Vindkraft är på väg att leverera nästan en femtedel av världens efterfrågan på el år 2050, enligt Global Wind Energy Council. Medan vindkraftverk generellt ses som ett hållbart alternativ till traditionella energikällor, relativt lite är känt om den inverkan de har på sin närmaste omgivning. Ett forskningsgrupp baserat i Peking, Kina, arbetar för att bättre förstå effekten vindkraftparker har lokalt och globalt genom att undersöka prestandan hos prediktiva modeller som för närvarande används för att förutsäga deras effekt. Deras analys publiceras i Framsteg inom atmosfäriska vetenskaper .

"Observations- och modelleringsstudier indikerar att vindkraftparker potentiellt kan påverka det lokala vädret genom att bidra till luftturbulens och minska vindhastigheten nedströms gården, "sa Guo Zhenhai, en författare på tidningen och en professor vid State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics från Institute of Atmospheric Physics vid Chinese Academy of Sciences. "Direkta observationer är begränsade, fastän, så modelleringstekniker har blivit ett värdefullt forskningsverktyg för att undersöka vilka effekter vindkraftparker har. "

Vinden rör en turbins långa armar. När armarna snurrar, de överför energin från vindens rörelseenergi till växlar inuti turbinen. Energin tar sig så småningom till en generator, där det översätts till elektricitet. Starkare vindar hjälper vindkraftparker att producera ännu mer el. Dock, eftersom rörelseenergin absorberas av turbiner, vinden tycks dö av när de når land bortom vindkraftsparken.

En förändring av vinden kan förändra kritiska faktorer för jordbruket i lokala områden, såsom temperatur och fuktnivåer i luften och jorden, enligt forskarna. Men, på grund av vindkraftsparkernas stora storlek, och vindhastigheternas föränderliga karaktär, topografi, andra påverkande variabler, det finns väldigt lite observerbar data om exakt hur vindkraftparker påverkar sina grannar.

Forskare använder vanligtvis klimatmodeller för att se hur vissa parametrar ändras, som en temperaturökning, kan påverka nederbörd i ett visst område, men de är kraftigt kalibrerade och validerade mot observerbar data. De två beräkningsmodellerna som används för att förutsäga hur vindkraftparker påverkar omgivningen har inte samma verkliga information tillgänglig att jämföra för noggrannhet, enligt Guo.

De två systemen, kallad vindparkparameterisering och väderforskning och prognoser, kombineras vanligtvis för att bättre säkerställa liknande beteenden över prognoser. När parametrar förändras i olika modelleringsscenarier, forskarna behöver veta om det förutsagda beteendet är ett resultat av en ny variabel eller orsakas av en beräknad snafu. Det beslutet är nästan omöjligt att göra utan korrekt validering.

I ett försök att bättre förstå hur modellerna förutsäger väderutfall utan hårda datapunkter, forskarna undersökte hur man validerar modellens upplösningar mot sig själv. Upplösningen är detaljnivån för en specifik studiepunkt av intresse, som exakta geografiska gränser. En modell med låg geografisk upplösning kan köra simuleringar av vindpåverkan över hundratals miles; en hög upplösning skulle kunna begränsa simuleringarna till mer exakta områden.

"Även om den kopplade modellen används i stor utsträckning, det är inte väl validerat på grund av bristen på direkta observationsdata, "Sa Guo." Faktum är att i de flesta studier där den kopplade modellen används, det noteras att modellresolutionerna spelar en stor roll för att återge de få observationsdatauppsättningar som är tillgängliga. "

Valet av modellupplösning för vissa variabler framför andra kan kraftigt snedvrida resultaten, och, för att återskapa verkliga förhållanden, modelleringsscenarier behöver varierande upplösningar för olika parametrar.

Guo och hans team undersökte specifikt vertikala och horisontella upplösningar, som styr hur modellen simulerar vindflödet genom och bortom vindkraftsparken. De fann att högre vertikala och horisontella upplösningar påverkade hur vinden rörde sig i simuleringar, och den horisontella upplösningen kan avsevärt påverka hur yttemperatur och vattenånga betedde sig.

"Vi behöver mer modellerings- och observationsstudier under en längre tid och ett större antal atmosfäriska förhållanden för att förstå hur man utnyttjar vindenergi optimalt, "Guo sa." Valideringsprocessen vi har genomfört är ett viktigt steg för att specificera randvillkoren för att säkerställa att systemets villkor för närvarande kan representera den observerade situationen.