Cel kształcenia i wykaz literatury

Główny cel kształcenia: Uzyskanie podstaw teoretycznych energetyki w zakresie energetyki wodnej i wiatrowej oraz umiejętności wyznaczania charakterystyk turbin, ich doboru i projektowania. Zrozumienie zjawisk fizycznych towarzyszących pracy elektrowni wodnych i wiatrowych.

Ogólne informacje o zajęciach: 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.

Materiały dydaktyczne: http://www.ecn.nl/nl/units/wind/projecten/field-rotor-aerodynamics-database/

Wykaz literatury, wymaganej do zaliczenia zajęć

Literatura wykorzystywana podczas zajęć wykładowych

1	J. V. Iribarne, H.-R. Cho	Fizyka Atmosfery	PWN Warszawa.	1988
2	St. Gumuła, T. Knap, P. Strzelczyk, Z. Szczerba	Energetyka Wiatrowa	Wyd. Naukowo-Dydaktyczne AGH Kraków.	2006

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych

1	Wł. Krzyżanowski	Turbiny wodne: konstrukcja i zasady regulacji	WN-T, Warszawa.	1971
2	St. Gumuła, T. Knap, P. Strzelczyk, Z. Szczerba	Energetyka Wiatrowa	Wyd. Naukowo-Dydaktyczne AGH Kraków .	2006

Literatura do samodzielnego studiowania

1

J. V. Iribarne, H.-R. Cho

Fizyka Atmosfery

PWN Warszawa.

1988

Wymagania wstępne w kategorii wiedzy/umiejętności/kompetencji społecznych

Wymagania formalne: rejestracja na semestr siódmy

Wymagania wstępne w kategorii Wiedzy: Znajomość rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego. Mechanika płynów: zasady pędu i momentu pędu. Równanie Bernoulliego. Liczby kryterialne, Siły aero/hydrodynamiczne

Wymagania wstępne w kategorii Umiejętności: Umiejętność prowadzenia prostych obliczeń rurociągów, stosowania kryteriów podobieństwa w mechanice płynów. Obliczanie sił aero/hydrodynamicznych na postawie charakterystyk bezwymiarowych

Wymagania wstępne w kategorii Kompetencji społecznych: Umiejętność współpracy w grupie. Komunikatywność. Zrozumienie potrzeby ciągłego dokształcania się. umiejętność samodzielnej pracy.

Efekty kształcenia dla zajęć

MEK	Student, który zaliczył zajęcia	Formy zajęć/metody dydaktyczne prowadzące do osiągnięcia danego efektu kształcenia	Metody weryfikacji każdego z wymienionych efektów kształcenia	Związki z KEK	Związki z PRK
01	Podstawowa znajomość procesów zachodzących w atmosferze i w hydrosferze	wykład, projekt indywidualny	raport pisemny, egzamin pisemny	K_W02+++ K_W08++ K_K01++ K_K03++	P6S_KO P6S_UO P6S_WG
02	Znajomość podstaw aerodynamiki turbin wiatrowych. Umiejętność prowadzenia prostych pomiarów przepływowych związanych z energetyką wiatrową.	wykład, ćwiczenia, laboratorium, projekt	egazmin pisemny, raport pisemny	K_W05++ K_W06++ K_U04+ K_U08+ K_U10++ K_U15++ K_U17++ K_K03++	P6S_UK P6S_UO P6S_UW P6S_WG
03	Znajomość zjawisk fizycznych towarzyszących pracy turbiny wodnej, Umiejętność przeprowadzenia podstawowych obliczeń projektowych dla turbiny wodnej	wykład, ćwiczenia, laboratorium, projekt	egzamin pisemny, raport pisemny	K_W02++ K_W05+++ K_W06++ K_W07+ K_U04+ K_U10+ K_U15++ K_U17++	P6S_UK P6S_UW P6S_WG

Uwaga: W zależności od sytuacji epidemicznej, jeżeli nie będzie możliwości weryfikacji osiągniętych efektów uczenia się określonych w programie studiów w sposób stacjonarny w szczególności zaliczenia i egzaminy kończące określone zajęcia będą mogły się odbywać przy użyciu środków komunikacji elektronicznej (w sposób zdalny).

Treści kształcenia dla zajęć

Sem.	TK	Treści kształcenia	Realizowane na	MEK
7	TK01	Budowa atmosfery, statyka atmosfery, globalna cyrkulacja atmosferyczna, procesy fizykochemiczne w atmosferze, zmiany klimatyczne. 2. Charakterystyki przepływowe i energetyczne wiatru. Wiatr jako zjawisko fizyczne. Określenia, 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.	-	MEK01
7	TK02	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. 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. 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.	-	MEK01
7	TK03	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. Generatory energii elektrycznej stosowane w energetyce wiatrowej, układy regulacji, pomiary, akumulacja energii elektrycznej.	-	MEK01 MEK02
7	TK04	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.	-	MEK01 MEK03
7	TK05	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	-	MEK01 MEK03

Nakład pracy studenta

Forma zajęć	Praca przed zajęciami	Udział w zajęciach	Praca po zajęciach
Wykład (sem. 7)		Godziny kontaktowe: 18.00 godz./sem.	Uzupełnienie/studiowanie notatek: 5.00 godz./sem. Studiowanie zalecanej literatury: 15.00 godz./sem.
Ćwiczenia/Lektorat (sem. 7)	Przygotowanie do ćwiczeń: 5.00 godz./sem.	Godziny kontaktowe: 4.00 godz./sem.	Dokończenia/studiowanie zadań: 15.00 godz./sem.
Laboratorium (sem. 7)	Przygotowanie do laboratorium: 5.00 godz./sem.	Godziny kontaktowe: 9.00 godz./sem.	Dokończenia/wykonanie sprawozdania: 10.00 godz./sem.
Projekt/Seminarium (sem. 7)	Przygotowanie do zajęć projektowych/seminaryjnych: 5.00 godz./sem.	Godziny kontaktowe: 6.00 godz./sem..	Wykonanie projektu/dokumentacji/raportu: 20.00 godz./sem. Przygotowanie do prezentacji: 2.00 godz./sem.
Konsultacje (sem. 7)	Przygotowanie do konsultacji: 1.00 godz./sem.	Udział w konsultacjach: 1.00 godz./sem.
Egzamin (sem. 7)	Przygotowanie do egzaminu: 12.00 godz./sem.	Egzamin pisemny: 2.00 godz./sem.

Sposób wystawiania ocen składowych zajęć i oceny końcowej

Forma zajęć	Sposób wystawiania oceny podsumowującej
Wykład	na podstawie egzaminu pisemnego
Ćwiczenia/Lektorat	na postawie indywidualnych prac kontrolnych na zadany temat
Laboratorium	na podstawie sprawozdań pisemnych
Projekt/Seminarium	na podstawie projektów indywidualnych i zespołowych
Ocena końcowa	średnia ważona: egzamin z wagą: 0,45 ćwiczenia z wagą: 0, 15 laboratorium z wagą: 0,15 projekt z wagą: 0,25

Przykładowe zadania

Wymagane podczas egzaminu/zaliczenia
(-)

Realizowane podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/projektowych
(-)

Inne
(-)

Czy podczas egzaminu/zaliczenia student ma możliwość korzystania z materiałów pomocniczych : nie

Treści zajęć powiazane są z prowadzonymi badaniami naukowymi: nie