Wind ist eine der nachhaltigsten natürlichen Ressourcen der Erde, wenn es um die Erzeugung von elektrischer Energie geht. Alles, was Sie tun müssen, um es zu nutzen, ist eine Windkraftanlage, die die Bewegung der Luft in kinetische Energie umwandelt.
Für die Erfassung von Wind im großen Maßstab ist jedoch ein Windpark erforderlich - eine Sammlung speziell entwickelter Windturbinen, die über die Landschaft oder das Meer verteilt sind, wo die Winde stabil und stark sind.
Windturbinen haben mehrere Blätter, die hoch auf Türmen stehen, die sich im Wind drehen und Energie gewinnen.
Branchenexperten sagen, dass die Vereinigten Staaten genügend Windressourcen haben, um ihre derzeitige Windkraftkapazität effektiv zu verdoppeln, und dies bringt eine Reihe von Vorteilen für die Umwelt mit sich. Allein in Amerika verhindert die Windkraft die Freisetzung von etwa 62 Millionen Tonnen Treibhausgasen und spart jährlich 20 Milliarden Gallonen Wasser.
Zu den möglichen Hindernissen für den Bau von Windparks gehören öffentliche Kontroversen über die Platzierung der Windturbinen, die Herausforderungen, Finanzierungsfragen und technische Probleme, wie die Notwendigkeit von Infrastruktur zur Übertragung des Stroms an das Stromnetz, das den Kunden dient. Wenn Sie jedoch Ihren eigenen Windpark bauen möchten, ist es eigentlich nicht schwer zu tun.
Erste Schritte: Planen Sie Ihren Windpark
Der Bau eines Windparks ist ein großes Projekt, bei dem Teams von Spezialisten die vielen Aspekte des Projekts von der Konzeption über die Planung bis hin zur Umsetzung bewältigen müssen.
Von der Auswahl des richtigen Standorts und der Bewertung des Risikos für die Tierwelt bis hin zum Erlangen der richtigen Genehmigungen und der Implementierung und Erprobung der Turbinen selbst ist viel Planung nötig, um diese spezielle Art von Energiegenerator zu bauen.
Stellen Sie zunächst sicher, dass Sie einen Standort mit genügend Windressourcen auswählen.
Die besten Standorte für kommerzielle Windparks haben laut der American Wind Energy Association Windgeschwindigkeiten von 13 Meilen pro Stunde (6 Meter / Sekunde) oder mehr. Zu viel Wind kann die Ausrüstung belasten und das Projekt teurer machen.
Spezielle Windgeschwindigkeitskarten können Ihnen helfen, eine Region mit geeigneten Windressourcen zu identifizieren. Zum Beispiel bietet das US-Energieministerium eine praktische Windkarte, aber Sie können auch ein Tool namens Anemometer verwenden, um die Windenergie an einer bestimmten Stelle zu messen. Einige Staaten bieten sogar Anemometer Darlehensprogramme an. Ihr Ingenieur kann spezielle Dienste und Software wie windNavigator und GHWindFarmer verwenden, um Topografie, Wetterbedingungen und Aerodynamik zu analysieren, um den Standort zu optimieren.
Darüber hinaus müssen Sie spezielle Aspekte des Zielorts berücksichtigen, z. B. den Zugang zu Straßen, potenzielle Lärmbelästigungen, flackernde Schatten von den Blades und kulturelle Probleme.
Bewertung von Risiken, Farmkosten und Finanzierung
Die rotierenden Rotorblätter an Windkraftanlagen können gefährdete Vögel, Fledermäuse, Raubvögel und Wasservögel töten. Daher ist es am besten, die Turbinen abseits von belebten Tierkorridoren und jährlichen Wanderwegen zu platzieren. Der Beratende Ausschuss für Windturbinenleitlinien des US-amerikanischen Fish and Wildlife Service empfiehlt einen mehrstufigen Ansatz, der eine vorläufige Bewertung, Standortcharakterisierung und Feldstudien zur Vorhersage und Bewertung der vom Windpark geschädigten Arten und Lebensräume umfasst.
