1 кВт·ч электроэнергии – это примерно 10 вскипяченных электрических чайников, 4 приготовленных в духовке блюда или сутки непрерывной работы холодильника. Бытовые эквиваленты помогают представить, сколько энергии требуется для привычного нам комфорта. За каждым включенным прибором стоит цепочка сложных технологических процессов: добыча ресурсов, генерация, распределение. Но энергоэффективность сегодня определяют не столько технологии, сколько осознанное отношение людей к энергоресурсам.
Этой теме была посвящена образовательная программа для школьников «Проектные каникулы» в Горном университете. На протяжении пяти дней старшеклассники погружались в мир современной энергетики, знакомились с инженерными решениями и превращали научные идеи в конкретные разработки.
В осеннюю смену открылись три класса разного профиля. Энергетический – для учащихся 10-го энергокласса школы № 334. Строительный – для ребят профильного класса школы № 639. И впервые в этом году университет сформировал класс общего инженерного профиля, пригласив попробовать себя в проектной деятельности всех желающих старшеклассников. Интерес оказался выше ожидаемого: заявки поступали из Петербурга, Ленинградской и Московской областей, Москвы и даже Пскова. Поэтому пришлось ввести предварительный отбор: кандидатам предложили написать эссе о своем опыте, интересах и ожиданиях от проектной смены.
Школьников ждал пятидневный образовательный интенсив. Оба профильных класса – энергетики и строители – погрузились в вопросы рационального и эффективного управления ресурсами. Ребята прослушали лекции по бережливому производству, устойчивой энергетике, возобновляемым источникам энергии и энергоаудиту, познакомились с принципами экономического обоснования проектов в этой области.
Учащимся энергокласса, которые ранее уже приезжали в Горный на проектные каникулы, эта смена позволила углубить знания и открыть для себя новые направления исследовательской деятельности. Для них организовали экскурсию на завод «Систэм Электрик» – академического партнера университета. Школьники увидели, как производится оборудование для энергетической отрасли, узнали, как принципы бережливого производства реализуются непосредственно на предприятии: от организации технологических процессов до выпуска готовой продукции.
В Санкт-Петербургском горном университете завершились две каникулярные смены для учащихся 8-го и 10-го энергетических классов школы №334 Невского района. В них приняли участие более 50 детей. Смены проводились одновременно на двух площадках – в самом Горном университете, и на его учебной базе в «Кавголово», где школьники не только получали новые знания, знакомились с вузом, но и отдыхали.
От промышленного производства перешли к управлению потреблением ресурсов непосредственно у конечного пользователя. Эту задачу помогают решать технологии умного дома. Они объединяют различные устройства и датчики, позволяют оптимизировать расход электроэнергии, тепла, воды, газа, отслеживать состояние оборудования, обеспечивать безопасность. Представитель компании «Систэм Электрик» Дмитрий Кудрявцев познакомил школьников с основами построения таких систем.
«Умный дом – это не просто набор отдельных устройств, а сложная целостная система, в которой технологии взаимодействуют друг с другом. Мы разобрали, какие стандарты и протоколы обеспечивают эту интеграцию и как на этой основе создавать сценарии энергосбережения. Ребята очень активно включились в обсуждение: почти половина занятия прошла в формате вопросов и ответов. Это помогло разобраться в принципах работы интеллектуальных систем и подготовиться к решению итоговой проектной задачи», – поделился Дмитрий Кудрявцев.
На финальном испытании школьникам из энергокласса предложили представить себя в роли команды инновационного стартапа, разрабатывающего системы для загородных домов на новых принципах автоматизации. Одной из таких систем должен был стать интеллектуальный энергетический менеджер. На основе опросника жителей требовалось определить состав оборудования, продумать архитектуру менеджера, описать назначение ИИ-агентов и главное – предложить сценарии автоматизации дома и программы, мотивирующие жителей к энергосбережению.
Одна из команд сосредоточилась на автоматизации привычных бытовых процессов и разработала сценарии «Доброе утро», «Я ушел», «Возвращение домой». Система должна самостоятельно выполнять заданные действия в зависимости от присутствия жильцов: отключать освещение и электроприборы, закрывать окна, активировать охрану и настраивать комфортный микроклимат. Отдельными разработками стали умная оконная ручка и интеллектуальный гардероб, напрямую взаимодействующие с данными прогноза погоды.
«Мы постарались сделать дом не просто автоматизированным, а способным формировать решения на основе данных. Например, умная оконная ручка будет получать показания датчиков температуры внутри помещения и снаружи, сопоставлять их и определять оптимальный режим проветривания. Система сможет взаимодействовать с климатическим оборудованием, регулируя работу кондиционера. По сути, это элемент интеллектуального управления микроклиматом, который помогает рационально расходовать электроэнергию», – рассказала Елизавета Мостовская.
