Ветроэнергетика — отрасль энергетической промышленности , которая быстро развивалась в Соединенных Штатах за последние несколько лет. [1] С января по декабрь 2023 года ветровая энергия выработала 425,2 тераватт-часов , или 10,18% электроэнергии в Соединенных Штатах . [2] Средняя ветровая турбина вырабатывает достаточно электроэнергии за 46 минут, чтобы обеспечить питанием средний американский дом в течение одного месяца. [3] В 2019 году ветровая энергия превзошла гидроэлектроэнергию и стала крупнейшим возобновляемым источником энергии в США .
По состоянию на январь 2023 года общая установленная паспортная мощность генерации ветроэнергии в Соединенных Штатах составила 141 300 мегаватт (МВт). [4] Эту мощность превосходят только Китай и Европейский союз . [5] До сих пор наибольший рост мощности ветроэнергетики наблюдался в 2020 году, когда было установлено 16 913 МВт ветроэнергии. [6] За ним следовали 2021 год, в течение которого было установлено 13 365 МВт, и 2012 год, в котором было добавлено 11 895 МВт, что составляет 26,5% от новой установленной мощности в 2012 году. [1]
К сентябрю 2019 года 19 штатов имели более 1000 МВт установленной мощности, при этом пять штатов, Техас , Айова , Оклахома , Канзас и Калифорния , вырабатывали более половины всей ветроэнергетики в стране. [7] Техас с 28 843 МВт мощности, около 16,8% от потребления электроэнергии в штате, имел самую большую установленную мощность ветроэнергетики среди всех штатов США по состоянию на конец 2019 года. [8] В Техасе также было больше строящихся объектов, чем в любом другом штате. [9] Штатом, вырабатывающим самый высокий процент энергии из ветра, является Айова, более 57% от общего объема производства энергии. [7] В настоящее время в Северной Дакоте на душу населения приходится больше всего ветрогенерации.
Alta Wind Energy Center в Калифорнии в настоящее время является крупнейшей завершенной ветровой электростанцией в Соединенных Штатах с мощностью 1548 МВт. [10] После завершения строительства в 2026 году SunZia Wind в Центральном Нью-Мексико , которая в настоящее время находится на стадии строительства, станет крупнейшей ветровой электростанцией в США, а также в западном полушарии, с более чем 900 турбинами и генерирующей мощностью 3500 МВт. [11] [12] [13] GE Power является крупнейшим отечественным производителем ветряных турбин . [14]
Первым муниципальным применением нескольких ветровых электротурбин в США, возможно, была система из пяти турбин в Петтибоне, Северная Дакота, в 1940 году. Это были коммерческие установки Wincharger на башнях с оттяжками. [15]
В 1980 году в Кротчед-Маунтин , в Нью-Гемпшире, была установлена первая в мире ветряная электростанция, состоящая из двадцати ветряных турбин мощностью 30 кВт . [16]
С 1974 по середину 1980-х годов правительство США работало с промышленностью над развитием технологий и созданием крупных коммерческих ветровых турбин. Серия ветровых турбин NASA была разработана в рамках программы по созданию ветровых турбин коммунального масштаба в США при финансировании Национального научного фонда , а позднее Министерства энергетики США (DOE). Было введено в эксплуатацию 13 экспериментальных ветровых турбин в четырех основных конструкциях ветровых турбин. Эта программа исследований и разработок стала пионером многих многомегаваттных технологий турбин, используемых сегодня, включая: башни из стальных труб, генераторы с переменной скоростью, композитные материалы лопастей, управление шагом частичного пролета, а также возможности аэродинамического, структурного и акустического проектирования.
В 1980-х годах Калифорния начала предоставлять налоговые льготы для ветроэнергетики. Эти льготы финансировали первое крупное использование ветроэнергетики для коммунальной электроэнергии. Эти машины, собранные в больших ветровых парках, таких как в Альтамонт Пасс , считались бы маленькими и неэкономичными по современным стандартам развития ветроэнергетики. В 1985 году половина мировой ветроэнергетики вырабатывалась в Альтамонт Пасс. К концу 1986 года около 6700 ветровых турбин, в основном менее 100 кВт, были установлены в Альтамонте, стоимостью около 1 миллиарда долларов и вырабатывали около 550 ГВт-ч/год. [17]
Десять крупнейших ветряных электростанций в США:
В версии 16.0 отчета о выровненной стоимости энергии (LCOE), опубликованного в апреле 2023 года, Lazard сообщает о LCOE для наземного ветра в диапазоне от 24 до 75 долларов за мегаватт-час (МВт·ч) и диапазоне для офшорного ветра в диапазоне от 72 до 140 долларов за МВт·ч. [24] Нижняя граница диапазона (24 доллара/МВт·ч), наряду с солнечными фотоэлектрическими установками (PV) коммунального масштаба , является самой низкой несубсидируемой LCOE. Обычные электростанции варьируются от 39 долларов/МВт·ч для нижнего предела газового комбинированного цикла до 221 доллара/МВт·ч для верхнего предела газовых пиковых и атомных электростанций. Средняя LCOE для наземного ветра увеличилась с 36 долларов/МВт·ч в 2021 году до 50 долларов/МВт·ч в 2023 году. Такой рост наблюдался во всем энергетическом секторе.
В 2021 году Управление энергетической информации США подсчитало, что несубсидированная, нормированная стоимость новой береговой ветровой энергии, вводимой в эксплуатацию в 2023 году, составит 3 цента за кВт·ч (30 долларов США/МВт·ч). [25] В отчете также предупреждается, что нормированная стоимость может вводить в заблуждение. Хотя нормированная стоимость отражает стоимость строительства и эксплуатации электростанции, она не учитывает относительную стоимость энергии из диспетчерируемых источников, таких как газовая турбина, по сравнению с недиспетчерируемыми источниками, такими как ветряные электростанции. В отчете также рассчитывается нормированная избегаемая стоимость энергии (LACE), [26] которую можно использовать для лучшего отражения экономической стоимости источника энергии.
Субсидии, такие как инвестиционный налоговый кредит и производственный налоговый кредит, еще больше снижают стоимость ветроэнергетики. Эти субсидии, как планируется, сократятся и прекратят свое действие в ближайшие годы.
Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии требуют существования возобновляемых источников энергии, большинство из которых прерывистые, такие как ветер и солнце, но за счет коммунальных служб и потребителей. Субсидирование этого за счет налоговых льгот на производство делает ветровую энергию более дешевой для коммунальных служб и потребителей, но за счет налогоплательщиков. [27]
По состоянию на 2022 год в США установлено более 141 ГВт мощности ветроэнергетики. За последние годы ветроэнергетика резко возросла. Однако в 2010 году новые установленные генерирующие мощности составили около половины от предыдущего года из-за различных факторов, включая финансовый кризис и рецессию. В 2013 году произошло 92%-ное сокращение новых установленных генерирующих мощностей по сравнению с 2012 годом из-за позднего продления PTC ( см. изображение справа). [37] График слева показывает рост установленной мощности ветроэнергетики в США на основе данных Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии . [32] В 2008 году установленная мощность в США увеличилась на 50% по сравнению с предыдущим годом. Средний мировой темп роста в том году составил 28,8%. [38]
К 2014 году ветроэнергетика в США смогла производить больше электроэнергии по более низкой цене, используя более высокие ветровые турбины с более длинными лопастями, улавливая более быстрые ветры на больших высотах. Это открыло новые возможности, и в Индиане, Мичигане и Огайо цена электроэнергии от ветровых турбин на высоте от 300 до 400 футов (от 90 до 120 м) над землей конкурировала с обычным ископаемым топливом, таким как уголь. Цены упали примерно до 4 центов за киловатт-час в некоторых случаях, и коммунальные службы увеличивали количество ветроэнергии в своем портфеле, заявляя, что это их самый дешевый вариант. [39] Для контрактов на электроэнергию, заключенных в 2014 году, средняя цена ветроэнергии упала до 2,5 центов/кВт-ч. [40]
Коэффициент мощности — это отношение фактически произведенной мощности к паспортной мощности турбин. Общий средний коэффициент мощности для ветрогенерации в США увеличился с 31,7% в 2008 году до 32,3% в 2013 году. [41]
В 2023 году производство ветроэнергии в США упало на 2%, несмотря на увеличение мощности на 6,2 гигаватт, в основном из-за более слабых, чем обычно, ветров на Среднем Западе. Это стало первым снижением за 25 лет и отразилось в падении коэффициента мощности до восьмилетнего минимума в 33,5%. Снижение подчеркивает проблемы зависимости от непостоянных возобновляемых источников энергии , таких как ветер, на которые существенно влияют переменные климатические условия, такие как явление Эль-Ниньо , снижающее скорость ветра. [42]
По данным Национальной лаборатории возобновляемой энергии , на территории Соединенных Штатов имеется потенциал для 10 459 ГВт наземной ветроэнергетики. [44] [45] Мощность может генерировать 37 петаватт-часов (ПВт·ч) в год, что в девять раз превышает общее потребление электроэнергии в США . [46] США также имеют большие ветровые ресурсы на Аляске , [47] и Гавайях . [48]
В дополнение к крупным ресурсам наземного ветра, США обладают большим потенциалом морской ветроэнергетики, [49] согласно другому отчету NREL, опубликованному в сентябре 2010 года, показывающему, что в США имеется 4150 ГВт потенциальной паспортной мощности морской ветроэнергетики, что в 4 раза превышает установленную мощность страны из всех источников в 2008 году, составлявшую 1010 ГВт. [50] Некоторые эксперты подсчитали, что все Восточное побережье может быть обеспечено электроэнергией с помощью морских ветровых электростанций. [51]
