Master's Thesis

Use of wind energy for laboratory work in the course AZE

Final Thesis 1.87 MB

Author of thesis: Bc. Maxim Ilyushchenkov

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Křivík, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Jiří Vaněk, Ph.D.

Abstract:

The work deals with the use of wind energy within a laboratory task focused on the principles of converting the kinetic energy of flowing air into electrical energy. The theoretical part describes the formation of wind, the basic types of wind turbines, and methods for measuring wind speed and direction. The practical part includes measurements of airflow speed, determination of the energy balance and efficiency of a wind turbine, and analysis of the influence of blade pitch angle. Furthermore, the effect of the flow incidence angle on output voltage, power, and efficiency under load is investigated. The results provide an overview of how individual parameters influence the operation of a wind turbine.

Keywords:

Wind, wind energy, wind turbine, energy conversion, wind speed, wind power, turbine efficiency, renewable energy sources, leXsolar.

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta a komise. Otázky komise k obhajobě: -Jak si představit úhel stoupání - nakreslete. -Jak se mění hustota vzduchu s nadmořskou výškou? -Proč při zvyšování otáček generátoru klesá jeho výkon? (X) -Jak se nastavoval odpor zátěže a jakým způsobem proběhlo jeho měření?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical Manufacturing and Management (MPC-EVM)

Composition of Committee

Ing. Pavel Čudek, Ph.D. (člen)
Ing. Zdenka Rozsívalová (člen)
doc. Ing. Tomáš Binar, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Křivík, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc. (člen)
Ing. Antonín Šimek (člen)
prof. RNDr. Petr Vanýsek, CSc. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Křivík, Ph.D.

Student Bc. Maxim Ilyushchenkov se ve své diplomové práci zabývá způsoby využití větrné energie a pro účely výroby elektrické energie v laboratorních podmínkách. V teoretické části student popsal fyzikální principy vzniku větru, základní typy větrných turbín a metody měření rychlosti a směru proudění vzduchu. Dále je zde věnována pozornost problematice účinnosti přeměny větrné energie v elektrickou a ztrátám, které přitom vznikají.
Praktická část práce byla zaměřena na návrh a realizaci 4 laboratorních úloh s využitím experimentální sady leXsolar-Windpower Ready-to-go. V první úloze bylo provedeno měření základních veličin, zejména VA charakteristiky a závislosti výkonu turbíny na počtu otáček. V další úloze byla stanovena energetická bilance větrné turbíny a její účinnost při zatížení, přičemž byl určen výkon větru a elektrický výkon generovaný turbínou. V třetí úloze byl analyzován vliv úhlu stoupání lopatek na účinnost větrné turbíny. V poslední navržené úloze byl zkoumán vliv úhlu dopadu proudění vzduchu na výstupní napětí, výkon a účinnost turbíny.
Požadavky zadání student splnil v plném rozsahu, k řešení problémů přistupoval samostatně. Práce je sepsána pečlivě a přehledně, její vnější úprava a grafické zpracování jsou na dobré úrovni. Odborná úroveň odpovídá znalostem získaným v daném oboru. Některé ze sestavených laboratorních úloh budou zařazeny do laboratorní výuky v předmětu Alternativní zdroje energie.
Předložená práce a její zpracování splňují všechny požadavky kladené na diplomovou práci. Práci proto doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Jiří Vaněk, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Maxima Ilyushchenkova Využití větrné energie pro laboratorní úlohu v předmětu AZE se věnuje aktuálnímu a didakticky velmi vhodně zvolenému tématu, a to návrhu a ověření laboratorních úloh zaměřených na přeměnu energie větru na energii elektrickou. Cíl práce byl propojit teoretické poznatky o větrné energetice s praktickým laboratorním měřením na sadě leXsolar-Windpower a vyhodnotit vliv vybraných parametrů na výkon a účinnost modelové větrné turbíny. Tento cíl byl podle obsahu práce splněn. Teoretická část přehledně shrnuje vznik větru, principy měření rychlosti a směru proudění, energetické vztahy včetně Betzova limitu i základní konstrukční řešení větrných elektráren. Praktická část navazuje logicky a obsahuje čtyři laboratorní úlohy zaměřené na charakteristiky turbíny, energetickou bilanci, vliv úhlu stoupání lopatek a vliv úhlu dopadu proudění.
Práce je logicky a přehledně strukturována. V teoretické části autor přehledně shrnul historii využití větru, fyzikální principy jeho vzniku i klíčová konstrukční omezení. Velmi oceňuji zařazení reálných globálních dat a statistik organizace WWEA za rok 2024, což teoretickému úvodu dodává aktuální průmyslový kontext.
V praktické části diplomant úspěšně sestavil a zprovoznil čtyři ucelené laboratorní úlohy. Text obsahuje detailní schémata zapojení, pracovní postupy a vzorové protokoly, čímž byly beze zbytku splněny pokyny zadání. Vyzdvihnout musím zejména Úlohu 2, kde autor k výpočtu energetické bilance přistoupil s vysokou inženýrskou přesností a vypočítal reálnou hustotu vlhkého vzduchu na základě naměřených atmosférických veličin namísto pouhého dosazení standardní tabulkové konstanty. Analýza optimálního zatěžovacího odporu (22–35 Ω) a vlivu úhlu stoupání lopatek (kde bylo dosaženo maxima účinnosti 35,76 % při úhlu 20°) vykazuje vysokou odbornou úroveň. Autor navíc správně reflektoval a zdůvodnil odchylky malého laboratorního modelu od reálných velkých turbín..
Samotná práce je zpracována v rozsahu 76 stran včetně seznamu literatury a vzorových protokolů navrhovaných úloh.
Předložená práce je přehledná a výstižná s vnější úpravou a grafickým zpracováním na výborné úrovni.
Práce splňuje požadavky kladené na diplomovou práci a zadání práce bylo splněno. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou A. Topics for thesis defence:
  1. V rámci Úlohy 3 jste experimentálně zjistil, že nejvyšší účinnosti (35,76 %) dosahuje turbína při úhlu stoupání lopatek 20°. Proč nebyly v sadě testovány ještě nižší úhly stoupání (např. 10° nebo 15°) a jaký vývoj křivky účinnosti by se dal v této oblasti teoreticky předpokládat?
  2. V Úloze 2 provádíte velmi precizní výpočet hustoty vlhkého vzduchu se započtením relativní vlhkosti. Jak velkou relativní chybu by do konečného výpočtu účinnosti vneslo, pokud byste použil standardní zjednodušenou hodnotu pro suchý vzduch (1,2 kg/m³), kterou zmiňujete v kapitole 1.3?
  3. V teoretické rešerši popisujete vlastnosti Savoniova rotoru a zmiňujete jeho vysoký startovací moment. V laboratorních úlohách jste jej však z důvodu nižší účinnosti nevyužil. Dokázal byste navrhnout koncept případné páté úlohy, která by studentům prakticky demonstrovala právě specifické výhody tohoto odporového typu turbíny (např. start při nízké rychlosti větru nebo nezávislost na směru větru)?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová