Z najnowszych badań wynika, że choć turbiny wiatrowe mogą pomóc w redukcji emisji CO2, to ich zastosowanie na szeroką skalę prowadzi do ocieplania się temperatury w atmosferze - pisze Mark Buchanan.

Jakiekolwiek rozwiązanie problemu globalnego ocieplenia prawie na pewno będzie polegało na rozwoju odnawialnych źródeł energii, zmniejszeniu emisji CO2 przy pomocy energii słonecznej lub wiatrowej. Wciąż jednak nie wiadomo, które technologie dostarczą nam wystarczającą ilość energii, bez jednoczesnych negatywnych konsekwencji dla środowiska.

Niedawno opublikowane badania pozwalają nieco rozjaśnić tę kwestię, przy czym wyniki tych badań nie będą zachęcające dla entuzjastów energii wiatrowej. Otóż okazuje się, że energia uzyskiwana z wiatru jest znacznie bardziej ograniczona niż wielu ekspertów mogło podejrzewać. Co więcej, rozmieszczenie wiatraków na szeroką skalę w istotny sposób mogłoby doprowadzić do wzrostu temperatur na powierzchni ziemi, gdyż turbiny wiatrowe zmieniają prądy atmosferyczne. Badanie zatem ujawnia bolesną, ale nie całkiem zaskakującą rzeczywistość: nawet najczystsze źródła energii wiążą się z kosztami dla środowiska.

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na energię, szczególnie w Indiach i w Chinach, emisja dwutlenku węgla będzie gwałtownie rosła do czasu, aż nie przełączymy się na źródła bezemisyjne. Niedawne postępy w tym zakresie są zachęcające, choć i tak w 2017 roku energia z wiatru i słońca odpowiadała za mniej niż 8 proc. energii w USA. Pozostają wciąż pytania o to, ile energii z danego źródła można wytworzyć i jakie będą konsekwencje zastosowania danej technologii na szeroką skalę.

Badacze szacuję, że w przypadku energii wiatrowej można uzyskać od 0,5 do 200 watów na metr kwadratowy. Wartości te są wyższe dla pojedynczych, wyizolowanych turbin i niższe dl tych turbin, które zamontowano w ramach dużych farm wiatrowych. Jeśli chodzi o farmy wiatrowe, to zaobserwowano, że jedna turbina zaburza przepływ powietrza względem sąsiednich turbin. Najniższe wartości zaobserwowano w ramach teoretycznych badań związanych z fizyką przepływów atmosferycznych. Z kolei nowe badania pokazują jeszcze mniejszą efektywność.

Reklama

Lee Miller i David Keith z Uniwersytetu Harvarda przyjrzeli się historycznym danym z amerykańskich farm wiatrowych. W 2016 roku odkryli, że średnia gęstość mocy dla 411 farm wynosiła 0,50 wata na metr kwadratowy. Liczby te były takie same w przypadku pomiarów pochodzących sprzed 26 lat. Co więcej, badacze odkryli, że najniższe gęstości mocy są związane z największymi pod względem zajmowanego obszaru farmami. Zgodnie z tymi danymi, zaspokojenie obecnych potrzeb energetycznych USA wymagałoby pokrycia aż 12 proc. powierzchni Stanów Zjednoczonych wiatrakami. Energia wiatrowa ma zatem poważne ograniczenia fizyczne.

To nie koniec odkryć. Miller i Keith doszli do zaskakującego wniosku w ramach kolejnego badania. Badacze próbowali odpowiedzieć na pytanie, czy powinniśmy spodziewać się wpływu na klimat w wyniku dużego udziału elektrowni wiatrowych w produkcji energii? Okazało się, że przejęcie energii z wiatrów atmosferycznych sprawiłoby, że wiatry te transportowałyby nie tylko mniej energii, ale i wolnej. Aby zbadać potencjalne konsekwencje takiego zjawiska, naukowcy wykorzystali model atmosferyczny, w ramach którego symulowali wpływ turbin wiatrowych o niskiej gęstości mocy działających na obszarze 1/3 powierzchni USA, która charakteryzuje się największą wietrznością. Takie rozwiązanie byłoby wystarczające, aby zaspokoić obecne zapotrzebowanie USA na energię elektryczną.

W wyniku symulacji okazało się, że interakcje pomiędzy turbinami a atmosferą prawdopodobnie doprowadziłyby do redystrybucji ciepła w dolnych częściach atmosfery, w efekcie czego na obszarze farm wiatrowych doszłoby do ocieplenia temperatury o 0,54 st. Celsjusza oraz o 0,24 st. Celsjusza w pozostałych częściach kraju. Wyniki te, jak twierdzą badacze, pokrywają się z obserwacjami satelitarnymi lokalnego ocieplenia się klimatu wokół farm wiatrowych w stanach Kalifornia, Illinois, Iwoa i Teksas.

Miller i Keith stwierdzili także, że aby doprowadzić do redukcji globalnej emisji CO2, która pokryłaby również lokalny efekt cieplarniany, farmy wiatrowe musiałyby działać ponad 100 lat.

Wyniki badań Millera i Keitha pokazują, że potencjał energii wiatrowej jest znacznie bardziej ograniczony niż wcześniej sądzono. Badacze ci przyjrzeli się też istniejącym w USA elektrowniom słonecznym i stwierdzili, że gęstość energetyczna jest w ich przypadku 10 razy większa niż gęstość farm wiatrowych. Ogniwa fotowoltaiczne prowadziły także do lokalnego ocieplenia atmosfery, ale o mniejszej skali niż w przypadku wiatraków. Być może jest to ważny argument, aby przyszłe inwestycje w energię odnawialną bardziej kierować w stronę słońca niż wiatru, tak jak robi już dziś wielu inwestorów.

Oczywiście nie oznacza to, że energia wiatrowa nie ma przyszłości. Już dziś stanowi ona coraz bardziej istotny składnik miksu energetycznego w różnych państwach świata. Miller i Keith podkreślają, że używanie zarówno elektrowni wiatrowych jak i słonecznych pomoże zmierzyć się z problemem surowców kopalnych, ale energia wiatrowa ma większe konsekwencje dla środowiska niż energia słoneczna.

Atmosfera nie jest niewyczerpywalnym źródłem energii i jej wykorzystanie będzie miało poważne konsekwencje, i to całkiem szybko.

>>> Czytaj też: Tauron chce przejąć farmy wiatrowe jeszcze na przełomie roku