Efficienza di planata ridotta del 30%: in che modo le sveglie della turbina influiscono negativamente sugli uccelli in volo

Le turbine eoliche possono sembrare abbastanza innocue, ma hanno il potenziale di rimodellare l’aria in cui volano gli uccelli. In un recente Rapporti scientifici In un articolo, i ricercatori hanno scoperto che il rapporto portanza/resistenza di un uccello in planata, che è una misura standard dell’efficienza aerodinamica, può diminuire di circa il 30% nelle parti più perturbate della scia di una turbina. In effetti, la turbolenza di scia può aggiungere costi energetici reali alle specie che sopravvivono planando in modo efficiente, in particolare le specie migratorie.

Sebbene le turbine eoliche rappresentino un progresso necessario per il futuro dell’energia rinnovabile, i parchi eolici influiscono sugli uccelli che volano sopra di loro. Esiste una soluzione? Prendiamo il volo e la scienza per indagare su questo danno poco conosciuto, causato da qualcosa che altrimenti sarebbe benefico per il nostro ambiente.

Daremo uno sguardo più da vicino all’effetto che le scie delle turbine hanno sugli uccelli che volano nelle vicinanze, sia che percorrano distanze lunghe o brevi. Anche il più breve degli incontri con l’aria turbolenta può avere importanza, soprattutto quando i parchi eolici creano ripetuti corridoi di scia attraverso un paesaggio. Ecco cosa sta succedendo agli uccelli che utilizzano le aree dei parchi eolici come tipiche rotte di volo.

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Cos’è la scia di una turbina?

La scia di una turbina è descritta come l’ombra disturbata del flusso d’aria che si forma sottovento dopo che il rotore di una turbina ha estratto energia dal vento. Ciò può verificarsi nelle turbine degli aerei così come in quelle dei parchi eolici. In termini fondamentali, all’aria che circonda le turbine accadono due cose contemporaneamente:

• Il vento dietro la turbina rallenta perché la turbina sottrae energia al flusso.
• L’aria diventa più caotica, con turbolenze più forti e strutture vorticose legate alla rotazione del rotore e ai vortici delle pale.

Per un uccello, questo processo può essere complicato da gestire, perché un’ala è sintonizzata su un flusso d’aria in entrata stabile. Quando la velocità e la direzione del vento fluttuano rapidamente, l’angolo di attacco effettivo dell’ala cambia costantemente, il che impone continue microcorrezioni; questi continui aggiustamenti possono avere più conseguenze del previsto.

Cosa ha rivelato un nuovo studio sulle scie delle turbine e sulla navigazione degli uccelli

Nel suddetto Rapporti scientifici Nell’articolo, gli scienziati coinvolti hanno utilizzato un modello di scia di simulazione di grandi vortici ed hanno eseguito 62 simulazioni di planata di uccelli attraverso diverse parti del campo di scia. Si sono concentrati su come la velocità del vento di scia e l’intensità della turbolenza si traducono in cambiamenti nel rapporto portanza/resistenza per gli uccelli.

Alcuni dei risultati più preziosi includevano:

• Le maggiori perdite di efficienza sono apparse vicino al livello superiore della punta della pala, dove i valori simulati del rapporto portanza/resistenza erano più bassi e dove riportano una riduzione massima di circa il 30% rispetto alle condizioni senza turbina.
• Durante l’esperimento, l’effetto scia non era effettivamente uniforme con la distanza. In effetti, si è scoperto che l’influenza della scia sul volo varia con la distanza a valle, con effetti significativi che persistono più lontano dietro la turbina di quanto precedentemente ipotizzato.
• Hanno anche riportato uno schema dipendente dall’altezza, con la regione sotto la punta inferiore meno disturbata nelle loro simulazioni.

In definitiva, gli uccelli che si spostano all’interno di un parco eolico sono spesso costretti a mettere a repentaglio la sicurezza del volo. Evitare le pale e le peggiori zone di turbolenza per trovare una portanza utilizzabile è incredibilmente difficile, soprattutto quando altera inaspettatamente le traiettorie di volo.

Perché gli uccelli in volo sono sensibili alla turbolenza del risveglio

Gli uccelli in volo sono in grado di percorrere distanze così grandi proteggendo i loro livelli di energia durante il volo. Tuttavia, qualsiasi calo nel rapporto portanza/resistenza è essenzialmente una tassa sulla distanza complessiva che possono percorrere.

Con una maggiore altitudine persa per unità di distanza, gli uccelli devono compensare questa perdita in seguito trovando una sacca termica o sbattendo di più le ali, il che può esaurirli più velocemente. Correzioni di controllo più frequenti portano alla perdita di energia, poiché la turbolenza spinge il corpo e le ali senza rimorsi. Infine, possono verificarsi anche cambiamenti di percorso, poiché gli uccelli possono semplicemente fare una deviazione attorno alle aree in cui l’aria è costantemente agitata.

Un 2021 PNAS uno studio sulle aquile e la turbolenza ha mostrato una chiara relazione tra la turbolenza atmosferica e le accelerazioni misurate dell’uccello su scale temporali brevi che si sovrappongono al comportamento di volo reale. Sebbene le scie delle turbine non causino necessariamente danni, la turbolenza non è banale per un grande uccello in volo ed è qualcosa che tengono in considerazione in ogni battito del percorso.

