Sadržaj predmeta

Vjetroelektrane

Šifra:

281192

Kratica:

D-1606

Visoko učilište:

Fakultet strojarstva i brodogradnje

ECTS bodovi:

6.0

Opterećenje:

12(S) + 30(P) + 18(V)

Nositelji:

doc. dr. sc. Tessa Uroić

Izvođači:

dr. sc. Luka Balatinec (P)

doc. dr. sc. Tessa Uroić (S, P)

Opis predmeta:

Ciljevi predmeta: Studenti će na predavanjima i vježbama usvojiti kategorizaciju, aerodinamiku i konstrukciju, te tehnologiju izrade i eksploatacijske karakteristike vjetroturbina i pripadajućih postrojenja. Nakon odslušanih predavanja i vježbi, studenti će moći provesti aerodinamički proračun potreban kod konstruiranja vjetroturbine i osnivanja vjetroelektrane. Uvjeti za upis predmeta i ulazne kompetencije koje su potrebne za predmet: Obaveze studenata: Redovno pohađanje predavanja i auditornih vježbi. Aktivno sudjelovanje u predavanjima i vježbama kroz interakciju s predavačem i kolegama. Izrada seminara o zadanoj temi pregledom relevantnih znanstvenih članaka. Sudjelovanje na dvodnevnoj terenskoj nastavi, izrada izvješća o terenskoj nastavi. Ocjenjivanje i vrednovanje rada studenata tijekom nastave i na završnom ispitu: Na temelju prezentacije seminara: 30%, izrade izvješća o terenskoj nastavi 10 %, usmene provjere znanja na završnom ispitu: 60% Predavanja 1. UVOD: Osnovne karakteristike energetskog iskorištenja vjetra 2. POVIJESNI PRIKAZ I KARAKTERISTIKE KONSTUKCIJE: Povijesni prikaz iskorištavanja energije vjetra i razvoja vjetroturbina. 3. VRSTE, PRINCIPI RADA I OSNOVNE KOMPONENTE VJETROTURBINA. Vjetrenjače i vjetroturbine s vertikalnom i horizontalnom osi vrtnje. Male i velike snage. Aerodinamika rotora: uzgon, zastoj i otpor. Veličina turbine. 4. KONSTRUKCIJA VJETROTURBINE: komponente. Broj lopatica. Orijentacija rotora. 5. OSTALI DIJELOVI. Gondola. Generator. Prijenosnik snage. Mehanizam za zakretanje gondole. Stup i temelj. 6. ZAŠTITA I SIGURNOST. Senzor vibracija. Mehanička kočnica. Aerodinamička kočnica s hidrauličkim sustavom. Elektronički kontroler. 7. OSNOVNE ZNAČAJKE VJETRA. Vrste: globalni, lokalni i planinski vjetar. Ruža vjetrova. Brzina i energija vjetra: mjerenje brzine, Betzov zakon. Karta vjetrova. Atmosferski granični sloj. 8. ODABIR LOKACIJE VJETROTURBINE I POSTROJENJA. Utjecaj naselja. Utjecaj konfiguracije tla. Međusobna udaljenost turbina. Turbulencija i vrtlozi. Promjenjivost brzine i smjera vjetra. Instalacija vjetroturbine i održavanje vjetroturbinskog postrojenja. "Offshore" vjetroelektrane. 9. IZLAZNA SNAGA VJETROTURBINE. Weibullova raspodjela. Srednja snaga vjetra. "Gustoća" vjetra. Krivulja i koeficijent snage. Godišnja izlazna snaga. 10. AERODINAMIČKI SILE. Aerodinamičke sile i gubici. Proračun lopatice po Betzu i Schmitzu. 11. Danski i njemački koncept. Spoj vjetroturbine na mrežu. 12. RAD VJETROTURBINE PRI DJELOMIČNOM OPTEREĆENJU. Nominalni režim rada vjetroturbine. Ponašanje vjetroturbine pri djelomicnom opterećenju. Problemi konstrukcije i stupanj korisnog djelovanja pri djelomičnom opterećenju. CIKLIČKA OPTEREĆENJA. Pobude, vibracije. 13. 14. 15. Vježbe 1. Konstrukcijske vježbe: Upoznavanje s metodama mjerenja brzine i smjera vjetra. 2. 3. Konstrukcijske vježbe: Crtanje Weibullove raspodjele. Određivanje srednje snage i gustoće vjetra, krivulje snage, koeficijenta snage i godišnje izlazne snage. 4. Konstrukcijske vježbe: Upoznavanje s različitim vrstama, principom rada i osnovnim komponentama vjetroturbina. Određivanje veličine turbine za zadane parametre. 5. Konstrukcijske vježbe: Proračun aerodinamičkih veličina i određivanje geometrijskih karakteristika osnovnih vrsta turbina. 6. Konstrukcijske vježbe: Konstrukcija lopatice promjenjivog profila po visini. Proračun opterećenja i vibracijskih karakteristika rotorskih lopatica. Određivanje razine buke. 7. 8. 9. Konstrukcijske vježbe: Analiza shema sustava regulacije snage. 10. Konstrukcijske vježbe: Analiza shema sustava zaštite i sigurnosti. 11. 12. Konstrukcijske vježbe: djelomično opterećenje vjetroturbine. 13. Seminar: Odabir i razrada vjetroparka za konkretnu zadanu lokaciju u Hrvatskoj. 14. Seminar: Prikaz konkretne ekonomske analize troškova izgradnje, održavanja i profita vjetroelektrane. 15. Seminar: Analiza utjecaja vjetroelektrane na okoliš: razine buke, sjene, itd.

Jezici izvođenja nastave:

Hrvatski

Obavezna literatura:

Zvonimir Guzović, Hrvoje Jasak (2017): Interna FSB skripta sa sadržajem predavanja

J.F. Manwell, J.G. McGowan, A.L. Rogers (2010): Wind energy explained

R. Gasch, J. Twele (2012): Wind power plants

Preporučena literatura:

E. Hau (2005): Wind Turbines, Fundamentals, Technologies, Application, Economics

J.N. Soerensen (2016): General Momentum Theory fo Horizontal Axis Wind Turbines

Ishodi učenja:

1. Usporediti različite tipove vjetroturbina i razlikovati njihove karakteristične komponente.

2. Izračunati aerodinamičke i geometrijske parametre turbine ovisno o potrebnoj snazi.

3. Analizirati osnove energetske pretvorbe u vjetroturbinama i utjecaj raspoloživosti vjetra na njezin rad.

Predmet u nastavnom programu:

Šifra studija	Naziv studija	Razina studija	Semestar izvođenja	Obavezni/Izborni
1193	Energetska postrojenja i strojevi	diplomski	2	obavezni
1194	Obnovljivi izvori energije i zaštita okoliša	diplomski	2	obavezni
1195	Pametni energetski sustavi	diplomski	2	obavezni

* predmet se ne predaje u tom semestru

Legenda

P - Predavanja

S - Seminar

V - Vježbe