Wiatr jest jednym z najbardziej zrównoważonych zasobów naturalnych Ziemi, jeśli chodzi o generowanie energii elektrycznej. Aby go wykorzystać, wystarczy zbudować turbinę wiatrową, która przekształca ruch powietrza w energię kinetyczną. Aby jednak zrobić to na dużą skalę, potrzebna jest farma wiatrowa – zbiór specjalnie zaprojektowanych turbin wiatrowych, rozmieszczonych w terenie lub na oceanie, gdzie wiatry są stałe i silne. Turbiny wiatrowe posiadają wiele łopat, które są umieszczone wysoko na wieżach, obracają się na wietrze i zbierają energię.
Eksperci z branży twierdzą, że Stany Zjednoczone posiadają wystarczające zasoby wiatru, aby efektywnie podwoić swoją obecną zdolność generowania energii wiatrowej, a to wiąże się z szeregiem korzyści dla środowiska. W samej Ameryce energia wiatrowa zapobiega emisji około 62 milionów ton gazów cieplarnianych i pozwala zachować 20 miliardów galonów wody rocznie.
Potencjalne przeszkody w budowie farm wiatrowych obejmują kontrowersje społeczne dotyczące umiejscowienia turbin wiatrowych, wyzwania związane z uzyskaniem pozwoleń, obawy finansowe i kwestie techniczne, takie jak potrzeba infrastruktury do przesyłania energii do sieci elektrycznej obsługującej klientów. Jednakże, jeśli chcesz zbudować własną farmę wiatrową, nie jest to zbyt trudne.
Początek: Planowanie farmy wiatrowej
Budowa farmy wiatrowej jest dużym przedsięwzięciem, które wymaga zespołów specjalistów zajmujących się wieloma aspektami projektu – od koncepcji i planowania po realizację. Planowanie jest szczególnie istotne w przypadku tego typu generatorów energii. Właściwa lokalizacja musi zostać oceniona pod kątem zagrożeń dla dzikiej przyrody, konieczne jest uzyskanie pozwoleń, a same turbiny muszą zostać przetestowane.
Po pierwsze, należy upewnić się, że wybrana lokalizacja posiada wystarczające zasoby wiatru. Według Amerykańskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej (American Wind Energy Association) najlepsze lokalizacje dla komercyjnych farm wiatrowych charakteryzują się prędkością wiatru wynoszącą 13 mil na godzinę (6 metrów na sekundę) lub więcej. Choć może się wydawać, że im więcej wiatru tym lepiej, zbyt silny wiatr może nadwyrężyć sprzęt i sprawić, że projekt będzie droższy.
Specjalne mapy prędkości wiatru mogą pomóc w identyfikacji regionu o odpowiednich zasobach wiatru. Na przykład, Departament Energii USA oferuje przydatną mapę wiatru. Można również samodzielnie wykonać pomiary energii wiatru, używając narzędzia zwanego anemometrem, w miejscu, które bierzemy pod uwagę. Niektóre stany oferują nawet programy wypożyczania anemometrów. Twój inżynier może skorzystać z wyspecjalizowanych usług i oprogramowania do optymalizacji lokalizacji, takich jak Windnavigator i GH WindFarmer, które analizują topografię, warunki pogodowe i aerodynamikę.
Ponadto, będziesz musiał rozważyć specjalne problemy związane z lokalizacją docelową, takie jak dostęp do dróg, potencjalny wpływ hałasu, migoczące cienie od łopat i kwestie kulturowe.
Ocena zagrożeń dla dzikich zwierząt
Obracające się łopaty turbin wiatrowych mogą zabijać zagrożone ptaki, nietoperze, ptaki szponiaste i wodne, dlatego najlepiej jest umieścić turbiny z dala od ruchliwych korytarzy dla dzikich zwierząt i rocznych szlaków migracyjnych. U.S. Fish and Wildlife Service’s Wind Turbine Guidelines Advisory Committee zaleca wielopoziomowe podejście, które obejmuje wstępną ocenę, charakterystykę lokalizacji oraz badania terenowe w celu przewidzenia i oceny gatunków i siedlisk, którym zaszkodzi farma wiatrowa.
