Aerodynamický návrh a konstrukce lopatky větrné turbíny pro zvolenou lokalitu

Abstract

Větrná energetika je jedním z klíčových obnovitelných zdrojů elektrické energie, přičemž efektivita větrných turbín závisí především na kvalitním aerodynamickém návrhu jejich rotorových lopatek. Úvodní část práce se zaměřuje na rešerši aktuálního stavu větrné energetiky ve světovém i českém kontextu a poskytuje přehled hlavních komponent větrných elektráren. Hlavní část práce se soustředí na aerodynamický návrh rotorové lopatky podle teorie Blade Element Momentum (BEM), zahrnující volbu vhodných aerodynamických profilů, výpočet geometrie lopatky a analýzu výkonových koeficientů. Pro lepší porozumění dané problematice je v rešerši uveden přehled pokročilých výpočetních metod, jako jsou vírový model, nestacionární BEM, teorie lopatkové mříže a CFD simulace. V závěru práce je prezentována rešerše konstrukčních řešení lopatek, včetně použitých materiálů, konstrukčních doplňků a metod dopravy. Na základě těchto informací je navržen optimální postup výroby lopatky metodou VARTM (vakuem asistované vstřikování pryskyřice). Výsledkem je návrh lopatky, který vyváženě kombinuje aerodynamickou účinnost, mechanickou pevnost a technologickou proveditelnost.

Wind energy is one of the key renewable sources of electrical power, with the efficiency of wind turbines largely depending on the aerodynamic design of their rotor blades. The introductory part of the thesis focuses on a review of the current state of wind energy globally and in the Czech Republic and it also provides an overview of the main components of wind turbines. The core of the work is dedicated to the aerodynamic design of the rotor blade based on Blade Element Momentum (BEM) theory, including the selection of appropriate aerodynamic profiles, calculation of blade geometry, and analysis of performance coefficients. To provide a deeper understanding of the topic, the thesis also reviews advanced computational models, such as vortex model, unsteady BEM, blade lattice theory, and CFD simulations. The final section presents a review of blade construction solutions, including materials, construction accessory, and methods of transport. Based on this information, an optimal blade manufacturing process using VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) technology is proposed. The outcome of the thesis is the design of a blade that combines balanced aerodynamic efficiency, mechanical strength, and technological feasibility.