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Wilke, A.; Welfens, P.J.J.: Urban Wind Energy Production in European Cities: New Opportunities

Wilke, A.; Welfens, P.J.J.: Urban Wind Energy Production in European Cities: 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. 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, while avoiding inaccuracies based on long-distance interpolation. The analyzed cities show considerable urban wind energy farming potential. For the city of Lisbon, Portugal, the installation of only four VAWT on 264 buildings between 20 115 m throughout the city provides an annual wind energy production potential (AEPP) of 9,203 MWh, which approximately corresponds to the annual electricity consumption of 7,167 residents. In Hamburg, Germany, the AEPP amounts to 16,927 MWh produced by 2,840 turbines (four turbines on 710 buildings), which approximately corresponds to the annual electricity consumption of 10,932 residents. The AEEP can easily be increased by using more efficient HAWT, whereby technological advancements in recent years have made them applicable even in the urban environment setting. Additionally, small wind turbines could be installed on buildings of a height lower than 20 m, especially when the overall built environment of the city is rather flat, such as in Lisbon.

 

Zusammenfassung:

Klimapolitische Herausforderungen verstärken die Suche nach zusätzlichen Elementen für die erneuerbare Energieerzeugung. Die Windenergieerzeugung in kleinem Maßstab bietet neue Möglichkeiten zur dezentralen Stromerzeugung, während gleichzeitig Netzabhängigkeit und Übertragungsverluste vermieden werden. In diesem Beitrag wird eine Potenzialanalyse für die urbane Windenergieerzeugung für zwei europäische Städte vorgestellt. Die Simulation folgt dem von Rezaeiha et al. (2020) vorgestellten Analysegerüst, erweitert ihn aber durch die Verwendung des Reanalyse-Windraster-Datensatzes MERRA2 der NASA (GES DISC, 2020). Dieser kombiniert zuverlässige und vollständige Wetterbeobachtungen in einer standardisierten Weise auf globaler Ebene und verringert dadurch Beobachtungslücken von meteorologischen Stationen. Dies ermöglicht eine erste Potenzialanalyse, wobei Ungenauigkeiten aufgrund von Interpolationen über große Entfernungen vermieden werden können. Die analysierten Städte zeigen ein beträchtliches Potenzial für die urbane Windenergienutzung. Für die Stadt Lissabon, Portugal, ergibt sich durch die Installation von nur vier VAWT auf 264 Gebäuden zwischen 20 115 m im gesamten Stadtgebiet ein jährliches Windenergie-Erzeugungspotenzial von 9.203 MWh, was in etwa dem jährlichen Stromverbrauch von 7.167 Einwohnern entspricht. In Hamburg beträgt das jährliche Windenergie-Erzeugungspotenzial 16.927 MWh, produziert von 2.840 Turbinen (vier Turbinen auf 710 Gebäuden), was ungefähr dem jährlichen Stromverbrauch von 10.932 Einwohnern entspricht. Das jährliche Windenergie-Erzeugungspotenzial kann leicht erhöht werden, indem effizientere HAWT eingesetzt werden, wobei die technologischen Fortschritte der letzten Jahre sie auch im städtischen Umfeld einsetzbar gemacht haben. Zusätzlich könnten kleine Windturbinen auf Gebäuden mit einer Höhe von weniger als 20 m installiert werden, insbesondere wenn die gesamte bebaute Umgebung der Stadt eher flach ist, wie in Lissabon.

 

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