Заведующий кафедрой - БЕЛЯКОВ Павел Юрьевич, кандидат технических наук, доцент


О КАФЕДРЕ

Кафедра электроэнергетики выпускает бакалавров по направлению «Электроэнергетика и электротехника», обладающих теоретическими знаниями и практическими навыками в своей предметной области. Направление «Электроэнергетика и электротехника» представляет часть науки и техники, включающую совокупность средств, способов и методов деятельности, созданных для прямого и обратного преобразования других видов энергии в электрическую, управления потоками и распределения электрической энергии. Электроэнергетика – это одна из ведущих отраслей энергетики, в которую входит генерация, транспортировка и распределение электроэнергии. Потребность в специалистах данного направления определяется задачами реструктуризации электроэнергетических систем, повышения их надежности и эффективной эксплуатации. Выпускники кафедры способны решать задачи проектирования сложных электроэнергетических систем с использованием современных компьютерных технологий, обеспечивать внедрение энергосберегающих технологий, использовать полученные знания в научных исследованиях и разработке возобновляемых источников энергии.

Уже не первый год широко говорят о цифровой экономике, широко обсуждают перспективы внедрения цифровых технологий, рассматривая дальнейшее внедрение цифровых информационно-измерительных систем управления, сбора и хранения информации в разные сферы деятельности как основной драйвер их роста. Какова же роль энергетики в этом процессе развития техники и человеческого общества?

Связь между информационными и энергетическими процессами выражается принципом Ландауэра: создание одного бита информации сопровождается соответствующим изменением энтропии. Согласно этому принципу минимальная энергия W [Дж], необходимая для обработки 1 бита информации пропорциональна постоянной Больцмана kb [Дж·K-1] на температуру Т[˚К] устройства, выполняющего это преобразование. Учитывая тот факт, что kb=1,38064852(79)·10−23 Дж·K-1, рабочая температура современного микропроцессора порядка 100˚С, а частота 1Мгц соответствует 1 миллиону тактов в секунду, энергопотребление центров обработки цифровых данных огромно. По данным за 2017 г., опубликованным международным энергетическим агентством, в США эти центры потребляют больше электроэнергии, чем все промышленные предприятия вместе взятые. Близкие к этим цифры характерны для Германии и в Японии, хотя соотношения между количеством потребляемой электроэнергии там несколько иные. Что же в целом эта тенденция означает для понимания развития электроэнергетики сегодня?

Выходит, что технический прогресс, в том числе и достижения цифровой экономики, в конечном счёте, обеспечивается энергетическими возможностями человечества. То есть от ранних периодов развития общества до эпох НТР определяющим фактором была энергетическая обеспеченность, а сегодня, в связи с актуальностью решения не только экономических, но и экологических проблем, ещё и энергоэффективность. Для электроэнергетики решение указанных задач во-первых означает разработку достаточно большого числа новых энергоэффективных узлов генерации, а во-вторых, учитывая, что суммарная мощность трансформаторных подстанций на порядок выше мощности, генерируемой в сеть, максимально возможное снижение технологических потерь в электрических сетях за счёт такого распределения нагрузки между силовыми трансформаторами, которое обеспечит режим их работы, близкий к номинальному, то есть с максимальным к.п.д.

Решение последней задачи возможно на основе современных цифровых систем широкого регулирования, позволяющих в режиме реального времени связать информационные цепи служб релейной защиты, цифровые процессоры и современную высокоресурсную вакуумную силовую коммутационную аппаратуру. Термин «интеллектуальная электрическая сеть», пришедший в российскую энергетику из другого языка и, в общем-то, из кластера техники, существенно отличающегося по уровню автоматизации, был с самого начала недооценён и истолкован в том смысле, что интеллектуальная сеть это этап развития системы диспетчерского управления, хотя главная задача, решаемая этой системой, другая, сугубо практическая. Интеллектуальная сеть - современный способ обеспечения энергоэффективности электрической сети за счёт качественного снижения технологических потерь в ней.

