Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

ИНДИВИДУАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ОБУЧЕНИЕ КАК РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В ОБРАЗОВАНИИ

Стружков П.В.

г. Вологда, Вологодский государственный технический университет e-mail: y529ec@mail.ru

Стратегическая цель государственной политики в области образования – повышение доступности качественного образования в соответствии с требованиями инновационного развития экономики и современными потребностями общества. В свою очередь, на современном этапе развития экономических отношений одной из важнейших задач является максимально возможная экономия и рациональное использование всех видов ресурсов, дальнейшее совершенствование существующих технологий и быстрая разработка инновационных ресурсосберегающих технологий, в том числе, как мы считаем, и образовательных.

Непосредственно процесс ресурсосбережения предполагает соблюдение требований эффективного ведения хозяйства, т.е. получения результата при минимальных затратах и максимальных результатов при ограничен- ном объеме применяемых ресурсов [1]. Образовательная технология – это модель и реальный процесс осуществления целостной педагогической деятельности по проектированию, организации и проведению образовательного процесса с безусловным обеспечением комфортных условий, как для педагога, так и для обучаемых. [2].

Ресурсосберегающая технология – совокупность последовательных технологических операций, обеспечивающих производство продукта с минимально возможным потреблением материалов, воды, воздуха и других ресурсов для технологических целей [3].

В свою очередь ресурсосберегающая образовательная технология, понимается нами как согласование специально организованной педагогической деятельности с индивидуально-психологическими особенностями обучающихся с целью оптимизации использования внутренних ресурсов субъектов образовательного процесса [4]. Такой ресурсосберегающей технологией при обучении может стать индивидуально-ориентированное обучение. Отметим, что внедрение индивидуально-ориентированного обучения в учебный процесс не сводится к радикальной перестройке существующей традиционной системы обучения, а лишь модернизирует ее – придает ей определенную гуманистическую направленность, обеспечивает контроль и управляемость самообразовательной деятельности обучающихся, создает педагогическое обеспечение учебного процесса. Цель этой технологии обучения в условиях вуза заключается в соединении обучения и самообразования, в создании наиболее благоприятных условий для развития требуемых знаний, умений и навыков путем погружения в индивидуаль-

181

ную самообразовательную деятельность.

Погружение завершается созданием продукта, т.е. усвоением знаний

иумений по дисциплине, развитием компетентностей, представляющего общественную ценность и личную значимость для его участников. Результатом погружения является не только получение знаний, но и целостное влияние на развитие личностных структур обучающего и обучающегося. Именно погружение является одним из способов управления при индиви- дуально-ориентированном обучении. При этом само индивидуальноориентированное обучение становится более управляемым процессом, чем традиционное, так как представляет собой «специальную организацию процесса усвоения как процесса заданного» [4].

Всвоем исследовании мы используем четыре инструмента погружения: сегментирование обучающихся; детализация содержания обучения, активизация обучения, генерирование системы контроля. Сегментирование обучающихся позволяет формировать группы для организации индивиду- ально-ориентированного обучения в зависимости от уровня обученности по дисциплине, уровня самообразовательной деятельности и личных качеств обучающихся. В нашем исследовании выделено шесть таких групп. Для выделенных групп занятия организуются по предложенной далее схеме. Группа I. Для обучающихся этой группы организуются обзорные лекции по теме. Для более глубокого изучения материала студентам предлагается заполнение таблиц, заполнение пропусков. Группа II. Предложены готовые разработки по изучению материала темы, где разобран теоретический материал, предложены алгоритмы решения задач, вопросы для самоконтроля, на которые необходимо ответить письменно, и тесты для самостоятельного решения. Группа III. Как и для второй группы. Помимо этого обучающимся предложено по разработанным в пособиях примерах составить собственные алгоритм решения задач. Группа IV. Предложен список литературы для изучения подраздела. Обучающимся предлагается алгоритм для составления конспекта по теме, представленный в виде вопросов по теоретическому материалу. Предложено по разобранным примерам составить алгоритмы решения базовых задач. Также предложены вопросы для самоконтроля и тесты самопроверки. Группа V. Как и IV. Добавлены задачи повышенной сложности. Желающим предложено подготовить отчет по теме в форме реферата или презентации. Группа VI. Изучают

материал самостоятельно, отвечая на вопросы по теме.

