Name: HYDROELECTRIC, WIND AND TIDAL ENERGY
Code: 213101017
Type: Elective
ECTS: 4.5
Length of subject: Per term
Semester and course: 2nd Year - Second term
Speciality:
Language: English
Mode of study: On-site class
Lecturer data: VIGUERAS RODRÍGUEZ, ANTONIO
Knowledge area: Ingeniería Hidráulica
Department: Ingeniería Minera y Civil
Telephone: 4996 - 968327071
Email: avigueras.rodriguez@upct.es
Office hours and location: Tutorials will by carried out by request of the student sending a mail to avigueras.rodriguez@upct.es
Qualifications/Degrees:
PhD in "Modelling of the Power Fluctuations in Large Offshore Wind Farms" from Technical University of Cartagena (SPAIN) - 2008
Master in Industrial Engineering (Mech./Elec. Eng.) from Technical University of Cartagena (SPAIN) - 2003
Academic rank in UPCT: Profesor Titular de Universidad
Number of five-year periods: 3
Number of six-year periods: 3 de investigación
Curriculum Vitae: Full Profile
CE09. Capacidad para proyectar, dimensionar, construir y gestionar los aprovechamientos hidroeléctricos.
Al termino de esta enseñanza el alumnado debe ser capaz de:
DRA1 Determinar el funcionamiento bajo distintas condiciones de turbinas hidráulicas.
DRA2 Estimar el funcionamiento reversible de máquinas hidráulicas, con aplicación a centrales reversibles binarias.
DRA3 Conocer el funcionamiento básico de los aprovechamientos eólicos.
DRA4 Identificar posibles dificultades, buscando alternativas, por ejemplo, en el ámbito del uso de los aprovechamientos hidroeléctricos en coordinación con otras fuentes de energía, como la energía eólica.
DRA5 Proyectar los aprovechamientos hidroeléctricos.
DRA6 Evaluar ideas y soluciones innovadoras para desarrollar nuevos productos, procesos o servicios en contextos multidisciplinares.
Turbinas hidráulicas. Equipo hidromecánico. Introducción a la energía eólica. Aerogeneradores. Estimación de recurso eólico, vientos extremos. Centrales reversibles. Minicentrales, hidráulica fluyente y recuperación de energía hidráulica. Turbinas hidrocinéticas. Estimación de recurso energético de las mareas. Dimensionamiento y selección de turbinas. Tipos de generadores eléctricos. El sistema eléctrico. Regulación de frecuencia. Integración de fuentes renovables.
1. Hydrokinetic and Wind Turbines
- Type of turbines
- Available power
- Introduction to the turbine aerodynamics
- Power curves (i)
2. Wind power
- Introduction to wind power
- Wind turbine technology (components, power curve -ii-, electrical generators,
rotational speed)
- Wind resources assessments (AEP, wind turbine classes)
- Offshore wind power
3. Hydropower and Pumped-Storage Hydropower
- Introduction and energy analysis of the turbine and the hydraulic development
- Hydraulic turbines
- Typology of hydropower plants
- Pumped-Storage Hydropower
4. The Power System: renewable power integration, frequency control.
- Wind power integration
- Introduction to the power system
- Frequency control. Inertia. Renewable energies integration.
5. Tidal power
- Introduction to tides
- Tidal resources assessment
- Typology and typical operation of tidal power plants.
