V témach ohľadne vplyvov veterných elektrární sa neraz otvorí aj diskusia, či môžu turbíny ovplyvniť miestnu mikroklímu, prípadne či majú veľké veterné parky potenciál ovplyvniť aj klímu kontinentu. Téma otvára aj také otázky ako vplyv na vietor pri zemi, zmeny teploty, hmly, námrazy alebo dokonca vplyv na topenie snehu v okolí veterných elektrární.
Existuje niekoľko štúdií, ktoré sa zamerali na zmeranie týchto vplyvov. Pozrime sa na to, čo dokáže veda ozrejmiť už dnes a kde sú zatiaľ medzery v dôkazoch?
Čo vlastne robí turbína so vzduchom?
Jednotlivé vrstvy atmosféry majú často rozdielnu teplotu, najmä vtedy, keď sa vzduch prirodzene málo premiešava. Večer a v noci sa zemský povrch často rýchlo ochladzuje vyžarovaním tepla a s ním sa ochladí aj tenká vrstva vzduchu tesne pri zemi. Tento chladnejší a hustejší vzduch potom „sedí“ pri povrchu, kým o niečo vyššie môže zostať relatívne teplejší vzduch. Takémuto usporiadaniu sa hovorí prízemná teplotná inverzia, prípadne stabilné zvrstvenie.
Ak do tejto situácie vstúpi turbulencia a miešanie vzduchu, či už prirodzene alebo iným vplyvom, časť teplejšieho vzduchu z vyššej vrstvy sa môže dostať nižšie. V meraniach sa to potom môže prejaviť ako mierne oteplenie pri zemi, najmä počas stabilných nocí.
Veterná turbína pri svojej činnosti odoberá časť energie vetru (spomaľuje ho) a vytvára za sebou vírivé prúdenie (turbulenciu, veternú brázdu), ktorú nazývame wake. Táto turbulencia spôsobuje premiešavanie vrstiev vzduchu, čím môže ovplyvniť miestne teploty pri povrchu.
Sú to naozaj turbíny, alebo miestne podmienky?
Je zaujímavé, že jedna štúdia popísala teplotný vplyv veterných turbín ako nočné otepľovanie a denné ochladzovanie (3) a iná (5) zaznamenala presný opak a to denné otepľovanie.
Autori prvej štúdie píšu, že veterné farmy môžu výraznejšie meniť teplotu vzduchu tesne pri povrchu. Je však dobré doplniť kontext. Merania prebiehali pri turbínach vysokých len okolo 23 metrov. Takéto turbíny sa zvyčajne točia rýchlejšie než dnešné moderné, vysoké veterné elektrárne. Preto sa ich výsledky nedajú automaticky zovšeobecniť. Pri modelových odhadoch tiež zdôraznili menší dopad pri vyšších rýchlostiach vetra. V týchto podmienkach je vysoká aj bežná okolitá turbulencia, čo má za následok nižší vplyv samotnej turbíny.
Štúdia zo susedného Česka (5) skúmala, či sa dá pri veternom parku spoľahlivo namerať zmena teploty vzduchu tesne pri zemi. Autori merali počas 5 mesiacov od leta do zimy na najväčšom veternom parku v Česku (Kryštofovy Hamry – Přísečnice) v Krušných horách, kde je 21 turbín. Použili 14 malých mikroklimatických staníc a teplotu snímali veľmi nízko, asi 15 cm nad zemou, v okolí 4 vybraných turbín, aby zachytili situácie v závetrí turbíny aj mimo neho.
Výsledok? Merania nepotvrdili stabilné, dlhodobé trendy, ktoré by sa opakovane viazali na turbíny. Jediný jasnejší signál bol zriedkavý denný „oteplovací“ efekt pri jednej turbíne, pričom autori zdôrazňujú, že v horských podmienkach môžu byť prirodzená turbulencia a miestne faktory (reliéf, pokryv pôdy, využitie krajiny) rovnako silné alebo silnejšie než vplyv turbíny. Zároveň konštatujú, že pri veterných, turbulentných podmienkach už býva vzduch premiešaný aj bez turbín (Moravec a kol., 2018). Respektíve, keď turbíny pracujú, vietor fúka a tak by vzduch premiešal tak či tak, či tam tubríny sú, alebo nie.
Merateľné, ale malé efekty v Škótsku
Jedna z najužitočnejších európskych štúdií je zo Škótska (1), z rašeliniska pri veternom parku, kde autori hodnotili ukazovatele prízemnej mikroklímy. Vedci počas experimentu porovnávali obdobia, keď turbíny bežali a keď stáli. Zistili, že počas noci sa pri prevádzke turbín zvýšila teplota vzduchu približne o 0,18 °C a veľmi mierne sa zmenila aj absolútna vlhkosť. Zároveň platilo, že vplyv klesal so vzdialenosťou od turbíny.
