Hoe windturbines invloed hebben op de (zeer) lokale temperatuur

In februari van dit jaar, kwam Ron Prinn, een professor in de Atmosferic Science aan MIT tot een vreemde conclusie omtrent het gebruik van windmolens. Dit ontdekte hij toen hij samen met een andere wetenschapper, Chien Wang, professor in het departement Earth, Atmospheric and Planetary Science, aan een speciaal onderzoek werkte. Aan de hand van de resultaten van dit onderzoek, stelde hij namelijk vast dat, indien er in een bepaald gebied enorm veel windturbines gebouwd worden, dat dit een effect kan hebben op de temperatuur in dat gebied. Maar dit effect is niet overal hetzelfde. Wanneer men heel veel windturbines bouwt in een bepaald gebied in de zee, dan kan dit ervoor gaan zorgen dat de temperatuur daar lichtjes gaat dalen. En het tegengestelde kan gebeuren wanneer men heeft veel windturbines installeert op het droge, dit zou plaatselijk kunnen zorgen voor een toename van de temperatuur. Zijn besluiten waren wel nog niet volledig concreet. Bij dit onderzoek gebruikt men namelijk een klimaat computermodel waarmee er voorspellingen kunnen gedaan worden naar de toekomst toe. Aan de hand van dit computermodel onderzocht wat het effect zou zijn indien men op heel grote schaal windenergie zou inzetten als vervanger voor de fossiele energiebronnen.

Dit onderzoek is zeer interessant omdat er nu nog niet veel gekend is over de effect van windturbines. De effecten van één windturbine op zich zijn wel al gekend aangezien deze niet moeilijk te onderzoeken zijn. Maar er is een groot verschil tussen één windturbine en de 175 windturbines van 's werelds grootste windmolenpark, die gebouwd zal worden voor de Britse kust. Windenergie is op vele vlakken een ideale hernieuwbare energiebron waarmee relatief goedkoop elektriciteit mee kan opgewekt worden. Dit is dan ook de oorzaak van het feit dat er de laatste jaren enorm veel windturbines gebouwd werden. En dat er in de komende jaren nog veel meer zullen bijkomen zowel in de zee als op het vaste land. Het is dus zeker niet onbelangrijk om de effecten van het op grote schaal inzetten van windenergie te gaan onderzoeken. En men is dus gestart om dit te gaan onderzoeken aan de hand van een klimaat-computermodel.

In februari publiceerde hij zijn bevindingen in Atmospheric Chemistry and Physics, dit is een open publicatie dienst van de Europese Unie voor wetenschappelijke papers en dergelijke. Het besluit van zijn paper was dat indien er voldoende windturbines geïnstalleerd worden op aarde om 10% van 's werelds energieverbruik te voorzien, dan zou de gemiddelde temperatuur in de regio waar er veel windturbines geïnstalleerd zijn gaan toenemen met 1°C. Een kleinere temperatuurstoename zou merkbaar zijn in de nabije regio. En voor de locaties waar de windturbines in de zee staan, daar zou dan het tegengestelde gebeuren. Namelijk daar zou de gemiddelde temperatuur met 1°C gaan afnemen op de locaties waar er veel windturbines staan. En terug zou er een kleine temperatuurdaling plaatsvinden op locaties er rondom.

In zijn besluit waarschuwen de wetenschapper, Prinn en Wang, uitdrukkelijk voor interpretatie van deze studie als een argument tegen windenergie. De resultaten van zijn onderzoek hebben geen betekenis indien men ze wil gaan gebruiken als bewijs dat er nadelige effecten zouden voortvloeien uit het grootschalig inzetten van windenergie. Zelf zeggen ze " we zijn niet pessimistisch over windenergie, we hebben dit effect nog niet absoluut bewezen en er dient dus eerst verder onderzoek uitgevoerd te worden voordat men dit als waarheid beschouwd." Deze resultaten en zijn besluiten hebben slechts een betekenis indien men ze gebruikt voor verder onderzoek waarmee men de nadelige effecten van grootschalige windenergie wil verkennen. Dergelijk onderzoek is belangrijk voordat er belangrijke middelen geïnvesteerd worden in windmolenparken.

