La energía eólica aumentó en todo el mundo en 2019, pero ¿se mantendrá? Más de 340,000 turbinas eólicas generaron más de 591 gigavatios en todo el mundo. En los EE. UU., La energía eólica equivalía a 32 millones de hogares y sostenía 500 fábricas estadounidenses. Además, en 2019 la energía eólicacreció un 19 por ciento, gracias a los proyectos en auge tanto en tierra como en tierra en los EE. UU. y China.
Un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Cornell utilizó supercomputadoras para mirar hacia el futuro de cómo dar un salto aún mayor en la capacidad de energía eólica en los EE. UU.
"Esta investigación es el primer estudio detallado diseñado para desarrollar escenarios sobre cómo la energía eólica puede expandirse desde los niveles actuales del siete por ciento del suministro de electricidad de los EE. UU. Para alcanzar el objetivo del 20 por ciento para 2030 descrito por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de los EE. UU.NREL en 2014 ", dijo la coautora del estudio Sara C. Pryor, profesora del Departamento de Estudios de la Tierra y la Atmósfera de la Universidad de Cornell. Pryor y coautores publicaron el estudio sobre energía eólica en Naturaleza Informes científicos febrero de 2020.
El estudio de Cornell investigó escenarios plausibles sobre cómo se puede lograr la expansión de la capacidad instalada de las turbinas eólicas sin el uso de tierra adicional. Sus resultados mostraron que los EE. UU. Podrían duplicar o incluso cuadruplicar la capacidad instalada con pocos cambios en la eficiencia de todo el sistema.Además, la capacidad adicional tendría un impacto muy pequeño en el clima local, lo que se logra en parte mediante el despliegue de turbinas eólicas más grandes de próxima generación.
El estudio se enfocó en una trampa potencial de si agregar más turbinas en un área determinada podría disminuir su producción o incluso alterar el clima local, un fenómeno causado por lo que se conoce como "estela de turbinas eólicas". Como el agua despierta detrás de una lancha a motor, las turbinas eólicas crean una estela de aire lento y picado que eventualmente se extiende y recupera su impulso.
"Este efecto ha estado sujeto a un modelado extenso por parte de la industria durante muchos años, y todavía es una dinámica muy compleja de modelar", dijo Pryor.
Los investigadores realizaron simulaciones con el modelo ampliamente utilizado Weather Weather Forecasting WRF, desarrollado por el Centro Nacional de Investigación Atmosférica. Aplicaron el modelo en la parte oriental de los EE. UU., Donde la mitad de la capacidad nacional actual de energía eólica essituado.
"Luego encontramos las ubicaciones de las 18,200 turbinas eólicas que operan en el este de los Estados Unidos junto con su tipo de turbina", dijo Pryor. Agregó que esas ubicaciones son de datos de 2014, cuando se publicó el estudio NREL.
"Para cada turbina eólica en esta región, determinamos sus dimensiones físicas altura, potencia y curvas de empuje para que para cada período de simulación de 10 minutos podamos usar una parametrización del parque eólico dentro de WRF para calcular la potencia de cada turbinageneraría y cuán extenso sería su estela ", dijo. La potencia y la estela son una función de la velocidad del viento que golpea las turbinas y cuál sería el impacto climático local cerca de la superficie. Condujeron las simulaciones a una resolución de red de4 km por 4 km para proporcionar información local detallada.
Los autores eligieron dos conjuntos de años de simulación porque los recursos del viento varían de un año a otro como resultado de la variabilidad natural del clima ". Nuestras simulaciones se llevan a cabo durante un año con velocidades de viento relativamente altas 2008 y uno con velocidades de viento más bajas 2015/ 16 ", dijo Pryor, debido a la variabilidad interanual en el clima de la Oscilación El Niño-Sur." Realizamos simulaciones para un caso base en ambos años sin la presencia / acción de turbinas eólicas para que podamos usar esto como referenciacontra el cual describen el impacto de las turbinas eólicas en los climas locales ", dijo Pryor.
Las simulaciones se repitieron para una flota de aerogeneradores a partir de 2014, luego para la capacidad instalada duplicada y la capacidad instalada cuádruple, que representa la capacidad necesaria para lograr el 20 por ciento del suministro de electricidad de las turbinas eólicas en 2030.
"Usando estos tres escenarios, podemos evaluar cuánta energía se generaría en cada situación y, por lo tanto, si la producción de energía eléctrica es linealmente proporcional a la capacidad instalada o si a niveles de penetración muy altos, la pérdida de producción debido a estelas comienza a disminuireficiencia ", dijo Pryor.
Estas simulaciones son masivamente exigentes desde el punto de vista computacional. El dominio de simulación supera las 675 por 657 celdas de cuadrícula en la horizontal y 41 capas en la vertical ". Todas nuestras simulaciones se realizaron en el Centro de Computación Científica NERSC del Departamento Nacional de Investigación Científica de Energíarecurso conocido como Cori. Las simulaciones presentadas en nuestro artículo consumieron más de 500,000 horas de CPU en Cori y tomaron más de un año calendario para completar en el NERSC Cray. Ese recurso está diseñado para computación paralela masiva pero no para el análisis de la salida de simulación resultante, "Pryordijo.
"Por lo tanto, todos nuestros análisis se realizaron en el recurso XSEDE Jetstream usando procesamiento paralelo y análisis de big data en MATLAB", agregó Pryor. El Extreme Science and Engineering Discovery Environment XSEDE, otorga recursos de supercomputadoras y experiencia a los investigadores y esfinanciado por la National Science Foundation NSF.
El entorno de nube Jetstream, financiado por NSF, cuenta con el apoyo de la Universidad de Indiana, la Universidad de Arizona y el Centro de Computación Avanzada de Texas TACC. Jetstream es un recurso de computación configurable a gran escala que aprovecha la tecnología de máquina virtual persistente y bajo demanda.para admitir una gama mucho más amplia de entornos y servicios de software que los recursos actuales de NSF pueden acomodar.
"Nuestro trabajo no tiene precedentes en el nivel de detalle en las descripciones de las turbinas eólicas, el uso de proyecciones autoconsistentes para una mayor capacidad instalada, el tamaño del dominio de estudio y la duración de las simulaciones", dijo Pryor. Sin embargo, reconoció la incertidumbrees la mejor manera de parametrizar la acción de las turbinas eólicas en la atmósfera y específicamente la recuperación aguas abajo de las estelas.
El equipo está trabajando actualmente en cómo diseñar, probar, desarrollar y mejorar las parametrizaciones de parques eólicos para su uso en WRF. El equipo de Cornell recientemente tuvo una publicación sobre este tema en el Journal of Applied Meteorology and Climatology donde se realizó todo el análisissobre recursos XSEDE esta vez en Wrangler, un sistema TACC y he solicitado recursos XSEDE adicionales para avanzar más en esa investigación
Según los autores del estudio, la energía eólica podría desempeñar un papel más importante en la reducción de las emisiones de dióxido de carbono de la producción de energía. Las turbinas eólicas reembolsan sus emisiones de carbono de por vida asociadas con su despliegue y fabricación en tres a siete meses de operación. Esto equivale a casi 30años de generación de electricidad prácticamente libre de carbono.
"Nuestro trabajo está diseñado para informar la expansión de esta industria y garantizar que se realice de una manera que maximice la producción de energía del viento y, por lo tanto, continúe la tendencia hacia un menor costo de energía del viento. Esto beneficiará a los usuarios de electricidad comerciales y domésticos alasegurando precios bajos de electricidad continuos mientras ayuda a reducir el cambio climático global al cambiar hacia un suministro de energía bajo en carbono ", dijo Pryor.
Dijo Pryor: "Los sistemas de energía son complejos, y los impulsores atmosféricos de los recursos de energía eólica varían en escalas de tiempo de segundos a décadas. Para comprender completamente dónde colocar mejor las turbinas eólicas, y qué turbinas eólicas desplegar requiere alta duración, alta-fidelidad y simulaciones numéricas de alta resolución en sistemas informáticos de alto rendimiento. Hacer mejores cálculos del recurso eólico en ubicaciones en todo Estados Unidos puede garantizar una mejor toma de decisiones y un suministro de energía mejor y más robusto ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin, Centro de Computación Avanzada de Texas . Original escrito por Jorge Salazar. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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