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Academic Year: 2022/23

636 - Master's in Renewable Energies and Energy Efficiency

66373 - Power Generation and control in wind energy systems


Teaching Plan Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
66373 - Power Generation and control in wind energy systems
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
636 - Master's in Renewable Energies and Energy Efficiency
ECTS:
6.0
Year:
1
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The course has as objectives...

  • Knowledge of the power conversion schemes from the electric machine to the electric network. 
  • Know the different types of electric generators for application in renewable energies, identifying their advantages and disadvantages for each application.
  • Ability to model and analyse the operation of various electric generators to optimize the use of the energy source, with special attention to wind energy.
  • Knowledge of how electronic conversion systems are applied in generating systems from renewable sources.
  • Applications in wind energy.
  • Ability to perform the basic design of a generator in particular those that work at variable speed
 
These approaches and objectives are aligned with some of the Sustainable Development Goals, SDG, of the 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) and certain specific goals, in such a way that the acquisition of the Learning outcomes of the subject provides training and competence to the student to contribute to a certain extent to their achievement:
 
  • Goal 7: Affordable and clean energy
    • Target 7.1. By 2030, ensure universal access to affordable, reliable and modern energy services
    • Target 7.2. By 2030, significantly increase the share of renewable energy in the energy mix 
    • Target 7.3. By 2030, double the global rate of improvement in energy efficiency.
  • Goal 9: Build resilient infrastructure, promote inclusive and sustainable industrialization, and foster innovation
    • Target 9.5. Increase scientific research and improve the technological capacity of industrial sectors in all countries, in particular developing countries, including by fostering innovation and significantly increasing, by 2030, the number of people working in research and development per million inhabitants and public and private sector spending on research and development.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The subject expands the competences acquired in the subject "Wind, hydroelectric and marine energy", focusing on the analysis of the different types of electric generators and on how the resource (analyzed in this subject) can be optimized using the most appropriate configuration and control.

1.3. Recommendations to take this course

In order to study this module, advanced knowledge of electrical engineering, control and electrical machines is required (level of industrial technical engineer, electrical branch or industrial and automatic electronics).

2. Learning goals

2.1. Competences

Upon passing the subject, the student will be more competent to ...

Basic and General

CB6.- Possess and understand the knowledge that provides a base or opportunity to be original in the development and/or application of ideas, often in a research context.

CB7.- That students know how to apply the knowledge acquired and their ability to solve problems in new or little-known environments within broader (or multidisciplinary) contexts related to their study area.

CB8.- That students can integrate knowledge and face the complexity of formulating judgments based on information that, being incomplete or limited, includes reflections on the social and ethical responsibilities linked to applying their knowledge and judgments.

CB10.- That students have the learning skills that allow them to continue studying in a way that will be largely self-directed or autonomous.

CG1.- Carry out research, development and innovation in products, processes and methods concerning energy efficiency.

CG2.- Carry out research, development and innovation in products, processes and methods concerning renewable energies.

CG4.- Follow the technological evolution of renewable energies and have prospective knowledge of this evolution.

CG5.- Apply knowledge of advanced sciences and technologies to the professional or investigative practice of efficiency.

CG6.- Identify current legislation and regulations applicable to the renewable energy and energy efficiency sector.

CG7.-Assess the application of emerging technologies in energy and the environment.

CG9.- Solve complex problems in the field of energy efficiency and sustainability.

Specific competences:

CE1.- Use and develop methodologies, methods, techniques, programs for a specific use, norms and computing standards.

CE3.- Assess the importance and implications of energy use in the development of society.

CE15.- Project energy storage systems.

CE17.- Calculate electric power generation, transport and distribution systems, and the integration of renewable energies in each.

2.2. Learning goals

The learning outcomes acquired by the student within this subject are...

  • Know the different types of electrical generators for application in renewable energies, identifying their advantages and disadvantages for each application.
  • Being able to model and analyze the operation of various electrical generators to optimize the use of the energy source, with special attention to wind energy.
  • Be able to carry out the basic generator design, particularly those that work at variable speed.

2.3. Importance of learning goals

The energy conversion from the renewable source is mainly done through a generator. A deep understanding of the operation of this element, of the different types and their control will make it possible to take advantage of the available energy in each moment.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The student must demonstrate that he has achieved the expected learning outcomes through the following assessment
activities.
Two assessment options are available. These options are exclusive: Global Evaluation and Continuous Evaluation.
 
Option 1: (Global assessment)
Students who choose this option of assessment will take a written and individual final exam with several theoretical-practical questions and problems to demonstrate that they have achieved the proposed learning
competences. This test will be scheduled within the exam period corresponding to the first or second call.
 
Option 2: (Continuous assessment)
Students will be evaluated throughout the period of the subject by performing different exercises:
  • Small theoretical-practical tests of the basic concepts of each subject.
  • Realization and comment on the laboratory practices.
  • Realization and discussion of practical cases.
  • Development of different teaching activities.
  • Tutored works of introduction to research.

