Hoeveel land is er nodig voor windturbines?

Sinds 2007 is de windopwekkingscapaciteit in de Verenigde Staten met 30 procent per jaar gegroeid, sneller dan enige andere energieopwekkingstechnologie. Het groeitempo blijft toenemen ondanks de complexiteit van het gebruik van windtechnologie. Zo zijn er nog vragen over de juiste inrichting van windparken en de hoeveelheid grond die nodig is om ze efficiënt te installeren. Windenergieprojecten op utiliteitsschaal en residentiële windturbines hebben een hele aparte reeks ontwerpoverwegingen.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Windturbines hebben een onveranderlijke en ononderbroken luchtstroom of lucht nodig om effectief te kunnen werken, wat betekent dat er geen obstakels in de buurt mogen zijn. Onderzoekers hebben gesuggereerd dat voor residentiële windturbines 150 meter afstand van nabijgelegen obstakels voldoende is. Bij windparkafstanden moeten turbines minimaal 7 rotordiameters van elkaar verwijderd zijn.

Een windturbine is het meest effectief wanneer deze in een stabiele, soepele, onveranderlijke en ononderbroken luchtstroom werkt. Dat gebeurt in de echte wereld nooit, maar bij het plannen van de installatie van een windturbine moeten de locaties zo dicht mogelijk bij het ideaal liggen. Voor residentiële systemen is dit niet zozeer een kwestie van hoeveel oppervlakte de windturbine nodig heeft, maar van hoeveel afstand er nodig is tussen de windturbine en andere obstakels. Een vuistregel is om een ​​windturbine te installeren op 150 meter (492,1 voet) van een obstakel in de buurt en op een hoogte zodanig dat de onderkant van de rotorbladen zich 9 meter (29,5 voet) boven de obstakels zal bevinden, inclusief gebouwen en bomen.

Windparken zijn arrays van grote turbines die zijn ontworpen om elektrische energie op utiliteitsschaal op te wekken. De grote turbines in windparken zijn in één opzicht niet anders dan residentiële turbines: ze werken het beste met soepel stromende wind. Als iets de luchtstroom verstoort, ontstaat er turbulentie, waardoor de turbine minder efficiënt wordt. Elke windturbine zorgt voor turbulentie in het gebied erachter en er omheen, dus de turbines moeten ver uit elkaar staan. De afstanden worden in dit geval uitgedrukt in rotordiameters. De algemene vuistregel voor de afstand tussen windparken is dat turbines ongeveer 7 rotordiameters van elkaar verwijderd zijn. Dus een rotor van 80 meter (262 voet) zou 560 meter - meer dan een derde van een mijl - van aangrenzende turbines moeten zijn. Onderzoekers van de Johns Hopkins University hebben voorgesteld dat twee keer zoveel tussenruimte de algehele efficiëntie zou verhogen.

Vuistregels zijn precies dat: vereenvoudigde uitdrukkingen om een ​​globaal idee te krijgen van de systeemvereisten. Om erachter te komen wat er in de echte wereld gebeurt, onderzochten onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory, NREL, 172 grootschalige windenergieprojecten om te zien hoeveel land ze echt gebruiken. Het directe landgebruik is een maat voor de oppervlakte van onder meer het betonnen torenpad, de elektriciteitsstations en nieuwe ontsluitingswegen. In de Verenigde Staten bedraagt ​​het directe landgebruik voor windturbines driekwart acre per megawatt nominaal vermogen. Dat wil zeggen, een windturbine van 2 megawatt zou 1,5 hectare land nodig hebben.

In elk windpark is er veel ruimte tussen de turbines. Een deel van die ruimte is bedoeld om turbulentie te minimaliseren, maar een deel is om noklijnen te volgen of andere obstakels te vermijden. Een groot deel van dit gebied wordt gebruikt voor andere doeleinden, zoals agrarische boerderijen. Ook de NREL-onderzoekers hebben dit totale landgebruik in kaart gebracht. Ze vonden een ruw gemiddelde van 4 megawatt per vierkante kilometer (ongeveer 10 megawatt per vierkante mijl). Dus een windturbine van 2 megawatt zou een totale oppervlakte van ongeveer een halve vierkante kilometer (ongeveer twee tiende van een vierkante mijl) nodig hebben.

Wettelijke vereisten bepalen grotendeels het gebied dat windturbines nodig hebben. Er zijn meer dan 3.000 provincies in de Verenigde Staten - waarvan de meeste verantwoordelijk zijn voor de regelgeving voor windzones - en het is onwaarschijnlijk dat elk een expert heeft op het gebied van de plaatsing van windturbines. Dat leidt tot nogal willekeurige regels. De voorzieningen voor tegenvallers zijn een goed voorbeeld en kunnen gevolgen hebben voor de hoeveelheid ruimte die een turbine-array nodig heeft. Omdat windtechnologie relatief nieuw is en snel verandert, zijn er niet veel gegevens over de nadelen of gevaren van het plaatsen van turbines in de buurt van andere constructies, dus er zijn een aantal bijna willekeurige beslissingen over de minimale afstand die windturbines moeten hebben vanaf eigendomslijnen. Regelgeving voor tegenvallers in de Verenigde Staten varieert van een afstand "zodat het geluid van de turbines geen probleem is" binnendringing", tot "twee keer de hoogte van het systeem, inclusief de rotorbladen", tot een uniforme 304,8 meter (1.000 voeten).