Windmills: Ancestors of the wind power generation

Abstract

A brief description of the windmills from the second millennium BC to the Renaissance is presented. This survey is a part of several studies conducted by the authors on technology in the ancient world. The windmills are the first motor, other than human muscles, and are the ancestors of the modern wind turbines. Some authors’ virtual reconstructions of old windmills are also presented. The paper shows that the operating principle of many modern machines had already been conceived in the ancient times by using a technology that was more advanced than expected, but with two main differences, as follows: Similar tasks were accomplished by using much less energy; and the environmental impact was nil or very low. Modern designers should sometimes consider simplicity rather than the use of a large amount of energy.

Keywords

windmills / ancient machines / history of windmill

References

[1] Rossi C, Russo F, Russo F. Ancient Engineers’ Inventions: Precursors of the Present. Springer, 2009

[2] Rossi C. On designs by ancient engineers. Journal of Mechanical Design, 2013, 135(6): 061007

[3] Rossi C. Some examples of the hellenistic surprising knowledge: Its possible origin from the east and its influence on later Arab and European engineers. Rivista Storica dell’Antichità, 2014, 44: 61–84

[4] Rossi C, Pagano S. A study on possible motors for siege towers. Journal of Mechanical Design, 2011, 133(7): 74–82

[5] Rossi C, Savino S, Messina A,  Performance of Greek-Roman artillery. Arms & Armor, 2015, 12(1): 67–89 

[6] Penta F, Rossi C, Savino S. Mechanical behavior of the imperial carroballista. Mechanism and Machine Theory, 2014, 80: 142–150 

[7] Rossi C. Ancient throwing machines: A method to compute their performances. Mechanism and Machine Theory, 2012, 51: 1–13 

[8] Lin T Y, Lin W F. Structure and motion analyses of the sails of Chinese Great Windmill. Mechanism and Machine Theory, 2012, 48: 29–40 

[9] Sun L, Li A. Rolling-element bearings in China: From ancient times to the 20th century. Frontiers of Mechanical Engineering, 2016, 11(1): 33–43 

[10] Zhang B. Ancient Chinese Windmills. In: Yan H S, Ceccarelli M, eds. International Symposium on History of Machines and Mechanisms. Springer, 2008, 203–214

[11] Yan H S. Reconstruction Designs of Lost Ancient Chinese Machinery. Amsterdam: Springer, 2007 

[12] Sun L, Zhang B, Lin T Y,  An investigation and reconstruction of traditional vertical-axle-styled “Chinese Great Windmill” and its square-pallet chain-pump. In: Yan H S, Ceccarelli M, eds. International Symposium on History of Machines and Mechanisms. Springer, 2008, 295–308

[13] Bhandarkar A D, Dhakulkar K T. Review of vertical axis wind turbine. International Journal of Pure and Applied Research in Engineering and Technology, 2015, 3(11): 113–122

[14] Ragheb M. Wind Generetors History. 2014. Retrieved from 

[15] Calvert N G. Windpower in Eastern Crete. Excerpt Transactions of the Newcomen Society, 1971, 44(1): 137–144 

[16] Arias P, Ordóñez C, Lorenzo H,  Methods for documenting historical agro-industrial buildings: A comparative study and a simple photogrammetric method. Journal of Cultural Heritage, 2006, 7(4): 350–354 

[17] Wade N. Windmills: The resurrection of an ancient energy technology. Science, 1974, 184(4141): 1055–1058 

[18] Shepherd D G. Historical Development of the Windmill. DOE/NASA Report DOE/NASA/5266-2. 1991

[19] Kaldellis J K, Zafirakis D. The wind energy (r)evolution: A short review of a long history. Renewable Energy, 2011, 36(7): 1887–1901 

[20] Forbes R J. Man the Maker: A History of Technology and Engineering. London: Abelard-Schuman, 1958

[21] Veranzio F. New Machines: With Declaration in Latin, Italian, Spanish, French and German. Venice, 1617

[22] Aleotti G B. The Artificial and Intriguing Pneumatic Movements by Heron. Bologna, 1589. Retrieved from 

[23] Tamura J. Calculation method of losses and efficiency of wind generators. In: Muyeen S M, ed. Wind Energy Conversion Systems. London: Springer, 2012

[24] Jaforte R. Mechanics and Machines for Agriculture. Torino: S.E.I., 1946

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg