...

Farmy fotowoltaiczne na dużą skalę mogą zwiększyć opady w niektórych suchych regionach

18 marca 2022
Farmy fotowoltaiczne na dużą skalę mogą zwiększyć opady w niektórych suchych regionach

Nowe badania modelowe wskazują, że umieszczenie wielkoskalowych farm fotowoltaicznych na arabskiej równinie przybrzeżnej Morza Czerwonego może radykalnie zwiększyć opady w tej suchej części świata. Zdaniem naukowców symulacje pokazują, że takie instalacje mogą zmienić refleksyjność terenu na tyle, aby zakłócić cyrkulację powietrza przybrzeżnego.

Wynikające z tego zmiany lokalnych wzorców pogodowych i opadów mogą potencjalnie wytworzyć wystarczającą ilość wody, aby zaspokoić roczne potrzeby 5 mln ludzi. Zespół optymistycznie twierdzi, że jego badania wskazują na wykonalność odzyskiwania wody słodkiej z bryzy morskiej za pomocą geoinżynierii powierzchni lądowych.

W miarę ocieplania się świata bezpieczeństwo wody staje się poważnym problemem. Jest to szczególny problem w gorących, suchych częściach świata, takich jak Bliski Wschód. Wiele krajów na tym obszarze, takich jak Arabia Saudyjska, znajduje się w środku kryzysu wodnego. Mają niewielkie opady i wyczerpują podziemne warstwy wodonośne. Odsalanie wody jest już powszechnie stosowane w celu zwiększenia dostaw słodkiej wody, ale obecne metody są nie do utrzymania ze względu na wysokie zużycie energii. Odsalanie również nie będzie w stanie zaspokoić przyszłego zapotrzebowania na wodę.

Rośnie zainteresowanie pomysłem sztucznego zwiększania opadów deszczu na Półwyspie Arabskim za pomocą technik takich jak zasiewanie chmur. W regionie jest dużo wody, ponieważ Morze Czerwone traci rocznie 0,7 teratony wody w wyniku parowania. Odpowiada to prawie 8% masy całej pary wodnej w ziemskiej atmosferze. Na arabskim wybrzeżu Morza Czerwonego morska bryza rozwiewa tę wodę po całym lądzie, ale niewiele z niej spada w postaci deszczu. Zamiast tego jest transportowana na południe w kierunku równika i środka Oceanu Indyjskiego.

Zmiana albedo
Georgiy Stenchikov, ekspert w dziedzinie modelowania klimatu i atmosfery z Uniwersytetu Nauki i Technologii im. Króla Abdullaha w Arabii Saudyjskiej, wraz z kolegami zastanawiał się, w jaki sposób zmieniające się albedo powierzchni – stopień odbicia promieniowania słonecznego od ziemi w regionie – wpłynie na transport wody i zmieni rozkład opadów. Pomysł, jak przedstawił Stenchikov w Physics World, polega na próbie wykorzystania tego ogromnego naturalnego zasobu słodkiej wody poprzez zwiększenie opadów.

W swojej najnowszej pracy, opublikowanej w „Journal of Hydrometeorology”, Stenchikov i współpracownicy przeprowadzili serię symulacji numerycznych w regionalnym modelu badań i prognozowania pogody. Skupili się na trzech scenariuszach: ekstensywne sadzenie lasów, zwiększone albedo i zmniejszone albedo.

Symulacje pokazują, że zalesianie i zwiększone albedo powierzchni wzdłuż równiny przybrzeżnej Morza Czerwonego w Arabii ograniczyłyby opady deszczu. Bryza morska w regionie jest napędzana przez poziomy kontrast termiczny między lądem a morzem. Cieplejszy ląd i chłodniejsze morze tworzą gradient ciśnienia, który wypycha wilgotne powietrze morskie w kierunku lądu. Modele pokazują, że zalesienie i bardziej odblaskowa powierzchnia chłodzi ziemię, co tłumi bryzę morską i ogranicza ruch pary wodnej z morza na ląd.

Wzmacniająca morska bryza
I odwrotnie, zmniejszające się albedo powierzchniowe zwiększałoby opady deszczu. Naukowcy odkryli, że ociepliłoby region przybrzeżny, wzmacniając bryzę morską i zwiększając transport pary wodnej na brzeg. Modele pokazują, że wzrost prądów konwekcyjnych nad lądem zwiększa pionowe mieszanie w niższych warstwach atmosfery, zwłaszcza pary wodnej. Zwiększa to wilgotność, tworzenie się chmur oraz niestabilność i turbulencje. – Podstawą tego wszystkiego jest zwiększony przepływ wody na powierzchni – mówi Stenchikov.

Wiadomo, że moduły fotowoltaiczne w wielkopowierzchniowych elektrowniach fotowoltaicznych zmieniają bilans energii powierzchniowej, pochłaniając energię słoneczną i nagrzewając się. Zespół odkrył, że zmniejszenie albedo, które odpowiada instalacji modułów na dużą skalę, zwiększyłoby opady w regionie o około 1,5 gigatony w suchym sezonie letnim. Wiąże się to z niemal podwojeniem ilości deszczowych dni od lipca do września w porównaniu ze stanem obecnym. Mniejsze redukcje albedo miałyby również znaczący wpływ na liczbę dni mokrych i wielkość opadów.

Stenchikov twierdzi, że to badanie weryfikujące koncepcję pokazuje, jak pomysł może zadziałać, ale potrzebna jest dalsza analiza. – Musimy dalej pracować, aby spróbować zoptymalizować ten schemat, patrząc na rozmiary potrzebnych instalacji słonecznych i optymalną dystrybucję dla tego konkretnego obszaru – wyjaśnia. Stenchikov mówi, że takie schematy mogą teoretycznie działać w każdym regionie przybrzeżnym z morską bryzą. Jak wyjaśnia, najlepiej sprawdzą się na obszarach o silnej morskiej bryzie, wysokim poziomie parowania z morza i dużym przepływie pary wodnej.

Źródło: Physic World, AMS Journals

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika