Il vento non sempre soffia dove è necessario: questo è il più grande ostacolo nell’adattare l’energia eolica al portafoglio nazionale di energia rinnovabile. Quando il vento non soffia, le società di servizi pubblici devono rivolgersi ad altri generatori di elettricità, come l’energia solare o idroelettrica, o ai combustibili fossili, di cui gli Stati Uniti hanno l’obiettivo di utilizzare meno.
La chiave per superare questo ostacolo sono le previsioni del tempo accurate, ma le previsioni del tempo non sono una scienza perfetta. Per contribuire a rendere le previsioni meteorologiche più accurate, gli scienziati del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hanno collaborato con la National Oceanic and Atmospheric Association (NOAA), insieme alle università e all’industria privata, per migliorare le previsioni meteorologiche. Attraverso il loro lavoro sul Wind Forecast Improvement Project (WFIP), la ricerca multiagenzia ha già contribuito a far risparmiare milioni di dollari alle società di servizi pubblici.
“L’energia eolica è pulita ea basso costo, ma il suo unico svantaggio è che dipende dal combustibile, che in questo caso è il vento. E il vento non è costante”, ha detto Raghavendra Krishnamurthy, uno scienziato della Terra al PNNL e investigatore principale del WFIP. “Con previsioni del vento più accurate all’altezza delle turbine, le società di servizi pubblici possono bilanciare in modo più efficiente la loro generazione di energia da varie fonti, come eolica, energia idroelettrica o combustibili fossili, e risparmiare denaro”.
Complicazioni di previsione
Le società di servizi pubblici dipendono dalle previsioni meteorologiche per prepararsi alla generazione di elettricità del giorno successivo e le imprecisioni nelle previsioni meteorologiche possono costare milioni. Se il vento è sovrastimato (cioè, c’era meno vento del previsto), i servizi pubblici devono rapidamente orientarsi verso altri tipi di energia, che sono costosi e inefficienti. Se il vento è sottostimato (vale a dire, c’era più vento del previsto), le società di servizi pubblici avrebbero già pagato inutilmente energia potenzialmente più costosa, come il gas naturale.
Le previsioni provengono dal National Weather Service, che utilizza un modello chiamato modello di aggiornamento rapido ad alta risoluzione (HRRR). Il modello incorpora i dati dei sensori meteorologici di tutti gli Stati Uniti su variabili come vento, umidità, pressione atmosferica e temperatura dell’aria e li utilizza per prevedere i venti per le prossime 48 ore.
Ma variabili come il vento, la temperatura dell’aria, la pressione e l’umidità cambiano in base a dove si trovano i parchi eolici negli Stati Uniti, il che influisce sui tipi di condizioni meteorologiche che un parco eolico sperimenta quotidianamente. Alcune aree sono secche, piatte e calde, mentre altre sono fredde, umide e montuose. Alcuni parchi eolici sono collocati nell’oceano, che presenta un insieme completamente diverso di variabili di temperatura e umidità rispetto ai parchi eolici terrestri.
WFIP aiuta i costruttori di modelli a incorporare queste sfumature regionali.
Miglioramenti alle previsioni del vento
Il team si è reso conto di dover studiare il tempo in diverse regioni e incorporare tali risultati per migliorare il modello. “Se pensi al modello come a una rete da pesca e ai fenomeni meteorologici come nuvole e tempeste come pesci, gli unici pesci che non catturi sono quelli che passano attraverso la rete. Più fine è la rete, più pesci catturi”, ha affermato Larry Berg, direttore della divisione per le scienze atmosferiche e la divisione del cambiamento globale presso PNNL ed ex investigatore del team WFIP. Lo studio dei dati regionali ci aiuta a capire cosa sta attraversando la “rete” o un modello migliorato, che crea previsioni più accurate.
Nella prima fase del progetto, gli scienziati del PNNL, insieme ad altri partner di altri laboratori nazionali del Dipartimento dell’Energia (DOE), NOAA, università e industria privata, hanno raccolto dati dai parchi eolici nel nord del Texas e nelle Grandi Pianure nel 2011-2012. Nella seconda fase del progetto, il team WFIP2 ha raccolto dati dal 2015 al 2017 dalla gola e dal bacino del fiume Columbia nel nord-ovest del Pacifico. Qui le montagne sovrastano bacini quasi a livello del mare e il fiume Columbia ha scavato un canyon tra scogliere rocciose.
I ricercatori del NOAA hanno utilizzato questi dati per migliorare il modello HRRR, rilasciando la prima versione aggiornata (chiamata HRRR2) nel 2016 e un’altra (HRRR3) nel 2018. Con i contributi del WFIP, gli aggiornamenti di HRRR hanno migliorato la modellazione meteorologica e portato a risparmi significativi. Secondo 2022 un documento nel Bollettino del Società meteorologica americanale società di servizi pubblici hanno probabilmente risparmiato più di 95 milioni di dollari all’anno dopo che NOAA ha lanciato HRRR2 e 32 milioni di dollari dopo aver lanciato HRRR3.
Un documento aggiuntivo pubblicato nel 2022 nel Giornale di energia rinnovabile e sostenibile ha scoperto che i modelli migliorati avevano il potenziale per far risparmiare ai consumatori negli Stati Uniti più di 380 milioni di dollari.
“Le campagne WFIP, e in particolare WFIP2, hanno fornito un set di dati unico che ci ha permesso di migliorare notevolmente le nostre previsioni sui venti nella bassa atmosfera”, ha affermato David Turner, scienziato dell’atmosfera presso il NOAA e direttore del programma Atmospheric Science for Renewable Energy dell’agenzia. “Abbiamo dimostrato che, se la comunità energetica utilizzasse l’HRRR solo per le decisioni del giorno prima sulla generazione di energia, avrebbe risparmiato centinaia di milioni di dollari all’anno utilizzando versioni più aggiornate dell’HRRR”.
Il futuro della WFIP
Il team WFIP sta già pianificando il futuro del progetto, con WFIP3 che inizierà quest’anno raccogliendo dati dai parchi eolici al largo della costa nord-orientale degli Stati Uniti.
“I dati sul vento offshore sono molto scarsi, e quindi non siamo sicuri dell’accuratezza delle previsioni del vento offshore”, ha detto Krishnamurthy. “La prossima fase del WFIP fornirà questi dati necessari, che saranno messi gratuitamente a disposizione della comunità di ricerca e supporteranno lo sviluppo di previsioni più accurate”.
WFIP è supportato dall’ufficio per le tecnologie dell’energia eolica del DOE e dal programma Atmosphere Science for Renewable Energy della NOAA.
Di JoAnna Wendel, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL)
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