Master's Thesis

Use of water energy for laboratory work in the course AZE

Final Thesis 3.23 MB Appendix 830.53 kB

Author of thesis: Bc. Otakar Jurečka

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: doc. Ing. Jiří Vaněk, Ph.D.

Abstract:

This thesis examines the use of hydropower for a laboratory assignment in the course Alternative Energy Sources. The first part summarizes theoretical information, the use of hydroelectricpower, and types of power plants and turbines. The thesis includes the design and construction of a measurement setup and the evaluation of the measured values. The output of the thesis is a functional measurement setup with a laboratory assignment and its solution, which is included inthe appendix.

Keywords:

hydropower, water turbine, leXsolar-Hydropower, Pelton turbine, Cross-flow turbine, water wheel, laboratory task

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: -Je výhodnější přiškrtit průtok nebo snížit výkon čerpadla? -Co se student naučí po odměření vámi navrhnuté laboratorní úlohy? Jaké dovednosti získá do praxe? -Jak by znělo zadání vámi navrhnuté laboratorní úlohy? -Jaká je časová náročnost laboratorní úlohy? -Jak se v systému měří průtok? Na jakém principu průtokoměr funguje? -V jakých jednotkách se určuje průtok? Co nám tato jednotka říká? -Čím je způsobeno kmitání na střídavém výstupním napětí? Čím se napětí měřilo a kde v obvodu je měřeno? -Jakým způsobem by šlo výstupní napětí dále vyhladit?

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. Otakar Jurečka se ve své diplomové práci zabývá využitím vodní energie pro laboratorní úlohu v předmětu Alternativní zdroje energie. V teoretické části byly popsány principy fungování vodních elektráren a jednotlivých typů vodních turbín a jejich oblasti využití.
Kromě energie řek a přehrad jsou zde stručně uvedeny také některé způsoby využívání energie moří a oceánů se zaměřením na slapovou energii.
Praktická část práce byla zaměřena na využití výukové sady leXsolar-Hydropower Ready-to-go pro vytvoření laboratorní úlohy. Při návrhu pracoviště byly odstraněny nedostatky původního systému. Nedostatečný průtok vody a nehospodárný průtočný způsob provozu byl vyřešen implementací cirkulačního systému s čerpadlem. Další významnou úpravou byla automatizace měření pomocí počítačem řízeného zdroje, multimetru a osciloskopu. Tím bylo umožněno efektivnější a přesnější měření elektrických veličin a následné zpracování naměřených dat.
Student provedl měření elektrických veličin u Peltonovy a Bánkiho turbíny a u vodního kola při různých průtocích vody. Výsledky měření byly použity pro sestavení laboratorní úlohy, kde studenti budou měřit při proměnném průtoku vody frekvenci otáček turbíny, její výkon a účinnost. Součástí práce je také vzorové řešení, které je uvedeno v příloze.
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.
Předložená práce a její zpracování splňují všechny požadavky kladené na diplomovou práci. Práci proto doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

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

Student Bc. Otakar Jurečka se ve své práci, zadané ústavem elektrotechnologie FEKT VUT v Brně, zabývá aktuálním a pro výuku velmi přínosným tématem využití vodní energie pro laboratorní úlohu v předmětu Alternativní zdroje energie. Cíll práce je navrhnout a sestavit měřicí pracoviště pro experimentální měření vlastností vybraných vodních turbín a na základě získaných výsledků vytvořit laboratorní úlohu včetně jejího řešení. Z předložené práce je patrné, že tento cíl byl splněn. Práce zahrnuje jak teoretický rozbor problematiky vodní energie a typů turbín, tak i rozsáhlou experimentální část s návrhem a úpravou měřicího pracoviště, automatizací měření a vyhodnocením výsledků.
Samotná práce je zpracována v rozsahu 70 stran včetně seznamu literatury a přílohy vzorového protokolu navrhované úlohy. Dále je práce doplněna elektronickou přílohou obsahující další soubory použité při realizaci práce.
Za silnou stránku práce považuji zejména její aplikační charakter a přímou využitelnost ve výuce. Autor neomezil práci pouze na popis výukové sady leXsolar-Hydropower Ready-to-go, ale pracoviště dále rozšířil o cirkulační čerpadlo, měřicí přístroje a automatizaci pomocí PC a programu VEE. Oceňuji rovněž snahu o systematické porovnání tří typů turbín a dvou typů nátoků, včetně vyhodnocení závislostí výkonu, napětí, frekvence, rychlosti a účinnosti na průtoku. Výsledky působí logicky a jsou interpretovány v souladu s teoretickými předpoklady; například Peltonova turbína dosahuje nejvyššího výkonu, zatímco Bánkiho turbína vykazuje příznivější účinnost.
Z metodického hlediska autor v kapitole 2.3.7 správně identifikuje odchylky reálného měření od ideálního stavu (např. u součinitele rychloběžnosti Peltonovy turbíny, který dosahuje hodnoty až 1,63 namísto teoretické 0,5). Nicméně interpretace těchto jevů mohla být hlubší, zejména z pohledu hydraulických ztrát a dynamiky proudění v dýzách. Po formální stránce je práce na dobré jazykové i grafické úrovni, s logickým uspořádáním kapitol.
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 kapitole 2.2.1 zmiňujete, že regulace průtoku byla realizována změnou napájecího napětí čerpadla namísto mechanického škrcení ventilem. Jaký vliv má tento způsob regulace na celkovou energetickou účinnost samotného laboratorního čerpadla (nikoliv turbíny) a jak se mění hydraulické ztráty v systému?
  2. Na základě naměřených výsledků (obrázek 47) vykazuje Peltonova turbína nejvyšší účinnost (kolem 20 %) při nejnižším měřeném průtoku a s rostoucím průtokem její účinnost prudce klesá. Je tento trend v souladu s chováním velkých reálných Peltonových turbín? Pokud ne, co tento jev u vašeho laboratorního modelu způsobuje?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová