Când vine vorba de producția de energie, nu există, din păcate, un prânz gratuit.
În timp ce lumea începe tranziția pe scară largă către surse de energie cu emisii reduse de carbon, este vital ca avantajele și dezavantajele fiecărui tip să fie bine înțelese și să se ia în considerare impactul asupra mediului al energiei regenerabile, oricât de mic ar fi în comparație cu cărbunele și gazele.
În două lucrări – publicate astăzi în revistele Environmental Research Letters și Joule – cercetătorii de la Universitatea Harvard constată că tranziția către energia eoliană sau solară în SUA.S.U.A. ar necesita de cinci până la 20 de ori mai mult teren decât se credea anterior și, dacă astfel de parcuri eoliene de mari dimensiuni ar fi construite, ar încălzi temperaturile medii de la suprafața continentală a SUA cu 0,24 grade Celsius.
„Energia eoliană bate cărbunele prin orice măsură de mediu, dar asta nu înseamnă că impactul său este neglijabil”, a declarat David Keith, profesor Gordon McKay de fizică aplicată la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) și autor principal al lucrărilor. „Trebuie să facem rapid tranziția de la combustibilii fosili pentru a opri emisiile de carbon. Făcând acest lucru, trebuie să facem alegeri între diverse tehnologii cu emisii reduse de carbon, toate acestea având un anumit impact social și de mediu.”
Keith este, de asemenea, profesor de politici publice la Harvard Kennedy School.
Unul dintre primii pași pentru a înțelege impactul tehnologiilor regenerabile asupra mediului este de a înțelege cât teren ar fi necesar pentru a satisface viitoarele cereri de energie din SUA. Chiar și pornind de la cererile actuale de energie, suprafața de teren și densitățile de putere asociate necesare au fost îndelung dezbătute de experții în energie.
În cercetări anterioare, Keith și coautorii au modelat capacitatea de generare a parcurilor eoliene de mari dimensiuni și au concluzionat că producția de energie eoliană din lumea reală a fost supraestimată deoarece au neglijat să ia în considerare cu exactitate interacțiunile dintre turbine și atmosferă.
În cercetarea din 2013, Keith a descris modul în care fiecare turbină eoliană creează o „umbră de vânt” în spatele ei, unde aerul a fost încetinit de către paletele turbinei. Parcurile eoliene la scară comercială de astăzi spațiază cu atenție turbinele pentru a reduce impactul acestor umbre de vânt, dar având în vedere că se așteaptă ca parcurile eoliene să continue să se extindă pe măsură ce crește cererea de energie electrică derivată din vânt, interacțiunile și impactul climatic asociat nu pot fi evitate.
Ceea ce lipsea din aceste cercetări anterioare, însă, erau observațiile care să susțină modelarea. Apoi, în urmă cu câteva luni, U.S. Geological Survey a făcut publice locațiile a 57.636 de turbine eoliene din SUA. Folosind acest set de date, în combinație cu alte câteva baze de date ale guvernului american, Keith și cercetătorul postdoctoral Lee Miller au reușit să cuantifice densitatea de putere a 411 ferme eoliene și a 1.150 de centrale solare fotovoltaice care funcționează în SUA.S.U.A. în cursul anului 2016.
„Pentru energia eoliană, am descoperit că densitatea medie a puterii – adică rata de generare a energiei împărțită la suprafața de cuprindere a centralei eoliene – a fost de până la 100 de ori mai mică decât estimările unor experți importanți în domeniul energiei”, a declarat Miller, care este primul autor al ambelor lucrări. „Cele mai multe dintre aceste estimări nu au luat în considerare interacțiunea turbină-atmosferă. Pentru o turbină eoliană izolată, interacțiunile nu sunt deloc importante, dar odată ce parcurile eoliene au o adâncime mai mare de cinci până la 10 kilometri, aceste interacțiuni au un impact major asupra densității de putere.”
Densitățile de putere eoliană bazate pe observații sunt, de asemenea, mult mai mici decât estimările importante ale U.S. U. S. Department of Energy și Intergovernmental Panel on Climate Change.