В докладе Министерства энергетики США за 2008 год « 20% энергии ветра к 2030 году» [52] предполагалось, что энергия ветра может поставлять 20% всей электроэнергии США, что включало вклад в 4% от общей электроэнергии страны за счет морской ветроэнергетики. [53] Чтобы достичь этого, необходимы значительные достижения в стоимости, производительности и надежности, основанные на отчете 2011 года коалиции исследователей из университетов, промышленности и правительства при поддержке Центра Аткинсона за устойчивое будущее . [54] Для получения 20% от ветра требуется около 305 ГВт ветряных турбин, увеличение на 16 ГВт/год после 2018 года или средний рост на 14,6%/год, а также улучшение линий электропередачи. [52] Аналитики оценивают около 25 ГВт дополнительной энергии ветра в США в 2016–2018 годах, [55] в зависимости от Плана чистой энергии и расширений PTC. После поэтапного отказа от PTC в 2021 году ожидается, что дополнительная мощность ветроэнергетики составит около 5 ГВт в год. [56]
.png/1280px-Wind_electricity_generation_in_the_United_States,_2001-2018_(48018477816).png)
В 2019 году производство электроэнергии за счет энергии ветра составило 10 процентов или более в четырнадцати штатах США: Колорадо, Айдахо, Айова, Канзас, Мэн, Миннесота, Северная Дакота, Оклахома, Орегон, Южная Дакота, Вермонт, Небраска, Нью-Мексико и Техас. [57] В Айове, Южной Дакоте, Северной Дакоте, Оклахоме и Канзасе более 20 процентов электроэнергии вырабатывалось за счет ветра. [58] В двадцати штатах теперь более пяти процентов электроэнергии вырабатывается за счет ветра. [58] Айова стала первым штатом в стране, который вырабатывал 50% электроэнергии за счет ветра в 2020 году, как и прогнозировалось в 2015 году. [59]
Пять штатов с наибольшей установленной мощностью ветроэнергетики по состоянию на конец 2020 года: [36]
Пять крупнейших штатов по проценту выработки энергии ветром в 2020 году: [60]
В июле 2008 года Техас одобрил расширение электросети штата на сумму 4,93 млрд долларов для доставки ветровой энергии в его основные города из западных районов штата. Компании по передаче электроэнергии возместят стоимость строительства новых линий электропередач, завершение которых ожидается в 2013 году, за счет сборов, оцениваемых в 4 доллара в месяц для частных клиентов. [62] Нехватка мощности передачи электроэнергии вынудила ветряные турбины время от времени останавливаться и сократила производство ветровой энергии в Техасе на 17% в 2009 году. [63] В 2011 году Техас стал первым штатом, преодолевшим отметку в 10 000 МВт. [64]
После завершения строительства в 2016 году ветряная электростанция Los Vientos стала самой мощной ветряной электростанцией Техаса с общей установленной мощностью 912 МВт. [20] Она расположена в двух округах Южного Техаса . За ней следует ветряная электростанция Roscoe с 627 ветряными турбинами и общей установленной мощностью 781,5 МВт, которая расположена примерно в 200 милях (320 км) к западу от Форт-Уэрта в районе, который охватывает части четырех округов Техаса. [65] [66] Ветряной энергетический центр Horse Hollow занимает третье место с 735,5 МВт. [67] К 2016 году Техас превзошел отметку в 20 000 МВт, добавив более 1800 МВт генерирующих мощностей только в 2016 году, включая Los Vientos. [9]
По состоянию на февраль 2021 года более 57 процентов электроэнергии, вырабатываемой в Айове, поступает из энергии ветра. [72] К концу 2020 года в Айове было более 10 950 мегаватт (МВт) генерирующих мощностей, и в ближайшем будущем планируется ввести в эксплуатацию более 1500 мегаватт. [72] Электроэнергия, выработанная в Айове ветром в 2020 году, составила более 34 миллионов мегаватт-часов. [72] С тех пор, как Айова приняла стандарт возобновляемой энергии в 1983 году, ветроэнергетическая отрасль привлекла более 19 миллиардов долларов инвестиций. [73] Вторая бетонная башня ветряной турбины, которая будет построена в США, а также самая высокая в стране (377 футов) на момент постройки, находится в округе Адамс. Башня была завершена весной 2016 года. [74]
В 2018 году Invenergy объявила о планах по созданию пары ветровых электростанций в Айове. Каждая из них будет способна генерировать 200 МВт. Строительство планируется начать в начале 2019 года. [75]
Оклахома обладает одними из лучших ресурсов в Соединенных Штатах. Bergey Windpower, ведущий производитель малых ветровых турбин , находится в Оклахоме. Программы, ведущие к карьере в ветроэнергетической отрасли, предоставляются в технических школах, общественных колледжах и университетах Оклахомы. Инициатива ветроэнергетики Оклахомы поддерживает развитие ветроэнергетики в штате. [76]
