Wie viel Land wird für Windkraftanlagen benötigt?

Seit 2007 ist die Windkraftkapazität in den Vereinigten Staaten mit einer Geschwindigkeit von 30 Prozent pro Jahr gewachsen, schneller als jede andere Stromerzeugungstechnologie. Trotz der Komplexität der Windtechnologienutzung nimmt die Wachstumsrate weiter zu. Es gibt zum Beispiel noch Fragen zur richtigen Auslegung von Windparks und zur benötigten Landfläche, um sie effizient zu errichten. Windkraftprojekte im Versorgermaßstab und Windkraftanlagen für Wohngebäude haben eine ganze Reihe unterschiedlicher Designüberlegungen.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Windkraftanlagen benötigen eine konstante und ununterbrochene Strömung oder Luft, um effektiv zu arbeiten, dh es dürfen keine Hindernisse in der Nähe sein. Forscher haben vorgeschlagen, dass für Wohnwindturbinen 150 Meter Abstand zu nahe gelegenen Hindernissen ausreichen. Bei Windparkabständen müssen die Turbinen mindestens 7 Rotordurchmesser voneinander entfernt sein.

Eine Windkraftanlage ist am effektivsten, wenn sie in einem stetigen, gleichmäßigen, unveränderlichen und ununterbrochenen Luftstrom betrieben wird. Das passiert in der realen Welt nie, aber bei der Planung, wo eine Windkraftanlage installiert werden soll, müssen die Standorte so nah wie möglich am Ideal liegen. Bei Wohnanlagen kommt es weniger darauf an, wie viel Fläche die Windkraftanlage benötigt, sondern wie viel Abstand zwischen der Windkraftanlage und anderen Hindernissen benötigt wird. Als Faustregel gilt, eine Windkraftanlage 150 Meter (492,1 Fuß) von einem nahegelegenen Hindernis entfernt und in einer Höhe zu installieren so dass sich die Unterseite der Rotorblätter 9 Meter (29,5 Fuß) über den Hindernissen befindet, einschließlich Gebäude und Bäume.

Windparks sind Ansammlungen großer Turbinen, die zur Erzeugung von elektrischem Strom im Versorgungsmaßstab entwickelt wurden. Die großen Turbinen in Windparks unterscheiden sich in einem Punkt nicht von Turbinen für Wohngebäude: Sie funktionieren am besten bei sanft fließendem Wind. Wenn etwas den Luftstrom stört, entstehen Turbulenzen, wodurch die Turbine weniger effizient wird. Jede Windkraftanlage erzeugt im Bereich dahinter und um sie herum Turbulenzen, daher müssen die Windkraftanlagen weit voneinander entfernt sein. Die Abstände werden in diesem Fall in Rotordurchmessern ausgedrückt. Als Faustregel für Windparkabstände gilt, dass Turbinen etwa 7 Rotordurchmesser voneinander entfernt sind. Ein 80 Meter langer Rotor müsste also 560 Meter – mehr als eine Drittelmeile – von benachbarten Turbinen entfernt sein. Forscher der Johns Hopkins University haben vorgeschlagen, dass ein doppelt so großer Abstand die Gesamteffizienz erhöhen würde.

Faustregeln sind genau das: vereinfachte Ausdrücke, um eine grobe Vorstellung von den Systemanforderungen zu bekommen. Um herauszufinden, was in der realen Welt passiert, haben Forscher des National Renewable Energy Laboratory, NREL, 172 große Windkraftprojekte untersucht, um zu sehen, wie viel Land sie wirklich nutzen. Die direkte Landnutzung ist ein Maß für die Fläche beispielsweise der Betonturmauflage, der Umspannwerke und neuer Zufahrtsstraßen. In den Vereinigten Staaten beträgt die direkte Landnutzung für Windkraftanlagen dreiviertel Acre pro Megawatt Nennleistung. Das heißt, eine 2-Megawatt-Windturbine würde 1,5 Hektar Land benötigen.

In jedem Windpark gibt es viel Platz zwischen den Turbinen. Ein Teil dieses Platzes dient dazu, Turbulenzen zu minimieren, aber ein anderer dient dazu, Kammlinien zu folgen oder anderen Hindernissen auszuweichen. Ein Großteil dieser Fläche wird für andere Zwecke wie landwirtschaftliche Betriebe genutzt. Die NREL-Forscher untersuchten auch diese gesamte Landnutzung. Sie fanden einen groben Durchschnitt von 4 Megawatt pro Quadratkilometer (etwa 10 Megawatt pro Quadratmeile). Eine 2-Megawatt-Windkraftanlage würde also eine Gesamtfläche von etwa einem halben Quadratkilometer (etwa zwei Zehntel einer Quadratmeile) benötigen.

Regulatorische Anforderungen bestimmen maßgeblich den Flächenbedarf von Windkraftanlagen. Es gibt mehr als 3.000 Landkreise in den Vereinigten Staaten – die meisten von ihnen sind für die Windzonenregelung zuständig – und es ist unwahrscheinlich, dass jeder einen Experten für die Aufstellung von Windkraftanlagen hat. Das führt zu recht willkürlichen Regelungen. Die Rückstellungen für Rückschläge sind ein gutes Beispiel und könnten sich auf den Platzbedarf einer Turbinengruppe auswirken. Da die Windtechnologie relativ neu ist und sich schnell verändert, gibt es nicht viele Daten zu den Nachteilen oder Gefahren der Aufstellung von Turbinen in der Nähe anderer Bauwerke, so dass es fast zufällige Entscheidungen über den Mindestabstand von Windkraftanlagen zu Grundstücksgrenzen gibt. In den Vereinigten Staaten variieren die Rücksetzvorschriften von weitem, "damit Lärm von den Turbinen kein Problem ist" Intrusion", auf "die doppelte Höhe der Anlage inklusive der Rotorblätter" auf einheitlich 304,8 Meter (1.000 Füße).