¿Viene el "viento máximo"?

El concepto de "pico del petróleo" ha sido discutido durante algún tiempo (ver esta pregunta: ¿El pico del petróleo todavía está fijado para 2013? ) por personas que creen que las reservas mundiales de hidrocarburos pronto se agotaron tanto que la producción anual pronto disminuirá hagamos lo que hagamos. sobre eso

Un artículo reciente en The Register sugiere que un problema similar podría surgir antes de lo esperado con la energía eólica.

La esencia del argumento es que los defensores ambientalistas del uso de la energía eólica como una forma de generar electricidad y evitar las emisiones de dióxido de carbono han sido demasiado optimistas en sus pronósticos sobre el potencial de la energía eólica. Como dice el artículo fuente de la historia de Register en su resumen (mi énfasis):

Las estimaciones del recurso mundial de energía eólica en tierra oscilan entre 56 y 400 TW. La mayoría de las estimaciones han asumido implícitamente que la extracción de energía eólica no altera los vientos a gran escala lo suficiente como para limitar significativamente la producción de energía eólica. Las estimaciones que ignoran el efecto de la resistencia de las turbinas eólicas en los vientos locales suponen que la producción de energía eólica de 2 a 4 W m−2 puede sostenerse en grandes áreas. Los nuevos resultados de un modelo de mesoescala sugieren que la producción de energía eólica se limita a alrededor de 1 W m−2 en escalas de parques eólicos superiores a unos 100 km2. Encontramos que los resultados del modelo de mesoescala son cuantitativamente consistentes con los resultados de los modelos globales que simularon la respuesta climática a capacidades de energía eólica mucho mayores.Las estimaciones del recurso eólico que ignoran el efecto de las turbinas eólicas en la desaceleración de los vientos a gran escala pueden, por lo tanto, sobrestimar sustancialmente el recurso de energía eólica.

¿Es plausible este argumento? ¿Los creyentes en el potencial de la energía eólica han sobreestimado significativamente su potencial?

Respuestas (2)

No, The Register ha tergiversado la historia.

Hay varias partes en esta pregunta. El resumen es:

  1. El "Peak Wind" es un mito : no hay nada similar en el viento sobre cómo las existencias de hidrocarburos llegarán a tal punto de agotamiento que la producción anual disminuirá inexorablemente a partir de entonces.

  2. La metodología de modelado smackdown - ¿Han sobreestimado las estimaciones anteriores el recurso eólico terrestre global? Esto es actualmente incontestable. Hay dos métodos de modelado en conflicto: la microescala agregada; y la meso-escala. El modelo de mesoescala en este nuevo artículo de Adams & Keith (y en los otros artículos relacionados de Lee & Keith, y el artículo de Lee & Kleidon en la respuesta de Davephd) aún no se puede validar porque no hay información suficiente sobre el rendimiento de los parques eólicos. más de 100 km 2 de área; aún no los hemos construido. Hasta que tengamos datos del mundo real sobre parques eólicos muy grandes, no podemos decir qué método de modelado es más preciso.

  3. ¿Importa? No, no lo hace. Existe una amplia gama de diferentes estimaciones del recurso eólico terrestre global, que se derivan utilizando diferentes métodos de modelado. Todos están de acuerdo en que el recurso eólico terrestre mundial supera la demanda mundial de electricidad, muchas veces. Y en ausencia de validación del modelado a mesoescala, no se utilizará para el diseño de parques eólicos, que seguirán utilizando el modelado a microescala.

"Peak Wind" es un mito

El artículo original de la revista está aquí . El concepto de Peak Oil, al que se considera análogo Peak Wind, es la simple noción de que cuando se agota un recurso finito no renovable, llega un momento en que la tasa de extracción alcanza un máximo y luego disminuye año tras año.

El artículo de Adams & Keith sobre el que The Register afirma estar informando, no hace tal afirmación sobre el viento: no hay ninguna afirmación en el documento de que haya un recurso eólico que se agotará . Eso es porque el viento se renueva constantemente por la radiación solar entrante.