В 2012 году в Канзасе было завершено большое количество ветровых проектов, что сделало его одним из крупнейших и наиболее быстрорастущих рынков ветроэнергетики. [ требуется ссылка ] В конце 2014 года общая мощность составила 2967 МВт. [1] [77] Канзас имеет высокий потенциал мощности ветроэнергетики, второй после Техаса. По последним оценкам, у Канзаса есть потенциал для 950 ГВт мощности ветроэнергетики. Канзас может генерировать 3900 ТВт·ч электроэнергии в год, что составляет больше, чем вся электроэнергия, выработанная из угля, природного газа и ядерной энергии вместе взятых в Соединенных Штатах в 2011 году. [78]
При установленной мощности около 4000 мегаватт по состоянию на конец 2011 года ветровая энергия обеспечивала около 5% от общей потребности Калифорнии в электроэнергии, или достаточно для питания более 400 000 домохозяйств. Количество значительно меняется изо дня в день. [79] В 2011 году было установлено 921,3 мегаватт. Большая часть этой деятельности происходила в районе Техачапи округа Керн, а также некоторые крупные проекты в округах Солано, Контра-Коста и Риверсайд. [ необходима цитата ] После 2014 года Калифорния заняла второе место в стране по мощности после Техаса с мощностью 5917 МВт. [1] В 2020 году ветровая энергия составила 7,2% от совокупной общей энергии, вырабатываемой в Калифорнии. [80]
Большая часть ветрогенерации Калифорнии сосредоточена в трех основных регионах: ветряная электростанция Altamont Pass (к востоку от Сан-Франциско); ветряная электростанция Tehachapi Pass (к юго-востоку от Бейкерсфилда) и ветряная электростанция San Gorgonio Pass , недалеко от Палм-Спрингс, к востоку от Лос-Анджелеса. Гигантский новый ветроэнергетический центр Alta Wind Energy также расположен в регионе Tehachapi Pass. [81]
Ветроэнергетика поддерживается стандартом возобновляемой энергетики , [83] принятым в 2007 году и усиленным в 2009 году, который требует 10% возобновляемой энергии от электроэнергетических компаний к 2010 году и 25% к 2025 году. Иллинойс имеет потенциал для установки до 249 882 МВт ветрогенерирующей мощности на высоте 80 метров. [84]
С 2005 года многие лидеры по производству турбин открыли предприятия в США. Из 10 крупнейших мировых производителей в 2007 году семь – Vestas , GE Energy , Gamesa , Suzlon , Siemens , Acciona и Nordex – имеют американское производственное присутствие. [86] [87] [40] REpower – еще один производитель с заметным использованием в Соединенных Штатах. [88]
Планы по 30 новым производственным объектам были объявлены в 2008 году, и ветровая промышленность ожидает увидеть продолжение перехода к отечественному производству в ближайшие годы. В общей сложности 70 производственных объектов начали производство, были расширены или объявлены с января 2007 года. [86]
По состоянию на апрель 2009 года более 100 компаний производят компоненты для ветряных турбин, нанимая тысячи рабочих на изготовление таких разнообразных деталей, как башни, композитные лопасти, подшипники и шестерни. Многие существующие компании в традиционных производственных штатах переоборудовались для входа в ветроэнергетику. Их производственные мощности разбросаны по 40 штатам, нанимая рабочих от Юго-Востока до Стального пояса, Великих равнин и Тихоокеанского Северо-Запада. [86]
Министерство энергетики США (DOE) работает с шестью ведущими производителями ветряных турбин с целью достижения 20% ветроэнергетики в Соединенных Штатах к 2030 году. DOE объявило о Меморандуме о взаимопонимании (MOU) с GE Energy, Siemens Power Generation , Vestas Wind Systems , Clipper Windpower , Suzlon Energy и Gamesa Corporation . В рамках Меморандума о взаимопонимании DOE и шесть производителей будут сотрудничать для сбора и обмена информацией, касающейся пяти основных областей: исследования и разработки, связанные с надежностью и работоспособностью турбин; стратегии размещения ветроэнергетических установок; разработка стандартов для сертификации турбин и универсального соединения ветряных турбин; производственные достижения в области проектирования, автоматизации процессов и методов изготовления; и развитие рабочей силы. [52] [89]
В 2014 году доля GE на рынке США составляла 60%, Siemens — 26%, а Vestas — 12%. Вместе они имели 98%. [90] Большинство новых турбин были разработаны для слабого ветра. Производители турбин конкурируют друг с другом и вызывают снижение цен на турбины. [40]
Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) Министерства энергетики США объявила о ряде проектов в области ветровых технологий, включая строительство нового современного испытательного центра для лопастей ветряных турбин в Инглсайде, штат Техас . Исследовательский и испытательный центр для больших лопастей Texas-NREL сможет испытывать лопасти длиной до 70 метров (230 футов). Он будет построен и эксплуатироваться в рамках партнерства между NREL, DOE и государственным консорциумом во главе с Университетом Хьюстона , при этом университет будет владеть и управлять зданиями центра, DOE финансирует до 2 миллионов долларов капитальных затрат, а NREL будет оказывать техническую и эксплуатационную помощь. Стоимость испытательного центра для лопастей оценивается в 12–15 миллионов долларов, и он должен быть завершен к 2010 году. Расположенный на побережье Мексиканского залива, техасский центр дополнит аналогичный центр, который строится на побережье Массачусетса . [91]
