الرياح هي واحدة من الموارد الطبيعية الأكثر استدامة على الأرض عندما يتعلق الأمر بتوليد الطاقة الكهربائية. كل ما عليك القيام به لتسخيره هو بناء توربين طاقة الرياح الذي يحول حركة الهواء إلى طاقة حركية.
إن التقاط الرياح على نطاق واسع يتطلب مزرعة رياح - مجموعة من توربينات الرياح المصممة خصيصًا والموجودة في جميع أنحاء المشهد أو المحيط ، حيث تكون الرياح ثابتة وقوية.
توربينات الرياح لديها شفرات متعددة ، والتي يتم تعيينها على الأبراج العالية ، والتي تدور في نسيم والطاقة الحصاد.
يقول خبراء الصناعة إن الولايات المتحدة لديها ما يكفي من موارد الريح لمضاعفة قدرتها الحالية على توليد طاقة الرياح بفعالية ، وأن ذلك يأتي مع مجموعة من الفوائد البيئية. في أمريكا وحدها ، تمنع طاقة الرياح إطلاق نحو 62 مليون طن من غازات الدفيئة وتحفظ 20 مليار غالون من الماء سنوياً.
وتشمل العقبات المحتملة لبناء مزارع الرياح الجدل العام حول وضع توربينات الرياح ، والسماح بالتحديات ، وشواغل التمويل ، والمسائل الفنية ، مثل الحاجة إلى البنية التحتية لنقل الطاقة إلى الشبكة الكهربائية التي تخدم العملاء. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب في بناء مزرعة الرياح الخاصة بك ، فإنه في الواقع ليس من الصعب القيام به.
الابتداء: تخطيط مزرعة الرياح الخاصة بك
بناء مزرعة الرياح هو مشروع كبير يتطلب فرق من المتخصصين للتعامل مع العديد من جوانب المشروع ، من الحمل إلى التخطيط إلى التنفيذ.
من اختيار الموقع المناسب وتقييم المخاطر على الحياة البرية للحصول على التصاريح المناسبة وتنفيذ واختبار التوربينات نفسها ، فإن الكثير من التخطيط يكمن وراء بناء هذا النوع الخاص من مولدات الطاقة.
أولاً ، تأكد من اختيار موقع يحتوي على موارد كافية للرياح.
تتميز أفضل مواقع لمزارع الرياح التجارية بسرعات رياح تصل إلى 13 ميلاً في الساعة (6 أمتار / ثانية) أو أكثر ، وفقاً لجمعية طاقة الرياح الأمريكية. يمكن للكثير من الرياح توتر المعدات وجعل المشروع أكثر تكلفة.
يمكن لخرائط سرعة الرياح الخاصة أن تساعدك على تحديد منطقة ذات موارد الرياح المناسبة. على سبيل المثال ، تقدم وزارة الطاقة الأمريكية خريطة رياح يدوية ، ولكن يمكنك أيضًا استخدام أداة تسمى مقياس الريح لقياس طاقة الرياح في موقع معين. بعض الدول تقدم حتى برامج قرض مقياس شدة الريح. قد يقوم المهندس الخاص بك باستخدام خدمات وبرامج متخصصة ، مثل windNavigator و GHWindFarmer ، لتحليل الطبوغرافيا والظروف الجوية والديناميكية الهوائية من أجل تحسين الموقع.
علاوة على ذلك ، ستحتاج إلى مراعاة اهتمامات خاصة للموقع المستهدف ، مثل الوصول إلى الطريق ، وتأثيرات الضوضاء المحتملة ، والظلال الخافقة من الشفرات ، والمشكلات الثقافية.
تقييم المخاطر وتكاليف المزارع والتمويل
يمكن أن تقتل ريش الغزل على توربينات الرياح الطيور المهددة بالانقراض والخفافيش والطيور الجارحة وطيور الماء ، لذلك من الأفضل وضع التوربينات بعيداً عن ممرات الحياة البرية المزدحمة ومسارات الهجرة السنوية. توصي اللجنة الاستشارية التوجيهية لتوجيهات الرياح والحياة البرية في الولايات المتحدة بنهج متدرج يتضمن تقييماً تمهيديًا وتوصيفًا للموقع ودراسات ميدانية للتنبؤ وتقييم الأنواع والموائل التي تضررت من مزرعة الرياح.