Другая группа представила концепцию двухэтажного загородного дома с пятью контурами управления. Один из сценариев – «Идеальное утро»: система заранее усиливает воздухообмен, приоткрывает шторы, включает подсветку в ванной, подогрев пола и кофемашину. Одновременно пользователь получает актуальную информацию о погоде, дорожной ситуации и заряде электромобиля. В вечернее время, по замыслу школьников, интеллектуальные агенты распределяют нагрузку на электросеть с учетом одновременной работы домашних приборов. Было приведено и экономическое обоснование: инвестиции в реализацию решения – около 2,5 миллионов рублей, потенциальная экономия — до 150 тысяч рублей в год.
«Каждый ИИ-агент отвечает за определенный контур, например, освещение, климат или безопасность, но все они обмениваются данными и работают на общий результат. Это позволяет не просто управлять отдельными устройствами, а координировать работу всего дома. Например, в часы пик система может анализировать энергопотребление и переносить работу некоторых приборов на более подходящее время, чтобы снизить нагрузку на сеть. Наша задача — создать дом, который учитывает привычки жильцов, прогнозирует их потребности и помогает эффективнее использовать ресурсы», – пояснил Василий Бадовский.
Программа строительного направления во многом перекликалась с энергетическим классом, но сохранение энергии рассматривалось в контексте проектирования и эксплуатации зданий. Школьники посетили Центр компетенций БЕЛАЗ и лабораторию Caterpillar, изучили технологии виртуальной и дополненной реальности, процессы автоматизации строительной отрасли.
«Знания в области энергетики необходимы учащимся строительного класса не только для расчетов, но и для постановки исследовательских задач: важно уметь выявлять новые факторы, влияющие на долговечность и экономическую эффективность объектов. Например, рост числа ураганов или резкие перепады температур, приводящие к ледяным дождям, меняют саму логику проектирования: то, что выглядит продуманным и перспективным сегодня, может оказаться нежизнеспособным уже завтра. Именно поэтому строитель должен мыслить, как исследователь анализировать риски и адаптировать подходы к новым реалиям, – отметил Юрий Жуковский, директор центра «Студенческого научного творчества «НИРС», декан энергетического факультета.
В финальном кейсе школьники также выступили в качестве команды-разработчика энергетического менеджера, однако сосредоточились не на технической архитектуре системы, а на продвижении проекта. Им предстояло подготовить презентацию для застройщика вымышленного коттеджного поселка и убедить его в целесообразности внедрения энергоэффективных технологий. Роль девелопера взяла на себя экспертная комиссия, оценивавшая предложения с позиции бизнеса и потенциальных покупателей недвижимости.
Так, одна группа выстроила презентацию вокруг цифр: интеллектуальный энергетический менеджер поможет сократить расходы на электричество на 40%. Один дом в среднем потребляет 400 кВт·ч в месяц, значит, экономия составит 160 кВт·ч – это больше тысячи рублей: реальный осязаемый эффект. Их соперники сделали акцент на удобстве и визуализировали энергетического менеджера в виде приложения «ЭнергоДом». Кроме практических советов, в нем продумана система мотивации. За сохраненную энергию пользователи смогут получать специальные бонусы – «энергокоины» и тратить их в магазинах-партнерах застройщика.
«Мы хотели сделать так, чтобы экономия энергии стала для семьи понятной и интересной. Приложение должно синхронизироваться с системой умного дома и давать рекомендации на основе реального потребления. А чтобы мотивировать людей экономить, мы придумали энергокоины и рейтинг пользователей: чем бережнее относишься к ресурсам, тем больше бонусов получаешь. Насколько мы успели изучить существующие решения, аналогов в таком именно виде не существует. Мы даже начали прорабатывать техническую часть приложения. Нам очень интересна эта идея, хотелось бы развивать ее и дальше», – рассказала Александра Васильева.
Формат ситуационных задач – это хороший способ научить школьников быстро разбираться в конкретной теме и предлагать решения. При этом они учатся работать в команде, распределять обязанности и аргументировать свои идеи. Разрабатывать задания помогали члены студенческого конструкторского бюро «ВиВатт». Это объединение активных ребят, увлеченных вопросами энергетики. Одно из ключевых направлений работы бюро – подготовка глобального прогноза развития топливно-энергетического комплекса. В рамках этого проекта студенты рассматривают широкий круг технологических задач, некоторые из которых становятся основой для школьных кейсов.
«У детей зачастую более смелый и нестандартный взгляд на проблему, чем у взрослых специалистов, чей подход уже во многом сформирован профессиональным опытом. И иногда именно эта свобода мышления приводит к интересным идеям, которые мы затем можем развивать. Например, в одном из проектов школьники предложили печатать изоляторы для линий электропередачи на 3D-принтере. С этой идеи началась дальнейшая работа: мы стали изучать возможности изготовления композитных изоляторов, а ребята предложили собственную конструкцию и форму изделия. Конечно, первоначальную задумку пришлось дополнить технической проработкой, но именно детское предложение стало отправной точкой для развития проекта», – рассказала Александра Булдыско, руководитель СКБ «ВиВатт».
