Windenergie ligt op schema om tegen 2050 bijna een vijfde van de wereldwijde vraag naar elektriciteit te leveren, aldus de Global Wind Energy Council. Hoewel windturbines over het algemeen worden gezien als een duurzaam alternatief voor traditionele energiebronnen, er is relatief weinig bekend over de impact die ze hebben op hun directe omgeving. Een gezamenlijk onderzoeksteam gevestigd in Peking, China, werkt aan een beter begrip van het effect dat windparken lokaal en wereldwijd hebben door de prestaties te onderzoeken van voorspellende modellen die momenteel worden gebruikt om hun effect te voorspellen. Hun analyse is gepubliceerd in Vooruitgang in atmosferische wetenschappen .

"Observatie- en modelleringsstudies geven aan dat windparken mogelijk het lokale weer kunnen beïnvloeden door bij te dragen aan luchtturbulentie en de windsnelheid stroomafwaarts van het park te verminderen, " zei Guo Zhenhai, een auteur op het papier en een professor aan het State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics van het Institute of Atmospheric Physics van de Chinese Academy of Sciences. "Directe waarnemingen zijn beperkt, Hoewel, dus modelleringstechnieken zijn een waardevol onderzoeksinstrument geworden om de effecten van windparken te onderzoeken."

Wind beweegt de lange armen van een turbine. Terwijl de armen draaien, ze brengen de energie van de kinetische energie van de wind over naar tandwielen in de turbine. De energie vindt uiteindelijk zijn weg naar een generator, waar het wordt vertaald in elektriciteit. Sterkere wind helpt windparken om nog meer elektriciteit te produceren. Echter, omdat de kinetische energie wordt geabsorbeerd door turbines, de wind lijkt te gaan liggen tegen de tijd dat ze het land voorbij het windpark bereiken.

Een verandering in de wind kan kritieke factoren voor de landbouw in lokale gebieden veranderen, zoals de temperatuur en het vochtgehalte in de lucht en de bodem, volgens de onderzoekers. Maar, vanwege de enorme omvang van windparken, en de veranderlijke aard van windsnelheden, topografie, andere beïnvloedende variabelen, er zijn zeer weinig waarneembare gegevens over hoe windparken hun buren precies beïnvloeden.

Wetenschappers gebruiken doorgaans klimaatmodellen om te zien hoe bepaalde parameters veranderen, zoals een stijging van de temperatuur, regenval in een bepaald gebied kan beïnvloeden, maar ze zijn zwaar gekalibreerd en gevalideerd tegen waarneembare gegevens. De twee rekenmodellen die worden gebruikt om te voorspellen hoe windparken de omgeving om hen heen beïnvloeden, hebben niet dezelfde real-world informatie beschikbaar om te vergelijken voor nauwkeurigheid, volgens Guo.

De twee systemen, genaamd windparkparametrering en weeronderzoek en -voorspelling, worden doorgaans gecombineerd om vergelijkbaar gedrag tussen prognoses beter te garanderen. Naarmate parameters veranderen in verschillende modelleringsscenario's, de onderzoekers moeten weten of het voorspelde gedrag het gevolg is van een nieuwe variabele of wordt veroorzaakt door een rekenfout. Die bepaling is bijna onmogelijk te maken zonder de juiste validatie.

In een poging om beter te begrijpen hoe de modellen weersresultaten voorspellen zonder harde datapunten, de onderzoekers onderzochten hoe de resoluties van het model tegen zichzelf konden worden gevalideerd. De resolutie is het detailniveau van een specifiek studiepunt, zoals precieze geografische grenzen. Een model met een lage geografische resolutie zou simulaties kunnen uitvoeren van windinvloeden over honderden kilometers; een hoge resolutie zou de simulaties kunnen verkleinen tot meer precieze gebieden.

"Hoewel het gekoppelde model veel wordt gebruikt, het is niet goed gevalideerd vanwege het gebrek aan directe observatiegegevens, "Zei Guo. "In feite, in de meeste onderzoeken waarin het gekoppelde model wordt gebruikt, er wordt opgemerkt dat de modelresoluties een belangrijke rol spelen bij het reproduceren van de weinige observationele datasets die beschikbaar zijn."

De keuze van modelresolutie voor bepaalde variabelen boven andere kan de resultaten enorm vertekenen, en, om de omstandigheden in de echte wereld na te bootsen, modelleringsscenario's hebben verschillende resoluties nodig voor verschillende parameters.

Guo en zijn team onderzochten specifiek verticale en horizontale resoluties, die bepalen hoe het model de windstroom door en buiten het windpark simuleert. Ze ontdekten dat hogere verticale en horizontale resoluties invloed hadden op hoe de wind bewoog in simulaties, en de horizontale resolutie zou een aanzienlijke invloed kunnen hebben op het gedrag van de oppervlaktetemperatuur en waterdamp.

"We hebben meer modellering en observatieonderzoek nodig over een langere periode en een breder scala aan atmosferische omstandigheden om te begrijpen hoe windenergie optimaal kan worden ingezet, "Zei Guo. "Het validatieproces dat we hebben ondernomen, is een belangrijke stap in het specificeren van de randvoorwaarden om ervoor te zorgen dat de voorwaarden van het systeem momenteel de waargenomen situatie kunnen vertegenwoordigen.