Активизация процесса обучения – это усовершенствование методов

иорганизационных форм учебно-познавательной работы обучающихся, которое обеспечивает активную и самостоятельную теоретическую и практическую их деятельность на всех этапах учебного процесса. Такое усовершенствование основывается на интеграции развивающих образовательных технологий, реализующих вариативное образование. Генерирование системы контроля – процесс преобразования существующей системы кон-

182

троля для индивидуально-ориентированного обучения. Таким образом, индивидуально-ориентированное обучение преобразует образовательный процесс так, что обучающийся самостоятельно обучается по целевой управляемой индивидуализированной программе, подготовленной преподавателем отдельной дисциплины.

Рассмотрим некоторые ресурсы и процессы, задействованные при внедрении и эксплуатации индивидуально-ориентированного обучения и возможности их сбережения. При индивидуально-ориентированном обучении преподавателем осуществляется заранее им спроектированный дидактический процесс в соответствии с целями обучения и от него, от его профессионализма, зависит организация и управление таким процессом обучения. Поэтому, с позиции нашего исследования, профессиональнопедагогическая деятельность преподавателя является одним из важнейших ресурсов эффективности обучения и развития личности обучающегося.

Большую роль в организации учебного процесса играет информационное обеспечение отдельной дисциплины, а также набор методик и технологий обучения, позволяющих организовать индивидуальноориентированное обучение. Поэтому информационно-технологическое обеспечение – еще один ресурс повышения эффективности обучения. Практически претворять в жизнь индивидуально-ориентированное обучение позволяет психодидактика. На основе психодидактической технологии при смене творческой и самостоятельной деятельности с учетом субъективного подхода решается не только вопрос о психологическом здоровье школьников, но и корректируются их познавательные интересы в учебновоспитательном процессе [1]. Поэтому психологизация педагогического процесса, под которой В.Я. Слипак понимает, в первую очередь, максимальную активизацию основных психических функций учащихся, в нашем исследовании также является ресурсом повышения эффективности обуче-

ния [2].

Индивидуально-ориентированное обучение вводится нами в учебный процесс в основном на начальных курсах и на первых этапах требует от преподавателей большой подготовительной работы. При этом используется и расходуется индивидуальный ресурс педагога как средство, как своеобразное «орудие» организации учебного процесса и возможны сильные эмоциональные и интеллектуальные, а иногда, и физические перегрузки. Поддерживает педагога, задействованного в организации индивиду- ально-ориентированного обучения, способствует сохранению его ресурса при такой деятельности: научная, правовая, психологическая поддержка; постоянное материально-техническое обеспечение образовательного процесса; разработка информационных баз данных и электронных каталогов, в том числе и для мобильного доступа к информации; организация обучения педагогов и др.

С другой стороны, активная деятельность педагога позволяет реали-

183

зовать свои творческие возможности, повышает эффективность его деятельности, что сдерживает развитие так называемого «синдрома выгорания», «педагогической усталости» [3]. В процессе реализации профессиональных функций ресурсы преобразуются в результаты [4]. Результатом профессиональной деятельности педагогов является информационнотехнологическое обеспечение индивидуально-ориентированного обучения по своей дисциплине.

Такое обеспечение позволяет педагогу четко организовать учебновоспитательный процесс, что значительно облегчает и модернизирует дальнейшую работу, сохраняет профессиональный ресурс. Использование «погружения как активного метода обучения с элементами релаксации, внушения и игры» [3], позволяет вести речь о существенной психологической стороне индивидуально-ориентированного обучения, а также дает возможность хотя бы нейтрализовать некоторые факторы риска лекцион- но-семинарской системы обучения [4]. Большую роль при этом играет наличие демпфинга по каждой дисциплине. В нашем исследовании на основании предложенных в результате сегментирования шести групп предложены четыре модели организации индивидуально-ориентированного обучения, представленные различными формами самообразовательной деятельности, отличающиеся используемыми технологиями, степенью управления обучающего, а также степенью ответственности обучающихся: «Селектив», «Резерв», «Актив», «Экстернат». Преподаватель, управляя индивидуально-ориентированным процессом, на первых этапах помогает выбрать наиболее оптимальную группу обучения, содействуя оптимальному функционированию учебного процесса. Необходимость перехода с одного уровня на другой расширяет сферу реальной активности обучающегося в процессе его взаимодействия с образовательной средой, заставляет систему обучения находиться в постоянной динамике [3].

Литература

1.Брейдо И.В., Сагитов П.И., Фешин Б.Н. Классификационные признаки систем управления электротехническими комплексами и системами / КарГТУ // Труды университета.– 2002.

2.Брейдо И.В. Структурно–параметрическая оптимизация управляемых электроприводов подземных подвижных машин: Дис. … д–ра техн. наук. – Екатеринбург, 1996.

3.Фешин Б.Н. Супервизорные многосвязные системы управления автоматизированными электроприводами горнодобывающих машин: Дис. … д–ра техн. наук. – Алматы, 2001.

4.Советский энциклопедический словарь / Под ред. А.М. Прохорова.– 3–е изд.– М.: Сов. энциклопедия, 1984.

184

ВЛИЯНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ АВТОМОБИЛЯ НА ВЫБРОСЫ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА.

Тишин М.М., Анисимов И.А.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

e-mail: maximtishin72@yandex.ru

Одним из главных антропогенных источников загрязнения окружающей среды являются продукты сгорания топлива на автомобильном транспорте.

При процессах сгорания топлива наиболее интенсивное загрязнение нижних слоев атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах, промышленных центрах ввиду широкого распространения в них автотранспортных средств. Вклад автотранспорта в общее загрязнение атмосферного воздуха достигает здесь 40-50 процентов

В последние десятилетия наблюдается резкое повышение температуры окружающей среды. Причиной этого является «Парниковый эффект», который образуется из-за наличия углекислого газа в атмосфере

(Рис.1).[1][2][3]

Рис. 1 Взаимосвязь углекислого газа и парникового эффекта.

На эмиссию углекислого газа влияют режимы работы автомобиля: холостой ход, разгон, установившийся и тормозной [4]. Доля времени каждого из этих режимов представлено в таблице (1).

185

Таблица 1

Режим работы двигателя легкового автомобиля в условиях города,

%[7]

Для города Тюмени были получены данные, из которых видно, что на самых загруженных улицах и перекрестках время простоя составляет в среднем 32% от общего времени движения. Стоит учесть, что данная цифра получена не во время пиковой величины транспортного потока, поэтому справедливо утверждение, что в часы «пик» и в весенне-летнее время, когда количество транспорта несколько выше, время простоя будет больше и доля работы двигателей на холостом ходу увеличится.

В настоящее время правилами дорожного движения устанавливается необходимость включения ближнего света фар. Работа автомобиля в ночное время связана также с включением некоторых дополнительных световых приборов, что увеличивает расход топлива двигателем автомобиля на режимах холостого хода, а следовательно и количество выбрасываемого углекислого газа.

Для подтверждения, был проведен эксперимент, с целью выявления влияния нагрузки от потребителей на содержание углекислого газа в выхлопных газах на холостом ходу. Эксперимент проводился на автомобили Ниссан Кашкай 2008 года выпуска с двигателем внутреннего сгорания объѐмом 1597 см3 экологического стандарта ЕВРО 4.[6]

Для определения количественного и качественного состава отработавших газов использовался газоанализатор АВГ 4

По результатам эксперимента было установлено, что повышение нагрузки на холостом ходу ведет к повышению уровня СО2 выхлопных газах автомобиля, эта зависимость описывается линейной математической моделью (формула 1)

-параметр чувствительности изменения %/Вт нагрузки,

N- нагрузка от потребителей электрической Вт энергии,

186

Таблица 2

Воздействие нагрузки от потребителей на содержание углекислого газа в выхлопных газах

Включение дополнительных потребителей электрической энергии при работе двигателя вызывает возрастание расхода топлива двигателем автомобиля вследствие чего увеличиваться количество выбрасываемого углекислого газа в атмосферу. Отключая такие потребители, на режимах холостого хода, можно добиться снижения расхода топлива двигателем автомобиля во время его работы во время простоя на перекрестках и в период затора.

Суммарное воздействие дополнительных потребителей электроэнергии увеличивает количество выбрасываемого углекислого газа на 14%.

Литература 1.Данилов-Данильян В.И. «Экология, охрана природы и экологи-

ческая безопасность» М.: МНЭПУ, 1997 г 2.Денисов В.Н.; Рогалев В.А. «Проблемы эколизации Автомобильного

транспорта» - С-П., ЭКО, 2004 г. - 194с.

3. Малов Р.В. и др. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. / Малов Р.В., Ерохов В.И., Щетина В.А., Беляев В.Б. М.: Транспорт, 1982. - 200 с.

4.Копотилов В.И. Автомобили: теоретические основы: Учебное пособие для вузов.-Тюмень: ТюмГНГУ, 1999.

5.Васильева Л.С. Краткий справочник по автомобильным эксплуатационным материалам. – М.: Транспорт, 1992. – 120 с.

187

6. Nissan Qashqai - Руководство по эксплуатации

7.Коптилов В.И. Аналитические методы определения эксплуатационного расхода топлива и оценки топливной экономичности автомоби- лей.-Тюмень: Вектор-Бук, 2008.

Шабанов В.А., Шарипова С.Ф.

г. Уфа, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

e-mail: ShabanovVA1@yandex.ru, SharipovaSveta@yandex.ru

В связи с непрерывным подорожанием энергоресурсов энергосбережение стало одним из приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира. Внедрять технологии, способствующие энергосбережению сегодня жизненно необходимо. В нашей стране доля затрат на электроэнергию в себестоимости конечной продукции на порядок выше, чем в развитых странах, что ведет к снижению конкурентоспособности наших товаров на внутреннем и мировом рынках. В настоящее время около половины всей вырабатываемой в мире электроэнергии потребляется нерегулируемыми электродвигателями переменного тока, среди которых значительную часть составляют мощные высоковольтные двигатели. Одним из наиболее эффективных и быстро окупаемых решений в области снижения энергопотребления высоковольтными двигателями является внедрение частотно-регулируемых приводов (ЧРЭП) - высокотехнологичной и наукоемкой энергосберегающей техники, позволяющей оптимизировать режимы работы механизмов и технологических процессов. В статье рассматриваются основные результаты исследований эффективности ЧРЭП магистральных насосов нефтеперекачивающих станций (НПС), полученные при выполнении проекта «Разработка и организация серийного производства мощных высоковольтных частотно-регулируемых приводов» [1]. Проект выполнялся Чебоксарским электроаппаратным заводом и Уфимским государственным нефтяным техническим университетом в 2010 - 2012 гг. и финансировался Минобрнауки РФ в соответствии постановлением №218 правительства РФ.

Частотное регулирование обеспечивает не только ощутимую экономию электроэнергии, но и надежность в эксплуатации, увеличение срока службы, повышение уровня автоматизации технологических процессов [2]. Поэтому исследование эффективности частотно-регулируемого электропривода магистральных насосов охватывает широкий круг вопросов [3]

188

На НПС широко применяются синхронные двигатели (СД) серии СТД мощностью до 8000 кВт. Замена их на частотно-регулируемые асинхронные двигатели приведет к дополнительным затратам. Поэтому рассмотрим комплекс вопросов, связанных с разработкой ЧРЭП на базе установленных СД без их замены. Возможны три варианта выполнения ЧРЭП: использование СД в режиме вентильного привода, векторное и скалярное управление. Векторное управление и вентильный привод обеспечивают высокое быстродействие и устойчивую работу при любых возмущениях. Однако они требуют для своей реализации либо установки датчика скорости, либо точной модели двигателя, работающей в режиме реального времени. Это усложняет систему управления электроприводом и повышает его стоимость. В то же время, технологический процесс перекачки не предъявляет высоких требований к быстродействию. Регулирование частоты вращения магистральных насосов должно быть настолько замедленным, чтобы в трубопроводе не возникали опасные волны давления. Кроме того, мощные электродвигатели серии СТД обладают большим моментом инерции, причем постоянные времени СД составляют от 2,0 до 2,5 с. При таких больших постоянных времени крайне мала вероятность быстрой потери устойчивости СД при возмущениях в технологической или электрической частях НПС. Поэтому что для частотного регулирования СД магистральных насосов достаточно использовать скалярные системы управления.

