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Auf Basis der Wirtschaftschulen und der Technischen Schulen des Kreises Steinfurt wurde im Laufe des Forschungsprojektes ein Konzept zur integralen Sanierung von Schulen erarbeitet. Zu Beginn des Projektes wurde eine umfangreiche Bestandsaufnahme der betrachteten Schulen vorgenommen. Hierzu erfolgten messtechnische Untersuchungen in ausgewählten Räumen der Schulen als auch Befragungen der am Schulbetrieb beteiligten Gruppen. Die messtechnischen Untersuchungen umfassten die Raumluftsituation, die Raumtemperatur, die Akustik und die Beleuchtungssituation. Mittels Fragebogen wurde das subjektive Emp-finden der Schüler und Lehrkräfte bezüglich der Raumluft, Akustik, Beleuchtung und Behag-lichkeit erfasst. (Abschnitt 1.1.6, S. 14 und Abschnitt 1.3 bis 1.5, ab S. 33) Die Raumtemperaturen, die Akustik und die Beleuchtungssituation zeigten sich sowohl bei den Messungen als auch in den Befragungen überwiegend als nicht auffällig. Eine gravieren-de Ausnahme hiervon stellten die Raumtemperaturen in den EDV-Räumen der Wirtschaft-schulen dar. Die inneren Wärmelasten durch den Betrieb der Computer lassen die Tempera-tur in den Räumen im Sommer auf unerträgliche Temperaturen ansteigen. Im Rahmen des Projektes wurde daher in einem EDV-Raum die Wirksamkeit einer Kühldecke und einer Schwerkraftkühlung messtechnisch untersucht. Beide Kühlsysteme wurden mittels Kühlwas-ser aus Erdsonden betrieben und waren in der Lage, die Temperatur im EDV-Raum im akzeptablen Bereich zu halten. (Kapitel 5, S. 143) Im Hinblick auf die Überhitzung der Räume und den Stromverbrauch von Computern als Ein-zelplatzlösung wurden die Vorteile des Green-IT bezüglich der Behaglichkeit, des Stromver-brauchs und der Wirtschaftlichkeit im Zusammenhang mit Schulen herausgestellt. (Abschnitt 6.2.1, S. 187) Die Raumluftsituation stellte sich in fast allen untersuchten Situationen als mangelhaft her-aus. Das Ergebnis bestätigt Untersuchungsergebnisse anderer Institutionen im In- und Aus-land und verlangt einen Paradigmenwechsel bezüglich der Belüftung von Schulräumen. Wei-tergehende messtechnische Untersuchungen an einem Proberaum der Technischen Schulen zeigten, dass auch die Lüftung über gekippte Fenster unzureichend ist (Abschnitt 1.3.5, S. 44 bzw. Abschnitt 6.2.5, S. 200). Alles in allem ist bei normaler Personenzahl in einem Klassen-raum eine mechanische Lüftung unerlässlich. In den Technischen Schulen werden diese Er-kenntnisse durch den Einbau von lüftungstechnischen Anlagen umgesetzt. Nach Abschluss von Sanierungsmaßnahmen an den Wirtschaftsschulen wurden erneut akus-tische Messungen in Klassenräumen durchgeführt. Es zeigte sich, dass die vor der Sanierung guten Ergebnisse sich durch akustisch wirksame Wandpaneele erneut einhalten lassen. Das Ergebnis bestätigt, dass pflegeleichte, schallharte Böden in Kombination mit durchdachten akustischen Maßnahmen problemlos funktionieren. Die energetische Sanierung von Gebäuden setzt einen bekannten Ist-Zustand des spezifischen Energieverbrauchs voraus, um Zielstellungen für die durch die Sanierung zu erwartenden Einsparungen formulieren zu können. Erhebungen bei den kommunalen Schulträgern sollten dazu dienen, diesen Ist-Zustand der Schulen zu beschreiben und den energetischen Erfolg bereits durchgeführter Sanierungen zu dokumentieren. Es stellte sich heraus, dass die Dokumentation der entsprechenden Daten bei den Schulträgern in den überwiegenden Fäl-len nicht vorliegen und auch nicht bereitgestellt werden können. Wesentliche Ursachen hier-für sind die Personalsituation und fehlendes Energiemanagement in den Verwaltungen. Der im Arbeitsplan vorgesehenen Erstellung einer Datenbank zu Sanierungsauswirkungen auf den Energieverbrauch von Schulen fehlte damit die Basis. Die zeitliche Entwicklung der spezifischen Energieverbräuche konnte für einige Schulen zusammengetragen werden. (Ab-schnitt 1.2, S. 23; Kapitel 1, S. 85 und Kapitel 3, S. 103) Die Erstellung des Sanierungskonzeptes für die Wirtschaftsschulen war zu Projektbeginn be-reits erfolgt. Im Rahmen des Projektes wurden die anstehenden und darüber hinausgehen-den Sanierungsschritte mittels dynamischer Simulationsrechnungen hinsichtlich ihrer ener-getischen Auswirkungen beurteilt und wirtschaftlich bewertet. Darüber hinaus konnten mit der dynamischen Simulationsrechnung Energieeinsparpotenziale aufgezeigt werden, die mit-tels Optimierung der Betriebstechnik erreicht werden können. (Abschnitt 6.1.4, S. 168) Im Rahmen des Sanierungskonzeptes der Technischen Schulen wurde für die Frischluftzufuhr und Temperierung der Klassenräume nach einem kombinierten, alternativen System ge-sucht. Daraus entwickelte sich die Klimawand. Diese