L'energia eolica è sulla buona strada per fornire quasi un quinto della domanda mondiale di elettricità entro il 2050, secondo il Global Wind Energy Council. Mentre le turbine eoliche sono generalmente considerate un'alternativa sostenibile alle fonti energetiche tradizionali, relativamente poco si sa circa l'impatto che hanno sui loro immediati dintorni. Un team di ricerca collaborativo con sede a Pechino, Cina, sta lavorando per comprendere meglio l'effetto che i parchi eolici hanno a livello locale e globale, esaminando le prestazioni dei modelli predittivi attualmente utilizzati per prevedere il loro effetto. La loro analisi è pubblicata in Progressi nelle scienze dell'atmosfera .

"Gli studi di osservazione e modellizzazione indicano che i parchi eolici possono potenzialmente influenzare il clima locale contribuendo alla turbolenza dell'aria e riducendo la velocità del vento a valle del parco, " disse Guo Zhenhai, un autore dell'articolo e un professore presso lo State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences e Geophysical Fluid Dynamics dell'Istituto di Fisica dell'Atmosfera dell'Accademia Cinese delle Scienze. "Le osservazioni dirette sono limitate, anche se, quindi le tecniche di modellazione sono diventate un prezioso strumento di ricerca per esaminare gli impatti che hanno i parchi eolici".

Il vento muove i lunghi bracci di una turbina. Mentre le braccia girano, trasferiscono l'energia dell'energia cinetica del vento agli ingranaggi all'interno della turbina. L'energia alla fine si fa strada verso un generatore, dove si traduce in elettricità. I venti più forti aiutano i parchi eolici a produrre ancora più elettricità. Però, poiché l'energia cinetica viene assorbita dalle turbine, i venti sembrano cessare quando raggiungono la terra oltre il parco eolico.

Un cambiamento di vento potrebbe modificare i fattori critici per l'agricoltura nelle aree locali, come la temperatura e i livelli di umidità nell'aria e nel suolo, secondo i ricercatori. Ma, a causa della vastità dei parchi eolici, e la natura mutevole della velocità del vento, topografia, altre variabili influenti, ci sono pochissimi dati osservabili su come esattamente i parchi eolici influenzano i loro vicini.

Gli scienziati in genere utilizzano modelli climatici per vedere come cambiano determinati parametri, come un aumento della temperatura, potrebbe influire sulle precipitazioni in una determinata area, ma sono pesantemente calibrati e convalidati rispetto a dati osservabili. I due modelli computazionali utilizzati per prevedere come i parchi eolici influenzano l'ambiente che li circonda non hanno le stesse informazioni del mondo reale disponibili per confrontare l'accuratezza, secondo Guo.

I due sistemi, chiamato Parametrizzazione del parco eolico e ricerca e previsioni meteorologiche, sono generalmente combinati per garantire meglio comportamenti simili tra le previsioni. Poiché i parametri cambiano in diversi scenari di modellazione, i ricercatori devono sapere se il comportamento previsto è il risultato di una nuova variabile o se è causato da un intoppo computazionale. Questa determinazione è quasi impossibile da fare senza un'adeguata convalida.

Nel tentativo di comprendere meglio come i modelli prevedono i risultati meteorologici senza punti di dati concreti, i ricercatori hanno esaminato come convalidare le risoluzioni del modello contro se stesso. La risoluzione è il livello di dettaglio di uno specifico punto di interesse dello studio, come precisi confini geografici. Un modello con una bassa risoluzione geografica potrebbe eseguire simulazioni dell'influenza del vento su centinaia di miglia; un'alta risoluzione potrebbe restringere le simulazioni ad aree più precise.

"Mentre il modello accoppiato è ampiamente utilizzato, non è ben convalidato a causa della mancanza di dati osservativi diretti, " disse Guo. "In effetti, nella maggior parte degli studi in cui viene utilizzato il modello accoppiato, va notato che le risoluzioni del modello svolgono un ruolo importante nella riproduzione dei pochi set di dati osservativi disponibili".

La scelta della risoluzione del modello per determinate variabili rispetto ad altre può distorcere notevolmente i risultati, e, per ricreare le condizioni del mondo reale, gli scenari di modellazione richiedono risoluzioni variabili per parametri diversi.

Guo e il suo team hanno esaminato specificamente le risoluzioni verticali e orizzontali, che controllano il modo in cui il modello simula il flusso del vento all'interno e all'esterno del parco eolico. Hanno scoperto che risoluzioni verticali e orizzontali più elevate influenzavano il modo in cui il vento si muoveva nelle simulazioni, e la risoluzione orizzontale potrebbe influenzare significativamente il comportamento della temperatura superficiale e del vapore acqueo.

"Abbiamo bisogno di più studi di modellazione e osservazione su un periodo di tempo più lungo e di una gamma più ampia di condizioni atmosferiche per capire come distribuire l'energia eolica in modo ottimale, " Guo ha detto. "Il processo di convalida che abbiamo intrapreso è un passo importante nello specificare le condizioni al contorno per garantire che i termini del sistema possano rappresentare attualmente la situazione osservata.