Der Wind ist eine der nachhaltigsten natürlichen Ressourcen der Erde, wenn es um die Erzeugung elektrischer Energie geht. Um ihn nutzbar zu machen, müssen Sie nur eine Windkraftanlage bauen, die die Luftbewegung in Bewegungsenergie umwandelt. Um dies in großem Maßstab zu tun, benötigt man jedoch einen Windpark – eine Ansammlung speziell konstruierter Windturbinen, die in der Landschaft oder auf dem Meer aufgestellt werden, wo der Wind gleichmäßig und stark weht. Windturbinen haben mehrere Flügel, die hoch auf Türmen angebracht sind, die sich im Wind drehen und Energie ernten.
Industrieexperten sagen, dass die Vereinigten Staaten über genügend Windressourcen verfügen, um ihre derzeitige Winderzeugungskapazität effektiv zu verdoppeln, und dass dies mit einer Reihe von Umweltvorteilen verbunden ist. Allein in Amerika verhindert die Windenergie die Freisetzung von etwa 62 Millionen Tonnen Treibhausgasen und spart jährlich 20 Milliarden Gallonen Wasser.
Zu den potenziellen Hindernissen beim Bau von Windparks gehören die öffentliche Kontroverse über die Platzierung der Windturbinen, Herausforderungen bei der Genehmigung, finanzielle Bedenken und technische Fragen, wie die Notwendigkeit der Infrastruktur, um den Strom an das Stromnetz zu übertragen, das die Kunden versorgt. Wenn Sie jedoch Ihren eigenen Windpark errichten möchten, ist das nicht allzu schwer zu bewerkstelligen.
Erste Schritte: Planung Ihres Windparks
Der Bau eines Windparks ist ein großes Projekt, das Teams von Spezialisten erfordert, um die vielen Aspekte des Projekts zu bewältigen – von der Konzeption über die Planung bis hin zur Umsetzung. Die Planung ist bei dieser Art der Energieerzeugung besonders wichtig. Der richtige Standort muss auf Risiken für die Tierwelt geprüft werden, Genehmigungen müssen eingeholt und die Turbinen selbst müssen getestet werden.
Zunächst muss ein Standort gewählt werden, der über genügend Windressourcen verfügt. Die besten Standorte für kommerzielle Windparks haben Windgeschwindigkeiten von 13 Meilen pro Stunde (6 Meter pro Sekunde) oder mehr, so die American Wind Energy Association. Auch wenn es den Anschein hat, dass je mehr Wind, desto besser ist, kann zu viel Wind die Ausrüstung belasten und das Projekt teurer machen.
Spezielle Windgeschwindigkeitskarten können Ihnen helfen, eine Region mit geeigneten Windressourcen zu identifizieren. Das U.S. Department of Energy bietet beispielsweise eine praktische Windkarte an. Sie können auch selbst Messungen der Windenergie mit einem Anemometer an dem Standort vornehmen, den Sie in Betracht ziehen. Einige Staaten bieten sogar Leihprogramme für Anemometer an. Ihr Ingenieur kann spezialisierte Dienste und Software nutzen, um den Standort zu optimieren, wie z.B. Windnavigator und GH WindFarmer, die Topographie, Wetterbedingungen und Aerodynamik analysieren.
Darüber hinaus müssen Sie spezielle Belange des Zielstandorts berücksichtigen, wie z.B. Straßenzugang, potenzielle Lärmbelastung, flackernde Schatten der Flügel und kulturelle Fragen.
Abschätzung der Risiken für die Tierwelt
Die sich drehenden Flügel von Windturbinen können gefährdete Vögel, Fledermäuse, Greifvögel und Wasservögel töten, daher ist es am besten, die Turbinen weit weg von stark frequentierten Wildtierkorridoren und jährlichen Zugwegen zu positionieren. Das U.S. Fish and Wildlife Service’s Wind Turbine Guidelines Advisory Committee empfiehlt einen mehrstufigen Ansatz, der eine vorläufige Bewertung, eine Standortcharakterisierung und Feldstudien umfasst, um die Arten und Lebensräume, die durch den Windpark geschädigt werden, vorherzusagen und zu bewerten.