Скалярное частотное управление синхронными электроприводами производится путем воздействия на три управляемых параметра: частоту и напряжение статора, и ток возбуждения, связанных между собой уравнением (законом) частотного регулирования. Одной из главных проблем при использовании скалярного управления является исследование и разработка таких законов частотного регулирования, которые бы в максимальной степени учитывали особенности технологического процесса перекачки, а также обеспечивали бы экономичное регулирование с достаточным запасом устойчивости по электромагнитному моменту и углу нагрузки СД. В качестве критерия выбора оптимальных соотношений между управляемыми переменными целесообразно принять минимум потерь мощности ∆РРЕГ в синхронном электроприводе и насосе. Такой критерий реализуется в аналитической форме путем минимизации суммарных потерь мощности в преобразователе частоты ∆РПЧ, двигателе ∆РЭД и магистральном насосе

∆РМН:

при условии, что запас устойчивости СД по моменту или по углу нагрузки обеспечивается не ниже заданного значения.

Для разработки системы управления ЧРЭП важно знать требования технологического процесса к диапазону частотного регулирования. В пе-

189

рекачке нефти по технологическому участку может участвовать до 15-18 магистральных насосов, включенных последовательно. Для регулирования производительности трубопровода можно сочетать подбор числа насосов с регулированием частоты вращения. При этом, без учета ограничений по давлениям в трубопроводе, для обеспечения всех возможных режимов перекачки достаточно регулировать частоту вращения только одного из насосов [4, 5]. В этих случаях наибольший диапазон частотного регулирования находится в диапазоне от 1,7:1 до 3,3:1 в зависимости от режима работы нефтепровода. Причем, чем выше производительность трубопровода, тем меньше требуемый диапазон регулирования.

Для того, чтобы выполнялись требования по допустимым давлениям, может потребоваться частотное регулирование двух и более насосов технологического участка. Регулирование частоты вращения двух и более насосов может также потребоваться для снижения суммарных энергозатрат на перекачку нефти по технологическому участку. Если выполнять частотное регулирование одновременно на нескольких НПС, то требуемый диапазон регулирования снижается. Так при регулировании режима перекачки изменением частоты вращения насосов на двух НПС требуемый диапазон частотного регулирования снижается до 1,3:1-1,5:1.

В настоящее время на действующих нефтепроводах регулирование режимов работы производится методом циклической перекачки, когда нефтепровод циклически работает на двух режимах с разным числом насосов. Однако обеспечить высокие значения КПД насосов и электродвигателей на обоих дискретных режимах невозможно. При одном из режимов циклической перекачки КПД насосов ниже, чем на другом, и циклический КПД оказывается меньше номинального и меньше, чем КПД регулируемого насоса. В случае использования ЧРЭП вместо циклического переключения для снижения подачи производится снижение частоты вращения насосов. В этом случае КПД насосов при снижении частоты вращения повышается [6, 7]. В результате использование ЧРЭП приводит к снижению суммарного расхода электроэнергии на перекачку [8]. Выполненные расчеты по оценке энергетической эффективности использования ЧРЭП на действующем нефтепроводе показали, что срок окупаемости ЧРП может составлять от нескольких лет до нескольких десятков лет.

Частотно-регулируемый электропривод может использоваться как эффективное средство снижения волн давления в трубопроводе, как при регулировании режимов трубопровода, так и при включении и отключении магистральных насосов. Включение и отключение насосов при циклической перекачке сопровождается формированием фронта волны повышенного давления в трубопроводе на входе НПС. Распространяясь по трубопроводу, волна повышенного давления накладывается на рабочее давление в трубопроводе и в некоторой точке трубопровода суммарное давление может превысить предельно допустимое. При частотном регулировании

190