Un Pico del Petróleo típico alcanza su punto máximo y luego se agota. Mientras que la generación eólica global continúa aumentando a medida que aumenta la capacidad global.

Producción de viento asintótico

El documento en cuestión modela la salida de energía por unidad de área y predice que se nivelará en alrededor de 1,2 W/m 2 . Lo que significa que con el aumento de la capacidad eólica instalada, la producción eólica continuaría siendo una curva ascendente y no mostraría un pico ni un descenso.

En cambio, el documento afirma que hay rendimientos decrecientes: es decir, que construir más energía eólica seguirá produciendo más electricidad, pero a un ritmo decreciente. Esto es algo que se sabe desde hace mucho tiempo. La diferencia es que Adams y Keith afirman que sucederá más rápido de lo que se había modelado anteriormente, y que el recurso eólico terrestre potencial mundial es solo unas pocas veces la demanda mundial de electricidad, en lugar de muchas veces.

Su afirmación comprobable específica es que:

la producción de energía eólica está limitada a aproximadamente 1 W/m 2 en escalas de parques eólicos mayores de aproximadamente 100 km 2

Hasta el momento, tenemos muy pocos parques eólicos más grandes que ese , por lo que sigue siendo un ejercicio teórico. Hay planes para construir parques eólicos sustancialmente más grandes que eso en los próximos 10 años, por lo que pronto lo descubriremos.

La metodología de modelado smackdown

Este documento es parte de una larga discusión en curso en la literatura sobre la forma más adecuada de modelar los efectos de estela de grandes parques eólicos terrestres. La diferencia se reduce a si uno modela desde la estela de una turbina individual hacia arriba (el método de Jacobson de agregar desde la microescala), o si uno usa

una parametrización de los efectos atmosféricos de los conjuntos de aerogeneradores

como lo hacen Adams y Keith en el artículo en cuestión (y como lo hacen Keith & Lee, y Lee y Kleidon). Esto es hasta cierto punto una cuestión de fe, en cuanto a si la parametrización, al desechar los detalles de la turbina individual, aumenta o resta valor a la utilidad del modelo. Es una cuestión de fe, porque todavía no tenemos suficientes datos de parques eólicos de más de 100 kilómetros cuadrados para validar los modelos meso.

Es una discusión interesante sobre los fundamentos del modelado atmosférico, sobre todo porque Mark Z Jacobson es el hombre que literalmente escribió el libro al respecto . Sus artículos sobre el tema se enumeran aquí .

¿Importa para la política (inter)nacional?

No hay implicaciones para la política (inter-)nacional. Las estimaciones anteriores son de un recurso eólico mundial al menos un orden de magnitud mayor que la demanda mundial de electricidad, por lo que un recorte en cuartos de ese recurso (como predicen Adams y Keith) aún da como resultado una producción potencial mundial de energía eólica terrestre que supera la demanda mundial de electricidad. Es decir. todavía no hay un límite significativo en el recurso eólico terrestre. Y eso es ignorar el enorme potencial del recurso eólico marino.

¿Importa para el diseño de parques eólicos?

A partir de ahora, no, no es así: los parques eólicos individuales aún se diseñan utilizando modelos de estela a nivel de turbinas individuales, en lugar de depender solo del modelo de mesoescala de Adams & Keith. Si llega un momento en que la evidencia empírica respalda su modelado de mesoescala parametrizado, entonces se puede usar, porque es computacionalmente más simple, más rápido y requiere menos entradas. Los parques eólicos terrestres de más de 100 km 2 se construirán en la próxima década, por lo que la hipótesis comprobable que mencioné anteriormente se pondrá a prueba.