This option can only be selected in the first call (ordinary call). In the second call (extraordinary call) only option 1 is available.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented toward achieving the learning objectives. The theory sessions explain fundamental concepts and problems on the board. In the practice sessions, simulations of different generation systems are introduced, and the students can check the operation of these systems in different conditions and understand better the concepts studied. In other tasks, the student can deepen the topics explained in theory and practice sessions.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  • Theory and practice sessions. These are sessions to explain the basic concepts and to make problems and cases of practical applications of such contents. Student participation through questions and brief discussions will be encouraged.
  • Lab practice sessions. The student will receive guidelines for the practice session at the beginning of the session, which will accompany the explanation and instructions necessary for completing the tasks.
  • Guided assignments. During the first weeks of the course, students solve a set of problems and cases or conduct an assignment based on the practical application of the course contents.
  • Autonomous work. During the whole year, the continuous work of the student will be promoted by the proposed learning activities.
  • Assessment tests. They have both a grading function and a learning function with which the student checks the degree of understanding and assimilation of knowledge and skills.
  • Tutorials. Hours for student guidance, identification of learning problems, orientation in the course, attention to exercises and assignments, etc.

4.3. Syllabus

Based on the state of technology, the following list of contents is proposed...

  • Electric generators in wind systems. Modelling and simulation.
  • Control models in electrical machines
  • Pitch and yaw control in wind turbines
  • Design of wind turbines
  • Introduction to power electronics in wind turbines
  • Inverters and grid power control in wind systems

4.4. Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or refer to the course webpage.

4.5. Bibliography and recommended resources

See the webpage,
 


Curso Académico: 2022/23

636 - Máster Universitario en Energías Renovables y Eficiencia Energética

66373 - Power Generation and control in wind energy systems


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
66373 - Power Generation and control in wind energy systems
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
636 - Máster Universitario en Energías Renovables y Eficiencia Energética
Créditos:
6.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura tiene como objetivos:

  • Conocimiento de los esquemas de conversión de potencia desde la máquina eléctrica a la red eléctrica
  • Conocer los distintos tipos de generadores eléctricos de aplicación en energías renovables principalmente la eólica, identificando sus ventajas e inconvenientes para cada aplicación.
  • Capacidad para realizar el modelado y análisis del funcionamiento de diversos generadores eléctricos para optimizar el aprovechamiento de la fuente de energía, con especial atención a la energía eólica.
  • Conocimiento de cómo se aplican los sistemas de conversión electrónicos en los sistemas generadores a partir de fuentes renovables. Aplicaciones en eólica.
  • Capacidad para realizar el diseño básico de un generador, en particular aquellos que trabajan a velocidad variable

 

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir en cierta medida a su logro:

  • Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante
    • Meta 7.1. De aquí a 2030, garantizar el acceso universal a servicios energéticos asequibles fiables y modernos
    • Meta 7.2. De aquí a 2030, aumentar considerablemente la proporción de energía renovables en el conjunto de fuentes energéticas
    • Meta 7.3. De aquí a 2030, duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética.
  • Objetivo 9: Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación
    • Meta 9.5. Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales de todos los países, en particular los países en desarrollo, entre otras cosas fomentando la innovación y aumentando considerablemente, de aquí a 2030, el número de personas que trabajan en investigación y desarrollo por millón de habitantes y los gastos de los sectores público y privado en investigación y desarrollo. 

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura amplía las competencias adquiridas en la asignatura Energía eólica e hidráulica, centrándose en el análisis de los distintos tipos de generadores eléctricos y en la forma en la que el recurso (analizado en dicha asignatura) puede optimizarse utilizando la configuración y control más adecuado. 

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Para cursar este módulo son necesarios conocimientos avanzados de electrotecnia, control y máquinas eléctricas (nivel de ingeniero técnico industrial rama eléctrica o electrónica industrial y automática).

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Básicas y Generales
CB6.- Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
CB7.- Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
CB8.- Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
CB10.- Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.
CG1.- Realizar investigación, desarrollo e innovación en productos, procesos y métodos en relación con la eficiencia energética.
CG2.- Realizar investigación, desarrollo e innovación en productos, procesos y métodos en relación con las energías renovables.
CG4.- Seguir la evolución tecnológica de las energías renovables y tener conocimiento prospectivo de esta evolución.
CG5.- Aplicar conocimientos de ciencias y tecnologías avanzadas a la práctica profesional o investigadora de la eficiencia.
CG6.- Identificar la legislación vigente y reglamentación aplicable al sector de las energías renovables y de la eficiencia energética.
CG7.-Valorar la aplicación de tecnologías emergentes en el ámbito de la energía y el medio ambiente.
CG9.- Resolver problemas complejos en el ámbito de la eficiencia energética y la sostenibilidad.


