Jeśli świat w końcu zdecyduje się na wykorzystywanie czystej energii, to elektryczność generowana przez wiatr będzie odgrywać w tym główną rolę. Okazuje się, że mamy wokół Ziemi wystarczającą ilość wiatru, twierdzą naukowcy z uniwersytetów Stanford i Delaware.
Badacze ze Szkoły Inżynieryjnej przy Uniwersytecie Stanford oraz z Uniwersytetu Delaware opracowali obecnie najbardziej wyszukany model pogodowy, który pokazuje, że mamy nie tylko znaczną ilość wiatru krążącego nad lądem oraz w pobliżu wybrzeży, ale jest go wystarczająco dużo, aby przekroczyć kilkakrotnie całkowite zapotrzebowanie na energię. Nawet odliczając osłabienie prędkości wiatru spowodowane samymi turbinami.
Odkrycia zosały opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) przez Marka Z. Jacobsona – profesora inżynierii lądowej i środowiska na Stanford oraz Cirtinę Archer – profesora nauk geograficznych oraz nauk o ocenie z Uniwersytetu Delaware. Do swoich badań Jacobson i Archer zaadoptowali trójwymiarowy model komputerowy, znany pod nazwą GATOR-GCMOM, przedstawiający atmosferę, oceany i lądy. Został on wykorzystany do obliczenia teoretycznie maksymalnej energii, którą można uzyskać na planecie z wykorzystaniem jedynie wiatru, z uwzględnieniem, co podkreślają naukowcy, redukcji spowodowanej przez turbiny. Ich model zakłada, że turbiny mogą być instalowane wszędzie, bez uwzględnienia społecznych, środowiskowych, klimatycznych czy ekonomicznych czynników.
Opracowanie to zaprzecza dwóm wcześniejszym badaniom, które twierdziły, że potencjał wiatru znacznie odbiega od agresywnego celu jakim jest wygenerowanie elektryczności dla całej planety, w szczególności biorąc pod uwagę szybkie tempo rozwoju technologicznego. Uzasadnieniem tamtych wniosków była uwaga, że każda turbina kradnie zbyt wiele energii z wiatru inny turbinom oraz, że turbiny wprowadzają szkodliwe dla klimatu następstwa. Zaprzecza to wielu pozytywnym aspektom do tej pory kojarzonym z energią pochodzącą z wiatru.
Nowy model komputerowy wprowadza bardziej wyrafinowane spojrzenie, niż dotychczasowe, oddzielając wiatry w atmosferze od hipotetycznych pól poukładanych na sobie i jedno obok drugiego. Każde z pól ma swoją wartość prędkości wiatru oraz opis pogodowy. W swoim modelu Jacobson i Archer wystawili pojedynczo stojące turbiny na działanie wiatru na kilku polach naraz, nie uwzględnionych w poprzednich modelach. “Tworzenie modeli dotyczących następst klimatu, związanych z turinami to złożona nauka”, mówi Jacobson. “To oprogramowanie pozwala nam na uzyskanie takiego poziomu szczegółów po raz pierwszy”.
Naukowcy byli w stanie obliczyć ekspozycję każdej turbiny ujętej w modelu na działania wiatru, zmieniającego się w czasie i przestrzeni. Dodatkowo model wlicza wiatr, który jest uznawany za tworzony przez same turbiny. W ten sposób można obliczyć efekt owych zmian w prędkości wiatru na globalną temperaturę, wilgotność, ilość chmur i cały klimat. Jedną z najbardziej obiecujących rzeczy, jakich dowiedzieli się naukowcy, jest fakt sporego potencjału w wietrze, mierzonego w setki terawatów. Jednakże w pewnym momencie budowa nowych turbin osiągnie stały poziom, w którym żadna dodatkowa energia nie zostanie uzyskana z wiatru, nawet w przypadku instalacji kolejnych turbin. “Każda z turbin redukuje ilość energii dostępną dla innych”, mówi Archer. Redukacja ta ma jednak znaczenie tylko w przypadku kiedy znaczna ilość turbin jest zainstalowana blisko siebie, znacznie więcej niż byłoby to potrzebne w danym miejscu. “Jest to punkt, który był dla nas bardzo ważny”, mówi Archer.
