281/zenodo.10719700
Аннотация. В работе представлены результаты проектно-исследовательской деятельности в области формирования дополнительного спектра способов энергоснабжения промышленного предприятия в машиностроении как объекта цифровых технологий. Отдельные проекты, разработанные коллективом Мариинской академии, направлены непосредственно на обеспечение энергетических потребностей машиностроительного производства как объекта цифровых технологий. Иные из них призваны обеспечить альтернативными источниками энергии трудовой коллектив машиностроительного предприятия.
Ключевые слова: объект цифровых технологий, машиностроение, предприятие, производство, энергоснабжение, проект.
Abstract. The paper presents the results of design and research activities in the field of forming an additional range of methods for power supply to an industrial enterprise in mechanical engineering as an object of digital technologies. Individual projects developed by the Mariinsky Academy team are aimed directly at meeting the energy needs of mechanical engineering production as an object of digital technology. Some of them are designed to provide alternative energy sources to the workforce of a machine-building enterprise.
Keywords: digital technology object, mechanical engineering, enterprise, production, energy supply, project.
Введение
Объекты цифровых технологий в рамках промышленного производства должны получить в ближайшей перспективе органичную совокупность путей снабжения энергетическими ресурсами для постепенного и последовательного перехода к безнефтяной экономике и участию в восстановлении аутентичного климата планеты путем существенного уменьшения количества выбросов продуктов горения угловодородных энергоисточников. В эпоху интернета вещей, когда практически каждый предмет промышленного производства планируется делать дистанционно управляемым, должен предполагать также возможность автономного энергоснабжения или включения в тенденцию становления таковым.
Методы
Для достижения поставленной цели использовалась совкупность продуктивных и репродуктвиных иследовательских методов.
Результаты и обсуждение
Коллектив Мариинской академии на протяжении ряда лет активно участвует в разработке проектов по обеспечению машиностроительных предприятий как объектов
цифровых технологий энергоресурсами альтернативного происхождения, кратко изложить принцип реализации отдельных из которых позволяет объем данной работы.
Проект «Солнечный город». Стратегически каждый квадратный сантиметр площади каждого здания объекта цифровых технологий в экстерьере и интерьере, а также крыши автобанов и любых других сооружений должны вырабатывать электроэнергии за счет солнечных панелей, трансформированных в обшивку, декор и все твердые покрытия. Бесплатное предоставление земельных участков и полное освобождение от налогов достаточно быстро приводит к открытию максимально необходимого в данном случае количества компаний, которые специализируются на производстве и монтаже панелей солнечных батарей, прилагающихся к ним инвенторов, аккумуляторов и других их составляющих. Благодаря этому панели солнечных батарей имеют различный размер и различную конфигурацию, что позволяет рационально использовать каждый квадратный дециметр здания в целях выработки солнечной энергии для его освещения, охлаждения, а также для работы разнообразных электроприборов.
При этом солнечные панели должны размещаться на внутренних и наружных стенах, полах внутренних помещений и тротуарах на прилегающей к зданию территории, а также, поскольку это законодательно закреплено и осуществлено к 2030 году в Дубае, на крышах. Окна, в которых вместо обычных стекол будут помещены электростёкла, также должны выполнять функции солнечных батарей. Несмотря на то, что на данный момент эффективность электростёкол всё ещё значительно уступает настенным панелям солнечных батарей, но при этом выдерживается ключевой в данном случае принцип полного использования площади здания для выработки энергии, и все компоненты его конструкции, вне зависимости от КПД, включены в общую энергетическую цепь. При этом электростёкла могут полностью заменять наружную обшивку здания, благодаря чему в него попадет необходимое количество света, хотя часть его и будет забрана электростёклами. Их достаточно низкий КПД компенсируется тем, что они берут на себя часть энергетического потока солнечного света. Это будет происходить тем более эффективно, что электростёкла будут закреплены под наклоном, чтобы дополнительно снизить уровень естественного перегрева здания. Это позволяет уменьшить естественный нагрев конструкции здания объекта цифровых технологий в особенно жаркие месяцы года. При этом электроэнергия для работы кондиционеров и вентиляторов объекта цифровых технологий будет израсходована в значительно меньшей мере. Хотя эффективность использования электростёкол в настоящий момент не превышает 7%, это не помешает одновременно всему зданию в рамках объекта цифровых технологий быть солнечной электростанцией. В годы, которые будут отделять от осуществления данного проекта, предстоит найти наилучшие пути повышения КПД электростекол, чтобы не только само здание объекта цифровых технологий, но и электромобили его сотрудников могли подзаряжаться на парковке у данного строения, пока владельцы никуда не едут [1].
Проект «Могучий ветер». Следует включить ветрогенераторы во все конструкционные элементы зданий объекта цифровых технологий и иных его сооружений, присутствие которых позволяет сохранять должный уровень безопасности работников объекта цифровых технологий и комфорт их нахождения в здании. Ещё один немаловажный компонент энергоснабжения объекта цифровых технологий, в качестве которого призваны служить компактные ветрогенераторы, устанавливаемые на балконах, террасах, крышах и любых иных подходящих для этого поверхностях. Для этого предстоит
найти изящное архитектурное решение объекта цифровых технологий, в результате внедрения которого ветрогенераторы не только не испортят изначальный архитектурный замысел, но и внесут в него пикантное интересное дополнение. Например, форма и дизайн здания объекта цифровых технологий может имитировать некий летательный аппарат, а ветрогенераторы, соответственно, - пропеллеры на его поверхности. Поскольку обилие ветрогенераторов на поверхности здания объекта цифровых технологий будет вызывать значительный шум, по мере внедрения проекта в столичную городскую среду будет необходимо найти достаточно эффективные средства шумопонижения [1]. В случае если объект цифровых технологий располагается в прибрежной зоне, следует также дополнять данный проект строительством офшорных ветроэлектростанций. В зависимости от размера и глубины водоема, с которым так или иначе соприкасается территория объекта цифровых технологий, следует идти по пути построения плавающих офшорных ветроэлектростанций, закрепленных на буях, крепящихся к дну тремя растяжками в виде тросов. Для офшорных ветропарков также представляется целесообразным использование платформ, имеющих мачтовое донное крепление. Наряду с этим, для установки офшорных ветроэлектростанций видится перспективным использовать погружной лонжерон. Наконец, для их размещения может быть использована платформа с натяжными опорами, перспективность применения которой потребует дополнительной проверки. Но что вполне ясно уже в настоящий момент - будет редуцировано вмешательство в окружающую среду, и возможно достижение более высоких показателей экологичности данного вида энергосистем.
По мере освоения новых глубин донного крепления и увеличения отдаленности от береговой линии будет поступательно возрастать коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) офшорных ветроэлектростанций объекта цифровых технологий. Повышению эффективности их работы будет содействовать включение в данные системы возможностей проектов «Зелёный шум» и «Вибросвет», поскольку и шум, и вибрация ветрогенераторных установок также должны приниматься во внимание как источники дополнительной энергии. По мере необходимости можно присовокупить к данному органичному комплекту разнообразных ветроустановок также и летающие ветрогенераторные электростанции, «подъемной силой» которых могут с различной степенью вероятности служить «воздушные змеи», дирижабли, дроны, а также иные летательные аппараты, которые оснащены ветряными турбинами. Как вариант, представляется возможным также соединение летательных аппаратов лёгкими прочными тросами с наземными генераторами электроэнергии, которые они и способны приводить в действие путем последовательного изменения высоты полёта. Стоимость киловатта выработанной энергии при этом будет неуклонно уменьшаться.
Проект «Зелёный шум». Особые мембраны соберут энергию шума, издаваемого человеческим голосом и голосами животных и птиц, а также искусственными источниками шума, и позволят использовать данный энергетический поток для нужд человека на объекте цифровых технологий. Достаточно широкое применение в современных энергосберегающих проектах объекта цифровых технологий найдёт использование шумового потока как источника энергии. Для этого вблизи ветрогенераторов в производственных цехах, на автотрассах и других объектах, работа которых сопровождается шумом, устанавливаются особые мембраны, воздействие на которые шумового эффекта приводит к выработке электрической энергии [1]. Например, путем использования жидкого оксида цинка под воздействием звуковой волны достигается
сгибание нанопроводов, что способно приводить к выработке электрической энергии путем реализации пьезоэлектрического эффекта. Установка микроэлектростанций в выхлопных системах поршневых компрессоров, а также двигателей электровозов и тепловозов, речных и морских лайнеров и т.д. позволит получать электроэнергию, казалось бы, там, где она до сих пор только интенсивно расходовалась. Дополнительным эффектом работы такой микроэлектростанции может стать также подавление шума, возникающего вследствие распрсотарнения вышеупомянутой звуковой волны, что также будет работать на экологию объекта цифровых технологий и собственно того населенного пункта, на территории которого он располагается, в целом. Аналогичным образом электроэнергия может вырабатываться путем подавления звуковой волны «гула сети», побочного эффекта работы сети электропередач.