Als Standortentwickler müssen Sie eng mit der zuständigen Regierungsbehörde (oder Genehmigungsbehörde) zusammenarbeiten, um den Tod von Tieren aufgrund des Windparks zu reduzieren und zu mindern; In einigen Fällen ist es möglich, dass Sie den Windpark bauen, wenn Sie den Betrieb so ändern, dass er tierfreundlich ist. Zum Beispiel könnte es erforderlich sein, während der Migrationssaison und in Zeiten mit wenig Wind die Turbinen vorübergehend anzuhalten, wenn Fledermäuse am aktivsten sind und der Energieertrag minimal ist.
Denken Sie darüber nach, wie viel Energie Sie produzieren möchten - oder wie viel die Website produzieren kann - und wie viel Geld Sie ausgeben können. Allein der Kauf von Windturbinen kann einen Durchschnitt von 1,37 Millionen US-Dollar pro Megawatt Kapazität bedeuten.
Im Allgemeinen ist es für Energieversorger günstiger, Windkraftanlagen zu entwickeln als für private Investoren, da die Versorgungsunternehmen günstige Finanzierungsstrukturen nutzen können, die die Kosten um etwa 30 Prozent oder etwa 1,4 Cent pro Kilowattstunde senken, heißt es in einem von den USA finanzierten Bericht Energiebehörde.
Staatliche Konjunkturprogramme erleichtern zudem die Entwicklung eines Windparks. Die Produktionsteuergutschrift (PTC) bietet jetzt eine Steuergutschrift von 2,3 Cent pro Kilowattstunde während der ersten Betriebsdekade. Wenn Sie vor 2020 mit dem Bau Ihrer Anlage für erneuerbare Energien beginnen, können Sie eine unwiderrufliche Wahl treffen, um eine Investitionssteuergutschrift (ITC) zu beantragen.
Um die geschätzten Kosten für die Finanzierung Ihres Windprojekts zu projizieren, stecken Sie Ihre spezifischen Details in die interaktiven BITES-Tools (Gebäude-, Industrie-, Transport- und Elektrizitätsszenarien) des National Renewable Energy Laboratory ein. Vielleicht möchten Sie auch die Datenbank der staatlichen und bundesstaatlichen Anreize für erneuerbare Energien durchsuchen.
Stellen Sie sicher, dass Ihr Betrieb die gesetzlichen Anforderungen erfüllt
Die Stromerzeuger unterliegen Bundesgesetzen wie dem Gesetz über die Regulierung des öffentlichen Versorgungsnetzes von 1978 (PURPA), dem Energy Policy Act von 2005 (EPACT 2005) und dem Energy Independence and Security Act von 2007 (EISA 2007). Darüber hinaus haben die einzelnen Bundesstaaten unterschiedliche Auslegungen hinsichtlich der Anwendung dieser Bundesgesetze, und sie haben unterschiedliche Befugnisse zur Förderung erneuerbarer Energien durch Rechtsvorschriften für erneuerbare Portfolio-Standards (RPS).
Ein auf die Entwicklung erneuerbarer Energien spezialisierter Anwalt oder Berater kann Ihnen bei der Orientierung in den Gesetzen Ihres vorgeschlagenen Projekts behilflich sein. Sie benötigen auch verschiedene Bau- und Umweltgenehmigungen von Regierungsbehörden.
Wenn Ihr Windpark auf einem staatlichen Grundstück oder einem Bundesbehörde Partner sitzen wird, kann das Genehmigungsverfahren von einer formellen Umweltverträglichkeitsprüfung abhängig sein. Zum Beispiel unterliegen Windparks auf Grundstücken, die vom US-amerikanischen Bureau of Land Management verwaltet werden, bestimmten Richtlinien, die zum Schutz von föderal geschützten Arten und anderen natürlichen Ressourcen bestimmt sind.
Identifizieren Sie Ausrüstung und Windpark-Design
Moderne Windräder sind schlanker und größer als altmodische Windmühlen mit riesigen Flügeln und Türmen, die so hoch wie Hochhäuser sind. Die genaue Platzierung dieser Turbinen in einem Windpark wirkt sich auf die gesamte Energieproduktion aus.
