EPFL-forskare har utvecklat en simulator som kan beräkna prestanda för vindkraftsparker över 30 år samtidigt som man tar hänsyn till behovet av att bevara den lokala biologiska mångfalden. Testad på en plats i Karpaterna i Rumänien, simulatorn kan appliceras på den schweiziska Jura-regionen, som har ett liknande landskap.

Tre EPFL-labb var involverade i att utveckla modellen i samarbete med universitetet i Bukarest i Rumänien. Forskare från Wind Engineering and Renewable Energy Laboratory (WIRE), the Ecological Systems Laboratory (ECOS) och Laboratory of Geographic Information Systems (LASIG) slog samman sina data och modeller med de från experter från University of Bukarests Center of Landscape–Territory–Information Systems (CeLTIS) som en del av ett banbrytande initiativ inom vindenergi.

Deras mål är att förse de lokala myndigheterna med en modell som de kan använda för att simulera vindenergipotentialen i ett givet landskap på lång sikt, med hänsyn till landskapets utveckling och dess biologiska mångfald:modellen gör det möjligt att integrera till exempel rollen av jordbruksmarkanvändning. Detta är viktigt för att hitta rätt balans mellan åkermark och betesmark, som kan hjälpa till att generera starka vindar, och naturlig skog, där träden tenderar att minska prestanda hos vindkraftsparker.

Denna studie var en del av WindLand-projektet finansierat av Swiss National Science Foundation, genom ett vetenskapligt partnerskap som involverar SCCER-FURIES, InnoSuisse och Rumänien. Fallstudien simulerade effekten av markanvändningspolitik på vindenergipotential och biologisk mångfald i södra Karpaterna, även om inget sådant projekt är på gång för tillfället.

Skjut inte för maximal produktion

För myndigheter som är intresserade av att bygga en vindkraftspark, modellen ger data om hur mycket vindenergi som kan produceras och hur heterogent landskapet måste vara för att bevara den lokala biologiska mångfalden. Enligt studien, om det omgivande området till övervägande del är skog, vindkraftsparken kommer att producera endast 60 % av sin maximala kapacitet och den biologiska mångfalden kommer att vara måttlig. Å andra sidan, om området är helt röjt för bete och intensivt jordbruk, vindkraftparken kommer att vara i full produktion men den biologiska mångfalden kommer att minska avsevärt på grund av det vardagliga landskapet.

När rätt balans uppnås mellan jordbruksmark och skog, vindkraftsparken kan behålla 70–80 % av sin produktionskapacitet, och den biologiska mångfalden är fortfarande hög på grund av det heterogena landskapet och olika livsmiljöer. En annan fördel med denna multidisciplinära kopplade modell är att den kvantifierar vindkraftparkens energiproduktion under hela dess livslängd.

Topografin och landskapet i Karpaterna liknar dem i Jura-regionen i Schweiz, med berg – från 930 till 1, 400 meter – prickade med skogar, åkrar och betesmarker, samt isolerad lock. Modellen skulle därför kunna tillämpas även i Schweiz.

Att hitta en kompromiss

"Våra resultat visar att det är möjligt att nå en kompromiss mellan biologisk mångfald och vindenergiproduktion och att försöka uppnå maximal energiproduktion direkt är ett misstag, " förklarar Jiannong Fang, en forskare vid WIRE Lab och huvudförfattare till studien, som publicerades i juninumret av Vetenskap om den totala miljön , i samarbete med det schweiziska federala skogsinstitutet, Snö- och landskapsforskning (WSL).

En fysiker av utbildning, Fang lärde sig att tala språket för sina ekologi- och geografikollegor i ECOS- och LASIG-labben för att integrera ekonomiska, agronomisk, social, miljö- och topografiska data i sin modell. "Tack vare modellerna från dessa labb, Jag kunde förbättra mina vindenergiförutsägelser och utöka dem på lång sikt, ", säger Fang. "Jag kunde också titta på hur landskapet och den omgivande skogen kunde utvecklas och hur detta skulle påverka vindenergipotentialen."

Sedan kommunismens fall, stora fläckar av trädbevuxen betesmark, som täckte hälften av Karpaterna, har lämnats övergivna. Dessa områden brukade vara mycket biologiska mångfald, och de starka vindarna skulle ha gjort dem till en idealisk plats för en vindkraftspark. Men idag tar skogen tillbaka sitt territorium. Simulatorn som utvecklats av EPFL syftar till att fastställa hur landskapet kan användas effektivt för vindproduktion samtidigt som den bevarar regionens nuvarande biologiska mångfald.

Jiannong Fang funderar på att ytterligare finslipa sin modell:"Klimatförändringar kan ha en liten inverkan på våra resultat. Lägger till olika klimatscenarier relaterade, till exempel, förändringar i luftfuktighet och vegetation skulle göra vår modells förutsägelser ännu mer tillförlitliga och kan bli ämnet för ett framtida arbete."