«Ветер как энергетический ресурс не иссякнет никогда, но наша возможность осваивать его энергию не бесконечна, — поясняет Энрико Антонини. — Когда ветряные турбины собраны в большие группы, их производительность снижается, как и скорость, с которой они извлекают энергию».
Антонини и Калдейра задались целью определить, насколько большой может быть ветроэлектростанция, прежде чем ее способность генерировать энергию на единицу площади достигнет пределов восполнения источника этой энергии, а также насколько большую «ветряную тень» отбрасывают гигантские станции, и какой негативный эффект они будут оказывать на соседние установки с подветренной стороны.
«По мере того, как мы отказываемся от ископаемого топлива, некоторые сценарии предсказывают, что к 2050-му году ветростанции могут поставлять до трети мировой энергии, — отмечает Кен Калдейра. — Поэтому необходимо, чтобы мы понимали прямую зависимость от территориального размещения турбины и максимальным извлечением энергии из неё».
По словам учёных, воздушному потоку необходимо определённое количество времени для того чтобы восполнить запасы кинетической энергии после встречи с ветрогенератором. То, как быстро ветер снова сможет достичь изначальных «силовых» показателей, зависит от географического расположения ветряка и вращения Земли. Предыдущие ветроэнергетические исследования показали, что за ветрогенератором образуются чёткие следы воздействия турбины на воздух, на основе которых ученые выработали теоретическое понимание фундаментальных принципов образования, протекания и механизмов контроля этих следов. К примеру, их размер связан с размерами турбогенератора, скоростью дующих на разной высоте ветров и количеством времени, которое требуется на уравновешивание перепадов атмосферного давления после взаимодействия с лопастями ветряка.
Работа Энрико Антонини и Кена Калдейры как раз и демонстрирует то, что эти факторы обязательно следует учитывать при выборе размера будущего турбогенератора и последующего его размещения в различных местах и условиях.
Одним из ярко иллюстрирующих заявления учёных университета Карнеги является следующий пример: на турбины в районах с сильными ветрами с большей вероятностью повлияют их соседи выше по потоку, чем на турбины в районах с более слабыми ветрами, а ветряные станции, расположенные ближе к экватору, помимо вышеуказанного, с большей вероятностью пострадают от «ветровой тени» от станций выше по потоку, чем станции, расположенные ближе к полюсам.
«Ветер — это потенциальный источник большого количества энергии, свободной от углеводородных выбросов, — говорит Калдейра. — Но для получения максимальной выгоды при использовании этого ресурса нам нужно подумать, как другие ветрофермы могут влиять на нас, как мы можем влиять на них и как они сами влияют друг на друга».
Одна из предложенных учёными идей состоит в том, что строительство нескольких небольших ветряных электростанций с достаточным для восстановления воздушных потоков пространством между генераторами может быть гораздо эффективней, чем строительство одной большой ветряной станции. Однако окончательных результатов исследования пока что получить не удалось. Нужно больше данных и статистических выборок.
«Мы надеемся, что эта работа позволит строителям и операторам ветряных установок получать оптимальный сценарий для высокой эффективности создаваемого проекта ветрогенерации», — резюмировал Энрико Антонини.