В настоящее время, характеризуемое для энергетики агропромышленного комплекса (АПК) складывающимися новыми рыночными отношениями и формами хозяйствования в сочетании с известными сложностями энргообеспечения производства и весьма актуальными требованиями повышения энергоэффективности, остро проявилась проблема несоответствия прежней профессиональной подготовки энергетиков требованиям к работе в сложившихся условиях. Эта проблема усугубляется тем, что и сама система высшего технического образования находится в состоянии реорганизации, предусматривающей, в частности, три уровня подготовки – бакалавр, магистр, аспирант. В статье предлагается корректировать содержание высшего профессионального образования в отраслевых вузах для кадрового обеспечения практического решения затянувшейся отраслевой проблемы. Корректировка должна быть основана на инновационных профессиональных знаниях, востребованных проблемой.
Сначала о необходимой инновационности содержания образования. Основным показателем энергоэффективности предприятия является энергоемкость продукции, включающая в себя все виды потребленной энергии и топлив. Из этого следует, что потребительская энергетическая система (ПЭС) в АПК [1, 2, 3] должна учитывать не только стационарные процессы но и мобильные. Для точной оценки энергоемкости продукции необходимо для всех видов технологических процессов, предусмотренных технологией производства и потребляющих энергию, получить теоретическое (научно обоснованное) значение минимального расхода энергии. С этой целью обычная в энергетических расчетах схема размещения оборудования должна быть в ПЭС дополнена энерготехнологическими процессами (ЭТП) с обязательным требованием указания удельного (теоретического) расхода энергии на единицу результата, получаемого за счет энергии в каждом процессе. Этим методическим приемом в сочетании с измерениями энергии на входе раскрывается не только структура энергоемкости продукции, но и связь его повышения с конкретным оборудованием, то есть адресность, необходимая для управления энергоэффективностью. Важно отметить, что превышение энергоемкости создается не только энергетическими решениями (выбор энергетического оборудования), но и общетехническими (конструкции, исполнительные механизмы, инфраструктурные устройства и т.п.). Поэтому одна из необходимых инновационностей знаний по управлению энергоэффективностью заключается в переходе от изучения отдельных видов оборудования к изучению методов анализа энергетических процессов по энергоэффективности с переходом к системному показателю – энергоэффективность технической системы (ТС) в целом. Кроме того, что ТС включает в себя стационарное и мобильное оборудование с исполнительными механизмами, в АПК дополнительная инновационность знаний востребована необходимостью анализа эффективности использования энергии биологическими объектами. Поскольку они определяют технологию производства основной продукции, то в вузах АПК следует изучать энергетику биотехнических систем. Необходимого для этого наполнения содержания изучаемых дисциплин в настоящее время нет и оно может быть сформировано специальными целевыми научными исследованиями.
На основе приведенных уточнений основного показателя энергоэффективности можно более строго подойти к формулировке научного содержания проблемы ее повышения. Энергетическая схема ПЭС (рис.) позволяет констатировать, что потребительская установка содержит не только подмножество элементов, но и подмножество энергетических линий, осуществляющих подвод энергии к ЭТП.
Потребительская энергетическая система
В техническом понимании совокупность этих линий не создает систему, но энергоэффективность каждой из них вносит вклад в значение общего показателя ПЭС. Это расширяет понятие технических (агроинженерных) систем при отсутствии технических связей между всеми элементами, но при наличии общего оптимизируемого энергетического показателя. Отсюда следует уточнение научной задачи – разработка теории, связывающей значение получаемого в каждом ЭТП результата с количеством подводимой к соответствующей линии энергии, и обоснование метода оптимизации потребленной ЭТП энергии. С образовательной точки зрения решение этой задачи требует объемных и глубоких междисциплинарных знаний, относящихся к энергетическим процессам как в технологической части (то есть, в ЭТП) так и в энергетической линии, включающей в себя дополнительно (прямо или косвенно) неэнергетическое оборудование, участвующее в энергетических процессах (насосы, вентиляторы, конструктивные элементы трубопроводов, теплорассеивающие оболочки и т.п.).
Традиционно все технические элементы, входящие в ТС, при конструировании приводятся в соответствие с требованиями к прочности (надежности) при максимальных механических нагрузках. Поэтому контроль энергетической эффективности при изменяющихся мощностных нагрузках на технических элементах, управление этим показателем и его оптимизацию следует рассматривать как новое профессиональное направление качественной оценки действующих ТС. Это соображение в полной мере соответствует принципам формирующейся международной практики, изложенным в переведенной сравнительно недавно на русский язык монографии [4], посвященной рассматриваемой проблеме. Высокая актуальность проблемы энергоэффективности для АПК, очевидная сложность ее решения и масштабность внедрения требует специального продуманного подхода к подготовке энергетических кадров для отрасли. Общим требованием к подготовке профессиональных кадров для решения масштабных актуальных проблем является сочетание многоуровневой системы образования с конкретным содержанием профессиональной составляющей на каждом уровне.
При этом должен быть обеспечен явно выраженный рост научной компетенции обучающихся от уровня к уровню (как показывает опыт, без научных прорывов и научно – технического прогресса актуальные проблемы не решаются). Очевидно, и образовательные программы должны составляться компетентными учеными и проходить через конкурсные экспертизы, способные открыто и убедительно выбрать лучшие. Применительно к проблеме повышения энергоэффективности технических систем в АПК можно внести для обсуждения следующие предложения по профессиональному содержанию программ образовательных уровней направления «Агроинженерия» с учетом полученных в СПбГАУ результатов долговременных научных исследований по решению указанной отраслевой проблемы.
Бакалавры. Цель – глубокое изучение базовых положений энергетики. Физические основы различных видов энергии. Законы движения и преобразования энергии. Общая термодинамика и понятие об эффективности энергетически процессов. Математика энергетических процессов.
Магистры. Цель – изучение основных расчетных методов потребительской энергетики и их научного содержания. Понятие о синтезе потребительской системы, энергетических процессах в ней, критериях энергетической эффективности, методах оптимизации.
Аспиранты. Цель – развитие научного обеспечения энергоэффективности отрасли. Анализ состояния и ключевые недостатки отраслевой энергетики. Исследование причин низкой энергоэффективности и научное обоснование их устранения. Разработка научных положений управления энергоэффективностью. Освоение принципов интегрального проектирования и устойчивого развития энергетических систем. Обоснование практических методов решения проблем отраслевой энергетики.
Предложенное содержание дисциплин, отнесенное к потребительской энергетической системе и обобщенное на действующие технические системы вообще, последовательно сформирует у обучающихся системные профессиональные знания, базирующиеся на отчетливо выраженных структурно – функциональных связях. Такие знания вызывают удовлетворение у студентов и уверенность в пригодности их к практическому использованию в будущей работе. Уместно отметить с благодарностью, что теоретические разработки и методы, положенные в содержание дисциплин, принадлежат научной школе СПбГАУ, впервые признанной Российской академией естествознания (РАЕ) в 2012 году [5, 6]. В настоящее время она включена в реестр ведущих научных школ Санкт-Петербурга. Предлагаемое в статье органическое объединение результатов научных исследований и целевого профессионального образования для решения приоритетной отраслевой проблемы АПК станет проявлением логичной педагогической функции научной школы.