NREL также недавно подписала соглашения с Siemens Power Generation и First Wind, разработчиком ветроэнергетики. Siemens запускает новый научно-исследовательский и опытно-конструкторский центр в соседнем Боулдере, штат Колорадо , и согласилась разместить и испытать ветровую турбину коммерческого масштаба в Национальном центре ветровых технологий NREL (NWTC). First Wind (ранее называвшаяся UPC Wind Partners, LLC) владеет и управляет 30-мегаваттной ветроэлектростанцией Kaheawa Wind Power в Западном Мауи, Гавайи , и согласилась позволить NWTC создать на объекте удаленный исследовательский партнерский сайт. Спутник NWTC на Мауи будет сотрудничать с First Wind в исследованиях по разработке передовых технологий ветроэнергетики, включая хранение энергии и интеграцию возобновляемой электроэнергии в электрическую сеть Мауи. [92]
В 2010 году DOE выделило 60 миллионов долларов на исследование требований к передаче. [93] Начиная с 2006 года DOE обязано предоставлять отчет о перегрузках в передаче один раз в три года. [94]
Недавняя политика США в целом заключалась в предоставлении федерального налогового кредита на производство (PTC), скорректированного с учетом инфляции, в размере 15 долларов США за МВт·ч (в долларах 1995 года), выработанного за первые десять лет эксплуатации проданной ветровой энергии. По состоянию на 2015 год кредит составлял 23 доллара США за МВт·ч. [95] Стандарты возобновляемого портфеля, предписывающие определенный процент продаж электроэнергии из возобновляемых источников энергии, которые существуют примерно в половине штатов, также стимулировали развитие ветровой промышленности. [96]
Каждый раз, когда Конгресс позволял истекать налоговому кредиту на производство, развитие ветроэнергетики замедлялось, поскольку инвесторы ждали восстановления кредита. Каждый год его продлевали, развитие расширялось. Налоговый кредит истек в конце 2012 года, что привело к почти полной остановке деятельности по развитию ветроэнергетики. Краткосрочная политика сроком на один год была принята в начале 2013 года, которая предоставляет налоговый кредит проектам, находящимся в стадии строительства к концу 2013 года и завершенным до конца 2014 года. [97] PTC был впервые введен в 1992 году. [98] Когда ему позволили истечь, развитие упало на 93%, 73% и 77% в следующем году.
Управление энергетической информации сообщило, что ветроэнергетика получила наибольшую долю прямых федеральных субсидий и поддержки в 2013 финансовом году (последний год, по которому имеются статистические данные), составив 37% (5,936 млрд долларов) от общего объема субсидий, связанных с электроэнергией. Почти три четверти субсидий на ветроэнергетику в том году были прямыми расходами и в значительной степени являлись результатом программ ARRA . Эти цифры не включают субсидии и поддержку со стороны других уровней правительства. [99]
Развитие ветроэнергетики в Соединенных Штатах поддерживалось в первую очередь за счет налогового кредита на производство (PTC), который выплачивается производителям за объем произведенной электроэнергии. 1 января 2013 года налоговый кредит на производство был продлен еще на один год. [97]
В конце 2015 года власти продлили действие налогового кредита на производство. Продление предусматривает поэтапную отмену кредита в течение пяти лет. 30-процентный налоговый кредит на ветер и солнце будет действовать до 2019 года, а затем снизится до 10 процентов в 2022 году. [100]
Средняя цена соглашений о покупке электроэнергии в 2014 году составила 23,5 долл. США/МВт·ч. [90] Эксплуатационные расходы оценивались в 10 долл. США/МВт·ч. [40]
Существует конкуренция за ветровые электростанции среди фермеров в таких местах, как Айова или скотоводы в Колорадо. В 2007 году фермеры, без каких-либо инвестиций с их стороны, обычно получали $3000–5000 в год в качестве роялти [101] от местной коммунальной службы за размещение одной большой ветровой турбины передовой конструкции. [102] [103] [104] [105] [106]
Ландшафтные и экологические проблемы могут быть существенными для некоторых предложений по ветровым электростанциям, [107] а экологические проблемы следует учитывать при выборе места. [108]
Мировой опыт показал, что консультации с общественностью и прямое участие широкой общественности в проектах ветряных электростанций помогли повысить уровень одобрения со стороны общественности, а некоторые ветряные электростанции за рубежом стали туристическими достопримечательностями , например, ветряная электростанция Ten Mile Lagoon .
