Locatie, locatie, locatie - als het gaat om de plaatsing van windturbines, geldt het oude adagium voor onroerend goed, volgens nieuw onderzoek gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences door Carnegie's Enrico Antonini en Ken Caldeira.

Turbines zetten de kinetische energie van de wind om in elektrische energie terwijl ze draaien. Het installeren van turbines heeft echter invloed op ons vermogen om de kracht van de wind te benutten. Als een turbine in aanraking komt met de wind, heeft deze invloed op de wind. De winning van energie door één turbine uit de wind beïnvloedt het vermogen van zijn buren om hetzelfde te doen.

"Wind zal nooit 'drooglopen' als energiebron, maar ons vermogen om het te oogsten is ook niet oneindig schaalbaar", legt Antonini uit. "Als windturbines in grote groepen worden geclusterd, nemen hun prestaties af en de snelheid waarmee ze energie winnen."

Antonini en Caldeira wilden bepalen hoe groot een windpark kan zijn voordat het productievermogen per landeenheid de grenzen van de energieaanvulling bereikt, en hoeveel van een "windschaduw" grote parken werpen, wat een negatief effect zou hebben op aangrenzende benedenwindse installaties.

"Terwijl we afstand nemen van fossiele brandstoffen, voorspellen sommige scenario's dat windparken tegen 2050 wel een derde van de wereldwijde energie kunnen leveren", zei Caldeira. "Het is dus absoluut noodzakelijk dat we de relatie tussen turbineplaatsing en maximale energiewinning begrijpen."

Het duurt even voordat de wind weer op normale sterkte komt nadat een deel van zijn kinetische energie is onttrokken door een windpark. Hoe snel wind kan herstellen van het tegenkomen van een windturbine, hangt samen met de breedtegraad van het windpark en de rotatie van de aarde, zeiden Antonini en Caldeira. Eerdere studies over de opwekking van windenergie hebben kielzog achter grote windparken opgemerkt, dus Antonini en Caldeira ontwikkelden een theoretisch begrip van de fundamentele controles op de grootte van deze zog.

De grootte van het kielzog van een groot windpark hangt samen met de snelheid van de bovenliggende winden, evenals met de hoeveelheid tijd die nodig is om drukverschillen in de atmosfeer van de aarde aan te vullen met de energie die door de turbines werd onttrokken. Het werk van Antonini en Caldeira geeft aan dat met deze factoren rekening moet worden gehouden bij het bepalen van de grootte en plaatsing van windparken onder verschillende omstandigheden.

Ze ontdekten bijvoorbeeld dat turbines in gebieden met harde wind meer last hebben van hun bovenstroomse buren dan die in gebieden met zwakkere wind. Ook hebben windparken die dichter bij de evenaar liggen meer kans om negatief te worden beïnvloed door de windschaduw van stroomopwaartse windparken dan windparken die dichter bij de polen liggen.

"Windenergie is een potentiële bron van grote hoeveelheden koolstofemissievrije energie", zei Caldeira. "Maar om het meeste uit deze hulpbron te halen, moeten we nadenken over hoe andere windparken ons kunnen beïnvloeden en hoe we andere windparken kunnen beïnvloeden."

Een idee dat de auteurs suggereerden, is dat het bouwen van meerdere kleine windparken met ruimte voor windherstel ertussen op sommige locaties mogelijk een effectievere strategie zou kunnen zijn dan het bouwen van één enorm windpark, hoewel er meer onderzoek nodig is.

"We hopen dat dit werk de bouwers en beheerders van windturbine-installaties in staat zal stellen om het best mogelijke scenario te ontwerpen voor maximale windenergieopwekking", zei Antonini.