Sedan 2007 har vindkraftskapaciteten i USA växt med en takt på 30 procent per år, snabbare än någon annan kraftgenereringsteknik. Tillväxttakten fortsätter att öka trots komplexiteten i att använda vindteknik. Till exempel finns det fortfarande frågor om hur vindkraftparker ska utformas och hur mycket landyta som krävs för att installera dem på ett effektivt sätt. Vindkraftsprojekt i nyttoskala och vindkraftverk för bostäder har en hel separat uppsättning designöverväganden.
Vindturbiner behöver ett oföränderligt och oavbrutet flöde eller luft för att fungera effektivt, vilket innebär att det inte får finnas några hinder i närheten. Forskare har föreslagit att för bostadshus räcker det med vindkraftverk 150 meter från närliggande hinder. När det gäller vindkraftsavstånd måste turbiner vara minst 7 rotordiametrar från varandra.
Bostadssystem
En vindturbin är mest effektiv när den arbetar i ett jämnt, jämnt, oföränderligt och oavbrutet luftflöde. Det händer aldrig i den verkliga världen, men när man planerar var man ska installera ett vindkraftverk måste platserna vara så nära det ideala som möjligt. För bostadssystem är detta inte så mycket en fråga om hur mycket yta vindkraftverket behöver utan om hur stort avstånd som krävs mellan vindkraftverket och andra hinder. En tumregel är att installera ett vindkraftverk 150 meter (492,1 fot) från alla närliggande hinder och på en höjd så att botten av rotorbladen kommer att vara 9 meter (29,5 fot) ovanför hindren, inklusive byggnader och träd .
Vindgårdsturbinavstånd
Vindparker är uppsättningar av stora turbiner utformade för att generera elektrisk kraft i allmännyttiga skala. De stora turbinerna i vindkraftsparker är inte annorlunda än bostadsturbiner i ett avseende: de fungerar bäst med mjukt strömmande vind. Om något stör luftflödet skapar det turbulens, vilket gör turbinen mindre effektiv. Varje vindkraftverk skapar turbulens i området bakom och runt det, så turbinerna måste vara väl åtskilda från varandra. Avstånden i detta fall uttrycks i rotordiametrar. Den allmänna tumregeln för vindkraftsavstånd är att turbiner är cirka 7 rotordiameter från varandra. Så en 80-meters (262-fot) rotor skulle behöva vara 560 meter – mer än en tredjedel av en mil – från intilliggande turbiner. Forskare vid Johns Hopkins University har föreslagit att dubbelt så mycket avstånd skulle öka den totala effektiviteten.
Direkt markanvändning
Tumregler är just det: förenklade uttryck för att få en grov uppfattning om systemkrav. För att ta reda på vad som händer i den verkliga världen undersökte forskare vid National Renewable Energy Laboratory, NREL, 172 storskaliga vindkraftsprojekt för att se hur mycket mark de verkligen använder. Den direkta markanvändningen är ett mått på arean av sådant som tornplattan av betong, kraftstationerna och nya tillfartsvägar. I USA ligger den direkta markanvändningen för vindkraftverk på tre fjärdedelar av ett tunnland per megawatt nominell kapacitet. Det vill säga, ett 2-megawatts vindkraftverk skulle kräva 1,5 tunnland mark.
I alla vindkraftsparker finns det mycket utrymme mellan turbinerna . En del av det utrymmet är för att minimera turbulens, men en del är att följa åslinjer eller undvika andra hinder. Mycket av denna yta används för andra ändamål, till exempel jordbruksgårdar. NREL-forskarna undersökte också denna totala markanvändning. De hittade ett grovt genomsnitt på 4 megawatt per kvadratkilometer (cirka 10 megawatt per kvadratkilometer). Så ett vindkraftverk på 2 megawatt skulle kräva en total yta på cirka en halv kvadratkilometer (cirka två tiondelar av en kvadratkilometer).
Tillsynskrav
Regulatoriska krav driver till stor del den yta som vindkraftverk kräver. Det finns mer än 3 000 grevskap i USA – de flesta av dem ansvarar för vindzonsregleringar – och det är osannolikt att alla har en expert på placeringen av vindkraftverk. Det leder till några ganska godtyckliga regler. Bestämmelserna för bakslag är ett bra exempel och kan ha en inverkan på hur mycket utrymme en turbinuppsättning behöver. Eftersom vindteknik är relativt ny och snabbt förändras, finns det inte mycket data om nackdelarna eller farorna med att placera turbiner nära andra strukturer, så det finns nästan slumpmässiga beslut om det minsta avståndet som vindkraftverk bör placeras från fastighetslinjer. Reglerna för bakslag i USA varierar från ett avstånd ”så att buller från turbinerna inte är ett intrång”, till ”dubbelt så hög höjd på systemet, inklusive rotorbladen”, till en enhetlig 304,8 meter (1 000 fot).
