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.
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
Wind turbines are usually clustered in wind farms which causes the downstream turbines to operate in the turbulent wakes of upstream turbines. As turbulence is directly related to increased fatigue loads, knowledge of the turbulence in the wake and its evolution are important. Therefore, the main objective of this study is a comprehensive exploration of the turbulence evolution in the wind turbine’s wake to identify characteristic turbulence regions. For this, we present an experimental study of three model wind turbine wake scenarios that were scanned with hot-wire anemometry with a very high downstream resolution. The model wind turbine was exposed to three inflows: laminar inflow as a reference case, a central wind turbine wake, and half of the wake of an upstream turbine. A detailed turbulence analysis reveals four downstream turbulence regions by means of the mean velocity, variance, turbulence intensity, energy spectra, integral and Taylor length scales, and the Castaing parameter that indicates the intermittency, or gustiness, of turbulence. In addition, a wake core with features of homogeneous isotropic turbulence and a ring of high intermittency surrounding the wake can be identified. The results are important for turbulence modeling in wakes and optimization of wind farm wake control
MULTIFILE
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
