Forskere søker en kløft for vindens hemmeligheter


Forskere studerer gusty Columbia River Gorge for å forbedre datamodellering for vindenergi. Flickr (CC BY 2.0) Et team av forskere som leter etter måter å utvide bruken av vindkraft, har nettopp ferdig med å måle vindstyrker i et av de tøffeste områdene i verden for å studere det, den gustende, slingrende Columbia River Gorge. Den 80

Forskere studerer gusty Columbia River Gorge for å forbedre datamodellering for vindenergi. Flickr (CC BY 2.0)

Et team av forskere som leter etter måter å utvide bruken av vindkraft, har nettopp ferdig med å måle vindstyrker i et av de tøffeste områdene i verden for å studere det, den gustende, slingrende Columbia River Gorge.

Den 80 kilometer lange kløften mellom Washington og Oregon utgjør en motorvei for vindene som kommer inn fra Stillehavet. Den er allerede vert for en av verdens største samlinger av vindparker i østsiden. Ifølge Energiministeriet genererer de 5 gigawatt av elektrisitet, eller mer enn dobbelt så stor som den årlige produksjonen av Hoover Dam.

Kløften utgjør et spennende spørsmål til verktøy og forskerne, ledet av DOE og National Oceanic and Atmospheric Administration. Det vil si, hvis National Weather Service kunne prognose mer nøyaktig gorgeens daglige vindkraft, kan resultatet bli betydelig mer utslippsfri elektrisitet over hele USA.

"En vindmøllepark kan være en stor investering, " sa Joel Cline, en meteorolog for DOE, som leder $ 2, 5 millioner prosjektet, "men drivstoffet er gratis." Det han håper å komme seg ut av forskningen, er en Datamodell som er allsidig og nøyaktig nok til å måle potensiell vindkraft hvor som helst i USA.

For meteorologer er feltet for prognose daglig vindkraft bare ca 10 år gammel. Tidligere værmeldinger fokuserte på vindhastighet på 10 meter over bakken. Det var nødvendig for flyplassopptak og landinger. Vindmølleoperatører må kjenne vindhastigheter på 80 meter og 120 meter, høydene til vindmøllens nav og spissene på bladene.

Vinden er kraftigere i disse høyder, og tidligere studier av DOE og NOAA viste at i de relativt flate områdene i øvre Midtvesten og i Vest-Texas, kunne vindmølleeiere øke sin effekt ute med så mye som 13 til 15 prosent ved å bruke mer nøyaktige daglige vindspådommer.

Informasjonen ga bruksområder mer tillit til å stenge dyre fossile brenselanlegg og å stole mer på "gratis drivstoff" for en lovende dag, eller å selge sin overflødige kraft til sine naboer. Det vesentlig forbedrede økonomiske bildet, den tidligere studien bemerket, "antyder at vi kanskje nettopp har begynt å klø på overflaten, og ytterligere store forbedringer kan likevel oppstå."

Så i 2015 ble et andre eksperiment, kalt Wind Forecast Improvement Project (WFIP-2), i gang med forskere fra NOAA, fire DOE nasjonale laboratorier og flere bedrifter og universiteter. De installerte over 100 stykker vindtestutstyr i slugten, noe som er alt annet enn flatt. Det er omgitt av en spiky rekke 4000 fot fjell som skaper betydelig vind "våkner" eller hulrom som gjør vindene pløyer opp i elven Columbia veldig vanskelig å måle.

Resultatet kan være små stormer som tradisjonelle datamodeller ikke ser og usynlige kjølebatterier som kan tregere vindstrømmer, bare for å øke hastigheten opp igjen når temperaturen stiger. Matematikken som styrte flatlandvindprognoser kan ikke takle forholdene i slugten.

"Datamaskiner vet om vertikal, men ikke horisontal, " forklarte Cline.

I de tidligere midwesttestene ble forskere hjulpet av vindmåleapparater installert på høytårn i regionen, men i mye av den miljøbeskyttede slugten var det ikke så mange. Det bidro til at vindmølleparkene der det ga tonnevis av data - vanligvis holdt som proprietær informasjon - om vindene som kommer til navene på turbinen på en gitt time eller dag.

