Wind turbine aerodynamics remains to be a central field in the development of wind turbines. It comprises several aspects, and methods to be understood really make the best use of it in today’s wind turbine and wind farm development. This chapter gives an overview of all aspects in wind energy aerodynamics covered within this book and the reasons why these aspects are covered. This way it already gives an overview for developers on all the issues wind turbine might face, when dealing with topics related to wind turbine aerodynamics.
LINK
This article discusses results from an international contest, open for university student teams (bachelor and master), involving the design, construction, and testing of small wind turbines in a large wind tunnel. The wind tunnel has an outlet of 2.85 x 2.85 m allowing a maximum rotor swept area of 2 m2 without significant tunnel effects. Both horizontal and vertical axis wind turbines are part of the competition. The turbines are evaluated by an external jury of industry experts based on criteria such as Annual Energy Production, cut-in wind speed, innovations, design, and sustainability. Although the contest has been initiated in 2013 with an educational focus, it has also evolved into a valuable database for scientific purposes by providing a decade worth of performance measurements for roughly 9-10 various turbine concepts each year. The collected data may serve as a unique validation resource for assessing the accuracy of design codes in modelling diverse turbine concepts thanks to detailed design reports with model descriptions accompanying each turbine (such turbine descriptions are often considered confidential for field measurements). The paper aims to explore the scientific value of this database by comparing calculations with measurements, offering explanations where possible, and reporting intriguing findings on unconventional concepts' performance. Even though not all observations could be explained fully they provide food for thought. Recommendations are provided for both students to enhance their designs and for contest organizers to elevate the scientific value of the measurements in future contests.
Airborne wind energy (AWE) is an emerging renewable energy technology that uses kites to harvest winds at higher altitudes than wind turbines. Understanding how residents experience a local AWE system (AWES) is important as the technology approaches commercialization. Such knowledge can help adjust the design and deployment of an AWES to fit locals' needs better, thereby decreasing the technology's burden on people. Although the AWE literature claims that the technology affects nature and residents less than wind turbines, empirical evidence has been lacking. This first community acceptance study recruited residents within a 3.5 km radius of an AWE test site in Northern Germany. Using structured questionnaires, 54 residents rated the AWES and the closest wind farm on visual, sound, safety, siting, environmental, and ecological aspects. Contrary to the literature's claims, residents assessed the noise, ecological, and safety impacts similarly for the AWES and the wind farm. Only visual impacts were rated better for the AWES (e.g., no shadows were perceived). Consistent with research on wind turbines, residents who rated the site operation as fairer and the developer as more transparent tended to have more positive attitudes towards the AWES and to experience less noise annoyance. Consequently, recommendations for the AWE industry and policymakers include mitigating technology impacts and implementing evidence-based strategies to ensure just and effective project development. The findings are limited to one specific AWES using soft-wing kites. Future research should assess community responses across regions and different types of AWESs to test the findings' generalizability.
MULTIFILE
De energietransitie van fossiele naar duurzame energie krijgt brede maatschappelijk aandacht. Er zijn projecten voor het plaatsen van zonnepanelen en windturbines. Dit betreft zowel nationale projecten (zoals windparken op de Noordzee en de discussies over waterstof) als kleinere lokale projecten in huizen in woonwijken en bedrijfsgebouwen op bedrijventerreinen. Netcongestie is een recente ontwikkeling, wat betekent dat het elektriciteitsnet niet meer genoeg transportcapaciteit heeft om afspraken te kunnen maken voor nieuwe aansluitingen. Netcongestie beperkt de uitbreiding en vestiging van nieuwe bedrijven in sterke mate. De opschaling van de installatie van duurzame bronnen zoals zon- en windenergie wordt er door onmogelijk. Dit leidt tot een sterke vermindering van de toekomstige economische activiteiten en brengt het halen van duurzame-energiedoelstellingen in gevaar. Op korte termijn is volledig fysieke versterking van het net onmogelijk door gebrek aan mankracht en trage vergunningsprocedures. Een tussentijdse oplossing is het optimaal benutten van de netcapaciteit door de werkelijke vraag en aanbod te meten en beter op elkaar af te stemmen. In deze aanvraag stellen wij een onderzoeksaanpak voor om op lokaal bedrijventerreinenniveau deze sturing, vanuit een nauwe samenwerking tussen de netbeheerder, de parkorganisatie en de lokale (MKB) bedrijven op een bedrijvenpark, vorm te geven. Dit verkennend onderzoek begint met het in kaart te brengen van lokale (energie-)behoeftes en oplossingsmogelijkheden op laagspanningsniveau. Dit gebeurt door de informatie van slimme meters en de laagspanningstrafo’s momentaan uit te lezen en met AI de te verwachtte belasting te bepalen. Als bekend is wat de lokale regelmogelijkheden zijn, kan er met de bedrijven worden nagegaan hoe het huidige laagspanningsnet beter kan worden benut voorafgaand aan grote netverzwaring. Wij inventariseren hoe de opties en de voordelen voor de ondernemers op een begrijpelijke manier kunnen worden gepresenteerd, bijvoorbeeld met behulp van een dashboard.