Jako inwestor, będziesz musiał ściśle współpracować z odpowiednią agencją rządową (lub organem wydającym pozwolenia) w celu zmniejszenia i złagodzenia skutków śmierci zwierząt spowodowanych przez farmę wiatrową. W niektórych przypadkach możesz uzyskać pozwolenie na budowę farmy wiatrowej na obszarach wrażliwych, jeśli zmienisz jej działanie tak, aby była bardziej przyjazna dla dzikiej przyrody. Na przykład, możesz być zobowiązany do tymczasowego zatrzymania turbin podczas sezonów migracyjnych lub w okresach słabego wiatru, kiedy nietoperze są najbardziej aktywne, a uzysk energii jest minimalny.
Koszty farmy wiatrowej i finansowanie
Przemyśl, ile energii chcesz produkować – lub ile może produkować miejsce – i ile pieniędzy możesz wydać. Sam zakup turbin wiatrowych może kosztować średnio 1,37 miliona dolarów za megawat mocy.
Generalnie, rozwój elektrowni wiatrowych jest tańszy dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej niż dla inwestorów prywatnych, ponieważ przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą korzystać z korzystnych struktur finansowania, które obniżają koszty o około 30%, czyli około 1,4 centa za kilowatogodzinę, zgodnie z raportem sfinansowanym przez Departament Energii USA.
Rządowe programy stymulacyjne również ułatwiają rozwój farm wiatrowych. Ulga podatkowa na produkcję (PTC) zapewnia obecnie ulgę podatkową w wysokości 2,3 centa na kilowatogodzinę w ciągu pierwszej dekady eksploatacji.
Aby oszacować poziom kosztów finansowania projektu wiatrowego, należy wprowadzić szczegółowe dane do interaktywnych narzędzi BITES (budynki, przemysł, transport i scenariusze dotyczące energii elektrycznej) udostępnionych przez National Renewable Energy Laboratory. Możesz również przejrzeć bazę danych stanowych i federalnych zachęt dla energii odnawialnej.
Zapewnij, że Twoja farma spełnia wymagania prawne
Producenci energii elektrycznej podlegają prawom federalnym, takim jak Public Utility Regulatory Policies Act z 1978 r. (PURPA), Energy Policy Act z 2005 r. (EPACT 2005) oraz Energy Independence and Security Act z 2007 r. (EISA 2007). Poszczególne stany mają również różne interpretacje tego, jak te prawa federalne mają zastosowanie i mają różne mandaty do promowania energii odnawialnej poprzez ustawodawstwo Renewable Portfolio Standards (RPS).
Prawnik lub konsultant, który specjalizuje się w rozwoju energii odnawialnej, może pomóc w poruszaniu się po prawach rządzących proponowanym projektem. Osoby te mogą również pomóc w uzyskaniu różnych pozwoleń budowlanych i środowiskowych, które będą potrzebne od agencji rządowych.
Jeśli farma wiatrowa będzie znajdować się na terenie należącym do rządu lub ma partnera w postaci agencji federalnej, uzyskanie pozwolenia może być uzależnione od formalnego procesu oceny oddziaływania na środowisko. Dla przykładu, farmy wiatrowe umieszczone na terenach zarządzanych przez U.S. Bureau of Land Management podlegają określonym wytycznym mającym na celu ochronę gatunków chronionych i innych zasobów naturalnych.
Zidentyfikuj sprzęt i projekt farmy wiatrowej
Nowoczesne turbiny wiatrowe są bardziej zgrabne i większe niż staromodne wiatraki, z ogromnymi łopatami i wieżami tak wysokimi jak wieżowce. Precyzyjne rozmieszczenie tych turbin na farmie wiatrowej wpływa na ogólną produkcję energii.
