Ученые Южно-Уральского государственного университета создают программный комплекс «Экомонитор», который сможет отслеживать распространение загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Хозяйственная деятельность промышленных предприятий связана с риском причинения вреда окружающей среде. В настоящее время у большинства предприятий отсутствуют системы оперативного анализа для управления своими экологическими рисками. Нет систем датчиков на источниках выбросов и в зонах влияния.
Предлагаемый комплекс «Экомонитор» решит эту проблему за счет создания системы наблюдения и анализа, которая позволит принимать решение в оперативном режиме и предотвращать негативные последствия. «Экомонитор» нацелен на практическое применение и предназначен для решения реальных производственных задач.
«Комплекс экологического мониторинга и прогнозирования «Экомонитор» позволяет визуализировать текущую ситуацию, прогнозировать экологическую обстановку, осуществлять автоматизированный анализ данных по выбросам. Визуализация производится в привязке к географической карте местности в режиме реального времени, демонстрирует моделируемые и прогнозируемые приземные концентрации загрязняющих веществ«¸ — говорит руководитель проекта Дмитрий Дрозин.
Комплекс «Экомонитор» позволяет принимать информацию от систем автоматического контроля выбросов из фиксированных источников и от операторов посредством ручного ввода. Основное предназначение комплекса — предоставлять в режиме реального времени в удобной форме комплексную информацию об экологической ситуации и ее изменениях, таким образом, предприятие сможет управлять своим негативным воздействием, не снижая производства.
Партнеры проекта: Управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Челябинской области (Росприроднадзор), производственная компания автоматизированных систем и средств измерений ООО Эмерсон, завод по производству утеплительных материалов ООО «Завод ТЕХНО».
Ученые Южно-Уральского государственного университета работают совместно с сотрудниками Магнитогорского металлургического комбината над повышением энергоэффективности электростанций ММК путем внедрения умных систем управления энергетической эффективностью. Эти системы работают при помощи технологии интернета вещей: информация с сотен умных датчиков поступает в систему и обрабатывается онлайн, что позволит предотвратить перерасход энергии и поломку оборудования.
Ученые создали оптимизационную технико-экономическую модель станции, позволяющую осуществлять в автоматизированном режиме «советчика» комплексный расчет оптимального распределения нагрузки между энергоагрегатами и оптимальной нагрузки станции в целом. Эта модель учитывает текущие технологические ограничения, техническое состояние оборудования, стоимость потребляемых энергоресурсов и вырабатываемой энергетической продукции.
«Разрабатываемая система состоит из следующих подсистем: подсистема сбора технологических параметров; подсистема онлайн мониторинга энергетических характеристик и состояния энергоагрегата; подсистема непрерывного отслеживания вибрационного состояния; подсистема интеграции данных во внешние автоматизированные системы управления предприятием. Для одного энергоагрегата предусмотрено считывание от 25 до 100 параметров в зависимости от его типа», — поясняет руководитель проекта Дмитрий Шнайдер.
Автоматизированная система цифровых двойников сможет определить текущие значения основных энергетических показателей. Это поможет выявить места возникновения дополнительных затрат энергетических ресурсов для последующего анализа причин их возникновения и уточнить энергетические характеристики энергоагрегатов по фактическим данным эксплуатации с учетом их состояния, условий и режимов работы.
Экономический эффект от внедрения результатов проекта ожидается за счет повышения КПД энергоагрегатов и снижения рисков незапланированных ремонтов и простоев оборудования электростанций. Ожидаемый срок окупаемости проекта составляет около двух лет.
Композиционные материалы обладают превосходными механическими характеристиками. При этом создаваемые из них конструкции отличаются легкостью и прочностью. Чтобы производить материал, исходя из необходимых свойств конструкций, в Южно-Уральском государственном университете предложили регулировать механические характеристики композитов на этапе изготовления.
Оптимизация характеристик композитов под задачи производства возможна с использованием препрегов — полуфабрикатов композиционного материала, состоящих из волокнистого армирующего наполнителя и нанесённого с двух сторон связующего. Также настраивать свойства материала позволяет технологическая опция изменений диаметра ячеек сотового заполнителя. Его изготавливают из композитных материалов с помощью процесса расширения и гофрировки.
«Технической особенностью данного проекта является принципиально новый подход к формованию (процессу придания формы). Предполагается организация непрерывного процесса, что значительно расширяет область применения изучаемых композиционных материалов», — рассказал д. х. н., руководитель НИИ «Перспективные материалы и технологии ресурсосбережения» ЮУрГУ (НИУ), заведующий кафедрой «Материаловедение и физико-химии материалов» Денис Винник.
Материал будет применяться в автомобилестроительной и космической отраслях.
Ориентир на экологию — основной тренд современного производства. Особенно он актуален для предприятий черной и цветной металлургии, на каждом этапе работы которых образуются отходы в виде хвостов обогащения: шлака, шлама, пыли газоочисток. Территории, где металлургия является основной отраслью, нуждаются в правильной утилизации отходов с извлечением опасных веществ и повторным использованием некоторых элементов, что выгодно с точки зрения экологии и экономики.
Проект Южно-Уральского государственного университета «Комплексная переработка техногенных отходов» предполагает разработку теоретических и технологических основ извлечения из шлака наиболее ценных компонентов — железа и цинка. Из шлакового остатка будут производить пропант — это гранулообразный материал, который используется в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта.
Железо, которое имеет самую высокую стоимость в отходах медеплавильного производства, подойдет для изготовления чугунных мелющих тел.
— Исследования ЮУрГУ показали возможность получения товарного продукта в виде мелющих тел, в которых сера не является вредной примесью, а препятствуя графитизации углерода, способствует выделению его в виде твердых карбидов, увеличивает износоустойчивость. Медь, в свою очередь, также является полезной примесью, увеличивает ударопрочные свойства чугуна. При высоком качестве шары имеют значительно меньшую себестоимость, так как чугун, используемый для отливки, производится из отходов медной промышленности (шлака) и не содержит дорогостоящих добавок (хрома), — рассказали представители индустриального партнера проекта ООО «ИЦ АС Теплострой».
Второй по стоимости компонент, цинк, очень необходим промышленности. В медеплавильных шлаках содержится около 2,5% этого цветного металла, поэтому его возвращение на производство в качестве вельц-окиси позволит восполнить нехватку цинка на современных предприятиях.
Арктическая зона занимает одну пятую часть территории Российской Федерации. Там проживают больше двух миллионов человек, и они регулярно сталкиваются с транспортными проблемами: вахтовые автобусы бессильны перед снежными заносами, а гусеничные вездеходы не обеспечивают необходимую пассажировместимость.
Решением проблемы станет проект Южно-Уральского государственного университета «Арктический автобус». Он будет способен двигаться по грунтовым дорогам, бездорожью и снежному покрову круглый год, а в экстренных ситуациях обеспечит выживание находящихся внутри людей.
«Автобус нужен для перевозки людей в условиях Крайнего Севера при экстремально низких температурах, а также для перевозки оборудования. При аварийных ситуациях внутри автобуса возможно полное автономное жизнеобеспечение в течение суток, пока не придет помощь. Кроме того, арктический автобус способен держаться на воде в течение часа, пока проводится эвакуация людей», — рассказал к. т. н., директор НИИ «Опытное машиностроение» ЮУрГУ Рамиль Закиров.
Под контролем ученых ЮУрГУ находится общая компоновка кабины автобуса — расположение всех основных узлов и агрегатов, полуприцепа и тягача, а также разработка жилого модуля. Результаты экономического обоснования реализации проекта и маркетинговые исследования позволяют продолжить работу.