Новички проектных каникул – старшеклассники сборной группы – целиком погрузились в тему цифрового моделирования. Впрочем, статус дебютантов не означал, что программа была упрощенной. За пять дней ребята освоили роботизацию, аддитивные технологии и 3D-моделирование в промышленности, узнали, как цифровые инструменты меняют подходы к проектированию и эксплуатации техники. Для них была организована экскурсия по Горному университету с посещением научно-образовательного центра технологических площадок «Саблино-Горный» в Ленинградской области.
Проверкой знаний стала реальная инженерная задача. Разделившись на команды, участники должны были придумать способы модернизации кузова карьерного самосвала БЕЛАЗ, чтобы снизить остаточное налипание горной массы в арктических условиях. Для этого требовалось провести аудит базовой машины, изучить условия эксплуатации и разработать собственные технические решения. На все – несколько часов. Задание могло показаться чрезмерно сложным для старшеклассников, не имеющих профильной подготовки. Однако участники проектных каникул четко видят свое будущее в инженерии, а потому на «ты» с математикой и физикой. Многие готовятся поступать в Горный университет, и для них это шанс заранее прикоснуться к будущей профессии.
«За неделю мы прослушали много полезных лекций, которые помогли нам сформировать собственное решение. Эти знания сильно выходят за рамки школьных и расширяют кругозор. Очень интересное задание получили. Знаю, что проблема налипания горной массы на кузов действительно актуальна. Мы предложили объединить несколько технологий: использовать обогрев кузова и вибрационную систему, изменить геометрию его днища, скруглив отдельные элементы, и дополнить конструкцию другими решениями. Думаю, наш проект вполне можно доработать и представить на конкурсах и конференциях, в том числе на «Школьной премьер-лиге», которую проводит Горный университет», – рассказал учащийся лицея №387 Максим Козлов.
Учащийся школы №559 Глеб Синицин о проектных каникулах узнал из официального сообщества Горного университета в соцсети. Молодой человек учится в десятом классе и в будущем видит себя геодезистом, а потому в увлечением включился в инженерный проект. Его команда рассматривала несколько вариантов решения задачи: применение специальных антиадгезионных составов, изменение формы кузова, использование тепла выхлопных газов для предотвращения намерзания породы. Ребята оценивали не только потенциальную эффективность, но и ограничения по каждому варианту.
«Мы рассматривали возможность изменить форму кузова, сделать его более скругленным, чтобы порода не задерживалась в углах. Но поняли, что это уменьшит полезное пространство и позволит перевозить меньше руды. Другой вариант – использовать тепло выхлопных газов: изменить направление выхлопной трубы и провести ее под кузовом, чтобы нагревать его изнутри. У этого решения тоже есть свои сложности, которые еще предстоит проработать. Я вижу здесь большой простор для научного творчества», – рассказал Глеб Синицин.
«Ребята технически очень подкованы. Хотя некоторые идеи оказались нетривиальными. Одна из команд в шутку предложила использовать такс: запустить собак в кузов, чтобы они помогали удалять налипшую породу. Конечно, это скорее фантастический вариант, но сама идея показывает, насколько свободно дети подходят к поиску решений. Интересное предложение – разработать специальную гидрофобную пленку для внутренней поверхности кузова. По сути, школьники не стали искать готовый материал, а сформулировали задачу для его создания. Некоторые идеи вполне могут стать основой для дальнейшей проектной работы. Например, подогрев кузова самосвала уже применяется, но остаются вопросы, требующие инженерных расчётов: какой материал использовать для труб, как организовать подвод тепла, какой должна быть площадь контакта с кузовом. Любое из этих решений при более детальной технической проработке может превратиться в полноценный проект», – прокомментировал итоги выполнения финальной задачи Сергей Сержан, доцент кафедры прикладных компетенций в области цифровых технологий.
Главная цель проектных каникул – пробудить у школьников интерес к исследовательской и проектной деятельности и показать перспективы профессионального развития. Уже после смены любой участник может обратиться в университет за индивидуальным сопровождением и развивать проект под руководством преподавателей и студентов-старшекурсников. Ближайшая возможность представить результаты этой работы – конкурс научно-исследовательских проектов для старшеклассников «Школьная премьер-лига», который проходит под патронажем Центра компетенций в горнотехническом образовании под эгидой ЮНЕСКО. Новый этап состоится весной следующего года.
Огнестойкая древесина, умный кондиционер, космическая ручка, «блинный» электродвигатель и другие изобретения привезли в Санкт-Петербургский горный университет талантливые школьники из 39 регионов. В старейшем техническом вузе России подвели итоги конкурса научно-исследовательских проектов для старшеклассников «Школьная премьер-лига». В этом году он прошел уже в третий раз, под патронажем Центра компетенций в горнотехническом образовании под эгидой ЮНЕСКО.
