Как построить ветряную электростанцию

Венди Лайонс Саншайн — бывший автор журнала The Balance, где она писала на темы энергетической политики, производства, эффективности и ресурсов.

Обновлено 10.01.20

Ветер является одним из самых устойчивых природных ресурсов Земли, когда речь идет о выработке электроэнергии. Чтобы использовать его, все, что вам нужно сделать, это построить ветряную турбину, которая преобразует движение воздуха в кинетическую энергию. Однако для того, чтобы сделать это в больших масштабах, вам понадобится ветряная электростанция — набор специально разработанных ветряных турбин, расположенных на ландшафте или в океане, где дуют устойчивые и сильные ветры.Ветряные турбины имеют несколько лопастей, установленных высоко на башнях, которые вращаются на ветру и собирают энергию.

Отраслевые эксперты говорят, что в Соединенных Штатах достаточно ветровых ресурсов, чтобы эффективно удвоить текущую мощность ветрогенерации, и что это дает множество экологических преимуществ. Только в Америке энергия ветра предотвращает выброс около 62 миллионов тонн парниковых газов и ежегодно сохраняет 20 миллиардов галлонов воды.

Потенциальные препятствия для строительства ветряных электростанций включают общественные разногласия по поводу размещения ветряных турбин, проблемы с получением разрешений, финансовые проблемы и технические проблемы, такие как потребность в инфраструктуре для передачи электроэнергии в электрическую сеть, которая обслуживает клиентов. Однако, если вы хотите построить собственную ветряную электростанцию, это не так уж сложно сделать.

Начало работы: планирование ветряной электростанции

Строительство ветряной электростанции — это большой проект, требующий, чтобы группы специалистов занимались многими аспектами проекта — от концепции и планирования до реализации. Планирование особенно важно для этого типа генератора энергии. Надлежащее место должно быть оценено на предмет любых рисков для дикой природы, должны быть получены разрешения, а сами турбины должны быть проверены.

Во-первых, обязательно выберите место с достаточным количеством ветровой энергии. По данным Американской ассоциации ветроэнергетики, лучшие места для коммерческих ветряных электростанций имеют скорость ветра 13 миль в час (6 метров в секунду) или более. Хотя может показаться, что чем больше ветра, тем лучше, слишком сильный ветер может вызвать нагрузку на оборудование и сделать проект более дорогим.

Специальные карты скорости ветра помогут определить регион с подходящими ветровыми ресурсами. Например, Министерство энергетики США предлагает удобную карту ветра. Вы также можете самостоятельно измерить энергию ветра, используя инструмент, называемый анемометром, на месте, которое вы рассматриваете. Некоторые штаты даже предлагают кредитные программы для анемометров.Ваш инженер может использовать специализированные сервисы и программное обеспечение для оптимизации местоположения, такие как Windnavigator и GH WindFarmer, которые анализируют топографию, погодные условия и аэродинамику.

Кроме того, вам нужно будет учитывать особые проблемы целевого местоположения, такие как доступ к дороге, потенциальное шумовое воздействие, мерцающие тени от лопастей и культурные особенности.

Оценка рисков для дикой природы

Вращающиеся лопасти ветряных турбин могут убивать находящихся под угрозой исчезновения птиц, летучих мышей, хищных и водоплавающих птиц, поэтому лучше всего размещать турбины вдали от оживленных коридоров диких животных и ежегодных миграционных путей. Консультативный комитет по руководящим принципам ветряных турбин Службы рыболовства и дикой природы США рекомендует многоуровневый подход, который включает предварительную оценку, характеристику участка и полевые исследования для прогнозирования и оценки видов и мест обитания, которым нанесет ущерб ветряная электростанция.

Как разработчик сайта, вам необходимо тесно сотрудничать с соответствующим государственным органом (или разрешительным органом), чтобы уменьшить и смягчить гибель животных из-за ветряной электростанции. В некоторых случаях вам может быть разрешено построить ветряную электростанцию ​​в уязвимых районах, если вы измените ее работу, чтобы она была более дружелюбной к дикой природе. Например, вам может потребоваться временно остановить турбины в сезоны миграции или в периоды слабого ветра, когда летучие мыши наиболее активны, а выработка энергии минимальна.

Затраты и финансирование ветряных электростанций

Подумайте о том, сколько энергии вы хотите производить — или сколько может произвести сайт — и сколько денег вы можете потратить. Покупка одних только ветряных турбин может обойтись вам в среднем в 1,37 миллиона долларов за мегаватт мощности.

Как правило, коммунальным предприятиям дешевле развивать ветроэнергетические объекты, чем частным инвесторам, поскольку коммунальные предприятия могут использовать благоприятные структуры финансирования, которые снижают затраты примерно на 30%, или примерно на 1,4 цента за киловатт-час, согласно отчету, финансируемому США. Министерство энергетики.

Государственные программы стимулирования также облегчают развитие ветряной электростанции.Налоговый кредит на производство (PTC) теперь обеспечивает налоговый кредит в размере 2,3 цента за киловатт-час в течение первого десятилетия эксплуатации.

