Posts

Retrofitting

The sustainable and profitable path forward for owners of aging wind turbines

The wind energy sector is set for a development boom for the coming years. Nations around the world are gearing up for a substantial expansion in renewable energy to offset concerns over energy security and to meet strict environmental targets and timetables.

When it comes to wind power most of the focus is being put on offshore projects and the promise of larger than ever wind farms and turbines far out to sea. But operators and developers should not be so quick to downplay the potential of the onshore wind sector.

Too old some say, citing farms dating back to the 1980s. Not enough popular support to develop on new greenfield sites say others, and anyway all of the ‘windiest’ sites have already been taken haven’t they?
All true, and indeed given that a typical wind turbine has a product lifetime 20 years there are therefore increasing questions over the reliability and productivity of hundreds of existing onshore wind farms worldwide as developers and operators strive to meet ever more stringent quotas and demand.

 

All of the ‘windiest’ sites have already been taken haven’t they?

 

Onshore wind farms

Onshore wind farms can substantially contribute to the great new era of wind without the need for new site locations.

The options are retrofitting, essentially improving an existing turbines efficiency and capacity by fitting new technology such as better grid connections or the latest blade designs, and repowering, decommissioning an existing turbine and building a more modern and powerful version. The UK, Germany, Denmark, the Netherlands and the US are undertaking the majority of repowering and retrofitting projects at present. This is perhaps unsurprising given their ‘pioneering’ status in the wind industry and hence a greater number of aged wind farms than elsewhere.
Emerging wind markets such as China and India though hold significant long-term potential with India already seeing some repowering activity.

The likelihood of failure simply increases in older turbines.

 

Repowering vs retrofitting

The likelihood of failure simply increases in older turbines and therefore the repair costs rise in proportion. This enormously enhances the potential profitability of repowering or retrofitting the old technology. The only real question is which of both options to take? The first, i.e. replacing old wind turbines with new ones, has its drawbacks because acquisition prices are high and the replacement involves a number of administrative steps that can get to last longer, besides having to add the time of acquisition and installation of the wind turbine itself.

Replacing part or all of the turbines before the end of their lifetime with new more efficient and more powerful machines

Repowering can refer to a single wind turbine or to a whole wind farm replacing part or all of the turbines before the end of their lifetime with new more efficient and more powerful machines. It can also be used to rearrange the location of the turbines in order to better integrate them into the local planning of residential areas. It is seen as a better option than building a new site at a different less windy location as most of the ‘windiest’ sites have already been developed on.

The ability to re-use part of the infrastructures already developed on site such as roads and grid connection also means less capital investment than building from scratch. Planning permission should also be easier from an existing site.

Overall an operator’s O&M costs are reduced after repowering projects thanks to newer and more efficient technology and economies of scale.
Prohibitive factors against repowering included temporary loss of revenue until the completion of a project, deemed only particularly beneficial for small-size turbines, more expensive and too complex.

 

Retrofitting

The second solution that owners or operators can choose is the overhaul of the turbine, which means to renew some electrical and mechanical components of existing turbines and update the wind turbine control system.

Fitting in new technology such as better grid connections or the latest blade designs.

The main benefits of retrofitting include reduction of future running costs due to the better reliability of the replaced parts and increased productivity. Indeed it is estimated that retrofitting can improve reliability and productivity by up to 30%.

The cost of a retrofitting option varies but in general, components that are suitable for retrofitting don’t cost more than the O&M specified components and take no longer to install. It also has little effect on a turbine’s insurance or certification.

 

How are turbines retrofitted?

The retrofitting process consists in integrating a frequency converter equipped with the latest technology in power electronics and the renewal of some mechanical and electrical components.

The integration of the converter allows the wind turbine operate at variable speed to adapt its speed to the wind conditions as do the new wind turbines following current standards. This allows them to work at the optimum operating point for maximum energy transfer between the wind and the blades and smooth operation of the mechanical drive.

In addition, the cost of retrofitting is significantly less than the equivalent of a new wind turbine and its installation time is reduced depending on the owner’s needs and the conditions existing prior to retrofit.

The cost of retrofitting is significantly less than the equivalent of a new wind turbine.

 

Political support

Some industry players want to see better financial incentives given to operators such as more generous feed-in-tariffs to make repowering projects more economic. However that isn’t proving easy in today’s financial climate. I heard one leading developer say: “There is a strong belief that in the next few years there will be an easier planning regime, but that isn’t visible at the moment. So in all permitting is a problem.”