benötigt aufgrund der flächigen Ausfüh-rung in Verbindung mit unterstützenden Konvektionsströmungen in Konvektionsschächten zur Temperierung nur geringe Über- bzw. Untertemperaturen. Gleichzeitig wird die Klimawand für die Frischluftzufuhr mit einem zentralen Belüftungssystem kombiniert. Die Klimawand ist unauffällig, robust mit geringem Platzbedarf und ist somit weitestgehend aus dem Wirkungsbereich der Schüler ausgenommen. (Abschnitt 6.2.3, S. 192) Das Sanierungskonzept der Technischen Schulen wurde im Rahmen des Projektes erstellt. Die jetzt beginnende bautechnische Umsetzung des Konzeptes beinhaltet die wesentlichen Ergebnisse des Projektes. Der Einbau von lüftungstechnischen Anlagen sowie die mittels dy-namischer Simulation erarbeitete bauphysikalische Optimierung sind Ergebnisse der Projekt-arbeit. Die dynamische Simulation hat sich als starkes und wichtiges Werkzeug bezüglich der Erstellung von Sanierungskonzepten erwiesen (Abschnitt 6.1.2, S. 157 und Abschnitt 6.1.4, S. 168). Durch die Sanierung wird der spezifische Primärenergiebedarf der Technischen Schulen von 73 auf rund 25 kWh pro Quadratmeter und Jahr sinken.
Floating offshore wind (FOW) holds the key to 80 % of the total offshore wind resources, located in waters of 60 m and deeper in European seas, where traditional bottom-fixed offshore wind (BFOW) is not economically attractive.
Many problems affecting floating offshore wind turbines (FOWT) were quickly overcome based on previous experience with floating oil rigs and bottom-fixed offshore wind. However, this technology is still young and there are still many challenges to overcome.
This paper shows that electrical failures are amongst the most significant errors of FOWT. The most common cause was corrosion. It is also stated that the control system is most often affected, and that the Generator is frequently involved. Material corrosion is also the key factor when it comes to the most common overall reason for failures.
A particular attention must be paid to mooring line fracture. Mooring lines are especially vulnerable to extreme sea conditions and the resulting fatigue, corrosion, impact damage, and further risks.
It must be stated that the primary challenge is that of economics. Over time technological costs will decline making FOW more competitive and hence attractive for greater depth.
Assessment of noise mitigation measures during pile driving of larger offshore wind foundations
(2021)
Wind energy is an important source of electricity generation, but the construction of offshore wind foundations causes high underwater sound pressure, harming marine life. In this context limiting values for underwater noise emissions were set to protect the marine flora and fauna. Therefore, noise mitigation measures during pile driving are mandatory to comply with these limits. Current development in the wind industry lead to increasing wind turbine sizes, requiring a larger pile diameter, which leads to higher underwater noise emissions. As a result, the state of the art noise mitigation systems might not be sufficient and a combination of different technologies is necessary. This article focuses on the issue of noise mitigation during pile driving with respect to large pile sizes. First, the most tested and proven noise mitigation techniques (big bubble curtain, hydro sound damper, and IHC-noise mitigation system) are described, following an analysis of noise reduction measurements in applications at different offshore wind farm projects. In the end the suitability of current noise mitigation systems for large monopiles is evaluated, regarding their effectiveness and practicability.
Wind energy conversion systems have attracted considerable attention as a renewable energy source due to depleting fossil fuel reserves and environmental concerns as a direct consequence of using fossil fuel and nuclear energy sources. The increasing number of wind turbines increases the interest in efficient systems. The power output of a wind energy conversion system depends on the accuracy of the maximum power tracking system, as wind speed changes constantly throughout the day. Maximum power point tracking systems that do not require mechanical sensors to measure the wind speed offer several advantages over systems using mechanical sensors. In this paper four different approaches that do not use mechanical sensors to measure the wind speed will be presented; the assets and drawbacks of these systems are highlighted, and afterwards the examined algorithms will be compared based on different characteristics. Finally, based on the analysis, an evaluation is made as to which of the presented algorithms is the most promising.