Turbine characterisation
Introduction to GNU-Octave / MATLAB HOME/PC Turbine characterisation PC Turbine characterisation LAB Turbine sizing and selecion PC
Wind energy assessment
Wind energy assessment (PC)
HPP
Management of reversible hydropower plant Class+PC Wind power integration through a PSH PC Energy recovery in water supply systems PC Visiting a hydropower plant (Visit)*
Promoting the continuous improvement of working and study conditions of the entire university community is one the basic principles and goals of the Universidad Politécnica de Cartagena. Such commitment to prevention and the responsibilities arising from it concern all realms of the university: governing bodies, management team, teaching and research staff, administrative and service staff and students. The UPCT Service of Occupational Hazards (Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT) has published a "Risk Prevention Manual for new students" (Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos), which may be downloaded from the e-learning platform ("Aula Virtual"), with instructions and recommendations on how to act properly, from the point of view of prevention (safety, ergonomics, etc.), when developing any type of activity at the University. You will also find recommendations on how to proceed in an emergency or if an incident occurs. Particularly when carrying out training practices in laboratories, workshops or field work, you must follow all your teacher's instructions, because he/she is the person responsible for your safety and health during practice performance. Feel free to ask any questions you may have and do not put your safety or that of your classmates at risk.
Relación con otras asignaturas del plan de estudios: La asignatura forma parte del itinerario optativo de "Hidráulica, Medio Ambiente y Energía" y continúa el bloque sobre de Centrales Hidroeléctricas contenido en la asignatura de Aprovechamientos Hidráulicos. Conocimientos previos recomendados: Se recomienda revisar el material de las asignaturas de Obras y Aprovechamientos Hidráulicos (Grado en Ing. Civil). Cada estudiante tiene que elegir y cursar un itinerario optativo de 16.5 ECTS, agrupados en 3 bloques de 4 asignaturas por temáticas: Bloque de Construcción (16.5 ECTS). Puentes (4.5 ECTS), Tipología estructural y constructiva (4.5 ECTS), Procedimientos especiales de cimentación (4.5 ECTS), Aplicaciones del método de elementos finitos en ingeniería estructural (3 ECTS). Bloque de Transportes, Urbanismo y Ordenación del Territorio (16.5 ECTS). Infraestructuras y servicios urbanos (4.5 ECTS), Intersección y enlaces en redes viarias (4.5 ECTS), Planificación y gestión territorial (3 ECTS), Ingeniería paisajística, territorial y de la planificación ambiental (4.5 ECTS). Bloque de Hidráulica, Medio Ambiente y Energía (16.5 ECTS). Energía hidroeléctrica, eólica y mareomotriz (4.5 ECTS), Modelos numéricos de zonas inundables (3 ECTS), Modelización y simulación de estructuras hidráulicas (4.5 ECTS), Ingeniería fluvial (4.5 ECTS).
Class in conventional classroom: theory, problems, case studies, seminars, etc.
Incluye dos tipos de clases que a menudo tienen lugar de forma consecutiva:
- Clase expositiva empleando el método de la lección magistral. Se desarrollan los contenidos teóricos de la asignatura, resolviendo las dudas planteadas por los estudiantes e indicando la relación del temario con los ODS, en concreto con el 7 (Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna) y 13 (Adopción de medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos). Las clases se apoyan en los apuntes proporcionados en Aula Virtual, así como en la bibliografía recomendada. El trabajo del estudiante consiste en la participación activa (apuntes, dudas, etc.).
- Clase de problemas/casos prácticos, en las cuales se resuelve el problema colectivamente, o se plantea y debate para continuarlo en casa y verlo resuelto en la sesión siguiente, o incluso se proponen ejercicios entregables para ser entregados por los estudiantes. Para acercar a los estudiantes a los problemas reales en ocasiones se abordaran problemas novedosos dentro del ámbito de la asignatura, se proporcionarán problemas a resolver en los que falten o sobren datos de partida, y deban investigar como obtener los datos de los que adolezcan, o bien, problemas que admitan distintas soluciones válidas, de forma que luego puedan compararse las distintas soluciones a las que ha llegado cada persona o grupo (se incluirán actividades individuales y en equipos). Adicionalmente en alguno de los problemas propuestos, se mezclarán conocimientos de distintas disciplinas aunando un estudio de temática relacionada con la asignatura con otros distintos, por ejemplo, pudiendo incluir la evaluación económica de la estrategia de operación de una central reversible de acuerdo a los precios de mercado del operador de mercado eléctrico, el estudio de integración de energía eólica mediante su gestión conjunta con aprovechamientos hidroeléctricos, o complementar un estudio de aprovechamiento con su evaluación ambiental.
En muchos casos, también se apoyará la resolución tanto en clase como, en casa en el caso de entregables, en herramientas informáticas como para reforzar el aprendizaje en asignaturas anteriores.
Master classes which develop the theory program, solving doubts stated by the students and indicating the relationship of the syllabus to the SDGs, in particular to SDG 7 (Ensure access to affordable, secure, sustainable and modern energy) and SDG 13 (Take urgent action to combat climate change and its impacts). The classes are based on the notes supplied in Aula Virtual, as well as in the provided references. The work for the student consists on taking notes, setting doubts out, ...
The first sessions are mainly based on master classes, whereas methodology is progressively changed to problem driven afterwards. These include problems and / or unusual case studies in their Engineering branch, partially defined or with multiple valid solutions, innovative, state-of-the art advanced case studies within the Engineering branch and problems and / or practical cases of a multidisciplinary nature.
23
100
Class in laboratory: practical classes / internships
Prácticas en laboratorio, se realizarán las prácticas de laboratorio definidas en el programa de la asignatura. Se plantearán los objetivos y el estudiante deberá resolver los problemas planteados tomando las medidas necesarias. El trabajo presencial del estudiante consistirá en la discusión, planteamiento de dudas y resolución de las prácticas. El trabajo no presencial consistirá en la elaboración de una memoria de prácticas.
Students will know the aims of their sessions, according to the practice syllabus, and they will have to discuss and solve the problems, measuring when it is needed in the lab. Besides, they will have to prepare reports for the laboratory works.
3
100
Class in the field or open classroom (technical visits, lectures, etc.)
Asistencia a visitas técnicas, seminarios, webinars, conferencias o sesiones adicionales de trabajo en equipo (se adapta está actividad formativa al perfil y desarrollo de los estudiantes, siendo diferentes las actividades programadas en cada curso).
Attendance to technical visits, seminars, webinars or additional sessions of teamwork (it is adapted to each course programmed activities and students).
3
100
Class in a computer classroom: practical classes / internships
En parte de las clases de análisis de problemas, al analizar problemas de ingeniería
reales, se hacen uso de herramientas informáticas para ayudar en la realización de
cálculos. Por ello, en primer lugar y apoyado en el desarrollo y utilización
previa de dichas herramientas en otras asignaturas de la titulación, se hace una
introducción al uso de estas herramientas, para seguidamente utilizarlas dentro de
esta actividad formativa para la resolución de problemas de ingeniería relacionados
con la temática de la asignatura y la representación gráfica de resultados. Como
herramientas se emplea siempre GNU Octave (código compatible con Matlab). Además
apoyado, dependiendo de las temáticas de los trabajos propuestos, por otras
herramientas como EPANET, HEC-ResSim, Engauge Digitizer, ...
The methodology is mainly "problem driven classes", in which real engineering
problems are analysed. For that purpose, technical software is used to perform the
corresponding calculations. GNU Octave (a free tool similar and compatible with
MATLAB) is used always. Moreover, some in problems other free tools like EPANET,
HEC-ResSim or Engauge Digitizer are used.
14
100
Assessment activities (continuous assessment system)
Defensa de alguno de los trabajos realizados.
Presentation of any of the delivered works.
2
100
Assessment activities (final assessment system)
Defensa de alguno de los trabajos realizados.
Presentation of any of the delivered works.
2
100
Tutorials
Resolución de dudas sobre los contenidos, las actividades formativas y especialmente en torno a las actividades de evaluación (discusión de problemas y metodologías). Se llevarán a cabo de forma presencial o mediante videoconferencias.
