Large wind turbines have recently had the energy sector’s attention given their reliability, cost-effectiveness, competitive power, and the maturity of their technology. Unfortunately, large wind turbines usually face obstacles regarding their social acceptance near rural or residential areas. On the other hand, small wind turbines are better accepted in these areas as their presence is perceived as less threatening. For this, Tandem Wind Energy (TWE) has developed a small wind turbine concept that would be robust, reliable, and affordable. The TWE turbine shall especially target rural areas in developing countries where the access to the grid is limited. To ensure that the turbine will deliver as promised, the turbine has been heavily instrumented with different sensors on the rotor and the tower to measure its performance. Prior measuring its performance, a simulation model was developed by the Emden/Leer consortium team members to estimate the aerodynamic performance of the wind turbine. The output of this model would be validated against the measurements from the test site. The wind turbine was then assembled and erected successfully at the Hanzehogeschool test site. The wind turbine concept has proven to be successful yet due to complications, the test field measurements could not be obtained in time, which shall result in the continuation of the analysis beyond the ID3AS project in 2021.
Renewable energy sources have an intermittent character that does not necessarily match energy demand. Such imbalances tend to increase system cost as they require mitigation measures and this is undesirable when available resources should be focused on increasing renewable energy supply. Matching supply and demand should therefore be inherent to early stages of system design, to avoid mismatch costs to the greatest extent possible and we need guidelines for that. This paper delivers such guidelines by exploring design of hybrid wind and solar energy and unusual large solar installation angles. The hybrid wind and solar energy supply and energy demand is studied with an analytical analysis of average monthly energy yields in The Netherlands, Spain and Britain, capacity factor statistics and a dynamic energy supply simulation. The analytical focus in this paper differs from that found in literature, where analyses entirely rely on simulations. Additionally, the seasonal energy yield profile of solar energy at large installation angles is studied with the web application PVGIS and an hourly simulation of the energy yield, based on the Perez model. In Europe, the energy yield of solar PV peaks during the summer months and the energy yield of wind turbines is highest during the winter months. As a consequence, three basic hybrid supply profiles, based on three different mix ratios of wind to solar PV, can be differentiated: a heating profile with high monthly energy yield during the winter months, a flat or baseload profile and a cooling profile with high monthly energy yield during the summer months. It is shown that the baseload profile in The Netherlands is achieved at a ratio of wind to solar energy yield and power of respectively Ew/Es = 1.7 and Pw/Ps = 0.6. The baseload ratio for Spain and Britain is comparable because of similar seasonal weather patterns, so that this baseload ratio is likely comparable for other European countries too. In addition to the seasonal benefits, the hybrid mix is also ideal for the short-term as wind and solar PV adds up to a total that has fewer energy supply flaws and peaks than with each energy source individually and it is shown that they are seldom (3%) both at rated power. This allows them to share one cable, allowing “cable pooling”, with curtailment to -for example-manage cable capacity. A dynamic simulation with the baseload mix supply and a flat demand reveals that a 100% and 75% yearly energy match cause a curtailment loss of respectively 6% and 1%. Curtailment losses of the baseload mix are thereby shown to be small. Tuning of the energy supply of solar panels separately is also possible. Compared to standard 40◦ slope in The Netherlands, facade panels have smaller yield during the summer months, but almost equal yield during the rest of the year, so that the total yield adds up to 72% of standard 40◦ slope panels. Additionally, an hourly energy yield simulation reveals that: façade (90◦) and 60◦ slope panels with an inverter rated at respectively 50% and 65% Wp, produce 95% of the maximum energy yield at that slope. The flatter seasonal yield profile of “large slope panels” together with decreased peak power fits Dutch demand and grid capacity more effectively.
