Obecne farmy mają bardzo niewielki wpływ na opady. Zupełnie inaczej wygląda jednak scenariusz, w którym Morze Północne zapełnia się turbinami.
Naukowcy z Helmholtz-Zentrum Hereon i Uniwersytetu Hamburskiego stworzyli wieloletnie symulacje obejmujące Morze Północne, Bałtyk i część mórz otaczających Wielką Brytanię. Porównali kilka wariantów: farmy działające w 2023 r., instalacje planowane na 2030 r. oraz znacznie bardziej agresywny scenariusz po 2050 r.
Badacze wypełnili turbinami wszystkie znane dziś obszary wskazane pod przyszły rozwój energetyki wiatrowej, przyjmując przy tym gęstość mocy 8 MW na km kw. Sprawdzili przy tym turbiny o mocy 5, 10 i 15 MW. Dla dzisiejszych farm oraz układu z 2030 r. zmiany opadów były niewielkie i pozostawały głównie nad wodą. Dopiero przy ogromnej koncentracji wiatraków po 2050 r. model zaczął pokazywać wyraźną zmianę na lądzie.
Bezpośrednio nad farmami średnia suma opadów rosła miejscami o około 12-18 proc. Kilkadziesiąt kilometrów dalej sytuacja się odwracała. Na fragmentach wybrzeża Danii, Niemiec, Holandii i Wielkiej Brytanii opad malał.
W Danii różnica przekracza 15 proc.
W części półwyspu model wskazywał spadek opadów przekraczający 15 proc. Szczególnie wyraźny efekt pojawiał się w rejonie Herning, leżącym za dużym kompleksem przyszłych farm około 80 km od zachodniego wybrzeża Danii. W północno-zachodnich Niemczech oraz Holandii spadek wynosił zwykle około 5-8 proc. Podobna zmiana pojawiała się na części brytyjskiego wybrzeża. Jeszcze ciekawszy był dokładniejszy test dla środkowej Jutlandii.
Liczba dni z deszczem adekwatnie się nie zmieniała. Zmieniała się za to intensywność opadów. Nie chodzi więc o to, iż wcześniej padało przez 100 dni, a później przez 80. Deszcz przez cały czas przychodził, ale podczas poszczególnych zdarzeń spadało mniej wody. Nad farmą położoną wcześniej na drodze wilgotnego powietrza działo się dokładnie odwrotnie. Liczba zdarzeń z opadem nieznacznie rosła, a same opady robiły się intensywniejsze. Woda nie znikała z atmosfery. Po prostu część z niej wypadała wcześniej.
Mechanizm zaczyna się od czegoś oczywistego: turbina odbiera energię przepływającemu powietrzu. Za wielką farmą powstaje ślad aerodynamiczny. Wiatr jest wolniejszy, a ruch powietrza bardziej turbulentny. Przy pojedynczej turbinie efekt jest lokalny. W przypadku setek lub tysięcy wielkich konstrukcji ustawionych obok siebie zaczyna wpływać na znacznie większy fragment atmosfery. W najbardziej rozbudowanym scenariuszu prędkość wiatru przy powierzchni morza spadała nad farmami miejscami o 2-3 m/s.
Powietrze napływające na farmę zwalnia i zaczyna się spiętrzać. Powstają więc warunki sprzyjające ruchowi w górę, a wraz z nim unoszeniu wilgoci, powstawaniu niskich chmur i opadów. Za farmą wiatr stopniowo odzyskuje prędkość. Powietrze zaczyna się rozchodzić, ruch ku górze słabnie i maleje szansa na kondensację wilgoci. Krótko mówiąc, część deszczu, który bez farmy doleciałby nad ląd, spada wcześniej nad turbinami.
Wszystko zależy od kierunku wiatru
Nad Morzem Północnym dominują wiatry południowo-zachodnie. To właśnie podczas nich farmy znajdowały się na drodze wilgotnego powietrza płynącego w stronę wybrzeży Danii, Niemiec i Holandii. Przy takim układzie opady nad farmami zwiększały się miejscami o 9-20 proc., a na lądzie za nimi spadały o około 5-8 proc. Przy wiatrach północno-zachodnich wyraźnego efektu na wybrzeżu już nie było.
Zmiana okazała się również sezonowa. Najmocniej występowała jesienią i zimą. Wiosną była słabsza, a dla lata badacze nie znaleźli jednolitego, stabilnego sygnału. Wynik nie oznacza więc, iż morska farma automatycznie odbierze pobliskiemu miastu kilkanaście procent deszczu przez cały rok. Liczy się lokalizacja, kierunek wiatru, zagęszczenie turbin, pogoda i sama wielkość kompleksu.
Co ważne, naukowcy nie zasymulowali dokładnie tego, jak naprawdę będzie wyglądała pogoda w 2050 r. Wykorzystali warunki atmosferyczne z lat 2008-2017 i sprawdzili, co stałoby się z nimi po wstawieniu różnych konfiguracji przyszłych farm. Chcieli w ten sposób odizolować wpływ samych wiatraków.
Najbardziej efektowna wersja badania jest przy tym celowo scenariuszem górnej granicy: zakłada maksymalne wykorzystanie wszystkich wskazanych w tej chwili stref offshore. Autorzy wykorzystali też jeden regionalny model klimatyczny. Sami podkreślają, iż wynik powinien zostać sprawdzony przez inne modele, dla innych gęstości farm i innych układów przestrzennych.
Nie można więc dzisiaj powiedzieć, iż w 2050 r. w konkretnym duńskim mieście na pewno będzie padało o 15 proc. mniej. Badanie pokazuje natomiast, iż przy odpowiedniej skali energetyka wiatrowa przestaje być dla atmosfery zbiorem pojedynczych słupów, a staje się elementem powierzchni wystarczająco dużym, aby wpływać na regionalny przepływ wilgoci.
A co z polskim Bałtykiem?
Na polskiej części Bałtyku budowa wielkich farm wiatrowych wchodzi już w etap stawiania rzeczywistej infrastruktury. Same Bałtyk 2 i Bałtyk 3 mają składać się ze 100 turbin i osiągnąć łącznie 1440 MW. Powstaje też Baltic Power, a wiatraki zaczynają być widoczne z polskiego wybrzeża. Nowe badanie obejmowało Bałtyk w domenie modelu, ale najmocniejsze i najlepiej opisane wyniki dotyczą Morza Północnego oraz przylegających do niego wybrzeży.
Nie mamy więc podstaw, aby wyciągnąć z niego wniosek, iż morskie farmy pod Łebą odbiorą deszcz Pomorzu o 10 czy 15 proc. Bałtyk ma inną geometrię, inne dominujące kierunki wiatrów i inny układ przyszłych farm. Dla polskiego wybrzeża potrzebna byłaby analiza nastawiona konkretnie na nasz region.
Dyskusja o wpływie offshore nie może jednak już dotyczyć tylko ptaków, dna morskiego czy tego, czy turbiny widać z plaży. Gdy zaczynamy stawiać na morzu setki gigawatów mocy, zmieniamy również sposób, w jaki powietrze porusza się nad ogromnym obszarem. Pojedynczy wiatrak pogody nie zmieni. Morze wypełnione tysiącami turbin może już zacząć ją delikatnie przesuwać.
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: Ben_Kerckx, pixabay, Canva Pro
