Gli scienziati cercano una gola per i segreti del vento


I ricercatori stanno studiando la raffinata Columbia River Gorge per migliorare la modellazione al computer per l'energia eolica. Flickr (CC BY 2.0) Una squadra di ricercatori in cerca di modi per espandere l'uso dell'energia eolica ha appena finito di misurare le forze del vento in una delle zone più difficili del mondo per studiarla, la raffinata e tortuosa Columbia River Gorge.

I ricercatori stanno studiando la raffinata Columbia River Gorge per migliorare la modellazione al computer per l'energia eolica. Flickr (CC BY 2.0)

Una squadra di ricercatori in cerca di modi per espandere l'uso dell'energia eolica ha appena finito di misurare le forze del vento in una delle zone più difficili del mondo per studiarla, la raffinata e tortuosa Columbia River Gorge.

La gola di 80 miglia tra Washington e l'Oregon equivale a una superstrada per i venti che entrano dall'Oceano Pacifico. Ospita già una delle più grandi collezioni al mondo di parchi eolici all'estremità orientale. Secondo il Dipartimento dell'Energia, generano 5 gigawatt di elettricità, o più del doppio della produzione annua di Hoover Dam.

La gola pone una domanda allettante ai servizi pubblici e ai ricercatori, guidati dal DOE e dalla National Oceanic and Atmospheric Administration. Cioè, se il National Weather Service potesse prevedere con maggiore precisione l'energia eolica giornaliera della gola, il risultato potrebbe essere sostanzialmente più elettricità priva di emissioni negli Stati Uniti.

"Un parco eolico può essere un vero e proprio investimento", ha detto Joel Cline, meteorologa del DOE, che guida il progetto da 2, 5 milioni di dollari, "ma il carburante è gratis." Quello che spera di ottenere dalla ricerca è un modello di computer che è versatile e preciso abbastanza da misurare la potenza del vento potenziale in qualsiasi parte degli Stati Uniti.

Per i meteorologi, il campo di previsione dell'energia eolica giornaliera ha solo circa 10 anni. Previsioni meteorologiche precedenti focalizzate sulla velocità del vento a 10 metri (32, 6 piedi) dal suolo. Era necessario per i decolli e gli atterraggi aeroportuali. Gli operatori del parco eolico devono conoscere le velocità del vento a 80 metri (262 piedi) e 120 metri (394 piedi), le altezze del mozzo della turbina eolica e le punte delle sue pale.

Il vento è più potente a quelle altezze e studi precedenti di DOE e NOAA hanno dimostrato che nelle aree relativamente pianeggianti del Midwest superiore e nel Texas occidentale, i proprietari di parchi eolici potrebbero aumentare la loro potenza di energia fino al 13-15% utilizzando previsioni del vento giornaliere più accurate.

Le informazioni fornivano maggiore sicurezza alle utility per chiudere costose centrali a combustibile fossile e affidarsi maggiormente al "carburante gratuito" per un giorno promettente, o per vendere il loro potere in eccesso ai loro vicini. Il quadro economico sostanzialmente migliorato, ha osservato lo studio precedente, "suggerisce che potremmo aver appena iniziato a graffiare la superficie e ulteriori grandi miglioramenti potrebbero ancora verificarsi".

Quindi, nel 2015, un secondo esperimento, denominato Wind Forecast Improvement Project (WFIP-2), è iniziato con i ricercatori della NOAA, quattro laboratori nazionali DOE e diverse aziende e università. Hanno installato oltre 100 pezzi di attrezzatura per il collaudo del vento nella gola, che è tutt'altro che piatto. È circondato da una serie di montagne di 4.000 piedi che generano "scie" di vento sostanzioso, o vuoti che rendono molto difficili da misurare i venti che solcano il fiume Columbia.

Il risultato possono essere piccole tempeste che i modelli di computer tradizionali non vedono e pozze d'aria fredda invisibili che possono rallentare il flusso del vento, solo per accelerarle di nuovo quando le temperature aumentano. La matematica che guidava le previsioni del vento delle pianure non può far fronte alle condizioni nella gola.

"I computer sanno di verticale, ma non orizzontale", ha spiegato Cline.

Nei primi test del Midwest, i ricercatori erano aiutati da dispositivi di misurazione del vento installati su alte torri nella regione, ma in gran parte della gola protetta dall'ambiente non ce n'erano molti. Ha aiutato i parchi eolici a fornire tonnellate di dati, solitamente contenuti come informazioni proprietarie, sui venti che arrivano ai centri delle loro turbine ogni ora o giorno.