Als Standortentwickler müssen Sie eng mit der zuständigen Regierungsbehörde (oder Genehmigungsbehörde) zusammenarbeiten, um den Tod von Tieren durch den Windpark zu reduzieren und zu mildern. In einigen Fällen kann es sein, dass Sie den Windpark in sensiblen Gebieten bauen dürfen, wenn Sie den Betrieb so verändern, dass er wildtierfreundlicher wird. Zum Beispiel könnte von Ihnen verlangt werden, die Turbinen während der Migrationszeiten oder in windschwachen Zeiten vorübergehend abzuschalten, wenn Fledermäuse am aktivsten sind und der Stromertrag minimal ist.
Windparkkosten und Finanzierung
Überlegen Sie, wie viel Energie Sie produzieren wollen – oder wie viel der Standort produzieren kann – und wie viel Geld Sie ausgeben können. Allein die Anschaffung von Windturbinen kann Sie durchschnittlich 1,37 Millionen Dollar pro Megawatt Leistung kosten.
Generell ist es für Energieversorger günstiger, Windkraftanlagen zu entwickeln als für private Investoren, weil sie günstige Finanzierungsstrukturen nutzen können, die die Kosten um etwa 30 Prozent oder 1,4 Cent pro Kilowattstunde reduzieren, so ein Bericht des US-Energieministeriums.
Auch staatliche Förderprogramme erleichtern die Entwicklung eines Windparks. Der Production Tax Credit (PTC) bietet jetzt eine Steuergutschrift von 2,3 Cent pro Kilowattstunde während der ersten zehn Jahre des Betriebs.
Um die Kosten für die Finanzierung Ihres Windprojekts zu berechnen, geben Sie Ihre spezifischen Details in die interaktiven BITES-Tools (Gebäude, Industrie, Transport und Stromszenarien) ein, die vom National Renewable Energy Laboratory bereitgestellt werden. Sie können auch die Datenbank der staatlichen und bundesstaatlichen Anreize für erneuerbare Energien durchsuchen.
Sicherstellen, dass Ihr Betrieb die gesetzlichen Anforderungen erfüllt
Stromerzeuger unterliegen Bundesgesetzen wie dem Public Utility Regulatory Policies Act von 1978 (PURPA), dem Energy Policy Act von 2005 (EPACT 2005) und dem Energy Independence and Security Act von 2007 (EISA 2007). Einzelne Bundesstaaten haben auch unterschiedliche Auslegungen, wie diese Bundesgesetze anzuwenden sind, und sie haben unterschiedliche Mandate zur Förderung erneuerbarer Energien durch Renewable Portfolio Standards (RPS)-Gesetze.
Ein Anwalt oder Berater, der sich auf die Entwicklung erneuerbarer Energien spezialisiert hat, kann Ihnen helfen, sich in den Gesetzen zurechtzufinden, die für Ihr geplantes Projekt gelten. Diese Personen können Ihnen auch dabei helfen, die verschiedenen Bau- und Umweltgenehmigungen zu erhalten, die Sie von den Behörden benötigen.
Wenn Ihr Windpark auf staatlichem Grund steht oder einen Partner in einer Bundesbehörde hat, kann die Genehmigung von einem formalen Umweltverträglichkeitsprüfungsprozess abhängig sein. Zum Beispiel unterliegen Windparks auf Grundstücken, die vom U.S. Bureau of Land Management verwaltet werden, bestimmten Richtlinien, die dazu dienen, staatlich geschützte Arten und andere natürliche Ressourcen zu schützen.
Ausrüstung und Windparkdesign identifizieren
Moderne Windturbinen sind schlanker und größer als altmodische Windmühlen, mit enormen Flügeln und Türmen, die so hoch wie Hochhäuser sind. Die genaue Platzierung dieser Turbinen in einem Windpark beeinflusst die gesamte Energieproduktion.
