Firedobling af turbiner, USA kan nå vindenergimålene for 2030

USA kunne generere 20% af sin elektricitet på en luftig måde inden for 10 år ifølge ny Cornell-forskning.

"USA producerer i øjeblikket omkring 7% af sin elektricitet fra vindenergi, " sagde Sara C. Pryor, professor ved Institut for Jord- og Atmosfæriske Videnskaber. "Denne forskning viser, at en firdobling af den installerede kapacitet af vindmøller fra 2014-niveauer vil give os mulighed for at nå målet om 20% af elektriciteten fra vinden, uden at kræve yderligere jord, eller negative indvirkninger på systemets effektivitet eller lokale klimaer."

Forskningen, "20 % af amerikansk elektricitet fra vind vil have begrænset indvirkning på systemeffektivitet og regionalt klima, " udgivet 17. januar i Naturvidenskabelige rapporter . Forskningen er finansieret af Office of Science ved U.S. Department of Energy og er baseret på en omfattende række atmosfæriske simuleringer i høj opløsning.

Pryor arbejdede sammen med Rebecca J. Barthelmie, professor ved Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, og postdoc-forsker Tristan J. Shepherd for at udvikle scenarier for, hvordan vindenergi kan udvides fra nuværende niveauer til en femtedel af hele den amerikanske elforsyning inden 2030, som skitseret af U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) i 2008.

Kaldet "20% vindscenariet, " NREL-rapporten bemærkede, at generering af 20% af amerikansk elektricitet fra vind kunne eliminere cirka 825 millioner tons kuldioxidemissioner i den elektriske energisektor i 2030.

Fra 2016 til 2017, vind-produceret elektricitet i USA voksede med 12% til 254 terawatt-timer - derefter steg yderligere 8,3% til 275 terawatt-timer i 2018, sagde forskerne. I sammenhæng, USA bruger i øjeblikket cirka 310 til 320 terawatt-timer elektricitet hver måned – genereret fra kul, naturgas, atomkraftværker og vedvarende energi.

"Vindenergi spiller allerede en nøglerolle i dekarboniseringen af ​​det globale energisystem, " sagde Pryor. "Vindmøller tilbagebetaler levetidens kulstofemissioner forbundet med deres implementering og fremstilling i løbet af tre til syv måneders drift og giver næsten 30 års næsten kulstoffri elproduktion."

Men, spurgte forskerne, reducerer en firdobling af antallet af vindmøller effektiviteten af ​​mølleflåder, der samler energi? Og kan den generation påvirke lokalklimaet negativt?

I højdensitetsarrays af store vindmøller, forskerne undersøgte mulige fald i systemdækkende effektivitet forbundet med et fænomen kaldet "vindmøllevåger, "hvor vindhastigheden sænkes ved udvinding af momentum fra vindmøller. Dette kølvand eroderes ved blanding med uforstyrret luft i atmosfæren, men kan reducere vindhastigheden, der rammer nedstrøms vindmøller.

"Tyveriet af vind fra opstrøms vindmøller reducerer den samlede effekt produceret af det samlede ensemble af vindmøller, og den forbedrede blanding (turbulens) kan ændre lokale klimaforhold tæt på vindmøller, sagde Barthelmie.

Forskerne tilbød scenarier - såsom at genopbygge turbiner med forbedret teknologi - for at udvide den installerede kapacitet af vindmøller uden at bruge yderligere jord. Forskerne påviste, at udvidelse af den installerede kapacitet har en lille indflydelse på systemdækkende effektivitet og meget små påvirkninger af det lokale klima, som reduceres ved at installere store, topmoderne turbiner.