Buen resumen de algunos de los temas clave. Pero creo que tomas el titular de The Register literalmente: creo que estaban siendo un poco caprichosos al usar el término "viento máximo" para significar que el recurso eólico futuro disminuiría. Estaban señalando que algunas estimaciones del potencial del viento son ridículamente demasiado optimistas. Creo que también argumenta que, dadas las restricciones realistas sobre el potencial de la energía eólica, no deberíamos esperar que satisfaga una gran proporción de la demanda mundial, nunca. Todavía argumentas lo contrario.
@matt_black Para ser justos, todo su primer párrafo fue sobre el pico del petróleo e incluso llamó a la meseta de la energía eólica un "problema similar", cuando en realidad la única similitud es que el Registro los llamó a ambos "pico" algo. Creo que es justo que la respuesta sea demasiado literal con el titular cuando se lee como si la pregunta también lo fuera. E incluso si las estimaciones son ridículamente demasiado optimistas, no importa: ambas partes tienen estimaciones de lo que sucederá en quince o veinte años, y si las estimaciones son demasiado optimistas, tendremos muchas advertencias para construir menos parques eólicos. .
"Eso se debe a que el viento se renueva constantemente por la radiación solar entrante". soy escéptico La cantidad de radiación solar que llega a la Tierra es limitada. La cantidad que se convierte en energía eólica es más limitada. La cantidad de esa energía eólica que las personas pueden recolectar es aún más limitada, etc. Ciertamente, hay un número máximo de vatios que se pueden recolectar del viento y, como el pico del petróleo, un máximo que se puede recolectar económicamente.
@endolith: aparentemente no comprende la diferencia entre recursos renovables y no renovables, y el significado de "pico del petróleo". Hay una cantidad fija de petróleo en la Tierra. No se agregarán más durante las escalas de tiempo relevantes para los humanos. Eso lo convierte en un recurso no renovable. El viento, en cambio, se deriva de la radiación solar, que llega de nuevo a cada momento. Si bien ciertamente hay un límite en la cantidad de viento que existe en un momento dado, el volumen de energía que los humanos pueden extraer en ese momento no tendrá ningún impacto en los recursos eólicos futuros. es renovable
@AndrewHeath: Pero la premisa del artículo es que hay una cantidad máxima de energía que se puede extraer del viento (lo que obviamente es cierto), y que este límite se puede alcanzar rápidamente. Es irrelevante que la cantidad total de energía sea ilimitada. Es la velocidad a la que se puede producir energía lo que es importante.
@endolith: eso no es un pico , es un techo . Un pico implica una disminución inminente . La terminología se aplica mal a la energía eólica. Su primer comentario muestra que equipara el pico del petróleo y el pico del viento como lo mismo cuando no lo son en absoluto. Max Wind y Peak Oil serían la caracterización correcta.
Estoy empezando a desear no haber usado el titular (provocativo pero no intencionado, literalmente). La afirmación real es que los defensores de la energía eólica han utilizado estimaciones ridículamente demasiado optimistas del potencial del viento (y también han ignorado los límites económicos). Ni el Registro ni mi pregunta pretendían insinuar que nadie pensara que la energía eólica disponible disminuiría . PS "pico del petróleo" es controvertido a pesar del hecho de que todos los recursos finitos inevitablemente alcanzarán su punto máximo, pero porque existe una disputa sobre qué causa el pico: la economía o el agotamiento de los recursos).
@matt_black como dice mi respuesta, tanto el modelo de mesoescala como el de microescala muestran que el recurso eólico terrestre es mucho mayor que la demanda eléctrica global, por lo que la diferencia entre los pronósticos realmente no importa en el mundo real. Es solo una disputa de metodología entre dos escuelas de modelado que ha estado ocurriendo durante al menos 8 años, que yo sepa, y probablemente más. Hasta que tengamos algunos parques eólicos de mesoescala (>100 km2), ninguno de los métodos de modelado puede validarse para esa escala.
Como (alguna vez) diseñador de parques eólicos, no estoy de acuerdo con que los modelos de estela utilizados en su diseño no tengan en cuenta los efectos de matriz completa, aunque la discusión sobre qué modelo es el "correcto" siempre es animada. A menos que tenga la suerte de estar diseñando para una llanura ilimitada y sin rasgos distintivos, su diseño siempre estará sujeto a los compromisos del terreno, el hábitat, la vegetación y los receptores de ruido. Por lo tanto, la densidad de energía en grandes proyectos siempre será inferior a la ideal. El Reg también parece deleitarse en adoptar una postura negativa de energías renovables sin ninguna razón que pueda explicar.