Generell gilt: Je größer die Windturbine, desto größer ihre Erzeugungskapazität. Die am häufigsten installierte Windturbine hat eine Leistung von 1,5 Megawatt und kann bis zu 500 Haushalte mit Strom versorgen, aber neuere Modelle sind noch größer. Auf der Website von General Electric sind Größen von bis zu 3,4 Megawatt für den Onshore-Einsatz und bis zu sechs Megawatt für den Offshore-Einsatz aufgeführt. Andere führende Hersteller von Windturbinen sind Vestas, Goldwind, Enercon, Siemens, Sulzon, Gamesa, United Power, Ming Yang und Nordex.
Große und schwere Windturbinen erfordern größere Fundamente und sind teurer in der Installation. Offshore-Windturbinen müssen für die Bedingungen auf dem Meer ausgelegt sein. Windturbinen laufen selten mit voller Leistung, da ihre Energieerzeugung wetterabhängig ist.
Zusätzlich zu den Windturbinen benötigt ein Windpark ein Stromsammelsystem, Transformatoren, ein Kommunikationsnetz und Umspannwerke. Darüber hinaus wird ein SCADA-Informationssystem (Supervisory Control and Data Acquisition) zur Leistungsüberwachung eingesetzt. Ein Ingenieur kann Ihnen je nach Standort, Finanzen und Energiezielen die geeignete Ausrüstung und Turbinenplatzierung empfehlen.
Sichere Übertragungskapazität
Wenn Sie einen Windpark im kommerziellen Maßstab planen, benötigen Sie eine Möglichkeit, Energie an Groß- oder Einzelhandelskunden zu liefern. Dies erfordert in der Regel Übertragungsleitungen, die die Leistung Ihres Windparks mit dem Stromübertragungsnetz – dem Energienetz – in Ihrer Region verbinden. Für kommerzielle Windparks an abgelegenen Standorten kann es eine Herausforderung sein, Übertragungskapazitäten und die Anbindung an das Stromnetz zu sichern.
Alternativ können kleinere Windparks als eigene Stromquelle für eine Gemeinde oder ein Unternehmen genutzt werden. In diesen Fällen benötigt der Windpark möglicherweise keine Verbindung zum regulären Stromnetz. Um überschüssigen Strom zu verkaufen, benötigen Sie jedoch immer noch eine Möglichkeit, diesen Strom an das Stromversorgungsunternehmen zu liefern.
Weitere Informationen erhalten Sie beim National Renewable Energy Laboratory (NREL), das mit Windentwicklern zusammenarbeitet, um Übertragungskapazitäten und Verbindungsmöglichkeiten zu sichern. Die Utility Wind Integration Group bietet auch Ressourcen für den Anschluss eines Windparks an das Stromnetz.
Installation, Test und Betrieb der Anlage
Der Bau eines Windparks kann innerhalb weniger Monate abgeschlossen werden. Es kann jedoch sein, dass Sie zunächst Straßen zum Standort bauen müssen, um die Windturbinen und andere Ausrüstung anzuliefern.
Für jede Windturbine müssen Sie ein Loch ausheben und es mit Stahlbeton füllen, der als stabilisierendes Fundament dient. Dieser Prozess ist bei felsigen Bedingungen oder bei Offshore-Windparks anspruchsvoller. Sobald das Fundament vorbereitet ist, müssen Sie die Turbinen mit speziellen Hebezeugen aufstellen.
Als Nächstes bringen Sie die elektrische Verkabelung und die Systeme an und führen Tests durch, um sicherzustellen, dass alle Elemente ordnungsgemäß funktionieren. Es dauert oft sechs Monate, bis die Fehler ausgebügelt sind und der Windpark seine volle kommerzielle Produktionskapazität erreicht.
Jede Windturbine benötigt etwa eine Woche Routinewartung pro Jahr. Die American Wind Energy Association sagt, dass es einen Windtechniker braucht, um alle 10 Megawatt der installierten Erzeugungskapazität zu warten.