Whatever option is taken continued political support is vital. The ability of repowering and retrofitting to boost the wind sector’s capacity and productivity, not only in developed countries but also emerging markets, will be mute if governments are cutting renewable subsidies.

 

Wind Energy Solutions

At WES we have developed a solution to modernize aging wind turbines so that they can be profitable again. Although new wind turbines occupy their own position in the wind energy mix, there is also a growing demand to revitalize assets of a certain age.
With the maturity of the market for onshore wind power, assets are aging and many turbines have already completed their lifetime period.

Repowering and retrofitting offer a sustainable and profitable path forward and the opportunity should be grasped by all.

View all our turbines and options

 

Do you want to know what the best solution is for your business?

Agro PV

Land use efficiency dramatically increases through dual use

The joint project “Agrophotovoltaic – Efficient Land Use Resource” (APV-Resola) has been testing solar power production and agriculture, in an efficient way, on the same area for more than two years. Solar modules with an output of 194 kW were installed at a height of five meters above a 0.3-hectare field on Lake Constance (German: Bodensee). In the first project year 2017, the project consortium headed by the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) has already demonstrated an increase in efficient land use to 160 percent. This result was again significantly exceeded in 2018.

As the Fraunhofer ISE reports, the partial shading among the solar modules increased agricultural yields in the hot summer of 2018, while the high solar radiation boosted solar power production. As a result, land use efficiency was 186 percent, as the researchers calculated.

Farmers record higher yields

Farmers of the Demeter farm community Heggelbach recorded higher yields of three of the four cultivated crops (winter wheat, potatoes, clover grass, celery) under the APV-Resola plant than on the reference area without solar modules. Celery benefited most (+12 percent), while winter wheat gained 3 percent and clover a minus 8 percent. “In terms of potatoes, the land use efficiency increased by 86 percent per hectare,” emphasizes project manager Stephan Schindele from Fraunhofer ISE.

We assume that the plants coped better with the drought-induced heat summer of 2018 due to the shading under the semitransparent solar modules.


Monitoring microclimatic conditions

In addition to stock development, yield and yield quality, scientists from the University of Hohenheim also collected data on the microclimatic conditions underneith and next to the APV-Resola plant. The photosynthetic solar radiation under the APV system was about 30 percent lower than on the reference surface. In addition to solar radiation, the PV modules primarily influenced precipitation distribution and soil temperature. The soil temperature under the panels was below that of the reference surface in spring and summer, while the air temperature was identical. In the hot and dry summer months of 2018, the soil moisture in the wheat stock under the PV panels was higher than on the reference area. In the winter months and other cultures, however, it was lower.

Better numbers despite extremely dry summer

“We assume that the plants better cope with the drought-induced heat summer of 2018 due to shading under the semitransparent solar modules,” says agronomist Andrea Ehmann. “This also illustrates the potential of the APV for dry regions, but also the need for further experiments in other climatic regions as well as with additional crop species”, adds her colleague Axel Weselek.

Agrophotovoltaic brings synergy effects for agriculture

double land usage

The solar irradiation in 2018, at 1,319.7 kWh per square meter, was 8.4 percent above the previous year. This increased the solar power production in the crop year 2018 by two percent to just under 250 MWh, which corresponded to an “exceptionally good” specific yield of 1,285.3 kWh per installed kilowatt peak. With electricity generation costs per kilowatt-hour, electricity from an agro-photovoltaic system is already competitive with small PV rooftop systems, and researchers are also counting on falling costs due to learning and scaling effects.

Agro-fotovoltaïsche installatie nu al concurrerend met kleine PV-opdaksystemen.


Increase in electricity demand

If the solar power is stored and used directly on site, as in the case of the Heggelbach farm community, additional sources of income are created for farmers through synergy effects. The use of electric vehicles is also gaining

“If policy permits, agro-photovoltaic can be the answer to the tank-or-plate discussion, because technically, farmers can do both by serving twice arable land in their core food production and by contributing to solar power to expand electromobility and protect the climate, “says Schindele.

Technology offers potential for dry land

In a project within the framework of the EU program Horizon 2020, the Fraunhofer researchers and their partners in Algeria are examining how the APV systems affect the water balance. In addition to reduced evaporation and lower temperatures, rainwater harvesting with PV modules also plays a role.