Pentru energia solară, densitatea medie de putere (măsurată în wați pe metru pătrat) este de 10 ori mai mare decât cea a energiei eoliene, dar, de asemenea, mult mai mică decât estimările principalilor experți în energie.
Acest studiu sugerează că nu numai că parcurile eoliene vor necesita mai mult teren pentru a atinge obiectivele propuse în materie de energie regenerabilă, dar, de asemenea, la o scară atât de mare, ar deveni un actor activ în sistemul climatic.
Întrebarea următoare, așa cum a fost explorată în revista Joule, a fost modul în care astfel de parcuri eoliene la scară largă ar avea un impact asupra sistemului climatic.
Pentru a estima impactul energiei eoliene, Keith și Miller au stabilit o bază de referință pentru climatul SUA din 2012-2014 folosind un model standard de prognoză meteo. Apoi, au acoperit o treime din suprafața continentală a SUA cu suficiente turbine eoliene pentru a satisface cererea actuală de energie electrică din SUA. Cercetătorii au constatat că acest scenariu ar încălzi temperatura de suprafață a SUA continentale cu 0,24 grade Celsius, iar cele mai mari schimbări ar avea loc pe timp de noapte, când temperaturile de suprafață ar crește cu până la 1,5 grade. Această încălzire este rezultatul faptului că turbinele eoliene amestecă în mod activ atmosfera în apropierea solului și în aer, în timp ce extrag în același timp din mișcarea atmosferei.
Acest studiu vine în sprijinul a peste 10 alte studii care au observat încălzirea în apropierea parcurilor eoliene operaționale din SUA. Miller și Keith au comparat simulările lor cu studiile de observare prin satelit din nordul Texasului și au constatat creșteri de temperatură aproximativ consistente.
Miller și Keith se grăbesc să sublinieze că este puțin probabil ca SUA să genereze atât de multă energie eoliană precum cea simulată de ei în scenariul lor, dar încălzirea localizată apare chiar și în proiecții mai mici. Întrebarea subsecventă este atunci de a înțelege când beneficiile crescânde ale reducerii emisiilor sunt aproximativ egale cu impactul aproape instantaneu al energiei eoliene.
Cercetătorii de la Harvard au descoperit că efectul de încălzire al turbinelor eoliene din SUA continentale a fost de fapt mai mare decât efectul reducerii emisiilor pentru primul secol de funcționare. Acest lucru se datorează faptului că efectul de încălzire este preponderent local la parcul eolian, în timp ce concentrațiile de gaze cu efect de seră trebuie să fie reduse la nivel global înainte ca beneficiile să fie realizate.
Miller și Keith au repetat calculul pentru energia solară și au constatat că impactul acesteia asupra climei este de aproximativ 10 ori mai mic decât cel al energiei eoliene.
„Impactul direct al energiei eoliene asupra climei este instantaneu, în timp ce beneficiile reducerii emisiilor se acumulează lent”, a spus Keith. „Dacă perspectiva dvs. este pentru următorii 10 ani, energia eoliană are de fapt – în anumite privințe – un impact climatic mai mare decât cărbunele sau gazul. Dacă perspectiva dumneavoastră este următoarea mie de ani, atunci energia eoliană are un impact climatic enorm mai mic decât cărbunele sau gazele.
„Lucrarea nu ar trebui să fie văzută ca o critică fundamentală a energiei eoliene”, a spus el. „Unele dintre efectele climatice ale vântului vor fi benefice – mai multe studii globale arată că energia eoliană răcește regiunile polare. Mai degrabă, lucrarea ar trebui să fie văzută ca un prim pas spre o evaluare mai serioasă a acestor impacturi pentru toate energiile regenerabile. Speranța noastră este că studiul nostru, combinat cu recentele observații directe, marchează un punct de cotitură în care impactul climatic al energiei eoliene începe să fie luat în serios în considerare în deciziile strategice privind decarbonizarea sistemului energetic.”
Acest studiu a fost finanțat de Fondul pentru cercetare inovatoare în domeniul climei și energiei.
.