La quantità di energia generata dalle rinnovabili varia in base alla variabilità naturale delle risorse in un dato momento. Il sole non splende sempre, né il vento soffia sempre, quindi le centrali elettriche tradizionali devono essere mantenute in funzione, pronto a colmare il vuoto energetico in un attimo. Poiché la griglia non ha memoria, e a differenza del carbone o del nucleare, non vi è alcun controllo sulla produzione fluttuante di energia rinnovabile, l'energia che producono deve essere consumata subito, o rischiare il collasso della rete elettrica. Nelle giornate particolarmente ventose, Per esempio, è noto che i picchi di potenza generati dalle turbine eoliche sopraffanno la rete elettrica, causando interruzioni di corrente. Per evitare questo, i gestori di grandi centrali a volte ricorrono a consumatori paganti per utilizzare l'elettricità in giornate particolarmente soleggiate e ventose quando c'è troppa potenza in eccesso nel sistema, al fine di equilibrare la domanda e l'offerta di energia alla rete.

Affrontare i picchi e gli avvallamenti dell'energia rinnovabile intermittente diventerà sempre più difficile poiché i governi cercheranno di eliminare gradualmente le fonti energetiche più stabili alimentate a carbone nei prossimi decenni. Al fine di mitigare o gestire queste fluttuazioni delle energie rinnovabili, dobbiamo capire meglio la natura di queste fluttuazioni. Professor Mahesh Bandi, capo della Collective Interactions Unit presso l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ha utilizzato la teoria della turbolenza combinata con i dati sperimentali degli impianti eolici per spiegare la natura statistica delle fluttuazioni dell'energia eolica in un articolo di un solo autore pubblicato in Lettere di revisione fisica .

I modelli di velocità del vento possono essere rappresentati come uno spettro di velocità del vento su un grafico. Nel 1941, Il fisico russo Andrei Kolmogorov ha elaborato lo spettro delle fluttuazioni della velocità del vento. Successivamente, è stato dimostrato che lo spettro dell'energia eolica segue esattamente lo stesso schema. Però, fino ad ora, si è semplicemente ipotizzato che questi spettri fossero identici a causa del rapporto tra potenza e velocità, dove la potenza è uguale alla velocità del vento al cubo. Ma questa si è rivelata una falsa pista. Il professor Bandi ha dimostrato per la prima volta che lo spettro delle fluttuazioni dell'energia eolica segue lo stesso schema delle fluttuazioni della velocità del vento per un motivo diverso.

Il risultato del 1941 di Kolmogorov si applica alle misurazioni della velocità del vento effettuate contemporaneamente in più punti distribuiti nello spazio. Ma le fluttuazioni dell'energia eolica in una turbina sono misurate in una posizione fissa per un lungo periodo di tempo. Le due misure sono fondamentalmente diverse, e tenendo conto accuratamente di questa differenza, Il professor Bandi è stato in grado di spiegare lo spettro delle fluttuazioni dell'energia eolica per una singola turbina.

Possiamo pensare alla turbolenza come a una palla d'aria, o un "vortice", della fluttuazione della velocità del vento. Tempi lunghi, vortici a bassa frequenza possono estendersi per centinaia di chilometri. All'interno di questi grandi vortici ci sono tempi più brevi, vortici ad alta frequenza che potrebbero estendersi per alcuni chilometri. Perciò, se tutte le turbine dello stesso impianto eolico ricadono negli stessi vortici a breve e lungo termine, l'energia che producono fluttua come se l'intero impianto fosse una gigantesca turbina. Questo è esattamente ciò che il professor Bandi ha scoperto osservando le fluttuazioni dell'energia eolica di tutte le turbine di un impianto eolico in Texas.

Infatti, anche gli impianti eolici geograficamente dispersi possono presentare fluttuazioni di potenza correlate se cadono negli stessi vortici di breve e lungo periodo. Però, all'aumentare della distanza tra gli impianti eolici, le loro fluttuazioni di potenza iniziano a disaccoppiarsi l'una dall'altra. Due impianti eolici geograficamente dispersi potrebbero incontrare le stesse fluttuazioni della velocità del vento su una scala temporale lunga mentre incontrano fluttuazioni della velocità del vento su una scala temporale più brevi completamente distinte.

Nel passato, alcuni scienziati hanno sottovalutato il problema della turbolenza, sostenendo che l'energia prodotta da turbine eoliche geograficamente disperse in luoghi ventosi e calmi in qualsiasi momento si ridurrà in media quando raggiungeranno una rete centralizzata. Però, Le scoperte del professor Bandi mostrano per la prima volta, che questo fenomeno, noto come "smussamento geografico", funziona solo in una certa misura.

La potenza generata da impianti di turbine geograficamente dispersi è mediamente ad alte frequenze, perché mentre una pianta potrebbe cadere entro il breve vortice di tempo, l'altro potrebbe no. In altre parole, l'aumento di potenza in un impianto è mediato da una depressione nella produzione di energia da un altro, piante lontane ad alte frequenze. Ma poiché le piante cadono ancora nello stesso vortice a lungo termine, la potenza che producono avrà fluttuazioni correlate alle basse frequenze. Un aumento di potenza in un impianto di turbine eoliche coinciderà con l'aumento di potenza in un impianto lontano all'interno dello stesso vortice a lungo termine, il che significa che la potenza che forniscono alla rete non può essere mediata. Ciò significa che esiste un limite naturale a quanto si possono mediare le fluttuazioni dell'energia eolica; un limite oltre il quale le fluttuazioni possono continuare a creare scompiglio sulla griglia. Utilizzando i dati di 20 impianti eolici in Texas e 224 parchi eolici in Irlanda, il professor Bandi ha dimostrato che questo limite esiste nella realtà.

"Comprendere la natura delle fluttuazioni dell'energia eolica ha implicazioni immediate per il processo decisionale economico e politico, "dice il professor Bandi.

A causa della variabilità delle rinnovabili, le centrali elettriche a carbone che forniscono energia di riserva vengono mantenute in funzione in caso di improvvise interruzioni di corrente, il che significa che viene prodotta più energia del necessario. Ciò significa che l'energia "verde" continua a contribuire alle emissioni di carbonio, e vi è un costo associato per il mantenimento dell'energia di riserva, che aumenterà solo con l'aumentare della quota di energie rinnovabili negli anni a venire. La scoperta di un limite nello smoothing geografico, articolato dal professor Bandi, consentirà una migliore stima dell'ammontare operativo delle riserve da mantenere.

Questa scoperta avrà un impatto anche sulla politica ambientale. Considerando il limite per la media delle fluttuazioni di potenza, combinato con la disponibilità di diverse risorse rinnovabili come il sole, vento e onde in una determinata zona, i responsabili politici saranno meglio attrezzati per elaborare combinazioni ottimali di diverse fonti energetiche per regioni specifiche

"Comprendere la natura delle fluttuazioni per le turbine eoliche potrebbe anche aprire altre strade di ricerca in altri sistemi fluttuanti, "dice il professor Bandi.