The project APV-Resola is funded by the Federal Ministry of Education and Research and FONA – Forschung für nachhaltige Entwicklung  (Research for Sustainable Development). It is a joint project of Fraunhofer ISE, BayWa r.e. Solar Projects GmbH, Elektrizitätswerke Schönau, Hofgemeinschaft Heggelbach, Karlsruhe Institute of Technology, Regional aliance Bodensee-Oberschwaben and the University of Hohenheim. (Post picture: BayWa r.e.)

 

Add a wind turbine to your energy generation

For the electricity needed during the winter months, a private wind turbine at an agricultural company is ideal. Wind turbines produce the most electricity in the winter, whereas solar panels do this in the summer. Together they make the ideal combination to provide an agricultural company with electricity all year round. Especially in regions with sufficient wind, generating wind energy is much cheaper than storing solar energy in batteries.

View all our turbines and options

 

Do you want to know what the best green energy solution is for your business?

Agro PV

Optimale efficiëntie, bij dubbele functie landbouwgrond

Het gezamenlijke project “Agro-fotovoltaïk – Efficiënte landbouwgrond” (APV-Resola) test zonne-energieproductie en landbouw op een efficiënte manier Deze test vindt momenteel al twee jaar plaats op hetzelfde stuk land, om de uitkomst op verschillende gewassen onder de zelfde omstandigheden goed te onderzoeken. Zonnepanelen met een vermogen van 194 kW zijn geïnstalleerd op een hoogte van vijf meter boven een veld van 0,3 hectare aan het Bodenmeer (Duits: Bodensee). In het eerste projectjaar (2017) heeft het projectconsortium onder leiding van het Fraunhofer Instituut voor zonne-energiesystemen (ISE) al een toename van efficiënt landgebruik tot 160 procent laten zien. Dit resultaat werd aanzienlijk overtroffen in 2018 met 183 procent ten opzichte van afzonderlijke toepassingen.

Boeren registreerden hogere opbrengsten

De Fraunhofer ISE meldt, verhoogde productie door de gedeeltelijke schaduw tussen de zonnemodules de landbouwopbrengsten zelfs in de hete zomer van 2018. De hoge zonnestraling kon door de panelen deels afgeschermd worden, terwijl deze straling de productie van zonne-energie extra ten goede kwam. Dientengevolge, was de efficiëntie van het landgebruik 186 procent, zoals de onderzoekers berekenden.

Boeren van de Demeter boerderijgemeenschap Heggelbach registreerden hogere opbrengsten van drie van de vier gecultiveerde gewassen (wintertarwe, aardappelen, klaver, selderij) onder de APV-Resola-fabriek dan op het referentiegebied zonder zonnemodules. Selderij profiteerde met 12 procent het meest van de testopstelling, wintertarwe won 3 procent, waar klaver een min van 8 procent liet zien. “Wat betreft aardappelen neemt de efficiëntie van het landgebruik met een verbazingwekkende 86 procent per hectare toe”, benadrukt projectmanager Stephan Schindele van Fraunhofer ISE.

We kunnen ervan uitgaan dat de planten het beter hebben gedaan tijdens deze droge hittezomer van 2018 als gevolg van de beschaduwing onder de semitransparante zonnemodules.


Monitoren micro-klimatische omstandigheden

Naast de ontwikkeling van de teelt, opbrengst en opbrengstkwaliteit, verzamelden wetenschappers van de Universiteit van Hohenheim ook gegevens over de micro-klimatische omstandigheden onder en naast de APV-Resola modules. De fotosynthetische zonnestraling onder het APV-systeem was ongeveer 30 procent lager dan op het referentieoppervlak. Naast zonnestraling beïnvloedden de PV-panelen primair de neerslagverdeling en bodemtemperatuur. De bodemtemperatuur onder de panelen was in het voorjaar en de zomer lager dan die van het referentieoppervlak, terwijl de luchttemperatuur gelijk bleef.

In de hete en droge zomermaanden van 2018 was het bodemvocht in de tarwevoeding onder de PV-panelen hoger dan in het referentiegebied. In de wintermaanden en andere culturen was het echter lager, door de koude in de grond.

Betere cijfers ondanks extreem droge zomer

“We gaan ervan uit dat de planten beter bestand zijn tegen deze droge hittezomer van 2018 als gevolg van beschaduwing onder de semitransparante zonnepanelen”, zegt agronoom Andrea Ehmann. “Dit illustreert ook het potentieel van de APV-Resola toepassing voor droge regio’s, maar ook de behoefte aan verdere experimenten in andere klimatologische regio’s en met andere gewassoorten”, vult haar collega Axel Weselek aan.

