This paper assesses wind resource characteristics and energy yield for micro wind turbines integrated on noise barriers. An experimental set-up with sonic anemometers placed on top of the barrier in reference positions is realized. The effect on wind speed magnitude, inflow angle and turbulence intensity is analysed. The annual energy yield of a micro wind turbine is estimated and compared using data from a micro-wind turbine wind tunnel experiment and field data. Electrical energy costs are discussed as well as structural integration cost reduction and the potential energy yield could decrease costs. It was found that instantaneous wind direction towards the barrier and the height of observation play an influential role for the results. Wind speed increases in perpendicular flows while decreases in parallel flow, by +35% down to −20% from the reference. The azimuth of the noise barrier expressed in wind field rotation angles was found to be influential resulted in 50%–130% changes with respect to annual energy yield. A micro wind turbine (0.375 kW) would produce between 100 and 600 kWh annually. Finally, cost analysis with cost reductions due to integration and the energy yield changes due to the barrier, show a LCOE reduction at 60%–90% of the reference value. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2020.104206
DOCUMENT
tract Micro wind turbines can be structurally integrated on top of the solid base of noise barriers near highways. A number of performance factors were assessed with holistic experiments in wind tunnel and in the field. The wind turbines underperformed when exposed in yawed flow conditions. The theoretical cosθ theories for yaw misalignment did not always predict power correctly. Inverter losses turned out to be crucial especially in standby mode. Combination of standby losses with yawed flow losses and low wind speed regime may even result in a net power consuming turbine. The micro wind turbine control system for maintaining optimal power production underperformed in the field when comparing tip speed ratios and performance coefficients with the values recorded in the wind tunnel. The turbine was idling between 20%–30% of time as it was assessed for sites with annual average wind speeds of three to five meters per second without any power production. Finally, the field test analysis showed that inadequate yaw response could potentially lead to 18% of the losses, the inverter related losses to 8%, and control related losses to 33%. The totalized loss led to a 48% efficiency drop when compared with the ideal power production measured before the inverter. Micro wind turbine’s performance has room for optimization for application in turbulent wind conditions on top of noise barriers. https://doi.org/10.3390/en14051288
DOCUMENT
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.
DOCUMENT
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.
