Sono necessari modelli di computer migliori per i parchi eolici mega

Con l'energia eolica che diventa più economica, gli sviluppatori di parchi eolici stanno elaborando piani per fattorie di un ordine di grandezza più grandi di qualsiasi altra cosa oggigiorno, alcune con più di 1.000 turbine. Ma c'è un grosso problema: l'economia dei parchi eolici dipende da previsioni accurate della produzione di energia ed è molto più difficile modellare come si comporteranno tali grandi parchi eolici.

Venti mutevoli: Una simulazione mostra gli effetti delle scie turbolente sulle turbine eoliche a valle. La turbolenza colpisce l'aria fino a un chilometro dal suolo.

Su una scala da diverse centinaia a oltre mille turbine eoliche, simulare le interazioni tra così tante turbine eoliche, in una gamma di diverse condizioni meteorologiche, può essere troppo complesso per gli attuali modelli di computer. Il problema potrebbe avere profonde implicazioni per il costo dell'energia eolica e la sua capacità di aumentare fino a sostituire grandi quantità di combustibili fossili.

Circa cinque anni fa, una scarsa raccolta di dati e modelli informatici inefficaci significavano che gli sviluppatori eolici erano inclini a sovrastimare la produzione di energia delle loro fattorie di oltre il 10%, abbastanza da distruggere i profitti e in alcuni casi impedire loro di rimborsare i prestiti. I modelli sono migliorati, ma il passaggio a parchi eolici più grandi e la crescente prevalenza di parchi eolici ordinari costruiti abbastanza vicini tra loro da interferire l'uno con l'altro sta sollevando nuovamente il problema.

Alcuni ricercatori ed esperti del settore affermano che mentre i modelli al computer sono diventati buoni per stimare la produzione di parchi eolici tipici tra 50 e 100 turbine eoliche, avranno problemi su scale molto più grandi. Se dovessi passare a 1.000 turbine eoliche, gli strumenti del settore inizierebbero a guastarsi, afferma Keith Longtin, direttore generale della gestione dei prodotti presso GE Power and Water.

Con miliardi di dollari in palio, gli sviluppatori dei nuovi, grandissimi parchi eolici stanno adottando misure straordinarie per cercare di prevedere la produzione di energia.

La costruzione di un mega parco eolico da 1.000 turbine, il progetto Chokecherry e Sierra Madre presso il ranch Overland Trail nel Wyoming, dovrebbe iniziare il prossimo anno.

Gli sviluppatori del progetto hanno misurato la velocità del vento, la direzione, la temperatura e altre condizioni meteorologiche nel sito per cinque anni (due anni sono lo standard). Hanno raccolto dati da 32 torri meteorologiche tempestate di sensori che si ergono da 60 a 80 metri sopra le dolci colline ricoperte di salvia del ranch, insieme a misurazioni dal radar basato sul suono (chiamato sodar) che può scansionare il vento ad altitudini fino a 200 metri, l'altezza di alcune pale eoliche.

Gli sviluppatori hanno anche utilizzato i supercomputer per eseguire i dati attraverso gli ultimi modelli di computer, sviluppati per tenere conto del modo in cui le turbine eoliche interagiscono tra loro: quando il vento si muove attraverso di esse, le turbine creano scie che possono interferire con le prestazioni delle turbine a valle. Hanno concluso che il parco eolico potrebbe generare almeno 8,76 miliardi di chilowattora all'anno, o energia sufficiente per 770.000 case.

Un problema con i modelli attuali è che non rappresentano accuratamente la variabilità del vento, non solo a livello del suolo, ma anche a centinaia di metri sopra il livello delle turbine eoliche. Ricerche recenti suggeriscono che in alcune condizioni meteorologiche, i modelli possono sottovalutare drasticamente le perdite di scia, afferma Michael Drunsic, consulente senior presso DNV KEMA, che aiuta gli sviluppatori a stimare la produzione di energia eolica. Le scie portano molto più lontano di quanto stimato in precedenza, dice. Questo non è un grosso problema nei parchi eolici che hanno solo una fila, come quelli che seguono le creste. Ma con grandi parchi eolici con più file, le scie più lunghe potrebbero influenzare molte turbine eoliche, riducendone la produzione.

Questi tipi di risultati possono influenzare il modo in cui sono disposte le turbine eoliche, specialmente nei parchi eolici più grandi con molte file di turbine. Charles Meneveau, professore di ingegneria meccanica alla Johns Hopkins University, ha sviluppato modelli del modo in cui grandi parchi eolici disturbano l'aria fino a un chilometro sopra di loro. Sulla base di alcune delle sue simulazioni, ha dimostrato che le turbine dovrebbero effettivamente essere posizionate due volte più distanti di quanto lo siano di solito per ottenere il massimo dal vento. Ma afferma che i suoi modelli attuali non sono ancora in grado di prevedere con precisione le prestazioni dei parchi eolici molto grandi: guardano solo alle prestazioni con velocità del vento medie e le prestazioni delle turbine eoliche possono variare notevolmente a seconda delle differenze nelle condizioni del vento, afferma.

Tuttavia, mentre i nuovi modelli di computer stanno identificando le sfide per i grandi parchi eolici, stanno anche portando alcune buone notizie, afferma Meneveau. Ha dimostrato, ad esempio, che la turbolenza, sebbene possa essere un problema, è essenziale anche per i grandi parchi eolici. Senza alcuna turbolenza, le prime file di un parco eolico sostanzialmente bloccherebbero il vento, limitando il numero di file che potrebbero essere installate. Ha mostrato che la turbolenza in realtà tira giù il vento da sopra il parco eolico. Di conseguenza, l'ultima fila di un parco eolico, sebbene riceva un po' meno energia della prima fila, può comunque generare elettricità, purché le turbine eoliche siano adeguatamente distanziate. La cattiva notizia è che per i grandi parchi eolici, le persone non sapevano bene come gestire la turbolenza, dice. La buona notizia è che puoi rendere la fattoria grande quanto vuoi, perché puoi tirare giù l'aria dall'alto.

Meneveau afferma che i modelli possono essere utilizzati anche per ottimizzare la progettazione e il funzionamento delle turbine eoliche. Quelli in prima fila, ad esempio, potrebbero essere programmati per orientare le loro pale per consentire il passaggio di più vento, migliorando così le prestazioni delle turbine nelle file successive e aumentando così la resa dell'intero parco eolico. Ricerche correlate sono in corso presso il National Renewable Energy Laboratory a Golden, in Colorado (vedi I nuovi progetti stanno portando l'energia eolica al livello successivo e le turbine verticali faranno più del vento?).

Modelli di computer migliorati saranno fondamentali per ridurre il costo dell'energia eolica, afferma Drunsic. Più accurati sono i modelli e più sicuro può essere uno sviluppatore, più basso è il costo del finanziamento, dice.

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