Z toho vyplýva dôležité vyhodnotenie, lebo nejde o „všeobecné oteplenie krajiny“, skôr o lokálny, podmienkami riadený efekt. Autori však dodávajú, že výsledky sú neisté kvôli biogeochemickým procesom a kolobehu uhlíka v ekosystéme rašeliniska, čo sú veľmi špecifické podmienky (1).
Známe pozorovanie wake na mori
12. februára 2008 vznikli na morskej veternej farme Horns Rev pri dánskom pobreží známe fotografie zachytávajúce veterné brázdy za turbínami nazývané wake (pozrieť si ich môžete tu) (4).
Keďže takéto priame pozorovanie zostáva zriedkavé, často sa tieto snímky používajú ako dramatická ukážka toho, ako môžu brázdy za turbínami vyzerať. Snímky skutočne vyzerajú pomerne dramaticky a ukazujú rozširovanie brázd od turbíny ako aj turbulentné prúdenie v samotnej brázde. Neposkytujú však žiadne ďalšie informácie.
Analýza snímok a meteorologických podmienok pri ich vzniku ukázala, že atmosféra bola konvektívna (vzduch sa intenzívne premiešaval zvisle, nie len vodorovne). Brázdy boli viditeľné vďaka tomu, že sa v nich znovu skondenzovala hmla. Rýchlosť vetra bola pritom nízka, len mierne nad zapínacou rýchlosťou turbín.
Podobné zábery vznikli aj vo veternom parku Horns Rev 2 v januári 2016 (4), pričom atmosferické podmienky boli úplne odlišné. Atmosféra bola stabilne zvrstvená a vietor sa pohybol na úrovni približne 13 m/s vo výške rotora. Preto boli brázdy za turbínami úzke, dlhé a “hladké”. Viditeľná hmla v úzkej brázde podľa autorov vznikla tým, že vzduch zo spodnej, plytkej hmlovej vrstvy bol zdvíhaný nahor, ochladzoval sa a v niektorých častiach brázdy dosiahol rosný bod, preto brázdu zrazu vidno ako pásy alebo kužele hmly. Je to teda popis špecifickej situácie s hmlou, ktorý pomáha pochopiť, prečo sú brázdy niekedy viditeľné.
Aký je reálny vplyv veľkých veterných fariem?
Z meraní a analýz pre veľké offshore parky (stovky turbín) vyplýva, že za určitých stabilných podmienok môže wake viesť aj k miernym zmenám teploty a vlhkosti v hladinách okolo rotora. Potenciálne zmeny teploty a vlhkosti na úrovni rotora môžu byť rádovo okolo 0,5 K a 0,5 g/kg ešte 60 km po vetre od parkov. V rozšírenom scenári s viacerými parkami sa v simuláciách objavili wake štruktúry presahujúce 100 km. Zároveň však zdôrazňujú, že takéto dlhé dosahy sa viažu na konkrétne meteorologické podmienky, nie o „neustály stav“ (6).
Modely pre Európu ako celok: Môžu veterné parky meniť klímu?
Táto otázka je pre mnoho diskusií okolo veterných elektrární kľúčová. Je jednoduché označiť “nepriateľa” za pôvodcu všetkého, čo nás trápi.
Globálne otepľovanie je realita, ktorá ovplyvňuje klímu a počasie aj na Slovensku. Je však fér pripisovať tieto zmeny, alebo ich časť práve veterným parkom?
Existuje užitočná európska modelová štúdia, ktorá simulovala vplyv veľkého rozvoja veterných parkov v Európe. Táto štúdia (7) je užitočná tým, že nerieši hypotetický „mega park“, ale realistické európske scenáre. Autori zobrali vtedy aktuálny stav (koniec 2012) a plánovaný rozvoj do 2020 podľa európskych politík, vrátane rozlíšenia na pevninu a more.
Potom spustili regionálny klimatický model, ktorý vie započítať interakciu turbín s atmosférou, a porovnali simuláciu so scenárom veterných parkov oproti „kontrolnej“ bez nich. Hlavný záver je opatrný, keď dopady na klímu v mierke Európy vyšli ako limitované.
Štatisticky výraznejší vplyv vyšiel najmä v zime, a aj vtedy bol malý ( ±0,3 °C ) a zmeny zrážok v rozsahu 0 až 5 %. Autori to vysvetľujú kombináciou lokálneho efektu parkov (turbulencia a premiešavanie vzduchu) a slabého, ale opakovane sa objavujúceho posunu cirkulácie smerom k anticyklonálnemu typu nad Európou. Zároveň však dodávajú, že zmeny vplyvom veterných parkov sú výrazne menšie než bežná medziročná variabilita počasia (7).
A čo sneh a jeho topenie pri turbínach?
Otázka snehu je veľmi zaujímavá. Jednoducho je sneh ľahko pozorovateľný a často nás k nemu viažu pozitívne emócie. Minimálne mimo ciest, v krajine, ktorú si spájame s oddychom, relaxom a voľným časom.