Men var disse vindene forutsigbare?

Dikt og apparater

Forskere hadde en stor gryte med data, men en med mange tomrom i den. Diktene har lurt på noen av dem i flere tiår. "Hvem har sett vinden?" Spurte Christina Rossetti i et populært barnehageryt i viktoriansk England. "Verken jeg eller deg heller: / Men når bladene henger skjelvende, / vinden går forbi."

Jim McCaa, senior meteorolog for et finsk selskap, Vaisala, som koordinert Columbia River Gorge-undersøkelsen for DOE, brukte verktøy som Rossetti aldri hørte om.

Forskere bemannet kraftige radarer som reflekterte tilbake signaler da de så flekker av aerosoler som flyte høyt i luften over kløften. Til forskerne var aerosolene - små dråper med vanndamp, støv eller annet materiale som flyter i luften som Rossettis blader. Deres signaler fortalte forskere hvilken vei vindene på et gitt punkt var i bevegelse.

McCaa hadde også sodar, eller enheter som sendte lydbølger ut over kløften, og brukte så kraftige mikrofoner som fanget ekkoene sine. En av mysteriene som svirrer i kløften er store forskjeller i fuktighet og temperatur i luftkolonner som kan være rett ved siden av hverandre. Disse skapte turbulens som kunne måles av sodarene.

Så var det lidelser, instrumenter som brukte lyspulser til å spore skyer, røyk og andre bevegelige gjenstander i luften, og produserte 3-D bilder av hvor de er og hvor de er på vei.

Vaisala, McCaas selskap, har en lang historie med å løse værets mange gåter. Dets grunnlegger, Vilho Väisälä, oppfant den første moderne værboblen i 1930. Det var en enkel, engangs heliumfylt ballong med en nyttelast av instrumenter for å måle en gitt kolonne luft. Da den steg, signaliserte den signalene tilbake til bakken og beskrev atmosfæren i forskjellige høyder.

Meteorologer kaller dem radiosondes, og National Weather Service hadde dusinvis av dem klare for McCaa rundt gorge. "Når interessante hendelser skulle komme opp, ville vi ringe til NWS, og de ville distribuere flere ballonger, " sa han.

Resultatet av alt dette var så mye data at det vil ta et år å sortere ut. "Atmosfærisk modellering er fortsatt en av de klassiske store dataproblemer. Det er her de nasjonale laboratoriene kommer inn, "mente McCaa, og refererte til DOE. "Det er få steder i verden som har kapasitet til å trekke dette av."

I motsetning til Europa, som i stor grad har skiftet sine vindkraftressurser offshore - anlegg som er dyrere å bygge og vedlikeholde - mener McCaa at de fleste amerikanske vindselskaper vil forbli på land, spesielt hvis test viser at vind i komplekse områder, som f.eks. Kløften, kan være nøyaktig prognose.

"I forhold til Europa har vi mange svakt bebyggede områder der vi har plass til å sette flere vindprosjekter på land, som Europa ikke har, " sa han.

Lazard, Wall Street finansielle rådgivende firma, rapporterte i desember at verktøy allerede har fått beskjed om at vindkraft har blitt mer kostnadskonkurrerende. Utilities og andre investerte seks ganger mer i vindkraft i landet i fjor enn de gjorde i 2009.

"Verktøy som Xcel i Colorado opererer på større mengder vindkraft. På grunn av høyere nøyaktighet i prognoser, kan de gå til høyere nivåer av vindenergi enn de trodde de kunne for noen år siden, forklarte Michael Goggin, seniorforsker ved forskning ved American Wind Energy Association i Washington, DC

Samtidig bemerket han at vindturbiner blir høyere og bruker større kniver, og de blir mer effektive til å håndtere langsommere vindhastigheter enn de var før. Noen stater, som New York og Massachusetts, tar sikte på flere havmølleparker, bemerket han.

"Det er en mulighet for begge deler, men vindressursene på land i USA er blant de beste i verden, " sa Goggin.

Reprinted from Climatewire med tillatelse fra E & E News. E & E gir daglig dekning av viktige energi- og miljønyheter på www.eenews.net.