In der Regel gilt: Je größer die Windenergieanlage, desto größer ist ihre Erzeugungskapazität. Die am häufigsten installierte Windenergieanlage hat eine Nennleistung von 1,5 Megawatt und kann 500 Haushalte mit Strom versorgen, aber neuere Modelle sind noch größer. Die Website von General Electric listet Größen von bis zu 3,4 Megawatt für den Onshore-Einsatz und bis zu 6 Megawatt für den Offshore-Bereich auf. Weitere führende Windenergieanlagenhersteller sind Vestas, Goldwind, Enercon, Siemens, Sulzon, Gamesa, United Power, Ming Yang und Nordex.
Große und schwere Windturbinen erfordern größere Fundamente und kosten mehr zu installieren. Offshore-Windenergieanlagen müssen für Meeresbedingungen ausgelegt sein. Windräder sind selten voll ausgelastet, da ihre Energieerzeugung witterungsabhängig ist.
Ein Windpark benötigt neben Windturbinen auch ein Stromerfassungssystem, Transformatoren, ein Kommunikationsnetz und Umspannwerke. Darüber hinaus wird zur Überwachung der Leistung ein SCADA-Informationssystem (Supervisory Control and Data Acquisition) eingesetzt. Ein Ingenieur kann Ihnen basierend auf Ihren Standort-, Finanz- und Energiezielen eine geeignete Ausrüstung und Turbinenplatzierung empfehlen.
Sichere Übertragungskapazität
Wenn Sie einen kommerziellen Windpark planen, müssen Sie Energie an Groß- und Einzelhandelskunden liefern. Dies erfordert typischerweise Übertragungsleitungen, die die Leistung Ihres Windparks mit dem Stromübertragungsnetz - dem Energieversorgungsnetz - in Ihrer Region verbinden. Kommerzielle Windparks in abgelegenen Gebieten können es als Herausforderung empfinden, die Übertragungskapazität und die Interkonnektivität mit dem Netz zu sichern.
Alternativ können kleinere Windparks als dedizierte Stromquellen für eine Gemeinde oder ein Unternehmen genutzt werden. In diesen Fällen benötigt der Windpark möglicherweise keine Verbindung zum regulären Stromnetz. Um jedoch überschüssige Energie zu verkaufen, benötigen Sie immer noch eine Möglichkeit, diese Energie an das Stromversorgungsunternehmen zu liefern.
Erkundigen Sie sich beim National Renewable Energy Laboratory (NREL), das mit Windentwicklern zusammenarbeitet, um die Übertragungskapazität und die Interkonnektivität zu sichern. Die Utility Wind Integration Group bietet auch Ressourcen für die Anbindung eines Windparks an das elektrische System.
Installieren, testen und starten Sie das Gerät
Der Windparkbau kann innerhalb weniger Monate abgeschlossen werden. Möglicherweise müssen Sie jedoch zuerst Straßen bauen, um die Windräder und andere Ausrüstung einzuholen.
Für jede Windkraftanlage müssen Sie ein Loch ausheben und es mit Stahlbeton füllen, um als stabilisierendes Fundament zu dienen. Dieser Prozess ist bei felsigen Bedingungen oder Offshore-Windparks anspruchsvoller. Sobald das Fundament vorbereitet ist, müssen Sie die Turbinen mit speziellen Hebezeugen aufstellen.
Als nächstes werden Sie die elektrischen Leitungen und Systeme an Ort und Stelle setzen und Tests durchführen, um sicherzustellen, dass alle Elemente ordnungsgemäß funktionieren. Es dauert oft sechs Monate, bis die Knicke ausgebügelt sind und der Windpark die volle kommerzielle Produktionskapazität erreicht.
Jede Windkraftanlage benötigt etwa eine Woche routinemäßige Wartung pro Jahr. Die American Wind Energy Association sagt, dass ein Windtechniker alle 10 Megawatt installierter Erzeugungskapazität bedienen muss.