Wind energy has steadily gained importance in the generation of renewable energy over the last 25 years. A wind turbine has an average life expectancy of about 25 years. After that, thermoplastic composite materials from the rotors, among other things, accumulate and have to be recycled. Previous methods, such as landfilling, incineration and pyrolysis, have not yet proven to be effective in terms of the circular economy because the recycled material cannot be reused for equivalent products. The use of thermoplastic materials can be a sensible alternative, as thermoplastic resins can be recycled almost without loss of value due to their properties. Recycling of fibreglass is also possible with less loss of stiffness. In the future, it will be crucial to scale up thermoplastic rotor blades and create a market for the recycled material.
Diese Arbeit befasst sich mit Kostentrends in Zusammenhang mit technologischem Lernen von Windenergie an Land in den USA, in Deutschland und weltweit. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Lernkurve für Windenergie an Land zu bestimmen. Dafür wurden Daten zu Stromgestehungskosten (LCOE) und Kosten für die Installation (COP) von Windenergieanlagen (WEA) im Zeitraum von 1983 bis einschließlich 2020 gesammelt, grafisch dargestellt und weitergehend ausgewertet. Die grafische Darstellung der Datenlage verdeutlicht die zeitliche Entwicklung der Technologie. Zur Beschreibung dieser Lernkurven wurden die Progress Ratio (PR) und Learning Rate (LR) in fünf unterschiedlichen Modellen bestimmt. Anhand derer sich in Kombination mit der zukünftig installierten Leistung von WEA eine Prognose über zukünftige Kosten ableiten lässt. Die ermittelten LR bewegen sich zwischen 13 % und 28 %, woraus sich LCOE im Jahr 2030 zwischen 44,03 US$/MWh und 61 US$/MWh ergeben.
Because of the rapid expansion and widespread application of wind energy the overall environmental impacts of wind power plants have increased as well. For the further development of wind power, methods to lessen the adverse effects wind power has on avian populations have to be implemented. This review aims to find effective methods to reduce avian collision rates with wind turbines and that therefore can reduce bird fatality rates.
For the assessment the different mitigation methods, for which concrete data was found, are compared with each other regarding the hypothetical effort of implementation and effectiveness in reducing avian collision rates with wind turbines.
These methods are:
(a) Coloring of rotor blades
(b) Coloring of the tower base
(c) Ultraviolet/violet lightning
(d) Temporary shut-down of wind turbines
(e) Auditory warning signals
(f) Repowering
All of the mentioned methods report influence on reducing avian collision rates or at least the behavior of birds in flight.
This review found the following three methods to be most effective:
(a) Coloring of rotor blades
(b) Temporary shut-downs of wind turbines
(c) Repowering
The most effective method to reduce avian collision rates at horizontal axis wind turbines is to paint one of the rotor blades black and consequently increasing the visibility of the rotor blades. The presented study reports 71,9 percent reduction of found carcasses of birds at the treated turbines. For this method the effort of implementation is low while the effectiveness is high.
The effectiveness of the found mitigation methods has been proven and they are suited for application. The method of using lightning or sound fields require more testing to determine their effectiveness. Another topic for research could be how different mitigation methods interact with each other. Is there a significant advantage to be had if multiple mitigation methods are applied at the same wind power plant or turbine? Furthermore the environmental impacts of wind turbines are not limited to birds. Other animals like bats are affected too and might require different methods of mitigation.
Despite their important role in our energy system, common wind turbines have some disadvantages. Mainly, those disadvantages are connected to the intermediate conversion of wind energy in rotational energy. The resulting effects include maintenance costs and social acceptance problems. There are different technological approaches, that convert wind energy to electrical energy without its conversion to kinetic energy. As one of those technologies, the electrostatic wind energy conversion is to be discussed in this article. For this discussion, the historical development of this technology is presented. There are three important projects which will be presented to explain the technology and its different technological approaches. Those projects are the WPG, the EWICON and the SWET. Furthermore the results of those different experimental projects are collected and analyzed. On the basis of this analysis it is discussed, whether or not the electrostatic wind energy conversion could be of importance in a future energy system. Therefore the technology is set in relation to modern wind turbines. Also, important factors that influence the efficiency and energy output of those systems are outlined for further research. Due to different technological approaches a suggestion is made for the most promising system setting.