Vinden är en av jordens mest hållbara naturresurser när det gäller att generera elektrisk kraft. För att utnyttja den behöver du bara konstruera en vindkraftsturbin som omvandlar luftens rörelse till kinetisk energi. För att göra det i stor skala behöver du dock en vindkraftpark — en samling specialdesignade vindkraftverk placerade över landskapet eller havet, där vindarna är stabila och starka. Vindkraftverk har flera blad, som är högt placerade på torn, som snurrar i vinden och skördar kraft.
Branschexperter säger att USA har tillräckligt med vindresurser för att effektivt fördubbla sin nuvarande vindkraftskapacitet, och att det kommer med en mängd miljöfördelar. Bara i Amerika förhindrar vindkraft utsläpp av cirka 62 miljoner ton växthusgaser, och den sparar 20 miljarder liter vatten årligen.
Potentiella hinder för att bygga vindkraftsparker inkluderar den offentliga kontroversen om placeringen av vindkraftverken, vilket tillåter utmaningar, ekonomiska problem och tekniska frågor, såsom behovet av infrastruktur för att överföra kraften till det elnät som betjänar kunder. Men om du vill bygga din egen vindkraftspark är det inte så svårt att göra.
Komma igång: Planera din vindkraftspark
Att bygga en vindkraftspark är ett stort projekt som kräver team av specialister för att hantera de många aspekterna av projektet – från idé och planering till genomförande. Planering är särskilt avgörande för denna typ av energigenerator. Den rätta platsen måste bedömas för eventuella risker för vilda djur, tillstånd måste erhållas och själva turbinerna måste testas.
Se först till att välja en plats som har tillräckligt med vindresurser. De bästa platserna för kommersiella vindkraftsparker har vindhastigheter på 13 miles per timme (6 meter per sekund) eller mer, enligt American Wind Energy Association. Även om det kan verka som att ju mer vind desto bättre, kan för mycket vind anstränga utrustningen och göra projektet dyrare.
Särskilda vindhastighetskartor kan hjälpa dig att identifiera en region med lämpliga vindresurser. Till exempel USA: s energidepartement erbjuder en praktisk vindkarta. Du kan också göra mätningar av vindenergi själv, med hjälp av ett verktyg som kallas vindmätare, på den plats du funderar på. Vissa stater erbjuder till och med anemometerlåneprogram. Din tekniker kan använda specialiserade tjänster och programvara för att optimera platsen, såsom Windnavigator och GH WindFarmer, som analyserar topografi, väderförhållanden och aerodynamik.
Dessutom måste du överväga speciella problem med målplatsen, såsom vägtillträde, potentiell bullerpåverkan, flimrande skuggor från bladen och kulturella frågor.
Bedömning av risker för vilda djur
De snurrande bladen på vindturbiner kan döda utrotningshotade fåglar, fladdermöss, rovfåglar och sjöfåglar, så det är bäst att placera turbiner borta från livliga viltkorridorer och årliga flyttstigar. De U.S. Fish and Wildlife Service Den rådgivande kommittén för riktlinjer för vindkraftverk rekommenderar ett stegvis tillvägagångssätt som inkluderar en preliminär bedömning, platskaraktärisering och fältstudier för att förutsäga och bedöma de arter och livsmiljöer som skadas av vindkraftsparken.
Som webbplatsutvecklare måste du arbeta nära med lämplig statlig myndighet (eller tillståndsmyndighet) för att minska och mildra djurdöden på grund av vindkraftsparken. I vissa fall kan du få bygga vindkraftsparken i känsliga områden om du ändrar driften så att den blir mer naturvänlig. Till exempel kan du bli tvungen att tillfälligt stoppa turbiner under migrationssäsonger eller under perioder med svag vind, när fladdermöss är som mest aktiva och effektutbytet är minimalt.
Vindkraftsparkskostnader och finansiering
Tänk på hur mycket energi du vill producera – eller hur mycket webbplatsen kan producera – och hur mycket pengar du kan spendera. Att bara köpa vindkraftverk kan sätta dig tillbaka i genomsnitt 1,37 miljoner USD per megawatt kapacitet.
Generellt sett är det billigare för företag att utveckla vindkraftsanläggningar än för privata investerare eftersom företag kan utnyttja fördelaktiga finansieringsstrukturer som minskar kostnaderna med cirka 30 %, eller cirka 1,4 cent per kilowattimme, enligt en rapport finansierad av U.S. Department of Energi.
Statliga stimulansprogram gör det också lättare att utveckla en vindkraftspark. Produktionsskatteavdraget (PTC) ger nu ett skatteavdrag på 2,3 cent per kilowattimme under det första decenniet av driften.
