Introduzione

Nel dibattito sull’energia eolica offshore le nuvole sono tradizionalmente viste come un ostacolo, poiché riducono l’intensità della radiazione solare e, di conseguenza, la temperatura dell’aria. Tuttavia, uno studio recente pubblicato su PRX Energy della American Physical Society rivela che specifiche formazioni nuvolose, in particolare gli strati bassi di stratocumuli, possono invece aumentare la produttività dei parchi eolici marini.

Il fenomeno del “wake” e la sua importanza

Quando il vento spinge le pale di una turbina, l’energia cinetica dell’aria viene parzialmente assorbita. Questo crea un “wake” o scia aerodinamica dove la velocità del vento diminuisce significativamente per una distanza che può raggiungere i 70 chilometri. Tale diminuzione riduce la produzione di energia delle turbine situate a valle, un problema particolarmente critico nei grandi parchi offshore dove le turbine sono disposte in file compatte.

Lo studio dell’Università di Twente

I ricercatori Richard Stevens e Davide Selvatici dell’Università di Twente, situata a Enschede nei Paesi Bassi, hanno analizzato in dettaglio l’interazione tra condizioni atmosferiche e parchi eolici. Utilizzando simulazioni di Large‑Eddy (LES), hanno valutato l’effetto delle nuvole stratocumuli sulla velocità del vento alla quota dell’asse della turbina.

Stratocumuli: il ruolo delle nuvole basse

Gli stratocumuli sono tipici dei mari temperati e spesso si formano in spesse coperte a bassa quota. Lo studio ha concentrato l’attenzione su queste nuvole perché la loro presenza influisce sui processi di scambio termico nella “boundary layer” atmosferica. In particolare, la parte superiore della nuvola emette costantemente radiazione infrarossa verso lo spazio, provocando un raffreddamento radiativo dell’aria sottostante.

Meccanismo fisico: raffreddamento radiativo e “entrainment”

Il raffreddamento della strato superiore della nuvola rende l’aria più densa e quindi la fa scendere, generando una corrente verticale discendente. Questo fenomeno, noto in fluidodinamica come entrainment, trasporta aria più veloce dalle alte quote verso il wake della turbina, accelerando il recupero della velocità del vento. Il risultato è una riduzione più rapida dell’effetto di “wake” rispetto a scenari senza nuvole.

Metodologia della simulazione

Per isolare l’impatto della nuvola, i ricercatori hanno eseguito una serie di esperimenti numerici su un parco di riferimento da 10 megawatt. La procedura è stata strutturata in più fasi:

Creazione di un modello base con condizioni atmosferiche standard e presenza di stratocumuli.
Rimozione della componente di raffreddamento radiativo per simulare una nuvola “inattiva”.
Eliminazione di tutta l’acqua liquida per modellare un cielo completamente privo di nuvole.

Confrontando i risultati di questi scenari, è stato possibile quantificare l’influenza della nuvola sulla rigenerazione del vento.

Risultati chiave delle simulazioni

Le simulazioni ad alta risoluzione hanno evidenziato che:

In presenza di stratocumuli attivi, le turbine situate nelle file successive recuperano una velocità del vento più elevata, con un incremento della produzione energetica superiore al 100 % rispetto alle previsioni dei modelli tradizionali.
Il totale delle perdite di efficienza su un intero parco eolico è più del doppio rispetto alla semplice somma delle perdite individuali di ciascuna turbina.
Quando la nuvola è rimossa, la rigenerazione del vento è notevolmente più lenta, confermando che la “stratocumulus cooling” è il fattore determinante.

In pratica, le turbine della seconda e terza fila, sotto una copertura nuvolosa, hanno mostrato una resa energetica più alta di quanto stimato dai modelli di previsione correnti, che ignorano l’effetto delle nuvole basse.

Implicazioni per la Nordsee e il Nord Europa

Le scoperte hanno un impatto diretto sui piani di espansione dell’energia eolica offshore nei Paesi Bassi, in Germania e in Danimarca, dove la Nordsee è una delle aree più densamente popolate di turbine. In questo mare, i parchi eolici sono spesso collocati a distanze ravvicinate, rendendo il fenomeno del wake particolarmente rilevante. I modelli di previsione attualmente utilizzati dalle compagnie energetiche tendono a sottostimare la produzione reale, poiché non considerano la presenza di nuvole stratocumuli.

Secondo gli autori, l’integrazione di questi parametri meteorologici nei software di simulazione potrebbe migliorare la precisione delle stime di output, facilitando decisioni di investimento più informate e ottimizzando la disposizione delle turbine.

Limiti dello studio e prossimi passi

Gli autori avvertono che, sebbene le simulazioni forniscano evidenze convincenti, i risultati si basano su modelli numerici. Pertanto, è necessario condurre campagne di misurazione in situ, installando sensori di velocità del vento e profili termici direttamente nei parchi eolici della Nordsee, per validare sperimentalmente i benefici attribuiti alle stratocumuli.

Un ulteriore sviluppo potrebbe includere l’analisi di altri tipi di nuvole (cumulonembi, nembostrati) e la valutazione di come la variabilità stagionale influisca sull’effetto di “entrainment”.

Conclusioni

La ricerca dell’Università di Twente rivoluziona la percezione tradizionale delle nuvole nella produzione di energia eolica offshore, dimostrando che le stratocumuli possono agire come “amplificatori” di vento, mitigando il wake e aumentando la resa complessiva dei parchi eolici. L’integrazione di questi fenomeni nei modelli di previsione promette di ottimizzare la pianificazione di nuovi impianti, contribuendo in modo significativo alla transizione energetica europea.