Развитие оффшорной энергетики затрудняется относительно высокой стоимостью по сравнению с береговыми объектами. Несколько проектов находятся в стадии разработки, некоторые из них находятся на продвинутых стадиях разработки. [109] Однако Соединенные Штаты обладают очень большими ресурсами морской ветровой энергии из-за сильных, постоянных ветров вдоль длинной береговой линии США. [53]
В отчете NREL за 2011 год « Масштабная оффшорная ветроэнергетика в Соединенных Штатах » анализируется текущее состояние отрасли оффшорной ветроэнергетики. Согласно отчету, развитие ресурсов оффшорного ветра поможет стране к 2030 году получать 20% электроэнергии из ветра и оживить производственный сектор. Оффшорный ветер может поставлять 54 гигаватта мощности в национальную электросеть, тем самым повышая энергетическую безопасность . Он также может генерировать около 200 миллиардов долларов новой экономической активности и создавать тысячи постоянных рабочих мест. [110] В отчете NREL делается вывод о том, что «развитие ресурсов оффшорного ветра страны может обеспечить множество потенциальных выгод, и что оффшорная ветроэнергетика может сыграть жизненно важную роль на будущих энергетических рынках США». [110]
Жители прибрежных районов выступают против морских ветровых электростанций из-за опасений по поводу воздействия на морскую жизнь, окружающую среду, тарифы на электроэнергию, эстетику и отдых, такой как рыбалка и катание на лодках. Однако жители также ссылаются на улучшение тарифов на электроэнергию, качество воздуха и создание рабочих мест как на положительные эффекты, которые они ожидают от ветровых электростанций. [111] [112] Поскольку основания морских турбин функционируют как искусственные рифы, исследования показали, что после первоначального нарушения строительства местные рыбы и моллюски испытывают положительное воздействие. [111] [113] Поскольку ветровые турбины можно размещать на некотором расстоянии от берега, воздействие на отдых и рыбалку можно контролировать путем тщательного планирования мест расположения ветровых электростанций. [111]
Пять разведочных лизинговых соглашений на производство ветровой энергии на Внешнем континентальном шельфе у берегов Нью-Джерси и Делавэра были выданы в июне 2009 года министром внутренних дел. Лизинговые соглашения разрешают деятельность по сбору данных, что позволяет строить метеорологические вышки на Внешнем континентальном шельфе на расстоянии от шести до 18 миль (29 км) от берега. [114] Рассматривались четыре области. [115] 7 февраля 2011 года Салазар и Стивен Чу объявили о национальной стратегии по достижению мощности морской ветроэнергетики в 10 ГВт в 2020 году и 54 ГВт в 2030 году. [116] В 2021 году администрация Байдена объявила о цели достичь 30 ГВт морской ветроэнергетики к 2030 году. [117] В первом квартале 2024 года в США наблюдалось значительное увеличение установленной мощности морской ветроэнергетики — с 42 мегаватт (МВт) до 242 МВт.
Чиновники штатов Род-Айленд и Массачусетс выбрали Deepwater Wind для строительства ветряной электростанции стоимостью 1,5 миллиарда долларов и мощностью 385 мегаватт в федеральных водах у острова Блок . Проект из 100 турбин может обеспечить 1,3 тераватт-часов (ТВт·ч) электроэнергии в год — 15 процентов всей электроэнергии, используемой в штате Род-Айленд. [118] [119] [120] В 2009 году Deepwater подписала соглашение с National Grid о продаже электроэнергии с меньшей ветряной электростанции стоимостью 200 миллионов долларов и мощностью 30 МВт у острова Блок по начальной цене 24,4 ¢/кВт·ч. [121] Строительство ветряной электростанции Block Island , проекта из пяти турбин, началось в апреле 2015 года и было завершено в декабре 2016 года, став первой морской ветряной электростанцией в Соединенных Штатах.
Cape Wind начал разработку около 2002 года, но столкнулся с сопротивлением и в конечном итоге прекратил ее до реализации. Плавучая VolturnUS работала в заливе Пенобскот около Кастина с июня 2013 года по ноябрь 2014 года. [122] [123] Maine Aqua Ventus намерена запустить плавучую турбину мощностью 11 МВт у берегов острова Монхеган к концу 2023 года. [124]
Строительство оффшорного проекта Vineyard Wind мощностью 804 МВт началось 18 ноября 2021 года после долгой борьбы за одобрение. [125] Электроэнергия от первой турбины начала поступать в сеть ISO Новой Англии 2 января 2024 года . [126] Второй крупный оффшорный проект, SouthCoast Wind (ранее Mayflower Wind), находится в стадии разработки, среди прочих.
Для продвижения ветроэнергетики в Нью-Джерси в 2007 году штат заключил контракт на 4,4 миллиона долларов на проведение 18-месячного базового экологического исследования океанической/ветровой энергетики, став первым штатом, спонсировавшим исследование океана и ветровой энергетики, прежде чем разрешить разработчикам возобновляемой энергии изучать и строить у берегов. Исследование было сосредоточено на выделенной зоне у побережья для определения текущего распределения, численности и миграционных схем видов птиц, рыб, морских ресурсов и использования морских черепахами существующих экологических ресурсов. [127] Результаты исследования были опубликованы в июне 2010 года. Исследование пришло к выводу, что последствия разработки ветряных электростанций у берега будут незначительными. [128] [129] [130]
В 2008 году новые федеральные правила значительно расширили территорию, на которой могут быть построены морские ветровые парки. Ранее проекты разрешалось строить только в мелководных водах штата в пределах 3 морских миль (5,6 км) от берега. Край территории США находится примерно в 200 морских милях (370 км). Увеличение расстояния от берега снижает их видимость. Воды у побережья Соединенных Штатов глубже, чем в Европе, что требует иных конструкций. [131]
