Koordineret udvikling kan hjælpe vindmølleparker med at blive bedre naboer

Da land- og havvindmølleparker er vokset globalt i de seneste år, ny forskning ledet af University of Colorado Boulder fremhæver en tidligere underudforsket konsekvens:en kølvandseffekt fra vindmølleparker, der kan reducere energiproduktionen hos deres naboer i medvind.

Studiet, udført i samarbejde med University of Denver (DU) og National Renewable Energy Laboratory (NREL), kombinerer juridisk og økonomisk analyse med atmosfærisk modellering for at demonstrere, at vågneeffekter - som opstår, når grupper af vindmøller reducerer vindhastigheden op til flere miles bag dem - er målbare og forudsigelige, alligevel stort set ikke er registreret i gældende amerikansk ejendomsret.

Forskningen vises i dag i tidsskriftet Naturenergi .

"Resultaterne fremhæver behovet for koordineret udvikling og bevidsthed om det store billede for at maksimere vindenergiproduktion på landsplan, sagde Julie Lundquist, hovedforfatter af undersøgelsen og en lektor i CU Boulders afdeling for atmosfæriske og oceaniske videnskaber (ATOC).

Vindenergiudviklere opsøger steder med pålidelige vindressourcer samt bekvem adgang til elektriske transmissionsledninger, fører til tæt mølleudlægning i udvalgte områder med ringe koordinering mellem konkurrenter. Næsten 90 procent af de amerikanske vindmølleparker er placeret inden for 25 miles fra en anden vindmøllepark - og ofte meget tættere på.

Alligevel meget som en husejer, hvis en gang uhindrede udsigt er blokeret af nybyggeri, Undersøgelsen viser, at eksisterende vindmølleparker står til at miste værdifuld energiproduktion, hvis de pludselig befinder sig i modvind af en ny nabo og dens vind- og energireducerende kølvand.

Ved at bruge offentligt tilgængelige data om månedlig energiproduktion og dominerende vindretning, forskerne modellerede vågneeffekten på et par vindmøller i West Texas, ved at bruge en tredjedel som kontrol. De fandt ud af, at vindhastighedsreduktioner på grund af etableringen af ​​opvindparken reducerede produktionen på den nu-modvindske farm med 5 procent fra 2011-2015, et anslået indtægtstab på omkring 3,7 mio.

"Ligesom opstrømsvandbrugere bevidst eller ubevidst kan pålægge yderligere omkostninger nedstrøms, den samme effekt er i spil her, sagde Daniel Kaffine, medforfatter af undersøgelsen og professor i CU Boulders Institut for Økonomi. "Vi havde en generel fornemmelse af denne interaktion før og ønskede at udforske den yderligere ved at bruge en blanding af samfundsvidenskab og atmosfæriske data."

Kaffine og Lundquist, begge stipendiater i Renewable and Sustainable Energy Institute (RASEI), bemærkede, at Texas var et godt casestudie på grund af sin nuværende og fremtidige andel i udvikling af vindenergi, samt historiske paralleller vedrørende brugsrettigheder til statens olie- og gasressourcer.

For over et århundrede siden, olie- og gaslovgivningen anerkendte "fangstreglen, "som gør det muligt for en grundejer at fange en nabos olieressourcer ved at suge dem fra en tilstødende brønd. Dette resulterede i dårlige brøndfeltindvindinger og affald, så stater greb ind for at regulere produktionen gennem brøndafstand, pooling og andre koordineringsforanstaltninger. Tilsvarende stater har udviklet vandlovsordninger, der beskytter rettigheder for tidligere brugere. Men den nuværende amerikanske ejendomslov indeholder ingen sådanne bestemmelser for vindenergi.

"Det tog årtier med olie- og gas- og vandlov at oprette disse juridiske regimer, "sagde K.K. DuVivier, en medforfatter til undersøgelsen og en professor ved DU's Sturm College of Law. "Det ser ud til, at vindenergi endnu ikke har nået et lignende modenhedstrin. Jeg håber, at denne forskning vil hjælpe med at øge bevidstheden om omfanget af det vågne problem og uddanne dem, der søger et juridisk middel."

Turbinevågninger er blevet observeret at strække sig op til 25 miles, potentielt spænder over flere stats- og amtsjurisdiktioner og komplicerer sager endnu mere.

"I den nærmeste fremtid, nogle forretningsmæssige incitamenter kan ændre sig, "Kaffine sagde." Energivirksomheder vil måske lægge større vægt på at sikre leasingkontrakter opad for at sikre, at de har nok buffer. "

Men selvom juridisk vejledning kan sakke bagud, Lundquist understregede, at teamets sofistikerede atmosfæriske videnskabssimuleringer viser, at vågneeffekten er et meget forudsigeligt atmosfærisk fænomen, der kan modelleres og planlægges i lyset af de nye data.

"Det er opmuntrende, at de kølvandseffekter, der ses i den økonomiske analyse, fanges af de atmosfæriske simuleringer, " sagde Jessica Tomaszewski, en kandidatstuderende i ATOC, der var medforfatter af det nye studie.

"De stærkeste vågner opstår om natten, når atmosfæren er stabil, og vindhastigheder og vindretninger opfylder specifikke kriterier, "sagde Lundquist." Ud af måneden med vågner simulerede, kun 28 timer, eller mindre end 4 procent af tiden, havde vågner over 20 procent af vindvindens kapacitet, tyder på, at dette episodiske problem kan forudsiges og håndteres."

"Ejere og netforvaltere kan bruge disse oplysninger til at komme foran problemet. Ny forskning på NREL i manipulation af vågne kan være nyttig, " sagde Tomaszewski. "I sidste ende, imidlertid, bedre koordinering vil være nødvendig for at maksimere de offentlige fordele ved vindenergi. "

At tage wake-effekten i betragtning vil især være afgørende for det store antal havvindmølleparker, der i øjeblikket er under udvikling ud for den amerikanske østkyst, Tilføjede Lundquist.

"Havmølleparker er vigtige, men de er dyre at bygge og fejl vil være lige så dyre, " hun sagde.

"Dette projekt undersøger forbindelserne mellem økonomiske, gyldige, og sociale spørgsmål og de geofysiske processer i vindenergiproduktion, sagde Tom Baerwald, programdirektør for National Science Foundation's Dynamics of Coupled Natural and Human Systems -program, som finansierede forskningen. "Disse resultater fremmer vores forståelse af disse interaktioner, og give vejledning til en vellykket udvikling af fornyelsesenergi for fremtiden. "

Forskerne håber at udvide deres indsats for at måle vindmølleparkens effekter ved at indarbejde flymålinger samt indsamle data på en hyppigere tidsskala fra andre steder rundt om i landet.