För att projicera den utjämnade kostnaden för att finansiera ditt vindprojekt, koppla in dina specifika detaljer till den interaktiva BITAR verktyg (byggnader, industri, transporter och elscenarier) tillhandahålls av National Renewable Energy Laboratory. Du kanske också vill bläddra i databasen för statliga och federala incitament för förnybar energi.
Se till att din gård uppfyller juridiska krav
Elproducenter styrs av federala lagar som Public Utility Regulatory Policies Act från 1978 (PURPA), Energy Policy Act från 2005 (EPACT 2005) och Energy Independence and Security Act från 2007 (EISA 2007). Enskilda stater har också olika tolkningar av hur dessa federala lagar gäller, och det har de varierande mandat för att främja förnybar energi genom lagstiftning om Renewable Portfolio Standards (RPS).
En advokat eller konsult som är specialiserad på utveckling av förnybar energi kan hjälpa dig att navigera i lagarna som styr ditt föreslagna projekt. Dessa personer kan också hjälpa dig att skaffa de olika bygg- och miljötillstånd du behöver från statliga myndigheter.
Om din vindkraftspark kommer att ligga på statlig egendom eller har en federal myndighetspartner, kan tillstånd vara villkorat av en formell miljökonsekvensbedömningsprocess. Till exempel styrs vindkraftsparker placerade på egendom som förvaltas av U.S. Bureau of Land Management av vissa riktlinjer som är avsedda att skydda federalt skyddade arter och andra naturresurser.
Identifiera utrustning och vindparksdesign
Moderna vindkraftverk är snyggare och större än gammaldags väderkvarnar, med enorma blad och torn lika höga som höghus. Den exakta placeringen av dessa turbiner på en vindkraftspark påverkar dess totala energiproduktion.
Som en allmän regel gäller att ju större vindkraftverket är, desto större är dess produktionskapacitet. Den vanligast installerade vindturbinen har en kapacitet på 1,5 megawatt och kan driva upp till 500 hem, men nyare modeller är ännu större. General Electric webbplatsen listar storlekar på upp till 3,4 megawatt för användning på land och upp till sex megawatt för användning till havs. Andra ledande vindkraftstillverkare inkluderar Vestas, Goldwind, Enercon, Siemens, Sulzon, Gamesa, United Power, Ming Yang och Nordex.
Stora och tunga vindkraftverk kräver större fundament och de kostar mer att installera. Vindkraftverk till havs måste utformas för havsförhållanden. Vindkraftverk går sällan med full kapacitet eftersom deras energiproduktion är väderberoende.
Förutom vindkraftverk kräver en vindkraftspark ett eluppsamlingssystem, transformatorer, ett kommunikationsnät och transformatorstationer. Dessutom används ett informationssystem för tillsynskontroll och datainsamling (SCADA) för att övervaka prestanda. En ingenjör kan rekommendera lämplig utrustning och turbinplacering baserat på din plats, ekonomi och energimål.
Säker överföringskapacitet
Om du planerar en vindkraftpark i kommersiell skala behöver du ett sätt att leverera energi till grossist- eller detaljhandelskunder. Vanligtvis kräver detta överföringsledningar som länkar produktionen från din vindkraftspark till elkraftsnätet – energinätet – i din region. Kommersiella vindkraftsparker på avlägsna platser kan tycka att det är utmanande att säkerställa överföringskapacitet och sammankoppling med nätet.
Alternativt kan mindre vindkraftsparker användas som en dedikerad elkälla för ett samhälle eller företag. I dessa fall kan vindkraftsparken inte kräva en koppling till det vanliga elnätet. Men för att sälja överskottskraft behöver du fortfarande ett sätt att leverera den kraften till elverket.
För mer information, kolla med National Renewable Energy Laboratory (NREL), som arbetar med vindutvecklare för att säkra överföringskapacitet och sammankoppling. Utility Wind Integration Group tillhandahåller också resurser för att ansluta en vindkraftspark till elsystemet.
Installera, testa och kör utrustningen
Byggandet av vindkraftsparker kan slutföras inom några månader. Däremot kan du först behöva bygga in vägar till platsen för att dra in vindkraftverk och annan utrustning.
För varje vindturbin måste du gräva ut ett hål och fylla det med armerad betong för att fungera som en stabiliserande grund. Denna process är mer krävande i steniga förhållanden eller på vindkraftsparker till havs. När grunden är förberedd måste du bygga upp turbinerna med specialiserade hissar.
Därefter sätter du de elektriska ledningarna och systemen på plats och kör tester för att säkerställa att alla element fungerar korrekt. Det tar ofta ett halvår innan vecken är utjämnade och vindkraftsparken uppnår full kommersiell produktionskapacitet.
Varje vindkraftverk behöver ungefär en veckas rutinunderhåll per år. American Wind Energy Association säger att det krävs en vindtekniker för att serva var 10:e megawatt installerad produktionskapacitet.
