В ходе чрезвычайного роста ветроэнергетики в течение последнего десятилетия, ветровые турбины часто устанавливались в пределах или вблизи пахотных земель. Ведущие фермеры и исследователи задались вопросом, как влияют ветряки на выращивание кукурузы, сои и других культур.
В традиционном сельском хозяйстве фермеры часто сажают крайне поля дерева. Этот метод позволяет уменьшить скорость ветра и подогреть воздух, приносящий большую пользу посевам. Сегодня ученые исследуют, смогут ветряные турбины обеспечить подобный эффект и помочь увеличить урожайность.
Одно из таких исследований проводилось на Среднем Западе США, в самом сердце промышленного выращивания кукурузы и месте, где богатые ветер поля стали идеальными для строительства ветровых электростанций. Вместе с тем, результаты, полученные в этих условиях могут использоваться не только для этого региона, а также и во многих других местах мира, везде, где турбины и фермы находятся рядом. Но, конечно, влияние на урожайность зависит также от конкретного региона и культуры.
Перемешивая воздух ветровыми турбинами
Одним из наиболее очевидных способов, с помощью которых ветряные турбины могли бы помочь сельскому хозяйству, является перемешивание воздуха, благодаря которому сельскохозяйственные культуры получают больше углекислого газа (CO 2). «Работа кукурузы состоит в том, чтобы впитать больше СО 2», — рассказывает Юджин Такла (Eugene Takle), сельскохозяйственный метеоролог Университета штата Айова.
Другие положительные последствия соседства ферм с турбинами не столь очевидны. Например, заставляя воздух двигаться, ветровые турбины могут уменьшить количество росы на листьях растений, что помогло бы уменьшить заболеваемость посевов, например тех, вызываемые грибками. А это было бы очень уместно в той же Айове, где находится крупнейшее в США кукурузных полей, и где из-за изменения климата воздух стал значительно более влажным, из-за чего, соответственно, образуется больше росы.
Другой потенциально благоприятный результат: поскольку турбины перемешивают воздушные массы и замедляют ветер, они также могут повлиять на температуру воздуха над посевами, делая ночи теплее, а дни прохладнее. Это могло бы сделать редкими ночные заморозки и жаркие дни, которые негативно влияют на урожайность.
При этом разнообразии последствий, «мы понимаем, что все сложнее, чем мы думали», рассказывает Такла. Но, основываясь на его работе о влиянии деревьев на посевы, Юджин ожидает, что «наконец, эффект будет положительным».
Турбины и турбулентность
Чтобы выяснить, как еще влияют турбины на сельскохозяйственные культуры, Такла сотрудничает с командой Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голдене, штат Колорадо, во главе с метеорологом Джули Лундквист (Julie Lundquist).
Лундквист использует в своих исследованиях «лидар» (от англ. «Light» и «radar») — радар, который работает за счет света. С помощью этого устройства фиксируются завихрения воздуха в длинных возмущениях по ветровой турбиной, похожие на волны, которые тянутся за лодкой.
На совещании Американского геофизического союза в Сан-Франциско, ее команда представила предварительные результаты первой большой серии измерений, исследователи до сих пор анализируют.
Современные турбины, как правило, находятся на высоте около 80 метров, при этом, согласно лидарных исследований, достаточно сильные возмущения фиксируются на расстоянии около двух-трех высот ветряка.
Турбулентность от турбины, как показали лидарные исследования, распространяется по ветру. «Мы все еще пытаемся выяснить, где и при каких обстоятельствах возмущения касается земли», — рассказывает Лундквист.
В поисках ответов
С другой стороны, влияние турбин на температуру воздуха может иметь и обратную сторону. Повышение температуры ночью может привести к усилению ночного дыхания растений, во время которого растения возвращают часть углекислого газа, который они впитали с воздуха в течение дня. Это может стать негативным явлением, потому что растения, в результате поглощать меньше углерода.
Возможность различных вариантов воздействия подчеркивает важность таких исследований для сельского хозяйства. Фермеры в течение нескольких лет стабильно выделяют часть своих полей под ветряные турбины с целью повышения доходов, но недавно и они задались вопросом, как это влияет на их урожаи.
Влияние ветряных турбин на ветер и температуру изучался еще в исследовании 2010 года на главе с метеорологом Сомнат Бейда Рой (Somnath Baidya Roy) из Университета штата Иллинойс, которое было первым опубликованным исследованиям погоды вокруг ветроэлектростанции. Согласно его результатам, ночные температуры около ветровых турбин были действительно выше.
Рой также соглашается, что влияние ветряков на сельскохозяйственные культуры может быть весьма неоднозначным, но положительные последствия вполне могут компенсировать отрицательные. «Я считаю, что защита сельскохозяйственных культур от заморозков — это действительно хорошо», — сказал Рой, добавив, что уже это может перевесить возможные негативные эффекты.
Учитывая различные виды воздействия турбин и различия в потребностях разных растений, Лундквист предупреждает, что то, что может помочь кукурузе в Айове, вполне может не сработать для других культур в других местах. «Энергия ветра предлагает нам огромный потенциал возобновляемой энергии», — рассказывает метеоролог. «Мы же должны быть разумными и использовать ее с осторожностью».