Tijdens dit onderzoek maakten de wetenschappers dus gebruik van een computermodel. Aan de hand van dit computermodel simuleerden ze de aerodynamische effecten van een gigantisch windmolenpark. Dit zowel voor een windmolenpark dat zich op het vaste land bevindt, als voor een windmolenpark dat zich in de zee bevindt. Met deze simulaties van de aerodynamica kan gaan analyseren hoe de atmosfeer, de zee en het vaste land zal gaan veranderen door het windmolenpark. En dit werd bekeken voor 60 jaar ver. Voor de windmolenparken op het vaste land baseerden ze zich op het effect van andere grote structuren in een landschap, bijvoorbeeld een heuvel een groep bomen. Deze zorgen ook voor een bepaalde weerstand voor de stroming in luchtlagen die zich net boven de grond bevinden. Deze en andere gelijkaardige verschijnselen en het effect ervan werden geïmplementeerd in het model. Deze data vormde dan een basis voor de effecten die een windmolenpark zou kunnen hebben op die luchtlagen. De stromingen in die luchtlagen bepalen mee de temperatuur in dat gebied. Op de locaties waar er veel windmolens gegroepeerd staan zou de temperatuur kunnen toenemen met 1°C. En wanneer men voldoende windturbines op het vaste land zou bouwen zodat deze 10% van het wereldwijde verbruik van energie leveren, dan zou de globale gemiddelde temperatuur op aarde met 0,15°C gaan toenemen.

In hun analyse gaat men er van uit dat windmolens, die op het vaste land staan ervoor zorgen dat de windsnelheid er gaat afnemen. Namelijk doordat een gedeelte van de energie die de wind 'bevat' wordt opgevangen en omgezet in elektrische energie. Maar natuurlijk wordt er wel slechts een fractie van de energie die de wind 'bevat' wordt afgetapt door de windmolens. Dit zorgt voor een minder grote windsnelheid. De afname van de windsnelheid zal dus plaatsvinden benedenwinds een windmolenpark. Dit zorgt voor een minder sterk turbulente stroming van de lucht. De aard van een stroming bepaald ook voor een deel het warmtetransport die plaats vindt in horizontale richting. En wanneer een stroming minder turbulent is dan wordt er ook minder warmte mee getransporteerd van de aarde in de atmosfeer. Dit wil dus zeggen dat het warmer gaat worden, daar benedenwinds deze grote windmolenparken.

Wanneer men dan windmolenparken in de zee onderzocht, stelden Prinn en Wang vast dat daar de verstoring door de windturbines zal zorgen voor een temperatuursafname. Dit resultaat is nog onbetrouwbaarder dan het vorige, zeggen de wetenschappers zelf. Namelijk hier was het nog moeilijker om data te vinden die kan dienen als basis voor de gevolgen van een verstoring van de lage luchtlagen boven de zee. Men modelleerde de aanwezigheid van windturbines als een lokaal grotere oppervlakte weerstand in vorm van grote kunstmatige golven. Of dus anders gezegd, heeft men gekeken naar het effect van 'normale' grote golven en naar hun effect en interactie met de wind en de stromingen in de lage luchtlagen. Daarna heeft men geschat hoe veel groter deze golven zouden moeten zijn zodat ze een evengrote storing vormen als dat windturbines dat zijn. En dan veronderstelden ze dat de effecten ook zoveel keer groter zullen zijn als dat de golf dat is. Dit is niet onmiddellijk een betrouwbare vergelijking.

Maar ook andere wetenschappers hebben een gelijkaardig onderzoek gedaan met eenzelfde doelstelling. Sommath Baidya Roy van de University of Illinois heeft één van deze gelijkaardige onderzoeken uitgevoerd. Zijn onderzoek maakte gebruik van meetwaarde van de temperatuur rondom één van de oudste windmolenparken in de VS, namelijk in Palm Springs, California. Hij analyseerde al deze data en concludeerde dat het windmolenpark ervoor zorgt dat dat het 's nachts warmer zal zijn en dat het overdag dat kouder is. De variaties van de temperatuur, die veroorzaakt worden door het windmolenpark, zijn uiteraard ook bij dit onderzoek zeer beperkt. Ook treden deze variaties enkel zeer lokaal op in het gebied waar het windmolenpark is. En voor de meeste regio's heft de temperatuursdaling overdag de temperatuurstijging van 's nachts op. En dus blijft de gemiddelde temperatuur over de volledige dag onveranderd.