Agro-fotovoltaïek brengt synergie-effecten met zich mee voor de landbouw

newsimage313788-NL

De zonnestraling in 2018, op 1319,7 kWh per vierkante meter, was 8,4 procent hoger dan het jaar ervoor. Dit verhoogde de productie van zonne-energie in het oogstjaar 2018 met 2 procent tot iets minder dan 250 MWh, wat overeenkwam met een “uitzonderlijk goed” rendement van 1.285,3 kWh per geïnstalleerde kilowattpiek. Met elektriciteitsopwekkingskosten per kilowattuur is elektriciteit uit een agro-fotovoltaïsche installatie nu al concurrerend met kleine PV-opdaksystemen, en onderzoekers rekenen ook op dalende kosten als gevolg van doorontwikkeling en opschaling.

Agro-fotovoltaïsche installatie nu al concurrerend met kleine PV-opdaksystemen.


Toename van elektriciteitsvraag

Als de zonne-energie direct op het terrein wordt gebruikt, zoals in het geval van de Heggelbach-boerengemeenschap, worden er extra inkomstenbronnen gecreëerd voor landbouwers door synergie-effecten. Het gebruik van elektrische voertuigen wint ook terrein in de landbouw, aangezien de fabrikanten van landbouwmachines Fendt en John Deere de afgelopen jaren de eerste volledig op batterijen werkende e-tractoren introduceerden.

“Als het beleid het toelaat, kan agro-fotovoltaïek het antwoord zijn op de bespreking van de tank of plaat, omdat technisch gezien boeren hun akkerland gelijktijdig kunnen voorzien van hun kernwerkzaamheden (voedselproductie) en door bij te dragen aan zonne-energie om de energietransitie meer ruimte te geven”, zegt Schindele.

Technologie biedt potentieel voor dorre gebieden

De resultaten van de hete zomer van 2018 toonden het enorme potentieel van agro-fotovoltaïsche cellen voor droge klimaten, waar gewassen en teelt kunnen profiteren van de beschaduwing door de PV-modules. De Fraunhofer ISE is al bezig met de overdracht van de technologie naar opkomende en ontwikkelingslanden en met nieuwe toepassingen in verschillende projecten. Een voorstudie door het het Staatsinstituut van Maharashtra, in India, suggereert bijvoorbeeld dat deze toepassing de schaduwwerking en lagere verdamping van tomaten en katoen de teelt tot 40 procent kan verhogen. “In dit specifieke geval verwachten we dat de regio de efficiëntie van het landgebruik bijna zal verdubbelen,” zegt Max Trommsdorff van Fraunhofer ISE, projectleider van de voorstudie.

In een project in het kader van het EU-programma Horizon 2020 onderzoeken de Fraunhofer-onderzoekers en hun partners in Algerije hoe de APV-systemen de waterhuishouding beïnvloeden. Naast verminderde verdamping en lagere temperaturen speelt regenwaterwinning met PV-modules daar ook een rol.

Het project APV-Resola wordt gefinancierd door het federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek en FONA – Forschung für nachhaltige Entwicklung (onderzoek voor duurzame ontwikkeling). Het is een gezamenlijk project van Fraunhofer ISE, BayWa r.e. Solar Projects GmbH, Elektrizitätswerke Schönau, Hofgemeinschaft Heggelbach, Karlsruhe Instituut voor Energie, Regionale alliantie Bodensee-Oberschwaben en de universiteit van Hohenheim. (bron foto: BayWa r.e.)

Voeg een windturbine toe aan uw energie-opwek

Voor de elektriciteit die nodig is tijdens de wintermaanden, is een privé windturbine bij een agrarisch bedrijf ideaal. Windturbines produceren in de winter de meeste elektriciteit waar zonnepanelen dit in de zomer doen. Samen maken ze de ideale combinatie om een agrarisch bedrijf het hele jaar door van elektriciteit te voorzien. Vooral in streken met voldoende wind is het opwekken van windenergie veel voordeliger dan het opslaan van zonne-energie in batterijen.

Bekijk al onze turbines en mogelijkheden

 

Wilt u weten wat de beste groene energie-oplossing is voor uw bedrijfsvoering?

Bent u nieuwsgierig hoe wij u kunnen helpen om uw energievoorziening ‘groener’, stabieler en goedkoper te maken? Vul het formulier in en wij maken een persoonlijk voorstel voor uw situatie.