Quanta terra è necessaria per le turbine eoliche?

Dal 2007, la capacità di generazione eolica negli Stati Uniti è cresciuta a un ritmo del 30% all'anno, più velocemente di qualsiasi altra tecnologia di generazione di energia. Il tasso di crescita continua ad aumentare nonostante la complessità dell'utilizzo della tecnologia eolica. Ad esempio, ci sono ancora domande sulla corretta disposizione dei parchi eolici e sulla quantità di superficie necessaria per installarli in modo efficiente. I progetti di energia eolica su scala industriale e le turbine eoliche residenziali hanno una serie completamente separata di considerazioni di progettazione.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

Le turbine eoliche richiedono un flusso o aria immutabile e ininterrotto per funzionare in modo efficace, il che significa che non devono esserci ostacoli nelle vicinanze. I ricercatori hanno suggerito che per le turbine eoliche residenziali sono sufficienti 150 metri di distanza dagli ostacoli vicini. Nel caso della spaziatura dei parchi eolici, le turbine devono essere distanti almeno 7 diametri di rotore l'una dall'altra.

Una turbina eolica è più efficace quando funziona in un flusso d'aria costante, regolare, immutabile e ininterrotto. Ciò non accade mai nel mondo reale, ma quando si pianifica dove installare una turbina eolica le posizioni devono essere il più vicino possibile all'ideale. Per i sistemi residenziali non è tanto una questione di quanta area ha bisogno la turbina eolica, ma di quanta distanza è necessaria tra la turbina eolica e altri ostacoli. Una regola empirica è installare una turbina eolica a 150 metri (492,1 piedi) di distanza da qualsiasi ostacolo vicino e ad un'altezza in modo tale che la parte inferiore delle pale del rotore si trovi a 9 metri (29,5 piedi) al di sopra degli ostacoli, inclusi edifici e alberi.

I parchi eolici sono array di grandi turbine progettate per generare energia elettrica su larga scala. Le grandi turbine nei parchi eolici non sono diverse dalle turbine residenziali per un aspetto: funzionano meglio con il vento che scorre dolcemente. Se qualcosa disturba il flusso d'aria, crea turbolenza, rendendo la turbina meno efficiente. Ogni turbina eolica crea turbolenza nell'area dietro e intorno ad essa, quindi le turbine devono essere ben distanziate l'una dall'altra. Le distanze in questo caso sono espresse in diametri del rotore. La regola empirica generale per la spaziatura dei parchi eolici è che le turbine sono distanti circa 7 diametri di rotore l'una dall'altra. Quindi un rotore di 80 metri (262 piedi) dovrebbe essere a 560 metri - più di un terzo di miglio - dalle turbine adiacenti. I ricercatori della Johns Hopkins University hanno proposto che il doppio dello spazio aumenterebbe l'efficienza complessiva.

Le regole pratiche sono proprio questo: espressioni semplificate per avere un'idea approssimativa dei requisiti di sistema. Per scoprire cosa sta succedendo nel mondo reale, i ricercatori del National Renewable Energy Laboratory, NREL, hanno esaminato 172 progetti di energia eolica su larga scala per vedere quanta terra stanno realmente utilizzando. L'uso diretto del suolo è una misura dell'area di cose come il pad della torre in cemento, le sottostazioni elettriche e le nuove strade di accesso. Negli Stati Uniti, l'uso diretto del suolo per le turbine eoliche arriva a tre quarti di acro per megawatt di capacità nominale. Cioè, una turbina eolica da 2 megawatt richiederebbe 1,5 acri di terra.

In ogni parco eolico c'è molto spazio tra le turbine. Parte di quello spazio serve per ridurre al minimo la turbolenza, ma parte per seguire le linee di cresta o evitare altri ostacoli. Gran parte di quest'area è utilizzata per altri scopi, come fattorie agricole. I ricercatori del NREL hanno anche esaminato questo uso totale del suolo. Hanno trovato una media approssimativa di 4 megawatt per chilometro quadrato (circa 10 megawatt per miglio quadrato). Quindi una turbina eolica da 2 megawatt richiederebbe un'area totale di circa mezzo chilometro quadrato (circa due decimi di miglio quadrato).

I requisiti normativi determinano in gran parte l'area richiesta dalle turbine eoliche. Ci sono più di 3.000 contee negli Stati Uniti, la maggior parte responsabili delle normative sulla zonizzazione del vento, ed è improbabile che ognuna abbia un esperto sull'ubicazione delle turbine eoliche. Questo porta ad alcune regole abbastanza arbitrarie. Le disposizioni per le battute d'arresto sono un buon esempio e potrebbero avere un impatto sulla quantità di spazio di cui ha bisogno un array di turbine. Poiché la tecnologia eolica è relativamente nuova e in rapida evoluzione, non ci sono molti dati sugli svantaggi o sui pericoli dell'ubicazione delle turbine vicino ad altre strutture, quindi ci sono alcune decisioni quasi casuali sulla distanza minima che le turbine eoliche dovrebbero essere situate dalle linee di proprietà. I regolamenti di battuta d'arresto negli Stati Uniti variano da una distanza "in modo che il rumore delle turbine non sia un intrusione", a "due volte l'altezza del sistema, comprese le pale del rotore", a 304,8 metri uniformi (1.000 piedi).