Naukowcy nazwali ten punkt potencjałem nasycenia energią wietrzną. Potencjał nascycenia, jak mówią, jest większy niż 250 terawatów, jeśli zostałaby rozstawiona armia wysokich na 100 metrów turbin, pokrywająca zarówno lądy jak i wody naszej planety.
Alternatywnie, jeśli byśmy rozmieścili je tylko na lądzie (z wyłączeniem Antarktyki) oraz wzdłuż wybrzeży oceanu, wciąz blisko 80 terawatów byłoby dostępne, co daje około siedmiokrotną wartość zapotrzebowania na energię przez obecną cała cywilizację. Hipotetyczne turbiny, siegające prądu strumieniowego (intensywny, dość wąski i prawie poziomy strumień przenoszący z zachodu na wschód olbrzymie masy powietrza w atmosferze ziemskiej), mogłyby wydobyć nawet do 380 terawatów. Takie turbiny musiałyby być nieprawdopodobnie wyskie, sięgające prawie 10 kilometrów. “Nie mówimy – wstawmy te turbiny wszędzie – jednak pokazaliśmy, że nie istnieje jakaś podstawowa bariera, aby uzykać chociaż pół, a nawet siedem razy więcej energii niż potrzebuje świat, jeszcze przed rokiem 2030. Tutaj znajduje się potencjał, jeśli tylko bylibyśmy w stanie zbudować wystarczającą ilość turbin”, mówi Jacobson.
Potwierdzając, że potencjał istnieje, badacze skierowali swoją uwagę na obliczenie jak wiele turbin byłoby potrzebnych, aby uzyskać połowę potrzebnej enegrii na świecie w 2030 roku – około 5.75 terawata. W celu uzyskania odpowiedzi, zostało przeprowadzonych szereg scenariuszy tzw. stałego potencjału energii wietrznej, czyli maksymalnej energii, jaka może zostać wydobyta z określonej liczby turbin. Archer i Jacobson wykazali, że 4 miliony turbin, każda pracująca na wysokości 100 metrów i produkująca 5 megawaty może dostarczyć 7.5 terawata energii, znacznie więcej niż światowe zapotrzebowanie na energię i to bez znacznego, negatywnego wpływu na klimat. “Przed nami długa droga, aby dotrzeć do takich możliwości. Obecnie mamy zainstalowaną mała ilość urządzeń, pozwalających jedynie czerpać 1 procent z całkowitej siły wiatru”, mówi Jacobson.
Jacobson i Archer rozmieściliby połowe tej 4-milionej armii turbin nad wodą. Pozostałe 2 miliony potrzebowały by zatem powierzchni około pół procenta ziemskiego lądu, czyli mniej więcej połowę stanu Alaska. Jednakże, praktycznie żaden z terenów nie mógłby wyłącznie być wykorzystywany do uzyskiwania energii z wiatru, ale może służyć dwóm celom jak otwarte przestrzenie, pola uprawne, rancza czy nawet rezerwaty dzikiej przyrody.
Archer i Jacobson oczywiście twierdzą, że lepiej roztawić wietrzne farmy w miejscach intenswnego wiatru na całym globie, zamiast kumulować je w jednym miejscu. Najlepiej do tego nadawałyby się: pustynia Gobi, pustkowia w Ameryce, a także sama Sahara. “Rozważne rozmieszczenie farm wietrznych zminimalizuje koszty, a także całkowity wpływ na globalną infrastrukturę wiatru w środowisku”, mówi Jacobson. “Jednak jak sugerują wyniki, dostępna energia z wiatru nie będzie ograniczać w żaden sposób gospodarki opartej na czystej energii”. Badania fundowane są przez National Science Foundation, amerykańską Agencję Ochrony Środowiska, a także samą NASA.
[elementor-template id=”82365″]
Źródło: Stanford University