@scruss Ah, veo que lo que he escrito en el último párrafo no está claro. Lo que quise decir es que dentro del diseño de la granja, el nivel de resolución es el nivel de la turbina; No quise dar a entender que los efectos de matriz completa no se toman en cuenta; sino que el diseño de la granja utiliza los detalles disponibles a nivel de turbina para obtener los efectos de matriz completa correctos (es decir, utilizan modelos de escala Jacobson o más finos, en lugar de modelos de escala gruesa de Keith).
Estoy bastante seguro de que muchas personas están utilizando un enfoque híbrido en estos días, pero solo soy un practicante, no del tipo de la teoría de la vigilia. Salmon, JR, que se cita con frecuencia, me debe una cerveza, así que le preguntaré cuándo nos vemos la próxima vez. Todavía sostengo que Wm⁻² no es una métrica útil para los grandes parques eólicos terrestres, ya que las oportunidades para desarrollar grandes espacios abiertos cerca de la transmisión eléctrica útil son cada vez más raras.
El gráfico 1 de @Oddthinking es de una curva de Hubbert: en.wikipedia.org/wiki/Hubbert_curve El gráfico 2 es de un modelo de Beverton-Holt: fao.org/docrep/006/X8498E/x8498e0b.htm
@EnergyNumbers Si bien, por supuesto, es una tontería usar el término "viento máximo" en analogía con "pico del petróleo", hay un pico (en oposición a una asíntota) en la generación de electricidad por área frente a la capacidad instalada por área, como se muestra en la Fig. 1A aquí: pnas.org/content/113/48/13570.full
Increíble nivel de experiencia en esta respuesta, y también por muchos en los comentarios. Gracias (y scruss)!
@DavePhD, por supuesto, hay un pico en la generación por unidad de área frente a la capacidad instalada: eso no es noticia y no es relevante para el reclamo aquí.
@EnergyNumbers no es "generación de electricidad por área versus capacidad instalada", generación de electricidad por área versus capacidad instalada por área (que es lo mismo que generación de energía versus capacidad instalada).
@EnergyNumbers y sí, es una noticia para algunos porque el documento de 2016 establece "Tenga en cuenta que la tasa de generación no se 'satura', como sugiere la referencia 8, sino que la generación alcanza un límite máximo, más allá del cual la generación de electricidad se reduce debido a la mayor desaceleración en la velocidad del viento"
@DavePhD sí, eso es lo que entendí que querías decir. Y, por supuesto, hay un pico: piense en el espacio mínimo posible entre las turbinas. (pista: normalmente nos referimos al espaciado en términos de número de diámetros de rotor; para tierra, una cuadrícula 3Dx5D fue bastante estándar durante mucho tiempo)
Y Miller ha entendido mal [8], o está jugando juegos tontos: [8] se trata del rendimiento máximo por unidad de área horizontal, que es de lo que se trata aquí.
@EnergyNumbers El punto es que hay un máximo en la producción de electricidad, en una capacidad instalada finita, en lugar de infinita. Esto es contrario a la palabra "saturación" que la referencia 8 usó en su título. También es diferente de la forma del gráfico que se muestra en esta respuesta.
@DavePhD no, no es contrario a la saturación, y no es contrario al gráfico que se muestra. Porque nadie (aparte de, aparentemente, usted) consideró nunca la capacidad infinita por unidad de área. ¿Ha pensado en el espacio mínimo posible entre turbinas? ¿Entendiste la pista? Déjame ayudar un poco más. ¿Qué significaría un espacio entre turbinas de 0.9D?
@EnergyNumbers Esta respuesta se refiere a "aumenta hacia un máximo asintótico" y "con el aumento de la capacidad eólica instalada, la producción eólica continuaría siendo una curva ascendente y no mostraría un pico". Ahora estás negando esto en tus comentarios.
¿Qué etiquetas faltan en los gráficos, producción de energía eólica frente al tiempo? vs capacidad instalada? vs Vegemite izquierda?
DavePhD: está hablando de potencia por unidad de área con una capacidad creciente instalada por unidad de área. Mientras que tanto la pregunta como mi respuesta hablan de potencia por unidad de área con una capacidad total creciente en un área creciente.
@daniel no es necesario en este caso, ya que los lectores que son lo suficientemente inteligentes lo resolverán: no es tan difícil, dada la gran cantidad de contexto que lo rodea. ¿Necesitas una pista?
@Sklivvz He eliminado los gráficos.