The dynamic inflow effect denotes the unsteady aerodynamic response to fast changes in rotor loading due to a gradual adaption of the wake. This does lead to load overshoots. The objective of the paper was to increase the understanding of that effect based on pitch step experiments on a 1.8 m diameter model wind turbine, which are performed in the large open jet wind tunnel of ForWind – University of Oldenburg. The flow in the rotor plane is measured with a 2D laser Doppler anemometer, and the dynamic wake induction factor transients in axial and tangential direction are extracted. Further, integral load measurements with strain gauges and hot-wire measurements in the near and close far wake are performed. The results show a clear gradual decay of the axial induction factors after a pitch step, giving the first direct experimental evidence of dynamic inflow due to pitch steps. Two engineering models are fitted to the induction factor transients to further investigate the relevant time constants of the dynamic inflow process. The radial dependency of the axial induction time constants as well as the dependency on the pitch direction is discussed. It is confirmed that the nature of the dynamic inflow decay is better described by two rather than only one time constant. The dynamic changes in wake radius are connected to the radial dependency of the axial induction transients. In conclusion, the comparative discussion of inductions, wake deployment and loads facilitate an improved physical understanding of the dynamic inflow process for wind turbines. Furthermore, these measurements provide a new detailed validation case for dynamic inflow models and other types of simulations.
LINK
In 2024, the Dutch government set a new plan for offshore wind farms to become the Netherlands' largest power source by 2032, aiming for 21 GW of installed capacity. By 2050, they expect between 38 and 72 GW of offshore wind power to meet climate-neutral energy goals. Achieving this depends heavily on efficient wind turbines (WTs) operation, but WTs face issues like cavitation, bird strikes, and corrosion, all of which reduce energy output. Regular Inspection and Maintenance (I&M) of WTs is crucial but remains underdeveloped in current wind farms. Presently, I&M tasks are done by on-site workers using rope access, which is time-consuming, costly, and dangerous. Moreover, weather conditions and personnel availability further hinder the efficiency of these operations. The number of operational WTs is expected to rise in the coming years, while the availability of service personnel will keep on declining, highlighting the need for safer and more cost-effective solutions. One promising innovation is the use of aerial robots, or drones, for I&M tasks. Recent developments show that they can perform tasks requiring physical interaction with the environment, such as WT inspections and maintenance. However, the current design of drones is often task-specific, making it financially unfeasible for small and medium-sized enterprises (SMEs) – providing services in WT inspection and maintenance- to adopt. Together with knowledge institutes, SMEs and innovation clusters, this project addresses these urgent challenges by exploring the question of how to develop a modular aerial robot that can be easily and intuitively deployed in offshore environments for inspecting and maintaining WTs to facilitate SMEs adoption of this technology? The goal is to create a modular drone that can be equipped with various tools for different tasks, reducing financial burdens for SMEs, improving worker safety, and facilitating efficient green energy production to support the renewable energy transition.
In de doelstellingen ten aanzien van CO2-reductie staat de verduurzaming van de energievoorziening centraal. Elektriciteit wordt daarbij gezien als de hoeksteen van de duurzame energievoorziening. Voor de opwekking van deze elektriciteit dient het aandeel uit variabele hernieuwbare bronnen sterk toe te nemen (zie bijvoorbeeld het recent afgesloten Energieakkoord tussen 40 nationale stakeholders, http://www.energieakkoordser.nl/energieakkoord.aspx). In grote lijnen zien we twee dominante ontwikkelingen: grootschalige windenergie (op land en op zee) en zonnepanelen, maar algemeen wordt onderkend dat de problematiek met betrekking tot de energietransitie dermate urgent is dat alle duurzame energiebronnen (dus ook die van kleine windturbines) moeten worden aangesproken. Kleine