Cosa cambia quando le turbine vengono costruite in array

I parchi eolici utilizzano serie di turbine per ottenere il massimo impatto e rendimento sull’energia rinnovabile. Tuttavia, se una singola turbina crea una scia, un intero parco eolico di turbine crea scie sovrapposte, rendendo ancora più difficile per gli uccelli trovare un percorso sicuro ed efficiente per andare avanti.

Nello stesso Rapporti scientifici In uno studio sulle aquile, gli scienziati hanno scoperto che, quando le scie si accumulano in una serie di turbine, l’area più colpita diventa più grande e il passaggio o percorso più favorevole per gli uccelli diventa molto più stretto, in gran parte perché la sovrapposizione delle scie aumenta ulteriormente l’intensità della turbolenza. Non esiste un modo chiaro e semplice per sorvolare la maggior parte dei parchi eolici, a meno che il parco non abbia costruito le proprie turbine in una disposizione particolare.

Come il posizionamento e i layout possono ridurre gli impatti delle scie sugli uccelli

La buona notizia è che la progettazione di parchi eolici consapevoli della scia esiste già come concetto per la produzione di energia, poiché gli sviluppatori vogliono anche ridurre le perdite di scia tra le turbine (non necessariamente per il volo degli uccelli, ma i vantaggi rimangono comunque). Ecco alcuni dei modi in cui i parchi eolici stanno tentando di aiutare gli uccelli a volare sopra di loro.

Layout sfalsati

Il posizionamento sfalsato delle turbine con offset laterali crescenti riduce progressivamente la copertura delle zone di scia a rischio più elevato, con lo sfalsamento più grande che mostra le regioni più piccole rimanenti ad alto rischio nelle mappe di scia simulate dal suddetto studio dell’aquila.

Sebbene un sito reale probabilmente non corrisponda o non possa corrispondere perfettamente a questo modello, la guida è pratica; riducendo la sovrapposizione delle scie, si riduce anche l’impronta spaziale dell’aria più agitata.

Valutazione del sito Trattare lo spazio aereo come habitat

Le linee guida statunitensi sulla fauna selvatica attualmente spingono gli sviluppatori verso uno screening precoce dei rischi e verso scelte di progettazione che riducano i danni agli animali prima che le turbine vengano installate. Un approccio graduale alla valutazione del sito, compresa la minimizzazione dell’impatto e il monitoraggio futuro, aiuta a ridurre gli impatti sulla fauna selvatica.

Queste linee guida sono state scritte pensando alle collisioni e agli impatti complessivi sull’habitat, ma anche gli effetti della scia si adattano naturalmente ad esse. Ad esempio, se una cresta o un corridoio sono fortemente utilizzati dagli uccelli in volo perché l’aria è prevedibilmente utilizzabile e sicura, allora l’alterazione di quell’aria può funzionare come un cambiamento dell’habitat aereo, rendendolo poco saggio e probabilmente con conseguenze sulle popolazioni di uccelli.

Abbinare la progettazione delle turbine al modo in cui volano effettivamente gli uccelli in volo

Uno dei motivi per cui le turbine e gli uccelli in volo si sovrappongono è che entrambi preferiscono e necessitano delle stesse caratteristiche del paesaggio, comprese creste ventose e luoghi che generano un flusso d’aria prevedibile. Le aquile che volano sulle correnti ascensionali ne sono un esempio, insieme a molte altre specie di rapaci che apprezzano le caratteristiche del paesaggio che consentono più vento.

Se i progettisti sanno che un sito ha un ampio traffico di uccelli a determinate altezze e lungo determinate linee del terreno, allora una progettazione rispettosa della fauna selvatica può comportare l’evitamento di layout che posizionano corridoi di scia persistenti attraverso quelle esatte linee di volo. È un prerequisito abbastanza semplice da considerare, ma molte aziende non lo fanno prima di costruire.

Come potrebbero apparire in futuro i parchi eolici rispettosi della fauna selvatica

Sebbene le scie delle turbine non siano necessariamente una minaccia dominante per gli uccelli in volo, la ridotta efficienza in volo può influenzare il comportamento generale degli uccelli e i bilanci energetici, e forse anche le loro traiettorie di volo storiche.

È necessaria una migliore integrazione da prendere in considerazione per i parchi eolici rispettosi della fauna selvatica, tra cui:

• Aggiunta dell’esposizione alla scia alle valutazioni del rischio in luoghi con traffico intenso, in particolare dove le turbine si trovano lungo sistemi di crinali o rotte migratorie note.
• Trattare le decisioni sul layout come uno strumento di mitigazione, utilizzando strategie come lo scaglionamento per ridurre i corridoi di scia turbolenti.
• Combinando la modellazione della scia con il monitoraggio degli uccelli nelle aree ad alto rischio per identificare quando e dove gli uccelli hanno maggiori probabilità di incontrare l’aria più agitata.

L’energia eolica può rappresentare un vantaggio fantastico per il clima e la biodiversità, ma solo se l’edificio è progettato pensando alla fauna selvatica. Le scie ora fanno parte di quel quadro, motivo per cui la mappatura dell’aria agitata e la progettazione adeguata sono uno dei modi migliori per garantire che questi habitat e animali rimangano al sicuro.