بصفتك مطور الموقع ، ستحتاج إلى العمل بشكل وثيق مع الجهة الحكومية المختصة (أو السلطة المخوّلة) للحد من وفيات الحيوانات بسبب مزرعة الرياح ؛ في بعض الحالات ، قد يُسمح لك ببناء مزرعة الرياح إذا قمت بتغيير عمليتها لتكون أكثر ملائمة للحياة البرية. على سبيل المثال ، قد يُطلب منك إيقاف التوربينات مؤقتًا أثناء موسم الترحيل وأثناء فترات الرياح المنخفضة ، عندما تكون الخفافيش أكثر نشاطًا وتكون الطاقة منخفضة جدًا.
فكر في مقدار الطاقة التي تريد إنتاجها ، أو مقدار ما يمكن أن ينتجه الموقع ، ومقدار المال الذي يمكنك إنفاقه. إن شراء توربينات الرياح وحدها يمكن أن يعيدك في المتوسط إلى 1.37 مليون دولار لكل ميجاوات من السعة.
بشكل عام ، من الأرخص بالنسبة للمرافق تطوير مرافق طاقة الرياح مقارنةً بالمستثمرين من القطاع الخاص لأن المرافق يمكن أن تستفيد من هياكل تمويل مواتية تقلل التكاليف بنحو 30 في المائة ، أو حوالي 1.4 سنت لكل كيلوواط ساعي ، وفقاً لتقرير ممول من الولايات المتحدة. قسم الطاقة.
كما تجعل برامج التحفيز الحكومية من السهل تطوير مزرعة رياح. يوفر الائتمان الضريبي للإنتاج (PTC) الآن ائتمان ضريبي بقيمة 2.3 سنتات لكل كيلووات ساعة خلال العقد الأول من التشغيل. إذا بدأت بناء منشأة الطاقة المتجددة الخاصة بك قبل عام 2020 ، يمكنك إجراء انتخابات لا رجعة فيها للمطالبة بائتمان ضريبي للاستثمار (ITC).
لإسقاط التكلفة القياسية لتمويل مشروع الرياح الخاص بك ، قم بتوصيل التفاصيل الخاصة بك في أدوات BITES التفاعلية (المباني ، الصناعة ، النقل ، سيناريوهات الكهرباء) التي يقدمها المختبر الوطني للطاقة المتجددة. قد ترغب أيضًا في تصفح قاعدة بيانات الحوافز الفيدرالية والدولة للطاقة المتجددة.
تأكد من تلبية المزرعة المتطلبات القانونية الخاصة بك
يخضع منتجو الكهرباء للقوانين الفيدرالية مثل قانون سياسات المرافق العامة لعام 1978 (PURPA) ، وقانون سياسة الطاقة لعام 2005 (EPACT 2005) ، وقانون استقلال الطاقة والأمن لعام 2007 (EISA 2007). بالإضافة إلى ذلك ، لدى الدول الفردية تفسيرات مختلفة لكيفية تطبيق هذه القوانين الفيدرالية ، ولديها اختصاصات مختلفة لتعزيز الطاقة المتجددة من خلال تشريعات معايير الحفظ المتجددة (RPS).
يمكن أن يساعدك محام أو مستشار متخصص في تطوير الطاقة المتجددة في التنقل في القوانين التي تحكم مشروعك المقترح. ستحتاج أيضًا إلى تصاريح مختلفة للبناء والبيئة من الوكالات الحكومية.
إذا كانت مزرعة الرياح الخاصة بك سوف تجلس على ممتلكات حكومية أو لديها شريك وكالة فيدرالية ، فإن السماح يمكن أن يتوقف على عملية تقييم الأثر البيئي الرسمية. على سبيل المثال ، تخضع مزارع الرياح الموضوعة على الممتلكات التي يديرها مكتب الولايات المتحدة لإدارة الأراضي لبعض المبادئ التوجيهية التي تهدف إلى حماية الأنواع المحمية الفيدرالية والموارد الطبيعية الأخرى.
تحديد المعدات وتصميم مزرعة الرياح
تعتبر توربينات الرياح الحديثة أكثر أناقة وأكبر من طواحين الهواء القديمة ، مع وجود شفرات وأبراج ضخمة على طول المباني الشاهقة. يؤثر التحديد الدقيق لهذه التوربينات في مزرعة الرياح على إنتاجها الإجمالي من الطاقة.
كقاعدة عامة ، كلما كبرت التوربينات الريحية ، زادت قدرتها على توليد الطاقة. إن أكثر توربينات الرياح التي يتم تركيبها بشكل عام تمتلك قدرة استيعابية تصل إلى 1.5 ميجاوات ويمكنها تشغيل 500 منزل ، لكن الموديلات الأحدث تعمل بشكل أكبر. يسرد موقع جنرال إلكتريك أحجام تصل إلى 3.4 ميجاوات للاستخدام في المناطق البرية وما يصل إلى 6 ميجاوات في الخارج. ومن الشركات الرائدة الأخرى في تصنيع توربينات الرياح: فيستاس ، وغولدويند ، وإنيركون ، وسيمنز ، وسولزون ، وغاينا ، ويون باور ، ومينغ يانغ ، ونوردكس.
تحتاج توربينات الرياح الكبيرة والثقيلة إلى أسس أكبر وتكلفتها أكثر. يجب تصميم توربينات الرياح البحرية لظروف المحيطات. نادرا ما تعمل التوربينات الريحية بكامل طاقتها لأن توليد الطاقة لديها يعتمد على الطقس.
بالإضافة إلى توربينات الرياح ، تتطلب مزرعة الرياح نظامًا لجمع الطاقة الكهربائية ، ومحولات ، وشبكة اتصالات ، ومحطات فرعية. ما هو أكثر من ذلك ، يتم استخدام نظام مراقبة إشرافية والحصول على البيانات (SCADA) لمراقبة الأداء. يمكن للمهندس أن يوصي بالمعدات المناسبة ووضع التوربين على أساس موقعك ، والأمور المالية ، وأهداف الطاقة.
قدرة النقل الآمن
إذا كنت تخطط لمزرعة الرياح على نطاق تجاري ، فأنت بحاجة إلى طريقة لتوصيل الطاقة إلى عملاء البيع بالجملة أو التجزئة. عادة ما يتطلب ذلك خطوط نقل تربط مخرجات مزرعة الرياح الخاصة بك بشبكة نقل الطاقة الكهربائية - شبكة الطاقة - في منطقتك. يمكن لمزارع الرياح التجارية الموجودة في المواقع النائية أن تجد صعوبة في تأمين قدرة النقل والاتصال مع الشبكة.
بدلا من ذلك ، يمكن استخدام مزارع الرياح الصغيرة كمصدر مخصص للكهرباء لمجتمع أو شركة. في هذه الحالات ، قد لا تتطلب مزرعة الرياح رابطًا للشبكة الكهربائية العادية. ومع ذلك ، لبيع الطاقة الزائدة ، لا تزال بحاجة إلى طريقة لتوصيل هذه الطاقة إلى المرافق الكهربائية.
تحقق مع مختبر الطاقة المتجددة الوطني (NREL) ، الذي يعمل مع مطوري الرياح لضمان قدرة النقل والاتصال. توفر مجموعة Utility Wind Integration Group أيضًا موارد لتوصيل مزرعة الرياح في النظام الكهربائي.
قم بتثبيت واختبار وتشغيل المعدات
ويمكن الانتهاء من بناء مزرعة الرياح في غضون بضعة أشهر. ومع ذلك ، قد تحتاج أولاً إلى إنشاء طرق في الموقع لنقلها في توربينات الرياح والمعدات الأخرى.
لكل توربين رياح ، ستحتاج إلى حفر حفرة وتعبئتها بالخرسانة المسلحة لتكون بمثابة أساس استقرار. هذه العملية هي أكثر تطلبا في الظروف الصخرية أو مزارع الرياح في الخارج. بمجرد إعداد المؤسسة ، ستحتاج إلى تركيب التوربينات برافعات متخصصة.
بعد ذلك ، ستضع الأسلاك والأنظمة الكهربائية في مكانها وتجري اختبارات للتأكد من أن جميع العناصر تعمل بشكل صحيح. غالباً ما يستغرق الأمر ستة أشهر قبل أن يتم تسوية مكامن الخلل ، وتحقق مزرعة الرياح قدرة إنتاجية تجارية كاملة.
تحتاج كل توربينات الرياح إلى ما يقرب من أسبوع من الصيانة الروتينية في السنة. وتقول الجمعية الأمريكية لطاقة الرياح إنها تحتاج إلى فني رياح واحد لخدمة كل 10 ميجاوات من طاقة التوليد المركبة.