Проект «Зелёный свет». Солнечный свет и свет ламп в помещении объекта цифровых технологий призван стать вторичным ресурсом, который на данный момент в большинстве своем не используется никаким образом. Но вмонтированные во все поверхности интерьера машиностроительного предприятия солнечные панели различных цветов и конфигураций позволяют многократно использовать один и тот же свет.
Солнечный свет, проникший внутрь здания объекта цифровых технологий, а также свет работающих внутри него электроламп, улавливается теперь уже непрозрачными панелями солнечных батарей, размещенных на внутренних стенах, дверях, полах и потолках каждого помещения здания. При этом следует отметить, что обычный вид панелей солнечных батарей, помещённых в интерьер здания объекта цифровых технологий -машиностроительного предприятия, вряд ли бы смог вызвать энтузиазм у его сотрудников. Поэтому в процессе осуществления данного проекта будет необходимо достичь высоко эстетичного исполнения солнечных панелей, за счёт надлежащего дизайнерского решения способных радовать глаз своим внешним видом всех тех, кто находится в данном помещении. Одновременно с этим, в дальнейшем потребуется найти такой вид панелей солнечных батарей, который будет соответствовать экологическим требованиям к производственным помещениям объекта цифровых технологий. Наряду с этим, солнечные панели должны быть прочными, особенно - расположенные на полу объекта цифровых технологий, чтобы срок их службы повышал рентабельность данного материала. Также, согласно замыслу автора, мебель и бытовая техника в здании объекта цифровых технологий тоже обшивается солнечными панелями. Электроприборы призваны хотя бы в какой-то мере обеспечить собственную потребность объекта цифровых технологий в электроэнергии, а предметы внутренней обстановки при этом должны будут передавать накопленную ими энергию в аккумуляторные батареи [1].
Проект «Вибросвет». Шум часто либо сопровождается вибрацией, либо является её следствием. Это также можно использовать для получения вибрационной энергии и преобразования её в электрическую для нужд объекта цифровых технологий. Представляется возможным приобщить к солнечным панелям, ветрогенераторам и рекуператорам получение энергии для объекта цифровых технологий благодаря генератору электричества из вибрации. Мембраны таких устройств, равно как и мембраны поглощения шума, могут включаться в отделку стен и потолка объекта цифровых технологий. В данной концепции уже два раза был представлен ветер как источник энергии. Третий раз упоминание о нём происходит в связи со значительной вибрацией, которую он производит, а значит, может служить также и источником вибрационной энергии. Такой источник
энергии для объекта цифровых технологий будет всё больше заслуживать внимания по мере того как станет разрабатываться всё больше устройств, требующих минимального энергопотребления. В данном случае речь не идет о передаче энергии на сколько-нибудь значительное расстояние, сопровождающейся определенными энергопотерями, но при этом она может быть полностью использована на том же месте, где и получена. Так же, как движущиеся по дороге автомобили могут «подзаряжать» экономичные светофоры на светодиодах [1]. Размещение на внешней поверхности зданий гибких флагов, которые изготовлены из проводящей ткани, также позволит превращать вибрацию в электроэнергию. Для этого флаги должны быть одним концом прикреплены к жесткой пластине, и путем трения приводить к поулчению электрического заряда посредством формирования разницы потенциалов между поверхностями. Многократные колебания гибких флагов на ветру позволяет сформировать на одной из контактирующих жестких поверхностей избыточное количество электронов, в то время на находящейсмя с ней в соприкосновении поверхности возникает недостаточное количество электронов. Так сможет функционировать трибоэлектрический генератор, оснащённый флаттер-приводом.
Проект «Свет человеческих шагов». Пешеходы, идущие по тротуару объекта цифровых технологий, а также по наземному, подземному или надземному пешеходному переходу, могут энергией своих шагов (источник совокупный - вибрация и давление) побуждать тротуар, пешеходный переход, а также экономичные светофоры на светодиодах светиться. Из этих достижений современного изобретательства может произрастать новая культура пользования машиностроительным предприятием в качестве объекта цифровых технологий. Необходимо насытить каждое здание максимальным количеством устройств и приспособлений, которые не будут подпитываться из центральной электросети, а ограничатся усилиями сотрудников, производимыми в момент пользования данными устройствами [1].