windturbines maken het mogelijk om windenergie te benutten voor de elektriciteitsopwekking op locaties waar dat met grote windturbines niet mogelijk is. Het gaat om locaties in gebouwde omgeving, industriegebieden en landelijke omgeving. De opgewekte elektriciteit wordt ter plekke verbruikt of terug geleverd in het net. In die zin zijn kleine windturbines vergelijkbaar met de zonnepanelen. Sterker nog, ze zijn heel wel aanvullend op zonnepanelen, omdat kleine windturbines elektrische energie opwekken wanneer zonnepanelen dat niet doen. Echter hebben kleine windturbines op dit moment geen eigen plek in de duurzame energieopwekking in Nederland, waardoor de Nederlandse industrie in deze sector nog kleinschalig is. De onderzoeksvraag luidt: Hoe kunnen we de prestaties van kleine windturbines substantieel verbeteren op het technische vlak en qua marktpositie, zodat kleine windturbines een bijdrage gaan leveren aan de duurzame-energiemix. In dit project wordt onderzocht hoe de bijdrage van kleine windturbines kan worden vergroot door te leren van: - enerzijds de technische ontwikkelingen van grote windturbines, en - anderzijds de marktontwikkeling van zonnepanelen. Daartoe is er samenwerkingsverband opgezet tussen: - mkb bedrijven: fabrikanten en importeurs van kleine windturbines en bedrijven die een toegevoegde waarde hebben voor de fabrikanten, zoals leveranciers van onderdelen en adviseurs - hogescholen: NHL Hogeschool en Hanze Hogeschool Groningen - branchevereniging Nederlandse Wind Energie Associatie (NWEA) - vereniging Noordenwind, een vereniging van particulieren die zich inzet voor de bevordering van duurzame energie in het algemeen en realisatie van burgerparticipatie in nieuwe projecten voor windenergie in het bijzonder. De inzichten op het gebied van marktontwikkeling en de productverbeteringen zijn noodzakelijke componenten voor het volwassen maken van de sector van kleine windturbines waarbij een volwassen industrie en markt weer een essentiële voorwaarde is voor een verdere ontwikkeling van de sector met meer en grotere partijen. Derhalve zal het project dienen als katalysator. Ook dient te worden opgemerkt dat de verbeterde producten ook de exportmogelijkheden van de Nederlandse industrie vergroten. Naast genoemde meerwaarde voor het bedrijfsleven beoogt dit project een verdere verankering van kennis en kunde in onderwijs en onderzoek van de hogescholen.
Kleine windturbines maken het mogelijk om windenergie te benutten voor de elektriciteitsopwekking op locaties waar dat met grote windturbines niet mogelijk is. Kleine windturbines hebben op dit moment nog geen echte plek in de duurzame energieopwekking in Nederland. Terwijl recente ontwikkelingen laten zien dat hier zeker een markt voor is, mits een aantal vraagstukken wordt opgelost. Het huidige project richt zich op het oplossen van die vraagstukken waarbij de hoofdvraag voor dit project als volgt luidt: Hoe kunnen kleine en miniwindturbines meer betrouwbaar en efficiënter worden en beter geïntegreerd worden met andere vormen van duurzame energie en wat moet er gedaan worden, en door wie, opdat ook deze windturbines een plek krijgen in de toekomstige duurzame energiemix in Nederland en daarbuiten. Project PUMSWindT2 bestaat uit: MKB/ZZP: - EAZ - Tandem Windenergy - Erjah holding - Right Connection - Green Trust - Tarucca - Omniwind - Vdesign Kennisinstellingen: - Hochschule Emden/Leer - TUDelft - Hanzehogeschool Branche: - Noordenwind - NWEA Testlocaties: - EnTranCe Groningen - Energiecampus Leeuwarden Recent is door de European Academy of Wind Energy een paper opgesteld “Current Status and Grand Challenges of Small Wind Energy Technology” [25] met bijdragen van vele vooraanstaande experts op dit gebied (inclusief 2 PUMSWindT projectpartners). Er is vastgesteld dat verschillende uitdagingen opgelost moeten worden om de kleine windturbinemarkt de plek te geven die het verdient: • Verbeteren energieconversie kleine windturbines • Beter voorspellen prestaties op lange termijn • Verbeteren van de economische levensvatbaarheid • Bijdrage aan energievraag en integratie van elektrische systemen • Stimuleren van betrokkenheid en sociale acceptatie Project PUMSWindT2 heeft vragen van de MKB-partners daarbij geïnventariseerd en stelt voor om deze uitdagingen in de volgende werkpakketten aan te pakken: 1. Technologie: Meting & Data verwerking 2. Technologie: LCOE reductie 3. Technologie: Wind- integratie 4. Marktontwikkeling 5. Ontwikkeling demonstratie en testsite