Ocean Wind — это предлагаемая крупномасштабная морская ветровая электростанция мощностью 1100 МВт, которая будет расположена на внешнем континентальном шельфе примерно в 15 милях (24 км) от побережья Атлантик-Сити, штат Нью-Джерси . Если она будет построена, она станет крупнейшей в США [132] В сентябре 2020 года должностные лица Нью-Джерси остановили проект Ørsted Ocean Wind, сославшись на опасения по поводу искаженных экономических выгод от морской ветроэнергетики, включая строительство монополей, использование предприятий, принадлежащих женщинам и меньшинствам, профсоюзный труд, возможные негативные последствия для рыбной промышленности. [133] [134]
Coastal Virginia Offshore Wind (CVOW) — пилотный проект в области морской ветроэнергетики, расположенный примерно в 27 милях (43 км) от побережья Вирджиния-Бич, штат Вирджиния . Пилотный проект с двумя турбинами мощностью 12 МВт, построенный в 2020 году, является второй морской ветровой электростанцией коммунального масштаба, работающей в Соединенных Штатах. В проекте сотрудничали Dominion Energy и Ørsted US Offshore Wind . [135]
Великие озера имеют потенциал морского ветра в 160 гигаватт для ветровых турбин с фиксированным донным креплением и 415 гигаватт для плавучих ветровых энергетических систем . Проблемы включают невозможность провести судно для установки ветровых турбин к водному пути Великих озер через морской путь Святого Лаврентия , канал Уэлленд или шлюзы Су . Вероятно, потребуется построить специальные суда для перевозки тяжелого оборудования и морские ветровые порты на берегах Великих озер, чтобы создать цепочку поставок, необходимую для строительства и установки более крупных морских ветровых турбин. Замерзание льда — еще одна проблема, с которой ранее не сталкивались морские ветровые электростанции, поскольку они были построены в соленой морской воде . [136] Запланированный пилотный проект из 6 ветровых турбин с фиксированным донным креплением на озере Эри, Icebreaker, был приостановлен в декабре 2023 года. [137]
Ветры в районе Центральных равнин США изменчивы как в краткосрочной (минуты), так и в долгосрочной (дни) временной шкале. Изменения скорости ветра приводят к изменениям в выходной мощности ветряных электростанций, что создает трудности при включении энергии ветра в интегрированную энергосистему. Ветровые турбины приводятся в движение ветрами пограничного слоя, которые возникают вблизи поверхности земли, на высоте около 300 футов. Ветры пограничного слоя контролируются ветром в более высоких слоях свободной атмосферы и имеют турбулентность из-за взаимодействия с поверхностными элементами, такими как деревья, холмы и здания. Краткосрочные или высокочастотные изменения обусловлены этой турбулентностью в пограничном слое. [138]
Долгосрочные изменения обусловлены прохождением переходных волн в атмосфере с характерным временным масштабом в несколько дней. Переходные волны, которые влияют на ветер в центральной части США, имеют большой масштаб, и это приводит к тому, что выходная мощность ветряных электростанций в регионе несколько коррелирована и не полностью независима. Крупномасштабное распределение ветряных электростанций значительно снижает краткосрочную изменчивость, ограничивая относительное стандартное отклонение коэффициента мощности примерно до 45%. [138] Корреляция является самой высокой летом и самой низкой зимой. [139]
Федеральное правительство США имеет юрисдикцию предотвращать гибель птиц и летучих мышей из-за ветряных турбин в соответствии с Законом об исчезающих видах , Законом о договоре о перелетных птицах и Законом о защите белоголовых и золотых орлов . В соответствии с Законом о защите белоголовых и золотых орлов 2009 года Министерство внутренних дел может выдавать разрешения на «нецелевой отлов» для видов деятельности, где гибель орлов считается неизбежной; однако по состоянию на декабрь 2013 года разработчикам ветряной энергии не было выдано ни одного разрешения на отлов. [140] Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США опубликовала добровольные руководящие принципы по проектированию и размещению ветряных турбин для минимизации гибели птиц и летучих мышей. [141]
В 2013 году администрация Обамы была обвинена в применении двойных стандартов для защиты ветроэнергетики от судебных преследований по Закону о защите белоголовых и беркутов, в то время как она активно преследовала нарушения со стороны нефтяных компаний и владельцев линий электропередач. Администрация отказалась разглашать количество случаев гибели хищных птиц, о которых ей сообщили ветроэнергетические компании, заявив, что это раскроет коммерческие тайны. Правительство также приказало федеральным правоохранительным органам не возбуждать уголовные дела по фактам гибели птиц против ветроэнергетических компаний без предварительного одобрения Вашингтона. Было заявлено, что эта политика является экологическим компромиссом для продвижения возобновляемой энергии. [142]
В ноябре 2013 года федеральное правительство добилось своего первого уголовного осуждения оператора ветровой электростанции за убийство охраняемых птиц в нарушение Закона о договоре о перелетных птицах 1918 года. Duke Energy признала себя виновной и была оштрафована на 1 миллион долларов за гибель 160 птиц, включая 14 беркутов, на двух ветряных электростанциях в Вайоминге. Министерство юстиции обвинило Duke в том, что компания спроектировала и разместила турбины, зная, что они убьют птиц; Duke отметила, что сама сообщила о гибели птиц, и что руководящие принципы Службы охраны рыбных ресурсов и диких животных США по сокращению гибели птиц ветряными турбинами не были выпущены, когда турбины были построены. После того, как им предъявили обвинение, Duke внедрила систему обнаружения радаров стоимостью 600 000 долларов в год, предназначенную для отключения турбин при приближении крупных птиц; компания отметила, что система работает, поскольку за более чем год эксплуатации с момента установки радара не было зафиксировано ни одной гибели беркутов. [143] [144]
