Wilke, A.; Welfens, P.J.J.: Urban Wind Energy Production Potential: New Opportunities
Wilke, A.; Welfens, P.J.J.: Urban Wind Energy Production Potential: New Opportunities
JEL classification: Q42, Q48, Q50, R11
Key words: urban wind farming, MERRA2, wind energy potential, climate policy, regulation
Summary:
Climate policy challenges reinforce the search for additional elements of renewable energy generation. Small-scale wind energy provides new opportunities for decentralized electricity production, while avoiding grid-dependence and transmission losses. This paper presents a potential analysis for urban wind energy production for two European cities and one US American city. The simulation follows the framework presented by Rezaeiha et al. (2020) and extends it by using the reanalysis wind grid dataset MERRA2 by NASA (GES DISC, 2020). The dataset combines reliable and complete weather observations in a standardized manner on a global scale, mitigating observation gaps of meteorological stations. This allows us to provide a preliminary potential analysis, that can be applied to almost any city worldwide. The analyzed cities show considerable urban wind energy farming potential. For the city of Lisbon, Portugal, the installation of seven VAWT on 264 buildings between 20 115 m throughout the city provides an annual wind energy production potential (AEPP) of 17,046 MWh, which approximately corresponds to the annual electricity consumption of 13,275 residents. In Hamburg, Germany, the AEPP amounts to 38,883 MWh produced by 4,970 turbines (seven turbines on 710 buildings), which approximately corresponds to the annual electricity consumption of 38,883 residents. In Boston, Massachusetts, USA seven turbines on 671 buildings between 20 220 m yield an AEPP of 29,171 MWh, which covers the annual electricity consumption of 6,400 residents. Individual insights for each city can be derived from this analysis, such that a general direction of thrust for the expansion of urban wind energy in a city can be derived. Additionally, the AEEP can easily be increased by using more efficient HAWT, whereby technological advancements in recent years have made them applicable even for the urban environment setting.
Zusammenfassung:
Klimapolitische Herausforderungen verstärken die Suche nach zusätzlichen Elementen der erneuerbaren Energieerzeugung. Windenergie in kleinem Maßstab bietet neue Möglichkeiten zur dezentralen Stromerzeugung, während gleichzeitig Netzabhängigkeit und Übertragungsverluste vermieden werden. Dieses Papier präsentiert eine Potenzialanalyse für die urbane Windenergieproduktion für zwei europäische Städte und eine US-amerikanische Stadt. Die Simulation folgt dem von Rezaeiha et al. (2020) vorgestellten Rahmen und erweitert diesen durch die Verwendung des Reanalyse-Windnetz-Datensatzes MERRA2 der NASA (GES DISC, 2020). Der Datensatz vereint zuverlässige und vollständige Wetterbeobachtungen in standardisierter Weise auf globaler Ebene und mildert Beobachtungslücken meteorologischer Stationen. Dies ermöglicht uns eine vorläufige Potenzialanalyse, die auf nahezu jede Stadt weltweit angewendet werden kann. Die analysierten Städte zeigen ein beträchtliches Potenzial für die urbane Windenergienutzung. Für die Stadt Lissabon, Portugal, ergibt sich durch die Installation von sieben VAWT auf 264 Gebäuden zwischen 20 115 m im gesamten Stadtgebiet ein jährliches Windenergie-Erzeugungspotenzial (AEPP) von 17.046 MWh, was in etwa dem jährlichen Stromverbrauch von 13.275 Einwohnern entspricht. In Hamburg, Deutschland, beträgt das AEPP 38.883 MWh, produziert von 4.970 Turbinen (sieben Turbinen auf 710 Gebäuden), was ungefähr dem jährlichen Stromverbrauch von 38.883 Einwohnern entspricht. In Boston, Massachusetts, USA ergeben sieben Turbinen auf 671 Gebäuden zwischen 20 220 m ein AEPP von 29.171 MWh, was dem jährlichen Stromverbrauch von 6.400 Einwohnern entspricht. Aus dieser Analyse lassen sich individuelle Erkenntnisse für jede Stadt ableiten, so dass eine generelle Stoßrichtung für den Ausbau der urbanen Windenergie in einer Stadt abgeleitet werden kann. Zusätzlich kann der AEEP durch den Einsatz effizienterer HAWT leicht erhöht werden, wobei die technologischen Fortschritte der letzten Jahre diese auch für den städtischen Bereich einsetzbar gemacht haben.
