Aangezien onshore en offshore windenergieparken de afgelopen jaren wereldwijd zijn toegenomen, nieuw onderzoek onder leiding van de University of Colorado Boulder belicht een eerder onderbelicht gevolg:een zogeffect van windparken boven de wind die de energieproductie van hun benedenwindse buren kunnen verminderen.

De studie, uitgevoerd in samenwerking met de Universiteit van Denver (DU) en het National Renewable Energy Laboratory (NREL), combineert juridische en economische analyse met atmosferische modellering om aan te tonen dat zogeffecten - die optreden wanneer groepen turbines de windsnelheid tot enkele kilometers achter hen verminderen - meetbaar en voorspelbaar zijn, toch grotendeels buiten beschouwing blijven in het huidige Amerikaanse eigendomsrecht.

Het onderzoek verschijnt vandaag in het tijdschrift Natuur Energie .

"De bevindingen benadrukken de noodzaak van gecoördineerde ontwikkeling en bewustzijn van het grote geheel om de opwekking van windenergie in het hele land te maximaliseren, " zei Julie Lundquist, hoofdauteur van de studie en een universitair hoofddocent in CU Boulder's Department of Atmospheric and Oceanic Sciences (ATOC).

Ontwikkelaars van windenergie zoeken locaties met betrouwbare windbronnen en gemakkelijke toegang tot elektrische transmissielijnen, wat leidt tot dichte turbine-inzet in keuzegebieden met weinig coördinatie tussen concurrenten. Bijna 90 procent van de Amerikaanse windparken bevindt zich binnen 40 mijl van een ander windpark - en vaak veel dichterbij.

Maar net als een huiseigenaar wiens eens onbelemmerde uitzicht wordt geblokkeerd door nieuwbouw, het onderzoek laat zien dat bestaande windparken waardevolle energieproductie kunnen verliezen als ze plotseling windstil zijn van een nieuwe buur en zijn wind- en energiereducerende kielzog.

Met behulp van openbaar beschikbare gegevens over maandelijkse energieopwekking en dominante windrichting, de onderzoekers modelleerden het zogeffect op een paar windparken in West Texas, een derde als controle gebruiken. Ze ontdekten dat windsnelheidsverminderingen als gevolg van de oprichting van het upwind-park de opwekking in het nu-downwind-park met 5 procent verminderde van 2011-2015, een geschat inkomstenverlies van ongeveer $ 3,7 miljoen.

"Net zoals stroomopwaartse watergebruikers bewust of onbewust extra kosten stroomafwaarts kunnen opleggen, hetzelfde effect speelt hier, " zei Daniël Kaffine, een co-auteur van de studie en een professor in de afdeling Economie van CU Boulder. "We hadden eerder een algemeen beeld van deze interactie en wilden het verder verkennen met behulp van een mix van sociale wetenschappen en atmosferische gegevens."

Kaffine en Lundquist, beide fellows in het Renewable and Sustainable Energy Institute (RASEI), merkte op dat Texas een goede case study was vanwege zijn huidige en toekomstige belang in de ontwikkeling van windenergie, evenals historische parallellen met betrekking tot gebruiksrechten voor de olie- en gasbronnen van de staat.

Ruim een ​​eeuw geleden, olie- en gaswet erkende de "rule of capture, " waarmee een landeigenaar de oliebronnen van een buurman kan vangen door ze uit een aangrenzende put te zuigen. Dit resulteerde in slechte terugwinning van putvelden en afval, dus kwamen staten tussenbeide om de productie te reguleren door middel van spatiëring, pooling en andere coördinatiemaatregelen. evenzo, staten hebben waterwetregimes ontwikkeld die de rechten van eerdere gebruikers beschermen. Maar het huidige Amerikaanse eigendomsrecht bevat dergelijke bepalingen niet voor windenergie.

"Het heeft decennia geduurd voordat de olie-, gas- en waterwetten deze wettelijke regimes tot stand brachten. " zei KK DuVivier, een co-auteur van de studie en een professor aan DU's Sturm College of Law. "Het lijkt erop dat windenergie nog niet een vergelijkbaar stadium van volwassenheid heeft bereikt. Ik hoop dat dit onderzoek zal helpen om het bewustzijn over de omvang van het waakprobleem te vergroten en degenen die op zoek zijn naar een rechtsmiddel te informeren."

Turbinekielzog is waargenomen tot wel 25 mijl, mogelijk meerdere staats- en provinciejurisdicties overspannen en de zaken nog ingewikkelder maken.

"In de nabije toekomst zal sommige zakelijke prikkels kunnen veranderen, "Zei Kaffine. "Energiebedrijven zouden meer nadruk kunnen leggen op het afsluiten van huurcontracten tegen de wind in om ervoor te zorgen dat ze voldoende buffer hebben."

Maar hoewel juridische begeleiding achterblijft, Lundquist benadrukte dat de geavanceerde atmosferische wetenschappelijke simulaties van het team aantonen dat het zogeffect een zeer voorspelbaar atmosferisch fenomeen is dat kan worden gemodelleerd en gepland in het licht van de nieuwe gegevens.

"Het is bemoedigend dat de zogeffecten die in de economische analyse worden gezien, worden vastgelegd door de atmosferische simulaties, " zei Jessica Tomaszewski, een afgestudeerde student in ATOC die co-auteur was van de nieuwe studie.

"De sterkste wakes vinden 's nachts plaats, wanneer de atmosfeer stabiel is en windsnelheden en richtingen voldoen aan specifieke criteria, "zei Lundquist. "Uit de maand van gesimuleerde wakes, slechts 28 uur, of minder dan 4 procent van de tijd, had een zog van meer dan 20 procent van de capaciteit van het benedenwindse park, wat suggereert dat dit episodische probleem kan worden voorspeld en beheerd."

"Eigenaren en netbeheerders kunnen deze informatie gebruiken om het probleem voor te zijn. Nieuw onderzoek bij NREL naar het manipuleren van wakes kan nuttig zijn, "zei Tomaszewski. "Uiteindelijk, echter, betere coördinatie zal nodig zijn om de publieke voordelen van windenergie te maximaliseren."

Rekening houden met het zogeffect zal vooral cruciaal zijn voor het grote aantal offshore windparken dat momenteel in ontwikkeling is voor de oostkust van de VS, Lundquist toegevoegd.

"Offshore windparken zijn belangrijk, maar ze zijn duur om te bouwen en fouten zullen even duur zijn, " ze zei.

"Dit project onderzoekt de verbanden tussen economische, legaal, en maatschappelijke vraagstukken en de geofysische processen bij de productie van windenergie, " zei Tom Baerwald, programmadirecteur voor het Dynamics of Coupled Natural and Human Systems-programma van de National Science Foundation, die het onderzoek financierde. "Deze bevindingen bevorderen ons begrip van deze interacties, en richting geven aan een succesvolle ontwikkeling van vernieuwingsenergie voor de toekomst."

De onderzoekers hopen hun inspanningen om de zogeffecten van windparken te meten uit te breiden door vliegtuigmetingen op te nemen en gegevens op een frequentere tijdschaal vast te leggen van andere locaties in het land.