Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Energetyka wód i atmosfery

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: MM/A-DI>EWiAII
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Energetyka wód i atmosfery
Jednostka: Katedra Inżynierii Lotniczej i Kosmicznej
Grupy:
Punkty ECTS i inne: 0 LUB 6.00 (w zależności od programu) Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Pełny opis:

Tematyka zajęć obejmuje zagadnienia aerodynamiki turbin wiatrowych i  hydrodynamiki turbin wodnych niezbędne dla inżyniera zajmującego się odnawialnymi źródłami energii. Omawiane są zagadnienia konstrukcyjne turbin wiatrowych i wodnych. Wykład wprowadza również elementy fizyki atmosfery i hydrosfery. Zajęcia laboratoryjne dotyczą w głównej części eksperymentalnego aspektu zagadnień objętych wykładem.

Treści kształcenia

- 1. Budowa atmosfery, statyka atmosfery, globalna cyrkulacja atmosferyczna, procesy fizykochemiczne w atmosferze, zmiany klimatyczne.

2. Charakterystyki przepływowe i energetyczne wiatru. Wiatr jako zjawisko fizyczne. źródła powstawania wiatru. Podstawowe charakterystyki wiatru. Rozkłady prędkości wiatru w funkcji wysokości nad powierzchnią gruntu oraz szorstkości terenu. Rozkład gęstości mocy strumienia powietrza w funkcji wysokości. Porywy wiatru, turbulencja atmosferyczna. Średnioroczna prędkość wiatru i jej rozkład. Rozkład Weibula i Rayleigh'a. Średnioroczny potencjał energetyczny wiatru.

- Układy konstrukcyjne turbin wiatrowych: o osi poziomej, i pionowej: Savoniusa i Darriusa. Turbiny otwarte i z otunelowaniem typu "wind-lens" Energetyczna wydajność elektrowni wiatrowej w funkcji prędkości średniorocznej wiatru i wysokości osi wirnika. Przybliżona ocena zasobów energii wiatru w Polsce oraz jej zmiany sezonowe. Wpływ parametrów atmosferycznych powietrza na wydajność energetyczną EW. Czynniki wpływające na możliwości wykorzystania energii wiatru. Pomiar podstawowych parametrów wiatru dla potrzeb energetyki wiatrowej.

4. Podstawowe parametry i charakterystyki turbin wiatrowych o osi poziomej i pionowej. Przegląd dotychczasowych konstrukcji. Stosowane rozwiązania podstawowych zespołów.

Eksperymentalne metody badawcze w energetyce wiatrowej. Zarys teorii podobieństwa w badaniach modelowych. Tunele aerodynamiczne. Metody pomiaru prędkości z uwzględnieniem analizy dokładności pomiaru. Pomiary Badania modelowe turbiny wiatrowej .

6. Teoretyczne metody badawcze w energetyce wiatrowej. Przepływy potencjalne. Zarys teorii profilu. Charakterystyki profili lotniczych, siła nośna i oporu opływu. Warstwa przyścienna. Teoria strumieniowa turbiny wiatrowej. Granica Betza. Dyskusja nad twierdzeniem Betza. Modyfikowana metoda Witoszyńskiego dla turbiny z osią poziomą. Metoda Wilsona dla turbiny o pionowej osi obrotu.

- Generatory energii elektrycznej stosowane w energetyce wiatrowej, układy regulacji, pomiary, akumulacja energii elektrycznej.

- 8. Projektowanie elektrowni wiatrowych: Adaptacja metody Larrabe'go do określenia podstawowych parametrów geometrycznych turbiny. Turbina o minimalnych stratach indukowanych. Liczba łopat, geometria i konstrukcja łopat turbiny. Wybór rozkładu współczynnika siły nośnej wzdłuż promienia łopaty. Ograniczenia geometryczne, aerodynamiczne i aeroakustyczne nakładane dla konstrukcji wirnika. Obciążenia łopat i wieży nośnej. Obliczenia rozkładu ciśnienia na profilu łopaty. Porównanie obliczeń z danymi doświadczalnymi.

Farmy wiatrowe: interferencja turbin w farmie. Meandrowanie śladu aerodynamicznego.

- Zjawiska towarzyszące pracy elektrowni wodnych. Przepływy w kanałach otwartych: profil prędkości w kanale otwartym. Przelewy miernicze. Jednowymiarowy model ruchu równomiernego w kanale otwartym. Równanie Bernoulliego dla kanałów otwartych. Spadek niwelacyjny i hydrauliczny koryta. Promień hydrauliczny. Ruch podkrytyczny (spokojny) i nadkrytyczny (rwący). Głębokość krytyczna. Wydatek krytyczny. Krytyczna liczba Froude’a. Zjawisko odskoku hydraulicznego Bidone’a i jego zastosowania: (walka z erozją dna) Przepływy zewnętrzne i opływ łopat Uderzenie hydrauliczne w rurociągu: uderzenie prost i nieproste, wzór Żukowskiego. Kawitacja i pseudokawitacja: warunki powstawania, liczba kawitacyjna. kawitacja lokalna i superkawitacja wir z jądrem kawitacyjnym; szum kawitacyjny, mechanizm erozji kawitacyjnej.

- Elektrownie wodne: Typologia turbin wodnych, turbiny śmigłowe, Kaplana, Francisa, Deriaza, Banki-Michella-Stellera, Peltona, Gilkesa. Moc i wyróżnik szybkobieżności. Zakresy stosowalności poszczególnych rozwiązań. Sprawność turbiny wodnej. Równanie Eulera dla turbiny wodnej. Rury ssawne.Typy elektrowni wodnych: przyzaporowe, z derywacją kanałową i derywacją rurociągową, przepływowe. Elementy konstrukcyjne elektrowni.