Ma questi venti erano prevedibili?

Poesie e apparati

I ricercatori hanno avuto un grande stufato di dati, ma uno con molti vuoti in esso. I poeti si sono interrogati su alcuni di loro per decenni. "Chi ha visto il vento?" Chiese Christina Rossetti in una filastrocca popolare nell'Inghilterra vittoriana. "Né io né te: / Ma quando le foglie tremano, / Il vento sta attraversando."

Jim McCaa, meteorologo senior di una società finlandese, Vaisala, che ha coordinato la ricerca del Columbia River Gorge per il DOE, ha utilizzato strumenti di cui Rossetti non ha mai sentito parlare.

I ricercatori hanno equipaggiato potenti radar che riflettevano i segnali di retromarcia quando avvistavano aerosol che fluttuavano nell'aria sopra la gola. Per i ricercatori, gli aerosol - piccole goccioline di vapore acqueo, o polvere, o altra materia che galleggiava nell'aria, erano come le foglie di Rossetti. I loro segnali dicevano ai ricercatori come si muovevano i venti in un dato punto.

McCaa aveva anche sodar, o dispositivi che inviavano onde sonore sopra la gola e poi usavano potenti microfoni che catturavano i loro echi. Uno dei misteri che turbinano nella gola sono grandi differenze di umidità e temperature in colonne d'aria che potrebbero essere l'una accanto all'altra. Queste hanno creato turbolenze che potrebbero essere misurate dai sodar.

Poi c'erano lidar, strumenti che utilizzavano impulsi di luce per tracciare nuvole, fumo e altri oggetti in movimento nell'aria, producendo immagini tridimensionali di dove sono e dove sono diretti.

Vaisala, la compagnia di McCaa, ha una lunga storia di risoluzione dei molti enigmi del tempo. Il suo fondatore, Vilho Väisälä, inventò il primo pallone meteorologico moderno nel 1930. Era un semplice pallone monouso riempito di elio che trasportava un carico utile di strumenti per misurare una determinata colonna d'aria. Mentre si alzava, trasmetteva segnali radio a terra che descrivevano l'atmosfera a diverse altezze.

I meteorologi li chiamano radiosondes, e il National Weather Service ne aveva a dozzine pronti per McCaa intorno alla gola. "Quando si verificano eventi interessanti, chiameremmo NWS e distribuiremo più palloncini", ha affermato.

Il risultato di tutto questo è stato talmente tanti dati che ci vorrà un anno per risolverlo. "La modellistica atmosferica rimane uno dei classici grandi problemi del computer. È qui che arrivano i laboratori nazionali ", ha osservato McCaa, riferendosi al DOE. "Ci sono pochi posti al mondo che hanno la capacità di farcela."

A differenza dell'Europa, che ha in gran parte spostato le sue risorse eoliche offshore - strutture che sono più costose da costruire e mantenere - McCaa ritiene che la maggior parte delle compagnie eoliche statunitensi rimarranno a terra, soprattutto se i test dimostrano che il vento nelle aree complesse, come la gola, può essere previsione accurata.

"Rispetto all'Europa, abbiamo molte aree leggermente popolate dove abbiamo lo spazio per mettere più progetti eolici a terra, che l'Europa non ha", ha detto.

Lazard, la società di consulenza finanziaria di Wall Street, ha riferito nel mese di dicembre che le aziende di servizi pubblici hanno già ricevuto il messaggio che l'energia eolica è diventata più competitiva in termini di costi. Le utility e gli altri hanno investito sei volte di più in energia eolica onshore lo scorso anno di quanto non abbiano fatto nel 2009.

"Le utility come Xcel in Colorado operano su grandi quantità di energia eolica. A causa della maggiore accuratezza delle previsioni, sono in grado di raggiungere livelli più elevati di energia eolica di quanto pensassero pochi anni fa ", ha spiegato Michael Goggin, direttore senior della ricerca presso l'American Wind Energy Association a Washington, DC

Nel frattempo, ha osservato, le turbine eoliche stanno diventando più alte e utilizzano pale più grandi, e stanno diventando più efficienti nel maneggiare venti a velocità inferiore rispetto a prima. Alcuni stati, come New York e Massachusetts, puntano a più parchi eolici offshore, ha osservato.

"C'è un'opportunità per entrambi, ma le risorse eoliche a terra negli Stati Uniti sono tra le migliori al mondo", ha detto Goggin.

Ristampato da Climatewire con il permesso di E & E News. E & E offre una copertura giornaliera delle notizie di energia e ambientali essenziali su www.eenews.net.