Pre mňa bolo zaujímavé zistenie, že priame terénne štúdie z Európy, ktoré by sledovali práve snehovú pokrývku a jej roztápanie v okolí turbín som nenašla. Čo sa však týka topeniu snehu, pekne to vysvetľuje článok SHMÚ: na topenie snehu majú vplyv viaceré faktory
Veterné parky a mikroklíma: Čo z toho vyplýva pre diskusiu?
Ak sa komunita rozpráva o veternom parku, často ide o konkrétnu lokalitu. Vždy je dôležité, čo to znamená pre nás doma. Preto je užitočné začať tým, aké podmienky sú u nás typické.
Máme časté inverzie a hmlu, alebo skôr otvorenú veternú krajinu? Je terén členitý, s dolinami, lesmi a vodou, ktoré menia prúdenie? A máme dnes nejaký „nulový stav“, teda záznamy, ktoré mapujú stav už dnes a ku ktorým sa dá o pár rokov vrátiť pre porovnávanie?
Pri témach, kde sa mieša fyzika, počasie a miestne skúsenosti, je úplne prirodzené hľadať odpovede aj zo skúseností zo sveta. Dôležité však je, aby otázky nekončili pri prvom silnom titulku alebo pri jednej alarmujúcej štúdii. Veda zvyčajne nefunguje tak, že jedna práca „definitívne rozhodne“. Skôr skladá obraz postupne, z meraní, modelov, porovnaní, aj z opakovaní v rôznych podmienkach.
To, čo sa nameria v jednej lokalite, sa nemusí automaticky zopakovať inde.
Pomáha pýtať sa, odkiaľ tvrdenie pochádza: je to pôvodná štúdia, technická správa, alebo len prebratá interpretácia? V akých podmienkach sa ten jav pozoroval a sú podobné našim? Aká veľká bola zmena a je to prakticky významné, alebo skôr okrajové? Bola to jednorazová epizóda, alebo opakovaný jav v dlhšom období?
Aké sú iné možné vysvetlenia, ktoré môžu vyzerať podobne? Je niečo, čo naše vnímanie skresľuje, alebo ovplyvňuje?
Ak sa nechceme nechať ovládať emóciami, predpokladmi a domnienkami, mali by sme si pestovať kritické myslenie, teda učiť sa overovať informácie, vnímať kontext a odlišovať domnienku od dôkazu.
Zdroje:
Armstrong, A. B., Burton, R., Lee, S. E., Mobbs, S., Ostle, N. J., Smith, V., Waldron, S., & Whitaker, J. (2016). Ground-level climate at a peatland wind farm in Scotland is affected by wind turbine operation. Environmental Research Letters, 11(4), 044024. https://doi.org/10.1088/1748-9326/11/4/044024
Akhtar, N., Geyer, B., & Schrum, C. (2022). Impacts of accelerating deployment of offshore windfarms on near-surface climate. Scientific Reports, 12, 18307. https://doi.org/10.1038/s41598-022-22868-9
Baidya Roy, S., & Traiteur, J. J. (2010). Impacts of wind farms on surface air temperatures. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(42), 17899–17904. https://doi.org/10.1073/pnas.1000493107
Hasager, C. B., Nygaard, N. G., Volker, P. J. H., Karagali, I., Andersen, S. J., & Badger, J. (2017). Wind farm wake: The 2016 Horns Rev photo case. Energies, 10(3), 317. https://doi.org/10.3390/en10030317
Moravec, D., Barták, V., Puš, V., & Wild, J. (2018). Wind turbine impact on near-ground air temperature. Renewable Energy, 123, 627–633. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960148118302350
Siedersleben, S. K., Lundquist, J. K., Platis, A., Bange, J., Bärfuss, K., Lampert, A., Cañadillas, B., Neumann, T., & Emeis, S. (2018). Micrometeorological impacts of offshore wind farms as seen in observations and simulations. Environmental Research Letters, 13(12), 124012. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aaea0b (open PDF: https://docs.nrel.gov/docs/fy19osti/73183.pdf
Vautard, R., Thais, F., Tobin, I., Bréon, F.-M., De Lavergne, J.-G., Colette, A., Yiou, P., & Ruti, P. M. (2014). Regional climate model simulations indicate limited climatic impacts by operational and planned European wind farms. Nature Communications, 5, 3196. https://doi.org/10.1038/ncomms4196
Volker, P. J. H., Badger, J., Hahmann, A. N., & Ott, S. (2015). The Explicit Wake Parametrisation V1.0: A wind farm parametrisation in the mesoscale model WRF. Geoscientific Model Development, 8, 3715–3731. https://doi.org/10.5194/gmd-8-3715-2015
Zhou, L., Tian, Y., Baidya Roy, S., Thorncroft, C., Bosart, L. F., & Hu, Y. (2012). Impacts of wind farms on land surface temperature. Nature Climate Change, 2, 539–543. https://doi.org/10.1038/nclimate1505