В декабре 2013 года Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США объявила, что будет выдавать 30-летние разрешения на проекты ветровой энергетики, чтобы допустить гибель орлов; ранее разрешения выдавались только на 5 лет, но ни одно из них не выдавалось на проекты ветровой энергетики. В соответствии с 30-летними разрешениями разработчики ветровой энергетики должны будут сообщать о гибели орлов, а разрешения будут пересматриваться каждые 5 лет. Мера была направлена на устранение того, что считалось правовой неопределенностью, препятствующей инвестициям в ветровую энергетику. Правительство заявило, что для изменения не требуется экологическая экспертиза, поскольку это было только административное изменение. [140] Новое положение приветствовала Американская ассоциация ветроэнергетики , которая заявила, что ветровая энергетика стала причиной менее двух процентов смертей орлов по вине человека, и указала, что правила потребуют обширных мер по смягчению последствий и мониторингу гибели орлов. [145] Продлению срока действия разрешений на отлов орлов с 5 до 30 лет воспротивились ряд природоохранных организаций, включая Американское общество охраны птиц , Общество охраны природы , Sierra Club , Общество Одюбона и Общество защиты животных США. [146] [147]
Более 30 000 мест расположения ветряных турбин находятся в пределах федерально охраняемых мест обитания птиц, из которых почти 24 000 находятся в миграционном коридоре американского журавля и почти 3000 в местах размножения находящегося под угрозой исчезновения большого шалфейного тетерева . [148] По словам доктора Майкла Хатчинса, директора кампании Bird Smart Wind Energy Campaign Американской организации по охране птиц , ветряные турбины представляют угрозу для птиц страны, и что нынешний процесс выдачи разрешений неэффективен в решении этой проблемы. Обеспокоенность по поводу гибели птиц побудила Американскую организацию по охране птиц и 70 других природоохранных организаций лоббировать Министерство внутренних дел США с целью разработки Национального программного заявления о влиянии ветра на окружающую среду , которое определило бы подходящие области для развития ветроэнергетики, а также области, где следует избегать развития, но эти лоббистские усилия не увенчались успехом. [148] Том Винсон, вице-президент Американской ассоциации ветроэнергетики по вопросам регулирования, отметил неоднозначность оценки и экстраполяции различных данных, а также поставил под сомнение достоверность предположений таких организаций, как American Bird Conservancy, при оценке будущей смертности птиц. [148]
Риски столкновений в первую очередь зависят от высоты турбин и типа башни. Среднее количество смертей птиц увеличивается по мере того, как высота турбин достигает 475–639 футов. Опасность для птиц увеличивается, поскольку лопасти на большей высоте перекрывают среднюю высоту полета ночных мигрирующих птиц. [149]
Все разработки ветряных электростанций на шельфе требуют либо федерального, либо государственного одобрения, а также аренды, поскольку прибрежные земли являются государственной собственностью. [150] Полномочия по регулированию ветряных электростанций на шельфе перешли в ведение нескольких федеральных агентств с начала 2000-х годов. До 2005 года разрешения на строительство ветряных турбин и ферм на шельфе находились в ведении Инженерного корпуса армии США . [151] В 2005 году, с принятием Закона об энергетической политике , Служба управления минеральными ресурсами в составе Министерства внутренних дел получила полномочия по разработке ветряных турбин в федеральных водах, таких как Внешний континентальный шельф , и отвечала за оценку экономической ценности, потенциального воздействия на окружающую среду и координацию с федеральными и государственными агентствами при утверждении разрешений на использование ветряной энергии. [152] В 2010 году Служба управления минеральными ресурсами была разделена на три агентства, из которых Бюро управления энергией океана отвечает за аренду, выдачу разрешений, мониторинг и регулирование ветряной энергетики на шельфе. [153]
Преследование любых видов морских млекопитающих в водах США является нарушением Закона о защите морских млекопитающих 1972 года (50 CFR 18). Разработчики ветроэнергетических установок в открытом море обязаны подать заявку на получение письма-разрешения или разрешения на случайные преследования со всеми соответствующими подробностями о видах, находящихся под потенциальной угрозой из-за их деятельности в открытом море, мерах по смягчению последствий, а также обязательствах по мониторингу и отчетности. Проекты ветроэнергетических установок в открытом море также должны соответствовать всем нормативным обязательствам, содержащимся в утвержденном на федеральном уровне плане управления прибрежными районами штата в соответствии с Законом об управлении прибрежными зонами 1972 года, чтобы контролировать их воздействие на прибрежные ресурсы. [154]
Возобновляемые источники энергии в США:
Международный:
Другими словами, средняя ветряная турбина, которая была введена в эксплуатацию в 2020 году, вырабатывает достаточно электроэнергии всего за 46 минут, чтобы обеспечить электроэнергией средний дом в США в течение одного месяца.
… ветряные турбины не установлены в водах США, …