Проект «Энергия песчаной бури» перекликается и может при необходимости составлять единое целое с проектами «Могучий ветер» и «Вибросвет». Тепло от горячего песка и трения о поверхность зданий объекта цифровых технологий может нагревать воду для паротурбин, а шумовая и вибрационная энергия может преобразовываться в электроток. Места для построения офисных и производственных зданий объекта цифровых технологий будут использоваться самые различные, поскольку технологии позволят выдерживать и песчаные бури, и увеличение уровня воды в мировом океане, и уровень максимальной температуры воздуха. Более того, ни одному из данных факторов не придётся сопротивляться. Каждый из них будет рационально использован всеми архитектурными сооружениями для преобразования всей совокупности стихийных воздействий в электрическую энергию [1]. В неё будет преобразовано и давление ветра на стены зданий объекта цифровых технологий, и горячий воздух посредством трансформации тепловой энергии в электроток, и вибрация воздуха в наружное и внутреннее освещение [2].
Проект «Биосвет». Сочетание первичного и вторичного энергопотоков становится возможным благодаря введению цикла максимально полной переработки сырья, а также направления выходящего из установки пара на паротурбины. Значительному усовершенствованию в указанный период могут быть подвергнуты биогенераторные станции объекта цифровых технологий, таким образом, чтобы результат переработки биологического топлива в них мог быть приобщён к дополнительной переработке до такой
стадии, когда уже ничто из биологических отходов не сможет отрицательно воздействовать на окружающую среду. Необходима очень тонкая фильтрация, чтобы на выходе образовывался только водяной пар [1]. И он тоже может давать электроэнергию за счёт построения комбинированной электростанции объекта цифровых технологий, совмещающей свою биологическую природу с природой пароэлектростанции [3].
Проект «Завод актив» или «Завод плюс энергии». В идеале «Завод плюс энергии» в рамках объекта цифровых технологий должен использовать всю совокупность возобновляемых источников энергии - как непосредственно, так и опосредованно. Возможно, например, не в каждом здании машиностроительного предприятия как объекта цифровых технологий может быть установлена станция по получению биологического топлива. Но в этом случае все недостающие виды топлива должны поступать из централизованных станций. Новый регламент энергосбережения и энергоэффективности эксплуатируемых зданий объекта цифровых технологий - машиностроительного предприятия - позволит сдавать в эксплуатацию, как минимум, только здания нулевого потребления энергии - 0 кВт/m2 в год. А в идеале - «активные здания», или «завод плюс энергии», которые будут призваны вырабатывать электроэнергию не только для собственных нужд объекта цифровых технологий, но и для посторонних нужд [1].
Заключение.
В зависимости от того, в какой климатической зоне располагается тот или иной объект цифровых технологий как машиностроиттельное предприятие, сколько солнечных дней насчитывается в данном поясе. Не менее важно, насколько выражена в рассматриваемой зоне роза ветров, и какую конфигурацию она имеет, в той степени использование вышеприведенных и иных подобных им проектов сможет продемонстрировать свою надлежащую эффективность.
REFERENCES
1. Латышев О.Ю. Совокупность проектов по энергосбережению международной Мариинской академии в Дубае / О. Ю. Латышев, П. А. Латышева, М. Э. Радаэлли, М. Луизетто // Эффективность инженерных систем и энергосбережение: сборник статей международной научно-практической конференции, Брест, 19-20 октября 2023 г. / Министерство образования Республики Беларусь, Брестский государственный технический университет; под ред. В. Г.Новосельцева [и др.]. - Брест : Издательство БрГТУ, 2023. - С. 34-41.
2. Латышев, О.Ю. Влияние деятельности современных российских архитекторов и дизайнеров на облик Дубая / О. Ю. Латышев, М. Э. Радаэлли, М. Луизетто, Н. Дж. Х. Альмухтар, Г. Р. Машори // Большая Евразия: Развитие, безопасность, сотрудничество: материалы Пятой международной научно-практической конференции «Большая Евразия: национальные и цивилизационные аспекты развития и сотрудничества». Ч. 2. Ежегодник. Вып. 6. Ч. 2 / РАН. ИНИОН. Отд. науч. сотрудничества; Отв. ред. В.И. Герасимов. - М., 2023. - C. 336-341. - 369 с. ISBN 978-5-248-01065-3.
3. Латышев О.Ю. Вопросы интеграции образования, науки, бизнеса и производства в Дубае / О. Ю. Латышев, П. А. Латышева, М. Э. Радаэлли, М. Луизетто // Проблемы современного образования в техническом вузе : материалы VIII Междунар. науч.-метод. конф., Гомель, 19-20 окт. 2023 г. / М-во образования Респ. Беларусь, Гомел. гос. техн. ун-т им. П. О. Сухого, Ун-т им. Аджинкья Д. Я. Патила ; под общ. ред. А. В.
Сычёва. - Гомель : ГГТУ им. П. О. Сухого, 2023. - С. 118-121. ISBN 978-985-535-5480.
