Mlazni tokovi: Brz vjetar s malo snage

Zrakovi gornje atmosfere isporučuju manje obnovljive energije nego što se prethodno mislilo

Poput zmajeva s rotorima, vjetrenjače bi se trebale objesiti u slojevima atmosfere u kojima pušu mlaza. Fotomontaža ilustrira kako se to moglo tehnički provesti. © Lee Miller
čitati naglas

Energetski miks budućnosti vjerojatno mora biti drukčiji sastav nego što to neki vizionari zamišljaju. To je zato što mlazni tokovi ili mlazni tokovi koji prolaze kroz gornju atmosferu pri velikim brzinama vjetra mogu stvoriti oko 200 puta manje energije od ranije procijenjene. Istraživači Maxa Plancka sada su to izračunali. Do sada su se brzi vjetrovi smatrali vrlo produktivnim izvorom obnovljive energije.

Ali njihove velike brzine vjetra uzrokovane su vrlo malim trenjem, a ne snažnim pogonom, što je neophodno za vjetroelektrane visokih performansi, znanstvenici u časopisu "Earth System Dynamics". Uz pomoć simulacija klime, otkrili su i da će se klimatski sustav masovno mijenjati ako se velike količine energije uzimaju iz vjetrovitih mlaza.

Neiscrpni izvor obnovljive energije?

U vjetrovima mlaznih zraka zrak se kreće na visinama između sedam i 16 kilometara neprekidnom brzinom većom od 25 metara u sekundi ili 90 kilometara na sat. Velike brzine sugeriraju da bi ti vjetrovi mogli poslužiti kao gotovo neiscrpan izvor obnovljive energije - u stvari, već se ulažu znatna ulaganja u tehnike dizajnirane za prijam u taj izvor.

Energija mlaznih tokova je ograničena

Ali energija mlaznih tokova je ograničena. Oni su, poput ostalih vjetrovitih i vremenskih sustava na zemlji, generirani činjenicom da sunčevo zračenje zagrijava tropije jače od polarnih regija. Temperaturna razlika u atmosferi zauzvrat uzrokuje pad tlaka zraka, što je pokretačka snaga vjetra. Različito zagrijavanje postavlja gornju granicu, koliko jaki vjetrovi pušu. Također određuje koliko se toga može iskoristiti kao obnovljiva energija vjetra.

Snaga i smjer mlaznih tokova proizlaze iz ubrzavajuće sile gradijenta tlaka u gornjoj atmosferi i takozvane Coriolisove sile koja nastaje rotacijom zemlje. Coriolisova sila usmjerava vjetrove udesno u sjevernoj, a lijevo u južnoj. Iz meteoroloških istraživanja poznato je da mlazni tokovi budu tako brzi, jer nastaju u gornjoj atmosferi daleko od zemljine površine. Stoga su izloženi gotovo nikakvom trenju - stručnjaci govore o geostrofičnom vjetru. Posljedično, potrebno je malo energije za napajanje i održavanje. prikaz

Visoka kinetička energija ne znači nužno da se može koristiti i u vjetroturbinama. Gore: Simulacija transporta kinetičke energije. Ispod: maksimalna stopa upotrebe. Prijenos kinetičke energije često se pogrešno smatra mjerom snage vjetra, ali odražava samo veliki transport bez ikakvog trenja. Stoga je stopa upotrebe (ispod) nekoliko reda manja. Lee Miller / MPI za biogeokemiju

Snaga snopa: 7, 5 teravatna snaga

"Upravo ova mala potrošnja energije ograničava potencijal za korištenje kao obnovljivog izvora energije", objašnjava Axel Kleidon, voditelj neovisne istraživačke skupine Biosferna teorija i modeliranje na Institutu Max Planck za biogeokemiju u Jeni. Na temelju atmosferske energije, Kleidonova skupina sada koristi modele simulacije klime za izračunavanje maksimalne brzine kojom se energija vjetra može izvući iz globalne atmosfere.

Prema njihovoj procjeni, struje snopa proizvode samo 7, 5 teravata snage. Jedna teravatna jednaka je milijun megavata. Tako bi osigurali 200 puta manje upotrebljive energije vjetra od prethodnih studija i samo oko polovice ljudske potrošnje primarne energije, koja bi u 2010. bila oko 17 teravata.

Bilanca snage mlaznih tokova mijenja se

Istraživači Maxa Plancka također su gledali kako će se klima promijeniti ako se velike mlazne struje iskoriste za obnovljivi izvor energije: svaka vjetroturbina stvara otpor prema Konačno pretvorite energiju vjetra u električnu energiju. Stoga se ravnoteža zamaha mlaznih tokova mijenja čim se ta energija ukloni.

A to bi se masovno promijenilo kada bi turbine dotaknule čitavih 7, 5 teravata sadržanih u mlaznim strujama, pišu istraživači. Kao rezultat, pritisak između ekvatorijalne regije i stupova i cijelog klimatskog sustava usporio bi.

Premalo vjetra i previše rizika

"Ako iz vjetroagregata izvučemo 7, 5 teravata u atmosferu u kojoj se javljaju zračenja, u atmosferi bi se stvorilo oko 300 teravata". Lee, objašnjava Lee Miller, prvi autor studije. To bi drastično utjecalo na temperaturu i vremenske prilike.

Premalo vjetra i previše rizika brzi vjetrovi drften da knftigen energije doprinijeti manje nego mnogi nadali: Naši rezultati pokazuju da je potencijal Strahlstme kao obnovljivi izvor energije bila precijenjena ", kaže Axel Kleidon. Trebamo pažljivo proučiti i kako ekološki prihvatljive tehnologije obnovljivih izvora energije utječu na cijeli sustav Zemlje. (Earth System Dynamics, 2011; doi: 10.5194 / esd-2-201-2011)

(Dynamics Earth System / MPG, 06.12.2011 - DLO)