Ile ziemi potrzeba na turbiny wiatrowe?

Od 2007 r. moce wiatrowe w Stanach Zjednoczonych rosły w tempie 30 procent rocznie, szybciej niż jakakolwiek inna technologia wytwarzania energii. Tempo wzrostu nadal rośnie pomimo złożoności wykorzystania technologii wiatrowej. Na przykład wciąż pojawiają się pytania dotyczące właściwego rozplanowania farm wiatrowych i wielkości terenu wymaganego do ich efektywnego zainstalowania. Projekty energetyki wiatrowej na skalę użytkową i turbiny wiatrowe o charakterze mieszkaniowym wymagają całego oddzielnego zestawu rozważań projektowych.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Turbiny wiatrowe do efektywnej pracy potrzebują niezmiennego i nieprzerwanego przepływu lub powietrza, co oznacza, że ​​w pobliżu nie mogą znajdować się żadne przeszkody. Naukowcy zasugerowali, że w przypadku mieszkalnych turbin wiatrowych wystarczy 150 metrów od pobliskich przeszkód. W przypadku rozmieszczenia farm wiatrowych, turbiny muszą być oddalone od siebie o co najmniej 7 średnic wirnika.

Turbina wiatrowa jest najskuteczniejsza, gdy działa w stałym, płynnym, niezmiennym i nieprzerwanym przepływie powietrza. W prawdziwym świecie to się nigdy nie zdarza, ale przy planowaniu miejsca zainstalowania turbiny wiatrowej należy jak najbardziej zbliżyć się do ideału. W przypadku systemów mieszkaniowych nie jest to kwestia tego, ile obszaru potrzebuje turbina wiatrowa, ale ile odległości jest wymaganej między turbiną wiatrową a innymi przeszkodami. Zasadą jest instalowanie turbiny wiatrowej 150 metrów (492,1 stopy) od wszelkich pobliskich przeszkód i na wysokości tak, aby spód łopat wirnika znajdował się 9 metrów (29,5 stopy) nad przeszkodami, w tym budynkami i drzewa.

Farmy wiatrowe to układy dużych turbin zaprojektowanych do generowania energii elektrycznej na skalę użytkową. Duże turbiny w farmach wiatrowych pod jednym względem niczym nie różnią się od turbin przydomowych: najlepiej pracują przy łagodnie płynącym wietrze. Jeśli cokolwiek zakłóca przepływ powietrza, tworzy turbulencje, zmniejszając wydajność turbiny. Każda turbina wiatrowa tworzy turbulencje w obszarze za nią i wokół niej, więc turbiny muszą być odpowiednio oddalone od siebie. Odległości w tym przypadku wyrażone są w średnicach wirnika. Ogólna zasada dotycząca rozmieszczenia farm wiatrowych jest taka, że ​​turbiny są oddalone od siebie o około 7 średnic wirnika. Tak więc 80-metrowy (262-stopowy) wirnik musiałby znajdować się 560 metrów - ponad jedną trzecią mili - od sąsiednich turbin. Naukowcy z Johns Hopkins University zasugerowali, że dwa razy większe odstępy zwiększyłyby ogólną wydajność.

Praktyczne zasady są takie: uproszczone wyrażenia, aby z grubsza zorientować się w wymaganiach systemowych. Aby dowiedzieć się, co dzieje się w prawdziwym świecie, naukowcy z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) przebadali 172 projekty energetyki wiatrowej na dużą skalę, aby zobaczyć, ile ziemi faktycznie wykorzystują. Bezpośrednie użytkowanie terenu jest miarą powierzchni takich rzeczy jak betonowa podkładka pod wieżę, podstacje energetyczne i nowe drogi dojazdowe. W Stanach Zjednoczonych bezpośrednie wykorzystanie gruntów pod turbiny wiatrowe wynosi trzy czwarte akra na megawat mocy znamionowej. Oznacza to, że turbina wiatrowa o mocy 2 megawatów wymagałaby 1,5 akrów ziemi.

W każdej farmie wiatrowej jest dużo miejsca między turbinami. Część tej przestrzeni ma na celu zminimalizowanie turbulencji, ale część ma podążać za liniami grzbietu lub unikać innych przeszkód. Znaczna część tej powierzchni jest wykorzystywana do innych celów, np. gospodarstw rolnych.. Badacze NREL przebadali również to całkowite wykorzystanie gruntów.. Znaleźli przybliżoną średnią 4 megawatów na kilometr kwadratowy (około 10 megawatów na milę kwadratową). Zatem turbina wiatrowa o mocy 2 megawatów wymagałaby całkowitej powierzchni około pół kilometra kwadratowego (około dwóch dziesiątych mili kwadratowej).

Wymagania prawne w dużej mierze wpływają na obszar wymagany przez turbiny wiatrowe. W Stanach Zjednoczonych jest ponad 3000 hrabstw – większość z nich odpowiada za przepisy dotyczące stref wiatrowych – i jest mało prawdopodobne, że każdy z nich ma eksperta od lokalizacji turbin wiatrowych. Prowadzi to do dość arbitralnych regulacji. Dobrym przykładem są przepisy dotyczące komplikacji, które mogą mieć wpływ na ilość miejsca potrzebnego na układ turbin. Ponieważ technologia wiatrowa jest stosunkowo nowa i szybko się zmienia, nie ma zbyt wielu danych na temat wad i zagrożeń związanych z lokalizacją turbin w pobliżu innych konstrukcji, więc istnieją niemal przypadkowe decyzje dotyczące minimalnej odległości turbin wiatrowych od granic nieruchomości. Przepisy dotyczące odwrotów w Stanach Zjednoczonych różnią się na odległość „tak, że hałas z turbin nie jest wtargnięcia”, do „dwukrotnej wysokości systemu, w tym łopat wirnika”, do jednolitego 304,8 metra (1000 stopy).