Tutorials sessions in which the students set out their doubts and/or discuss the issues they've found while solving the problems (F2A, F2B, F2C). They can be at the office or through videoconferences.
4
50
Student work: study or individual or group work
El trabajo del estudiante consiste en el estudio y comprensión de los ejercicios desarrollados, la búsqueda en referencias bibliográficas, revistas científicas y artículos de divulgación, y la resolución de los casos de estudio propuestos. Este trabajo incluye tanto trabajo individual como en equipo.
Study and work of the students. This activity includes individual- and team-working as well as handling of information from scientific journals, references or educational articles.
84
0
Individual assignments and/or presentations.
Report and/or presentation of works developed individually (all modules and laboratory reports) that allow learning outcomes R03, R04, R05 and R06 to be assessed.
The concrete application of the knowledge acquired will be assessed, as well as the numerical resolution (when required) with an appropriate order of magnitude. In the presentations, the clarity of the exposition, the correct resolution of the question posed and the concreteness in the development of the work will be assessed.
Realización y/o defensa de trabajos de entrega individual (todas las unidades y de prácticas de laboratorio) que permiten evaluar los resultados de aprendizaje R03, R04, R05 y R06.
Se valorará la aplicación concreta de los conocimientos adquiridos así como la resolución numérica (cuando así se requiera) con un adecuado orden de magnitud. En las exposiciones se valorará la claridad expositiva, la correcta resolución de la cuestión planteada y la concreción en el desarrollo del trabajo.
60 %
Team assignments and/or presentations
Report and/or presentation of team assignments, assessing learning outcomes R01, R02, R03 and R04.
The correct application of the concepts learnt, the clarity of exposition in the writing of the reports and the correct numerical resolution within an appropriate order of magnitude will be assessed. The ability to work in a team will also be assessed.
Realización y/o defensa de trabajos de entrega en equipo, evaluándose los resultados de aprendizaje R01, R02, R03 y R04.
Se valorará la correcta aplicación de los conceptos aprendidos, la claridad expositiva en la redacción de los informes y la correcta resolución numérica dentro de un adecuado orden de magnitud. Se valorará también la capacidad de trabajo en equipo.
35 %
Other evaluation activities
Desempeño en las sesiones de laboratorio evaluándose el resultado de aprendizaje R06.
Se valorará la iniciativa y participación del alumno en las actividades planteadas.
Performance in the laboratory sessions, assessing learning outcome R06.
The student's initiative and participation in the proposed activities will be assessed.
5 %
Individual assignments and/or presentations.
Report and/or presentation of works developed individually (all modules and laboratory reports) that allow learning outcomes R03, R04, R05 and R06 to be assessed.
The concrete application of the knowledge acquired will be assessed, as well as the numerical resolution (when required) with an appropriate order of magnitude. In the presentations, the clarity of the exposition, the correct resolution of the question posed and the concreteness in the development of the work will be assessed.
Realización y/o defensa de trabajos de entrega individual (todas las unidades y de prácticas de laboratorio) que permiten evaluar los resultados de aprendizaje R03, R04, R05 y R06.
Se valorará la aplicación concreta de los conocimientos adquiridos así como la resolución numérica (cuando así se requiera) con un adecuado orden de magnitud. En las exposiciones se valorará la claridad expositiva, la correcta resolución de la cuestión planteada y la concreción en el desarrollo del trabajo.
Nota Sistema de Evaluación Final: Se permitirá nuevas entregas (del mismo problema o de un problema alternativo dependiendo del ejercicio a recuperar).
60 %
Team assignments and/or presentations
Report and/or presentation of team assignments, assessing learning outcomes R01, R02, R03 and R04.
The correct application of the concepts learnt, the clarity of exposition in the writing of the reports and the correct numerical resolution within an appropriate order of magnitude will be assessed. The ability to work in a team will also be assessed.
Realización y/o defensa de trabajos de entrega en equipo, evaluándose los resultados de aprendizaje R01, R02, R03 y R04.
Se valorará la correcta aplicación de los conceptos aprendidos, la claridad expositiva en la redacción de los informes y la correcta resolución numérica dentro de un adecuado orden de magnitud. Se valorará también la capacidad de trabajo en equipo.
Nota Sistema de Evaluación Final: Se permitirá nuevas entregas (del mismo problema o de un problema alternativo dependiendo del ejercicio a recuperar).
35 %
Other evaluation activities
Performance in the laboratory sessions, assessing learning outcome R06.
The student's initiative and participation in the proposed activities will be assessed.
Desempeño en las sesiones de laboratorio evaluándose el resultado de aprendizaje R06.
Se valorará la iniciativa y participación del alumno en las actividades planteadas.
Nota Sistema de Evaluación Final: Esta parte de la nota puede recuperarse dentro de SE2 añadiendo una entrega adicional.
5 %
Author: Viedma Robles, Antonio
Title: Teoría y problemas de máquinas hidraúlicas
Editorial: Horacio Escarabajal
Publication Date: 2008
ISBN: 9788493296520
Author: Rodríguez Amenedo, José Luis, Arnalte Gómez, Santiago, Burgos Díaz, Juan Carlos
Title: Sistemas eólicos de producción de energía eléctrica
Editorial: Rueda
Publication Date: 2003
ISBN: 8472071391
Author: Burton, Tony
Title: Wind energy handbook
Editorial: John Wiley & Sons
Publication Date: 2011
ISBN: 9780470699751
Author: LCuesta&EVallarino
Title: Aprovechamientos hidroeléctricos (tomos I y II)
Editorial: Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Publication Date: 2000
ISBN:
Author: L Vinogg & I Elstad
Title: Hydropower Development 12 Mechanical Equipment
Editorial: NTNU
Publication Date: 2003
ISBN:
Author: CC Warnick et al.
Title: Hydropower Engineering
Editorial: Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs
Publication Date: 1984
ISBN: 0134484983
Author: IEC
Title: Normativa ISO IEC 61400
Editorial: IEC
Publication Date:
ISBN:
Author: SL Dixon
Title: Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery.
Editorial: Butterworth-Heinemann (Reed elsevier plc group)
Publication Date: 1998
ISBN:
Author: Sánchez Kaiser, Antonio
Title: Energía eólica
Editorial: Horacio Escarabajal
Publication Date: 2003
ISBN: 8493296600
Author: L Vinogg & I Elstad
Title: Hydropower Development 8 Hydraulic Design
Editorial: NTNU
Publication Date: 2003
ISBN:
Author: GMartínez & MSerrano
Title: Minicentrales hidroeléctricas. Mercado eléctrico, aspectos técnicos y viabilidad económica
Editorial: Bellisco
Publication Date: 2004
ISBN:
Author: Davies Sørensen
Title: Handbook of Applied Hydraulics
Editorial: McGraw-Hill
Publication Date: 1969
ISBN:
Author: MOL Hansen
Title: Aerodynamics of Wind Turbines
Editorial: Earthscan/Routledge
Publication Date: 2008
ISBN:
Author: Mataix, Claudio
Title: Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas
Editorial: Del Castillo
Publication Date: 1986
ISBN: 8421901753
Grupo de I+D+i en Ingeniería Hidráulica, Marítima y Medio Ambiental Hidr@m: www.upct.es/hidrom
Red de Laboratorios de Hidráulica de España RLHE: www.rlhe.es/
Asociación Internacional de Ingeniería Hidráulica e Investigación IAHR: http://www.iahr.net/site/index.html
Red Eléctrica Española: www.ree.es
Agencia Internacional de la Energía: www.iea.org , www.ieahydro.org
AENOR AEN/CTN 206/SC 4 - Turbinas Hidráulicas
AENOR AEN/CTN 206/SC 88 - Turbinas eólicas (aerogeneradores)