Transversales

Específicas
CE1.- Utilizar y desarrollar metodologías, métodos, técnicas, programas de uso específico, normas y estándares de computación.
CE3.- Valorar la importancia e implicaciones del uso de la energía en el desarrollo de sociedad.
CE15.- Calcular sistemas de almacenamiento energético.
CE17.- Calcular sistemas de generación, transporte y distribución de energía eléctrica, así como la integración de las energías renovables en cada uno de ellos.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

  • Conocer los distintos tipos de generadores eléctricos de aplicación en energías renovables, identificando sus ventajas e inconvenientes para cada aplicación.
  • Ser capaz de realizar el modelado y análisis del funcionamiento de diversos generadores eléctricos para optimizar el aprovechamiento de la fuente de energía, con especial atención a la energía eólica.
  • Ser capaz de realizar el diseño básico de un generador, en particular aquéllos que trabajan a velocidad variable.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

La conversión de la energía desde la fuente renovable se realiza mayoritariamente a través de un generador. Una comprensión profunda del funcionamiento de este elemento, de los distintos tipos y de su control permitirá aprovechar adecuadamente la energía disponible en cada momento.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación

Se puede elegir una de las dos opciones de evaluación siguientes. Dichas opciones son excluyentes: Evaluación global y Evaluación Continua.

Opción 1: (Evaluación global)

Los alumnos que elijan esta forma de evaluación tendrán que realizar un examen final escrito e individual con varias preguntas teórico-prácticas y problemas en el que demuestre que ha alcanzado las competencias de aprendizaje propuestas. Esta prueba será programada dentro del periodo de exámenes correspondiente a la primera o segunda convocatoria.

Opción 2: (Evaluación continua)

Los alumnos serán evaluados a lo largo del periodo de impartición de la asignatura mediante la realización de diferentes ejercicios:

  • Pequeños tests teórico-practicos de los conceptos básicos de cada tema.
  • Realización y comentario de las prácticas.
  • Realización y discusión de casos prácticos.
  • Desarrollo de diferentes actividades docentes.
  • Trabajos tutelados de introducción a la investigación

Esta opción sólo puede seleccionarse en la primera convocatoria (convocatoria ordinaria). Los alumnos que se presenten en la segunda convocatoria (convocatoria extraordinaria) deberán evaluarse mediante la opción 1.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

En las sesiones de teoría se explican los conceptos fundamentales de la asignatura y dichas exposiciones se complementan con ejercicios que se resuelven en la pizarra. En ambos casos la metodología son clases magistrales.

En las sesiones prácticas se realizarán simulaciones de los distintos sistemas de generación descritos en las clases de teoría, de modo que el alumno puede comprobar el funcionamiento de dichos sistemas en distintas condiciones y entender mejor los conceptos  estudiados.

También se incluyen trabajos de asignatura en los que el alumno puede profundizar en los contenidos cubiertos en las sesiones de teoría y prácticas

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

Clases teórico-prácticas

Sesiones de exposición y explicación de contenidos, junto con problemas y casos de aplicación práctica de dichos contenidos. Se fomentará la participación del estudiante a través de preguntas y debates breves.

Prácticas

El estudiante dispondrá de un guion de la práctica, suministrado previamente al inicio de la sesión de prácticas, que se acompañará con las explicaciones e indicaciones necesarias para la realización de las mismas, en la propia sesión,  e impartidas por el profesor correspondiente.

Trabajos tutelados

Durante las primeras semanas de curso, el profesor de la asignatura planteará a los alumnos la resolución de un conjunto de problemas y casos  o  la realización de un trabajo de curso, en el que se apliquen de forma práctica los contenidos de la asignatura desarrollados en los diferentes temas del curso.

Estudio individual

Repartidas a lo largo de la duración del curso. Se fomentará el trabajo continuado del estudiante, mediante la distribución homogénea a lo largo del semestre de las diversas actividades de aprendizaje.

Pruebas de evaluación

Las pruebas de evaluación además de tener una función calificadora, constituyen también una herramienta de aprendizaje con la que el alumno comprueba el grado de comprensión y asimilación de conocimientos y destrezas conseguidos.

Tutoría

Atención directa al estudiante, identificación de problemas de aprendizaje, orientación en la asignatura, atención a ejercicios y trabajos.

4.3. Programa

Basándose en el estado de la tecnología se propone el siguiente listado de contenidos...

  • Generadores eléctricos en sistemas eólicos. Modelado y simulación.
  • Modelos de control en máquinas eléctricas
  • Control de pitch y yaw en aerogeneradores
  • Diseño de aerogeneradores
  • Introducción a la electrónica de potencia en aerogeneradores
  • Inversores y control de energía a red en sistemas eólicos.

 

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones y presentación de trabajos

El calendario de sesiones y presentación de trabajos se comunicará en la clase inicial y se publicara en la página web de la asignatura.

La asignatura se imparte durante el segundo cuatrimestre.

Para fechas sobre comienzo de curso y convocatorias de examen, consultar  la página web: https://eina.unizar.es/calendarios

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

Consultar...

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=66373&year=2022