De acuerdo con las reducciones de la velocidad del viento por despliegues de turbinas eólicas a gran escala, reducen la eficiencia de las turbinas y establecen límites de generación bajos Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América , volumen 113, páginas 13570–13575, (2016):

El creciente despliegue de turbinas eólicas utiliza una parte cada vez mayor de la energía cinética de la atmósfera, lo que probablemente ralentiza la velocidad del viento. Los modelos climáticos pueden simular explícitamente estos efectos (6–8) y producir una reducción de 10 veces de la tasa esperada de generación de electricidad a gran escala de 3 a 5 W e m −2 informada en estudios que utilizan velocidades del viento observadas (3–5, 9 , 10) hasta 0,3–0,5 W e m −2 informados en estudios de modelos climáticos (6–8), con alrededor de 1,0 W e m −2 posibles en regiones más ventosas como el medio oeste de EE. UU. (6, 8, 11–13) .

...

Como se muestra en la Tabla 1, existen numerosos enfoques basados ​​en la observación que, al ignorar estos efectos atmosféricos, sobrestiman drásticamente los límites de potencia eólica por un factor de 10 . La consideración de estos efectos atmosféricos da como resultado límites a gran escala para el uso de energía eólica en la mayoría de las regiones terrestres que están muy por debajo de 1,0 W m −2

Entonces, sí, el OP es correcto en cuanto a que un gran número de turbinas eólicas disminuyen la energía cinética del viento disponible, pero la referencia del OP sigue sobrestimando con la cifra de 1,0 W m −2 . Es otro factor de 2 o 3 más bajo según esta investigación más reciente.

El artículo también explica que hay un pico, no en el sentido de consumir todo el viento, sino en un punto más allá del cual agregar más turbinas en realidad disminuye la cantidad de electricidad generada:

Como era de esperar, la generación de electricidad primero aumenta con una mayor capacidad instalada pero luego alcanza una tasa máxima de alrededor de 0,37 W e m −2 en tierra (0,59 W e m −2 sobre el océano) a una capacidad instalada de 24,3 MW i km −2 en tierra (9,1 MW i km −2 sobre el océano). Tenga en cuenta que la tasa de generación no se "satura", como sugiere la ref. 8, sino que la generación alcanza un límite máximo, más allá del cual la generación de electricidad se reduce debido a la mayor desaceleración de la velocidad del viento (6, 7, 13).

Gráficos! Votaría a favor dos veces si hubiera un gráfico bonito para la última oración
@daniel, ¿puedes ver los gráficos aquí? pnas.org/content/113/48/13570/F1.expansion.html
@DavePhD sí, diría que el gráfico azul superior tiene un pico, todavía es un valor teórico gigante inalcanzable. La curva de producción de energía eólica de la otra respuesta se parece más a mi hogar "% de vegemite sacado del frasco frente al tiempo"
@Daniel 9MW por kilómetro cuadrado. Eso significa un aerogenerador Vestas V164 por kilómetro cuadrado. Ciertamente no inalcanzable para una región en particular.
Si el mundo se virtualizara como un mapa de aniquilación total, un comandante tardaría más de 999 años en construir tantos parques eólicos en el océano, y tendrías que recuperar más metal del que hay en el mapa. (Esta es mi forma de decir que en realidad no sé si se podrían construir tantos parques eólicos marinos)
¿Viene el "viento máximo"?
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