Чтобы спрогнозировать нормированную стоимость финансирования вашего ветроэнергетического проекта, введите свои конкретные данные в интерактивные инструменты BITES (сценарии зданий, промышленности, транспорта и электричества), предоставленные Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии. Вы также можете просмотреть базу данных государственных и федеральных стимулов для возобновляемых источников энергии.

Убедитесь, что ваша ферма соответствует требованиям законодательства

Производители электроэнергии регулируются федеральными законами, такими как Закон о политике регулирования коммунальных предприятий 1978 года (PURPA), Закон об энергетической политике 2005 года (EPACT 2005) и Закон об энергетической независимости и безопасности 2007 года (EISA 2007). Отдельные штаты также по-разному интерпретируют применение этих федеральных законов, и у них есть разные полномочия по продвижению возобновляемых источников энергии посредством законодательства о стандартах портфеля возобновляемых источников энергии (RPS).

Юрист или консультант, специализирующийся на развитии возобновляемых источников энергии, может помочь вам разобраться в законах, регулирующих предлагаемый вами проект. Эти люди также могут помочь вам получить различные разрешения на строительство и природоохранные мероприятия, которые вам потребуются от государственных органов.

Если ваша ветряная электростанция будет находиться на государственной собственности или у нее есть партнер федерального агентства, получение разрешения может зависеть от официального процесса оценки воздействия на окружающую среду. Например, ветряные электростанции, размещенные на территории, находящейся в ведении Бюро по управлению земельными ресурсами США, регулируются определенными руководящими принципами, направленными на защиту охраняемых государством видов и других природных ресурсов.

Определение оборудования и конструкции ветряной электростанции

Современные ветряные турбины изящнее и больше, чем устаревшие ветряные мельницы, с огромными лопастями и башнями высотой с высотные здания. Точное размещение этих турбин на ветряной электростанции влияет на общее производство энергии.

Как правило, чем больше ветряк, тем больше его генерирующая мощность.Наиболее часто устанавливаемая ветряная турбина имеет номинальную мощность 1,5 мегаватта и может питать до 500 домов, но новые модели работают еще больше. На веб-сайте General Electric указаны размеры до 3,4 мегаватт для наземного использования и до шести мегаватт для морского использования. Другими ведущими производителями ветряных турбин являются Vestas, Goldwind, Enercon, Siemens, Sulzon, Gamesa, United Power, Ming Yang и Nordex.

Большие и тяжелые ветряные турбины требуют больших фундаментов, и их установка стоит дороже. Оффшорные ветряные турбины должны быть рассчитаны на океанские условия. Ветряные турбины редко работают на полную мощность, поскольку их выработка энергии зависит от погодных условий.

В дополнение к ветряным турбинам для ветропарка требуется система сбора электроэнергии, трансформаторы, сеть связи и подстанции. Более того, для мониторинга производительности используется информационная система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Инженер может порекомендовать подходящее оборудование и размещение турбины в зависимости от вашего участка, финансов и энергетических целей.

Безопасная пропускная способность

Если вы планируете ветряную электростанцию ​​коммерческого масштаба, вам нужен способ доставки энергии оптовым или розничным клиентам. Обычно для этого требуются линии электропередачи, соединяющие выходную мощность вашей ветряной электростанции с сетью передачи электроэнергии — энергетической сетью — в вашем регионе. Коммерческим ветряным электростанциям в отдаленных районах может быть сложно обеспечить пропускную способность и взаимосвязь с сетью.

В качестве альтернативы небольшие ветряные электростанции могут использоваться в качестве выделенного источника электроэнергии для сообщества или бизнеса. В этих случаях ветропарку может не потребоваться подключение к обычной электрической сети. Однако, чтобы продавать избыточную мощность, вам по-прежнему нужен способ доставки этой мощности электроэнергетической компании.

Для получения дополнительной информации обратитесь в Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии (NREL), которая работает с разработчиками ветроэнергетики для обеспечения пропускной способности и взаимосвязи.Группа интеграции ветроэнергетики также предоставляет ресурсы для подключения ветряной электростанции к электрической системе.

Установите, протестируйте и запустите оборудование

Строительство ветряной электростанции может быть завершено в течение нескольких месяцев. Однако сначала вам может понадобиться проложить дороги для перевозки ветряных турбин и другого оборудования.

Для каждой ветряной турбины вам нужно будет выкопать яму и заполнить ее железобетоном, чтобы он служил стабилизирующим основанием. Этот процесс более сложен в скалистых условиях или на морских ветряных электростанциях. После того, как фундамент подготовлен, вам нужно будет установить турбины с помощью специальных подъемников.

Затем вы разместите электропроводку и системы и проведете тесты, чтобы убедиться, что все элементы работают правильно. Часто требуется шесть месяцев, прежде чем проблемы будут устранены и ветряная электростанция выйдет на полную производственную мощность.

Каждая ветряная турбина требует около недели планового обслуживания в год. Американская ассоциация ветроэнергетики утверждает, что для обслуживания каждых 10 мегаватт установленной генерирующей мощности требуется один специалист по ветроэнергетике.