Poiché i parchi eolici onshore e offshore sono proliferati a livello globale negli ultimi anni, una nuova ricerca condotta dall'Università del Colorado Boulder mette in evidenza una conseguenza precedentemente inesplorata:un effetto di scia dei parchi eolici sopravvento che può ridurre la produzione di energia dei loro vicini sottovento.

Lo studio, realizzato in collaborazione con l'Università di Denver (DU) e il National Renewable Energy Laboratory (NREL), combina l'analisi legale ed economica con la modellazione atmosferica per dimostrare che gli effetti di scia, che si verificano quando gruppi di turbine riducono la velocità del vento fino a diverse miglia dietro di loro, sono misurabili e prevedibili, ma rimangono in gran parte dispersi nell'attuale legge sulla proprietà degli Stati Uniti.

La ricerca appare oggi sulla rivista Energia della natura .

"I risultati evidenziano la necessità di uno sviluppo coordinato e la consapevolezza del quadro generale al fine di massimizzare la produzione di energia eolica a livello nazionale, " ha detto Julie Lundquist, autore principale dello studio e professore associato presso il Dipartimento di Scienze Atmosferiche e Oceaniche (ATOC) della CU Boulder.

Gli sviluppatori di energia eolica cercano siti con risorse eoliche affidabili e un comodo accesso alle linee di trasmissione elettrica, portando a un denso dispiegamento di turbine in aree scelte con scarso coordinamento tra i concorrenti. Quasi il 90% dei parchi eolici statunitensi si trova entro 25 miglia da un altro parco eolico, e spesso molto più vicino.

Eppure, proprio come un proprietario di casa le cui viste un tempo libere sono bloccate da nuove costruzioni, lo studio mostra che i parchi eolici esistenti rischiano di perdere preziosa produzione di energia se si trovano improvvisamente sottovento rispetto a un nuovo vicino e alla sua scia che riduce il vento e l'energia.

Utilizzando dati pubblicamente disponibili sulla generazione mensile di energia e sulla direzione dominante del vento, i ricercatori hanno modellato l'effetto scia su un paio di parchi eolici del Texas occidentale, usando un terzo come controllo. Hanno scoperto che le riduzioni della velocità del vento dovute alla creazione del parco sopravvento hanno ridotto la generazione del parco ora sottovento del 5% dal 2011-2015, una perdita di entrate stimata di circa $ 3,7 milioni.

"Proprio come gli utenti dell'acqua a monte possono consapevolmente o inconsapevolmente imporre costi aggiuntivi a valle, lo stesso effetto è in gioco qui, " ha detto Daniel Kaffine, un co-autore dello studio e un professore nel Dipartimento di Economia della CU Boulder. "Avevamo un'idea generale di questa interazione prima e volevamo esplorarla ulteriormente utilizzando un mix di scienze sociali e dati atmosferici".

Kaffine e Lundquist, entrambi borsisti dell'Istituto per le energie rinnovabili e sostenibili (RASEI), ha osservato che il Texas è stato un buon caso di studio a causa della sua partecipazione attuale e futura nello sviluppo dell'energia eolica, così come paralleli storici riguardanti i diritti di utilizzo per le risorse petrolifere e di gas dello stato.

Oltre un secolo fa, la legge sul petrolio e sul gas ha riconosciuto la "regola della cattura, " che consente a un proprietario terriero di catturare le risorse petrolifere di un vicino succhiandole da un pozzo adiacente. Ciò ha comportato scarsi recuperi e rifiuti del campo di pozzi, così gli stati sono intervenuti per regolamentare la produzione attraverso un buon distanziamento, messa in comune e altre misure di coordinamento. Allo stesso modo, gli stati hanno sviluppato regimi di diritto idrico che tutelano i diritti per gli utenti precedenti. Ma l'attuale legge sulla proprietà degli Stati Uniti non contiene tali disposizioni per l'energia eolica.

"Ci sono voluti decenni per la legge sul petrolio, sul gas e sull'acqua per creare questi regimi legali, " ha detto K.K. DuVivier, co-autore dello studio e professore allo Sturm College of Law del DU. "Sembra che l'energia eolica non abbia ancora raggiunto un simile stadio di maturità. Spero che questa ricerca contribuirà a sensibilizzare sull'entità del problema della veglia e ad educare coloro che cercano un rimedio legale".

È stato osservato che le scie delle turbine si estendono fino a 25 miglia, potenzialmente abbracciando più giurisdizioni statali e di contea e complicando ulteriormente le cose.

"Nell'immediato futuro, alcuni incentivi aziendali potrebbero cambiare, "Kaffine ha detto. "Le aziende energetiche potrebbero porre maggiore enfasi sull'assicurare contratti di locazione controvento per assicurarsi di avere abbastanza di un buffer".

Ma mentre la guida legale può restare indietro, Lundquist ha sottolineato che le sofisticate simulazioni di scienze atmosferiche del team mostrano che l'effetto scia è un fenomeno atmosferico altamente prevedibile che può essere modellato e pianificato alla luce dei nuovi dati.

"È incoraggiante che gli effetti di scia visti nell'analisi economica siano catturati dalle simulazioni atmosferiche, "ha detto Jessica Tomaszewski, uno studente laureato in ATOC che è stato coautore del nuovo studio.

"Le scie più forti si verificano di notte, quando l'atmosfera è stabile e le velocità e le direzioni del vento soddisfano criteri specifici, " disse Lundquist. "Fuori dal mese di veglie simulate, solo 28 ore, o meno del 4% delle volte, aveva scie superiori al 20 percento della capacità del parco sottovento, suggerendo che questo problema episodico può essere previsto e gestito".

"I proprietari e i gestori della rete possono utilizzare queste informazioni per anticipare il problema. Una nuova ricerca presso NREL nella manipolazione delle scie potrebbe essere utile, " disse Tomaszewski. "Alla fine, però, sarà necessario un migliore coordinamento per massimizzare i benefici pubblici dell'energia eolica".

Prendere in considerazione l'effetto scia sarà particolarmente cruciale per il gran numero di parchi eolici offshore attualmente in fase di sviluppo al largo della costa orientale degli Stati Uniti, ha aggiunto Lundquist.

"I parchi eolici offshore sono importanti, ma sono costosi da costruire e gli errori saranno altrettanto costosi, " lei disse.

"Questo progetto esplora i legami tra economico, legale, e sociali e i processi geofisici nella produzione di energia eolica, " ha detto Tom Baerwald, direttore del programma per il programma Dynamics of Coupled Natural and Human Systems della National Science Foundation, che ha finanziato la ricerca. "Questi risultati migliorano la nostra comprensione di queste interazioni, e fornire una guida per lo sviluppo di successo dell'energia di rinnovamento per il futuro."

I ricercatori sperano di espandere i loro sforzi per misurare gli effetti di scia dei parchi eolici incorporando misurazioni di aeromobili e acquisendo dati su una scala temporale più frequente da altri siti in tutto il paese.