2007 年以来、米国の風力発電容量は、他のどの発電技術よりも速く、年間 30% のペースで増加しています。風力技術の利用は複雑であるにもかかわらず、成長率は増加し続けています。たとえば、風力発電所の適切なレイアウトや、風力発電所を効率的に設置するために必要な土地面積については、依然として疑問があります。実用規模の風力発電プロジェクトと住宅用風力タービンには、まったく別の設計上の考慮事項があります。
TL;DR (長すぎる; 読んでいない)
風力タービンが効果的に機能するためには、不変で中断のない流れまたは空気が必要です。つまり、近くに障害物があってはなりません。研究者は、住宅用風力タービンの場合、近くの障害物から 150 メートル離れていれば十分であると示唆しています。風力発電所の間隔の場合、タービンは互いに少なくとも 7 回転子の直径分離れている必要があります。
住宅システム
風力タービンが最も効果を発揮するのは、安定した滑らかな不変の中断のない空気の流れの中で動作する場合です。現実の世界では決して起こりませんが、風力タービンを設置する場所を計画するときは、その場所をできるだけ理想に近づける必要があります。住宅用システムの場合、これは風力タービンに必要な面積ではなく、風力タービンと他の障害物との間にどれだけの距離が必要かという問題です。経験則では、近くの障害物から 150 メートル (492.1 フィート) 離れた場所に風力タービンを設置し、ローター ブレードの下部が建物や樹木などの障害物から 9 メートル (29.5 フィート) 上になるような高さに設置します。 .
Wind Farm Turbine Spacing
風力発電所は、実用規模の電力を生成するように設計された一連の大型タービンです。ウィンド ファームの大型タービンは、1 つの点で家庭用タービンと同じです。風がスムーズに流れるときに最適に機能します。空気の流れを乱すものがあると、乱流が発生し、タービンの効率が低下します。各風力タービンは、その背後と周囲に乱気流を発生させるため、タービンは互いに十分に離す必要があります。この場合の距離はローターの直径で表されます。風力発電所の間隔の一般的な経験則は、タービンが互いに約 7 ローター直径離れていることです。したがって、80 メートル (262 フィート) のローターは、隣接するタービンから 560 メートル (3 分の 1 マイル以上) 離す必要があります。ジョンズ・ホプキンス大学の研究者は、間隔を 2 倍にすると全体的な効率が向上することを提案しています。
土地の直接利用
経験則は、システム要件の大まかなアイデアを得るための単純化された式です。現実の世界で何が起こっているかを知るために、国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) の研究者は、172 の大規模な風力発電プロジェクトを調査して、実際にどれだけの土地が使用されているかを調べました。直接土地利用は、コンクリートのタワー パッド、変電所、新しいアクセス道路などの面積の尺度です。米国では、風力タービンの直接的な土地利用は、定格容量 1 メガワットあたり 4 分の 3 エーカーになります。つまり、2 メガワットの風力タービンには 1.5 エーカーの土地が必要です。
風力発電所の総面積
どの風力発電所でも、タービン間に多くのスペースがあります。そのスペースには、乱気流を最小限に抑えるためのものもあれば、稜線をたどったり、他の障害物を避けるためのものもあります。この地域の多くは、農業用農場など、他の目的に使用されています。 NREL の研究者は、この総土地利用についても調査しました。彼らは、1 平方キロメートルあたり約 4 メガワット (1 平方マイルあたり約 10 メガワット) の大まかな平均を発見しました。したがって、2 メガワットの風力タービンには、約 0.5 平方キロメートル (約 10 分の 2 平方マイル) の総面積が必要です。
規制要件
風力タービンに必要な面積は、規制要件によって大きく左右されます。米国には 3,000 を超える郡があり、そのほとんどが風のゾーニング規制を担当しており、それぞれに風力タービンの設置に関する専門家がいる可能性は低いです。これは、いくつかの非常に恣意的な規制につながります。セットバックの規定はその好例であり、タービン アレイに必要なスペースの量に影響を与える可能性があります。風力技術は比較的新しく、急速に変化しているため、タービンを他の建造物の近くに配置することの欠点や危険性に関するデータは多くありません。米国のセットバック規制は、「タービンからの騒音が侵入しないようにするため」の距離から、「ローター ブレードを含むシステムの高さの 2 倍」まで、均一な 304.8 メートル (1,000 フィート) までさまざまです。