Jak wynika z ogólnej zasady, im większa turbina wiatrowa, tym większa jest jej moc wytwórcza. Najczęściej instalowana turbina wiatrowa ma moc 1,5 megawata i może zasilić do 500 domów, ale nowsze modele są jeszcze większe. Strona internetowa General Electric wymienia wielkości do 3,4 megawatów do użytku na lądzie i do sześciu megawatów do użytku na morzu. Inni wiodący producenci turbin wiatrowych to Vestas, Goldwind, Enercon, Siemens, Sulzon, Gamesa, United Power, Ming Yang i Nordex.
Duże i ciężkie turbiny wiatrowe wymagają większych fundamentów, a ich instalacja kosztuje więcej. Morskie turbiny wiatrowe muszą być zaprojektowane do pracy w warunkach oceanicznych. Turbiny wiatrowe rzadko pracują na pełnych obrotach, ponieważ wytwarzanie energii zależy od pogody.
Oprócz turbin wiatrowych, farma wiatrowa wymaga systemu odbioru energii elektrycznej, transformatorów, sieci komunikacyjnej i stacji transformatorowych. Ponadto, do monitorowania wydajności wykorzystywany jest system informatyczny SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Inżynier może polecić odpowiedni sprzęt i rozmieszczenie turbin w zależności od lokalizacji, finansów i celów energetycznych.
Zabezpieczenie zdolności przesyłowych
Jeśli planujesz farmę wiatrową na skalę komercyjną, potrzebujesz sposobu na dostarczenie energii do odbiorców hurtowych lub detalicznych. Zazwyczaj wymaga to linii przesyłowych łączących moc farmy wiatrowej z siecią przesyłową energii elektrycznej – siecią energetyczną w danym regionie. Komercyjne farmy wiatrowe w odległych lokalizacjach mogą mieć trudności z zapewnieniem zdolności przesyłowej i połączenia z siecią.
Alternatywnie, mniejsze farmy wiatrowe mogą być wykorzystywane jako dedykowane źródło energii elektrycznej dla społeczności lub firmy. W takich przypadkach farma wiatrowa może nie wymagać połączenia z regularną siecią elektryczną. Aby jednak sprzedać nadwyżkę energii, nadal potrzebny jest sposób na dostarczenie jej do zakładu energetycznego.
Więcej informacji można uzyskać w Narodowym Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL), które współpracuje z deweloperami energii wiatrowej w celu zabezpieczenia zdolności przesyłowych i połączeń międzysystemowych. Utility Wind Integration Group dostarcza również informacji na temat przyłączenia farmy wiatrowej do systemu elektroenergetycznego.
Instalacja, testy i uruchomienie urządzeń
Budowa farmy wiatrowej może zostać zakończona w ciągu kilku miesięcy. W pierwszej kolejności należy jednak zbudować drogi, którymi będzie można wjechać na miejsce budowy w celu przetransportowania turbin wiatrowych i innych urządzeń.
Dla każdej turbiny wiatrowej należy wykopać otwór i wypełnić go zbrojonym betonem, który posłuży jako fundament stabilizujący. Proces ten jest bardziej wymagający w warunkach skalistych lub na morskich farmach wiatrowych. Po przygotowaniu fundamentu należy postawić turbiny za pomocą specjalistycznych dźwigów.
Następnie należy zainstalować okablowanie elektryczne i systemy oraz przeprowadzić testy, aby upewnić się, że wszystkie elementy działają prawidłowo. Często trwa to sześć miesięcy, zanim wszystkie problemy zostaną rozwiązane, a farma wiatrowa osiągnie pełną zdolność produkcyjną.
Każda turbina wiatrowa potrzebuje około tygodnia rutynowej konserwacji rocznie. Amerykańskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej twierdzi, że potrzeba jednego technika do obsługi każdych 10 megawatów zainstalowanej mocy wytwórczej.