Hur mycket mark behövs för vindkraftverk?

Sedan 2007 har vindkraftskapaciteten i USA ökat i en takt på 30 procent per år, snabbare än någon annan kraftgenereringsteknik. Tillväxttakten fortsätter att öka trots komplexiteten i att använda vindteknik. Till exempel finns det fortfarande frågor om hur vindkraftsparkerna är korrekt utformade och hur mycket markareal som krävs för att effektivt installera dem. Projekt för vindkraftsverktyg och vindkraftverk för bostäder har en helt separat uppsättning designhänsyn.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Vindkraftverk behöver ett oföränderligt och oavbrutet flöde eller luft för att fungera effektivt, vilket innebär att det inte får finnas några hinder i närheten. Forskare har föreslagit att för bostäder är vindkraftverk 150 meter från närliggande hinder tillräckligt. När det gäller vindkraftsavstånd måste vindkraftverk vara minst 7 rotordiametrar från varandra.

En vindkraftverk är mest effektiv när den arbetar i ett jämnt, jämnt, oföränderligt och oavbrutet luftflöde. Det händer aldrig i den verkliga världen, men när man planerar var man installerar en vindkraftverk måste platserna vara så nära idealet som möjligt. För bostadssystem är det inte så mycket en fråga om hur mycket område vindkraftverket behöver utan hur mycket avstånd som krävs mellan vindkraftverk och andra hinder. En tumregel är att installera en vindkraftverk 150 meter (492,1 fot) från alla närliggande hinder och på en höjd så att botten på rotorbladen kommer att vara 9 meter (29,5 fot) över hindren, inklusive byggnader och träd.

Vindkraftparker är uppsättningar av stora turbiner som är konstruerade för att generera elkraft från elnätet. De stora turbinerna i vindkraftparker skiljer sig inte från bostadsturbiner på ett sätt: de fungerar bäst med jämn flödande vind. Om något stör luftflödet skapar det turbulens, vilket gör turbinen mindre effektiv. Varje vindkraftverk skapar turbulens i området bakom och runt den, så turbinerna måste placeras väl åtskilda från varandra. Avstånden uttrycks i detta fall i rotordiametrar. Den allmänna tumregeln för vindkraftsavstånd är att vindkraftverk ligger cirka 7 rotordiametrar från varandra. Så en 80 meter (262 fot) rotor skulle behöva vara 560 meter - mer än en tredjedel av en mil - från angränsande turbiner. Forskare vid Johns Hopkins University har föreslagit att dubbelt så mycket avstånd skulle öka den totala effektiviteten.

Tummen är just det: förenklade uttryck för att få en grov uppfattning om systemkrav. För att ta reda på vad som händer i den verkliga världen undersökte forskare vid National Renewable Energy Laboratory, NREL, 172 storskaliga vindkraftsprojekt för att se hur mycket mark de verkligen använder. Den direkta markanvändningen är ett mått på ytan för sådana saker som betongtornet, kraftstationerna och nya tillfartsvägar. I USA kommer den direkta markanvändningen för vindkraftverk på tre fjärdedelar tunnland per megawatt nominell kapacitet. Det vill säga en vindkraftverk på 2 megawatt skulle kräva 1,5 hektar mark.

I alla vindkraftsparker är det mycket utrymme mellan vindkraftverk. En del av detta utrymme är för att minimera turbulens, men en del är att följa åslinjer eller undvika andra hinder. Mycket av detta område används för andra ändamål, såsom jordbruksgårdar. NREL-forskarna undersökte också denna totala markanvändning. De hittade ett grovt genomsnitt på 4 megawatt per kvadratkilometer (cirka 10 megawatt per kvadratkilometer). Så en vindkraftverk på 2 megawatt skulle kräva en total yta på ungefär en halv kvadratkilometer (cirka två tiondelar av en kvadratkilometer).

Lagkrav driver i stor utsträckning det område som vindkraftverk kräver. Det finns mer än 3000 län i USA - de flesta av dem ansvarar för regler för vindindelning - och det är osannolikt att var och en har en expert på placering av vindkraftverk. Det leder till några ganska godtyckliga regler. Bestämmelserna för bakslag är ett bra exempel och kan påverka mängden utrymme som en turbinanläggning behöver. Eftersom vindteknik är relativt ny och snabbt förändras finns det inte mycket data om nackdelarna eller farorna med lokaliseringsturbiner nära andra strukturer, så det finns några nästan slumpmässiga beslut om minsta avstånd för vindkraftverk som ska placeras från fastighetslinjer. Regler för bakslag i USA varierar från avstånd "så att buller från turbinerna inte är ett intrång, "till" dubbelt så högt som systemet, inklusive rotorbladen, "till en enhetlig 304,8 meter (1 000 fötter).