Obliczenia optymalnego wydatku i mocy dla zadanej konfiguracji elektrowni z rurociągiem ciśnieniowym. Obiczenia geometrii turbiny Kaplana. Ocena zagrożenia uderzeniem hydraulicznym w rurociągu ciśnieniowym.

Obliczenia optymalnego wydatku i mocy dla zadanej konfiguracji elektrowni z rurociągiem ciśnieniowym. Ocena zagrożenia uderzeniem hydraulicznym.

Prognozowanie powstawania kawitacji na profilu łopaty turbiny Kaplana

Literatura:

Literatura wykorzystywana podczas zajęć wykładowych

J. V. Iribarne, H.-R. Cho - Fizyka Atmosfery - PWN Warszawa. - 1988

St. Gumuła, T. Knap, P. Strzelczyk, Z. Szczerba - Energetyka Wiatrowa - Wyd. Naukowo Dydaktyczne AGH Kraków. - 2006

Wł. Krzyżanowski - Turbiny wodne: konstrukcja i zasady regulacji - WN-T, Warszawa. - 1971

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych

St. Gumuła, T. Knap, P. Strzelczyk, Z. Szczerba - Energetyka Wiatrowa - Wyd. Naukowo Dydaktyczne AGH Kraków. - 2006

Literatura do samodzielnego studiowania

J. V. Iribarne, H.-R. Cho - Fizyka Atmosfery - PWN Warszawa. - 1988

St. Gumuła, T. Knap, P. Strzelczyk, Z. Szczerba - Energetyka Wiatrowa - Wyd. Naukowo Dydaktyczne AGH Kraków. - 2006

Literatura uzupełniająca

Piotr Strzelczyk - Aerodynamika Małych Prędkości - OW PRz. - 2003

J. F. Maweell, J.G. McGowan, A.L. Rogers - Wind Energy Explained, Teory, Design and Application - John Wiley & Sons. - 2002

Efekty uczenia się:

Student, który zaliczył modułFormy zajęć/metody dydaktyczne prowadzące do osiągnięcia danego efektu kształceniaSposoby weryfikacji każdego z wymienionych efektów kształcenia
Podstawowa znajomość procesów zachodzących w atmosferze i  w hydrosferze.wykład, projekt indywidualnyraport pisemny
Podstawowa znajomość zjawisk zachodzących podczas pracy turbiny wiatrowej. Umiejętność stosowania prostych modeli teoretycznych do obliczania charakterystyk turbiny.wykład, projekt indywidualny, laboratoriumraport pisemny
Znajomość podstaw aerodynamiki turbin wiatrowych. Umiejętność prowadzenia prostych pomiarów przepływowych związanych z energetyką wiatrową.wykład, laboratoriumraport pisemny
Znajomość i umiejętność stosowania podstaw projektowania turbin wiatrowychwykład, projekt indywidualny, projekt zespołowyraport pisemny
Znajomość zjawisk fizycznych towarzyszących pracy turbiny wodnej, Umiejętność przeprowadzenia podstawowych obliczeń projektowych dla turbiny wodnej. wykład, laboratorium, projekt indywidualny, projekt zespołowyraport pisemny

Metody i kryteria oceniania:

na ocenę 3na ocenę 4na ocenę 5
Podstawowa znajomość procesów zachodzących w atmosferze i  w hydrosferze.nie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 3, ale również umie zastosować wiedzę dla celów praktycznychnie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 4, ale również wykazuje umiejętności pogłębione w stosunku do poprzedniego poziomu.
Podstawowa znajomość zjawisk zachodzących podczas pracy turbiny wiatrowej. Umiejętność stosowania prostych modeli teoretycznych do obliczania charakterystyk turbiny.nie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 3, ale również umie zastosować wiedzę dla celów praktycznychnie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 4, ale również wykazuje umiejętności pogłębione w stosunku do poprzedniego poziomu.
Znajomość podstaw aerodynamiki turbin wiatrowych. Umiejętność prowadzenia prostych pomiarów przepływowych związanych z energetyką wiatrową.nie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 3, ale również umie zastosować wiedzę dla celów praktycznychnie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 4, ale również wykazuje umiejętności pogłębione w stosunku do poprzedniego poziomu.
Znajomość i umiejętność stosowania podstaw projektowania turbin wiatrowychnie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 3, ale również umie zastosować wiedzę dla celów praktycznychnie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 4, ale również wykazuje umiejętności pogłębione w stosunku do poprzedniego poziomu.
Znajomość zjawisk fizycznych towarzyszących pracy turbiny wodnej, Umiejętność przeprowadzenia podstawowych obliczeń projektowych dla turbiny wodnej. nie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 3, ale również umie zastosować wiedzę dla celów praktycznychnie tylko osiągnął poziom wiedzy i umiejętności wymagany na ocenę 4, ale również wykazuje umiejętności pogłębione w stosunku do poprzedniego poziomu.

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2019/20" (zakończony)

Okres: 2019-10-01 - 2020-01-31
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 15 godzin więcej informacji
Projekt, 15 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Małgorzata Kmiotek, Zygmunt Szczerba
Prowadzący grup: Małgorzata Kmiotek, Zygmunt Szczerba
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2020/21" (zakończony)

Okres: 2020-10-01 - 2021-02-01
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 15 godzin więcej informacji
Projekt, 15 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Marek Szumski
Prowadzący grup: Marek Szumski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza.
al. Powstańców Warszawy 12
35-959 Rzeszów
tel: +48 17 865 11 00 https://prz.edu.pl
kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.1.0 (2023-11-21)