Συνέπειες οπισθοροών ανέμου λόγω των παράκτιων αιολικών πάρκων, εντοπισμένες από τον δορυφόρο SAS
Από RemoteSensing Wiki
Συνέπειες οπισθοροών ανέμου λόγω των παράκτιων αιολικών πάρκων, εντοπισμένες από τον δορυφόρο SAS
Wake effects of large offshore wind farms identified from satellite SAR
Merete Bruun Christiansen , Charlotte B. Hasager
1. Εισαγωγή
Ο άνεμος ανήκει στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και η εκμετάλλευση του μέσω των ανεμογεννητριών και δη μέσω των παράκτιων, συνεχώς και αυξάνεται. Η εγκατάσταση τους έχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, με την εμφάνιση των οπισθοροών ανέμου ( η περιοχή όπου η ταχύτητα αέρα είναι μειωμένη και η ένταση της τύρβης πολύ υψηλή) να ανήκει στα τελευταία, η οποία συνήθως εμφανίζεται κατάντη της ανεμογεννήτριας. Το φαινόμενο αυτό επηρεάζει το κλίμα του ανέμου, εμφανίζεται πιο έντονο κοντά σε χερσαίο έδαφος και χαρακτηρίζεται από το έλλειμα ταχύτητας VD.Από τις μετρήσεις του δορυφόρου SAT, τέτοια φαινόμενα μπορούν να εντοπιστούν. Εκπεμπόμενοι παλμοί από το radar αλληλεπιδρούν με την τραχύτητα της επιφάνειας των στοιχείων που το μέγεθος τους είναι συγκρινόμενο με το μήκος κύματος του radar. Το σήμα του radar που επιστρέφει στον αισθητήρα είναι ο συντελεστής οπισθοδιασποράς σ°, ο οποίος επηρρεάζεται από πολλά χαρακτηριστικά (γωνία προσπτώσεως). Προκειμένου να συλλέξουμε στοιχεία για τα πεδία αέρα από τον δορυφόρο, είναι απαραίτητη η γνώση της ταχύτητας ή κατεύθυνσης ανέμου. Ο συντελεστής οπισθοδιασποράς σχετίζεται με αυτά τα δύο, μέσω της γεωφυσικής συνάρτησης CMOD-4.
2. Μεθοδολογία
Αντικείμενο μελέτης της παρούσας εργασίας είναι δύο αιολικά πάρκα στη Δανία, ένα στο Horns Reef στη Βόρεια θάλασσα όπου τοποθετήθηκε και ένας καταγραφέας μετεωρολογικών δεδομένων και ένα στο Nysted στη Βαλτική, όπως απεικονίζονται στην εικόνα 1.Για το πρώτο χρησιμοποιήθηκαν 34 σκηνές από τον SAR ενώ από τον δεύτερο μόλις 7. Αρχικά έγινε έλεγχος της ποιότητας των φωτογραφιών, όπου τελικά 19 κρατήθηκαν για την μελέτη των οπισθοροών. Αποδεικνύεται ότι το βάθος της θάλασσας επηρεάζει τη τραχύτητα εδάφους, που με τη σειρά του επηρεάζει τις μετρήσεις του ραντάρ για τον αέρα. Ένα τέτοιο παράδειγμα απεικονίζεται στην εικόνα 2, όπου συγκρίνεται η φωτογραφία του δορυφόρου με ένα βαθυμετρικό χάρτη για τη περιοχή Horns Reef.Έπειτα έγινε η διόρθωση του ανέμου στις εικόνες του δορυφόρου, αφαιρώντας pixels όπου η διασπορά του αέρα ήταν μεγάλη και επίσης έγινε η επιλογή των κατάλληλων διευθύνσεων αέρα. Στη συνέχεια αναστρέφοντας τον αλγόριθμο CMOD-4, παρήχθησαν οι χάρτες ταχύτητας αέρα. Από αυτούς εξήχθηκαν οι χωρικές μέσες τιμές της ταχύτητας ανέμου, χρησιμοποιώντας τον κανόνα του παραλληλεπιπέδου για να τις ομαλοποιήσουμε . Επομένως, βρίσκοντας την διατέμνουσα της οπισθοροής και της μη-παρεμποδισμένης ροής ανέμου, τις ευθυγραμμίσαμε με το διάνυσμα του ανέμου. Τα παραπάνω απεικονίζονται στην εικόνα 3. Για λόγους ευκολίας ο υπολογισμός του μέσου όρου ελλείμματος ανέμου VD, έγινε με το να υπολογιστεί το VDref για τη μη-παρεμποδισμένη ροή ανέμου, προερχόμενη από τη ξηρά και από τη θάλασσα. Με βάση το αποτέλεσμα υπολογίστηκε η ατμοσφαιρική σταθερότητα, όπου για τον υπολογισμό της, βρέθηκε ο αριθμός Richardson, Rib σε σχέση με τα δεδομένα της περιοχής. Όταν το Rib < -0,4 τότε η ατμοσφαιρική σταθερότητα είναι ασταθής, όταν -0.4< RiB <0.1 μιλάμε για σχεδόν ουδέτερη και όταν RiB>0.1τότε η ατμόσφαιρα είναι σταθερή. Έπειτα υπολογίστηκε η ένταση της τύρβης μέσω ειδικών συναρτήσεων.
3. Αποτελέσματα- Συμπεράσματα
Συμπεραίνουμε ότι αφενός οι οπισθοροές είναι ορατές από τους αιολικούς χάρτες (εικόνα 4), που υλοποιήθηκαν από τις 19 σκηνές του SAR, και αφετέρου ότι με την χρήση κατάλληλων αλγορίθμων γίνεται η εύρεση του ελλείμματος ταχύτητα και η ένταση της τύρβης. Το μεγαλύτερο έλλειμμα ταχύτητας και η υψηλότερη ένταση τύρβης εντοπίζεται κοντά στο ύψος της πλήμνης της Α/Γ. Για τον υπολογισμό του μέσου ελλείμματος ταχύτητας ανέμου, παρατηρήθηκε ότι οι ταχύτητες ανέμου προερχόμενες από τη στεριά μειώνονται με μεγάλο ρυθμό ενώ οι ταχύτητες προερχόμενες από τη θάλασσα, με μικρότερο. Γενικά μια μεγάλη μείωση της τάξεως του 8-9% παρατηρείται καθώς ο άνεμος περνάει από τις ανεμογεννήτριες. Η ταχύτητα του ανέμου επανέρχεται κατά 2% σε μια απόσταση 5km κατάντη του αιολικού πάρκου για ασταθή ατμόσφαιρα και σε 20km για σχεδόν ουδέτερες συνθήκες. Η ένταση της τύρβης ανάντη και κατάντη των αιολικών πάρκων μετρούμενη από τον καταγραφέα συγκρίθηκε με αυτή του αιολικού χάρτη SAR. Τα αποτελέσματα ήταν διφορούμενα, μάλλον λόγω των μεγάλων διαφορών της έντασης τύρβης στο ύψος της πλήμνης και κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας από όπου προέρχονται τα δεδομένα του δορυφόρου. Τα χωρικά δεδομένα που αποκτήθηκαν από τον δορυφόρο, είναι πολύ χρήσιμα για την μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων προκαλούμενες από παράκτια αιολικά πάρκα και για τον σχεδιασμό νέων.