Roy heeft samen met zijn collega Justin Traiteur de metingen van de temperatuur in en het rond het windmolenpark in Palm springs geanalyseerd. Daar, op verschillende locaties werd de temperatuur opgemeten van 18 juni tot 9 augustus in het jaar 1989. Uit de analyse bleek dat gedurende nacht en in de vroege ochtend de temperatuur benedenwinds het windmolenpark hoger was. En tijdens de rest van de dag was de temperatuur dan lager. Deze data werd dan gebruikt als input voor een computermodel van regionale klimaten. Aan de hand van het model kon men een mogelijke verklaring vinden voor het verschijnsel van de variërende temperatuur benedenwinds het windmolenpark. De windmolens vormen dus een verstoring voor de stroming van de luchtlagen over het aardoppervlak. En deze verstoring zou er dan voor zorgen dat de onderste luchtlagen in de atmosfeer zich meer gaan vermengen met hoger gelegen luchtlagen. Deze hoger gelegen luchtlagen hebben ook steeds een andere temperatuur dan de lager gelegen luchtlagen. En wanneer deze gemengd worden dat gaat de temperatuur van de onderste luchtlagen gaan veranderen.

Aangezien het bestudeerde windmolenpark niet van de jongste is, zijn het ook niet de modernste windturbines die er staan. De windturbines daar zijn 'slechts' 23 meter hoog, hebben een rotordiameter van 8,5 meter en de toren staan 120 meter uit elkaar. In moderne windmolenparken waar de nieuwste windmolens staan, is de situatie sterk verschillend. De windmolens daar zijn soms tot 90 meter hoog, hebben ze een rotordiameter van 40 meter en staan de torens op zijn minst 600 meter uit elkaar. Het effect van deze windturbines zal waarschijnlijk verschillend zijn dan die van de windturbines van het onderzochte windmolenpark. Het effect van windturbines op de temperatuur is niet onmiddellijk iets volledig nieuws maar er is maar sinds kort voor eerste keer onderzoek naar uit gevoerd. Namelijk bij de installatie van windmolenparken wordt eerst de locatie grondig onderzocht. De windsnelheid, de temperatuur, de vochtigheid en andere meteorologische data zijn belangrijk voor het ontwerp van het windmolenpark. De temperatuur werd in het bijzonder opgemeten aangezien de relatie ervan met de dichtheid van de lucht. Deze waarde voor de dichtheid in mede bepalend voor de energieoverdracht tussen de wind (ofwel dus de langsstromende lucht) en de wieken van de windturbines. In een windmolenpark worden deze data op sommige locaties opgemeten en bijgehouden, ook nadat het windmolenpark geïnstalleerd is. Aan de hand van deze data ondervond men dus eigenlijk al eerder dat er variaties van de temperatuur optreden benedenwinds het park. Roy en Traiteur vroeg aan de beheerders van verschillende windmolenparken en fabrikanten van windturbines om toegang tot deze data te krijgen maar dit werd hen geweigerd.

De twee onderzoekers suggereren wel al een paar mogelijke ingrepen om deze temperatuursvariaties te vermijden. Namelijk door het ontwerp zo te gaan aanpassen zodat er een minimale turbulentie veroorzaakt wordt. Daarnaast kan de variatie van de temperatuur ook te gegaan worden door de windturbines te plaatsen op locaties waar de turbulentie al van nature uit vrij groot is. Dergelijke locaties komen overeen met locaties waar het veel waait. Hun besluit van deze onderzoekers is sterk verschillend in vergelijking met dat van het eerste onderzoek. Namelijk Roy concludeert dat ook al wordt windenergie op grote schaal ingezet, de windturbines zullen geen invloed hebben op de gemiddelde temperatuur op aarde. Dit omdat de temperatuursverschillen veroorzaakt door windmolenparken enkel lokaal in het gebied van het windmolenpark optreden. En dus zou windenergie op grote schaal dus geen effect hebben op het klimaat op aarde.

via [scientificamerican]