С самого начала развития энергетики в нашей стране говорилось о необходимости наличия эффективного с точки зрения распределения нагрузки в соответствии с её фактическим графиком комплекта силовых трансформаторов подстанции, и, соответственно, о возможности его обеспечения при параллельной работе силовых агрегатов, работающих возможно близко к номинальным режимам. Кроме того, структура силовой части распределительной подстанции должна характеризоваться разумным коэффициентом использования оборудования. Всем этим в силу некомпетентности в последние годы часто пренебрегали в угоду желанию сэкономить на обслуживании типовой подстанции в двухагрегатном исполнении: один рабочий силовой трансформатор с достаточным запасом по мощности при максимальной нагрузке сети и один резервный, равной с ним мощности. Как результат – неоправданно высокая стоимость подстанции и высокие технологические потери при эксплуатации. С точки зрения минимизации технологических потерь в первом приближении число силовых агрегатов равно отношению максимальной и минимальной нагрузок, округлённому до ближайшего целого числа в большую сторону. Ясно, что структурой силовых подстанций следует серьёзно заниматься, а исходить нужно из того, что на всех интервалах суточного графика нагрузки будут работать разное число силовых агрегатов, при этом каждый будет загружен достаточно близко к номинальному режиму. То есть для существенного снижения технологических потерь в первую очередь нужно использовать отечественный опыт регулирования трансформаторных подстанций, соединив его с возможностью автоматического on-line переключения силовых агрегатов. Другие задачи, которые могут быть реализованы дополнительно, в том числе информационная поддержка диспетчерских служб и т.п. являются второстепенными, менее значимыми.


Научная деятельность кафедры

Кафедра электроэнергетики развивает сотрудничество с ведущими энергетическими компаниями региона: филиалом публичного акционерного общества «Межрегиональная Распределительная Сетевая Компания Центра» «Воронежэнерго», муниципальным унитарным предприятием «Воронежская горэлектросеть», филиалом ПАО "Квадра" – "Воронежская генерация".

Программа сотрудничества включает следующие разделы:

  • Развитие теории проектирования электрических сетей и методов их эксплуатации на основе критерия минимума технологических потерь энергии
  • Проектирование импульсных систем возбуждения генераторной техники
  • Разработка технологического оборудования для производства изоляторов из композитных материалов
  • Разработка аппаратных средств информационных каналов и специализированного программного обеспечения для адаптивных систем управления электрических сетей

Преподаватели, а также студенты, активно участвующие в деятельности СНО работают в составе временных творческих коллективов в рамках конкретных НИОКР, выполняющихся в отделе электротехнического оборудования, а также в конструкторско-технологическом бюро Инженерно-технического центра института.

Сотрудники кафедры электроэнергетики принимают непосредственное участие во всех проектах, выполняемых отделом электротехнического оборудования. Образцы техники, созданной этим отделом, представлены на сайте МИКТ в соответствующих разделах. Патенты и другие правоустанавливающие документы на созданную технику приведены в разделе Научные направления, подраздел Труды ведущих учёных по направлениям на сайте института.

Большая часть созданного оборудования и приборов входит в состав технологических установок, выпускаемых конструкторско-технологическом бюро Инженерно-технического центра института для целого  ряда известных предприятий и организаций: ОАО «Лианозовский электро-механический завод», ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ», г. Москва, Ордена Трудового Красного Знамени «Институт химии силикатов» имени И.В. Гребенщикова», АО «Государственный оптический институт» им. Вавилова», ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии» имени Д.И. Менделеева», г. Санкт-Петербург, ОАО «Концерн «Созвездие», г. Воронеж, АО «ТАГАТ» им. С.И. Лившица, г. Тамбов и др. Данное оборудование представлено в соответствующих разделах сайта института.

Наиболее интересные в научном плане результаты получены в рамках проектов, связанных с разработкой электротехнологий и конкретных установок, на базе которых они реализованы.

В первую очередь это технология плазмо-химической обработки материалов. Сотрудниками кафедры решена проектная задача определения геометрии реактора при различных температурах, газовом составе и давлениях, а также уровнях напряжениях и частотах генераторов мощности. Ещё один перспективный наукоёмкий проект, выполненный с участием коллектива кафедры электроэнергетики – разработка установки пероксидно-плазменной стерилизации. Сотрудниками кафедры решена задача определения геометрии реактора с объёмным распределением потока плазмы при различных давлениях, концентрации перекиси водорода, напряжениях и частотах генератора мощности. Техническая суть, научная ценность и актуальность выполненных работ изложена в разделах:


Учебная деятельность кафедры

В процессе обучения студенты осваивают естественно-научные, общепрофессиональные и специальные дисциплины. Большая часть учебного времени отводится на профильные предметы. В базовую подготовку электроэнергетиков входят такие курсы, как теоретические основы электротехники, электротехническое и конструкционное материаловедение, общая энергетика, электрические машины, безопасность жизнедеятельности. Делается упор на знание современных электроэнергетических систем, включая такие специальные дисциплины: релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем, электрооборудование энергетических систем, общая энергетика, применение ЭВМ в электроэнергетике, техника высоких напряжений, надежность электроэнергетических систем, технологии электроэнергетики нетрадиционных и возобновляемых источников.