Het project "CompEfficient" onderzoekt het verbeteren van energie-efficiëntie in de productie van composietmaterialen, gebruikt in transport en bouw, zoals vliegtuigen, auto’s, treinen, en windturbines. Composieten zijn gunstig door hun lichtgewicht en sterke mechanische eigenschappen die bijdragen aan lagere CO2-emissies. Dit onderzoek focust op zowel biobased als hoogwaardige thermoplastische composieten, waarbij traditionele fabricagemethoden veel energie vereisen, resulterend in relatief hoge CO2-uitstoot. Geleid door Hogeschool Inholland, met industriële partners Eve Reverse en Cato Composites, streeft dit eenjarige project ernaar energie-efficiëntie te verhogen door het persproces - waarbij materialen worden verwarmd en gevormd - te optimaliseren. Dit omvat het verminderen van energieverlies bij het verwarmen en het drukzetten van materialen. Het project zal bestaande pers- en verwarmingsmethoden evalueren en nieuwe technologieën evalueren en testen in een labomgeving, met als doel het energieverbruik te minimaliseren terwijl de productkwaliteit gehandhaafd blijft. De verwachte uitkomsten zullen bredere implicaties hebben voor de industrie door bij te dragen aan duurzamere productieprocessen en het verminderen van de milieu-impact van de composietproductie. Deze innovaties zullen niet alleen van belang zijn voor de betrokken bedrijven maar kunnen ook internationaal worden toegepast, gezien de groeiende vraag naar energie-efficiënte en milieuvriendelijke productiemethoden. Dit project biedt een kans om de voetafdruk van de composietindustrie aanzienlijk te verminderen en ondersteunt de overgang naar meer duurzame industriële processen.
TU Delft, in collaboration with Gravity Energy BV, has conducted a feasibility study on harvesting electric energy from wind and vibrations using a wobbling triboelectric nanogenerator (WTENG). Unlike conventional wind turbines, the WTENG converts wind/vibration energy into contact-separation events through a wobbling structure and unbalanced mass. Initial experimental findings demonstrated a peak power density of 1.6 W/m² under optimal conditions. Additionally, the harvester successfully charged a 3.7V lithium-ion battery with over 4.5 μA, illustrated in a self-powered light mast as a practical demonstration in collaboration with TimberLAB. This project aims to advance this research by developing a functioning prototype for public spaces, particularly lanterns, in partnership with TimberLAB and Gravity Energy. The study will explore the potential of triboelectric nanogenerators (TENG) and piezoelectric materials to optimize energy harvesting efficiency and power output. Specifically, the project will focus on improving the WTENG's output power for practical applications by optimizing parameters such as electrode dimensions and contact-separation quality. It will also explore cost-effective, commercially available materials and best fabrication/assembly strategies to simplify scalability for different length scales and power outputs. The research will proceed with the following steps: Design and Prototype Development: Create a prototype WTENG to evaluate energy harvesting efficiency and the quantity of energy harvested. A hybrid of TENG and piezoelectric materials will be designed and assessed. Optimization: Refine the system's design by considering the scaling effect and combinations of TENG-piezoelectric materials, focusing on maximizing energy efficiency (power output). This includes exploring size effects and optimal dimensions. Real-World Application Demonstration: Assess the optimized system's potential to power lanterns in close collaboration with TimberLAB, DVC Groep BV and Gravity Energy. Identify key parameters affecting the efficiency of WTENG technology and propose a roadmap for its exploitation in other applications such as public space lighting and charging.
