The wind resource of Northeast Brazil as a climate variable: decadal variability, regional model bias and projected change at turbine hub height
यह अध्ययन प्रकट करता है कि उत्तर-पूर्व ब्राजील में देखी गई दशकवार पवन परिवर्तनशीलता, जो समुद्री दोलनों द्वारा संचालित है और अनुमानित जलवायु परिवर्तन संकेतों से अधिक है, साथ ही महत्वपूर्ण क्षेत्रीय मॉडल पूर्वाग्रह, यह सुझाव देते हैं कि भविष्य के पवन फार्म नियोजन के लिए औसत जलवायु अनुमानों पर भरोसा करने की तुलना में प्राकृतिक परिवर्तनशीलता के अनुसार ऊर्जा उत्पादन अनुमानों को अनुकूलित करना अधिक महत्वपूर्ण है।
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हवा केवल एक मौसम की घटना मात्र नहीं है; यह एक जलवायु चर (variable) है जो संपूर्ण विद्युत ग्रिडों को शक्ति प्रदान करती है। ब्राजील के उत्तर-पूर्व में, हवा बिजली का दूसरा सबसे बड़ा स्रोत है, जो लाखों घरों को रोशन करने और स्थानीय अर्थव्यवस्था को चलाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा उत्पन्न करती है। यह क्षेत्र उन निरंतर हवाओं पर बहुत अधिक निर्भर है जो तटों और ऊंचे पठारों के ऊपर से बहती हैं, लेकिन इन हवाओं की ताकत स्थिर नहीं है। यह समय के साथ बदलती रहती है, जो महासागर और वायुमंडल के बड़े पैमाने पर पैटर्न, जैसे कि अल नीनो-दक्षिणी दोलन (El Niño–Southern Oscillation), जो प्रशांत महासागर को गर्म और ठंडा करता है, और उष्णकटिबंधीय अटलांटिक में तापमान के बदलावों से प्रभावित होती है। इंजीनियरों और योजनाकारों के लिए, यह समझना कि हवाएं मजबूत हो रही हैं, कमजोर हो रही हैं, या बस अपनी लय बदल रही हैं, अनुकूलन का एक मामला है। यदि पवन संसाधन सिकुड़ जाता है, तो ऊर्जा आपूर्ति जोखिमपूर्ण हो जाती है; यदि यह बढ़ता है, तो यह क्षेत्र और भी शक्तिशाली हो सकता है। महत्वपूर्ण प्रश्न यह है कि क्या हाल के वर्षों में देखी गई परिवर्तनशीलता वैश्विक तापन (global warming) के कारण हुआ एक स्थायी बदलाव है या केवल एक प्राकृतिक, अस्थायी उतार-चढ़ाव है जो अंततः उलट जाएगा।
शोधकर्ताओं की एक टीम इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए जमीन के पास लिए गए पुराने मापों पर भरोसा करने के बजाय, ठीक वहीं हवा का अध्ययन करने निकली जहाँ आधुनिक टरबाइन घूमते हैं। उन्होंने रियो ग्रांडे डो नोर्टे और सेआरा राज्यों के तीन अलग-अलग विंड फार्मों में स्थित बारह ऊंचे धातु के टावरों, जिन्हें मौसम संबंधी मस्तूल (meteorological masts) कहा जाता है, से दस लाख से अधिक प्रति घंटा रिकॉर्ड एकत्र किए। ये टावर 78 से 95 मीटर ऊंचे हैं, जो उन टरबाइन हब की ऊंचाई से मेल खाते हैं जहाँ ब्लेड सबसे अधिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं। यह डेटा 2011 या 2015 से लेकर 2025 तक की अवधि को कवर करता है। वैज्ञानिकों ने फिर इन वास्तविक दुनिया के मापों की तुलना भविष्य के जलवायु के कंप्यूटर सिमुलेशन से की, जिसमें 'एटा' (Eta) नामक एक क्षेत्रीय मॉडल का उपयोग किया गया था, जो चार अलग-अलग वैश्विक जलवायु मॉडलों के भीतर समाहित (nested) था। इन सिमुलेशन ने ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन के विभिन्न परिदृश्यों के तहत भविष्य की हवा कैसी हो सकती है, इसका अनुमान लगाया, जो सदी के मध्य तक फैला हुआ है। लक्ष्य यह देखना था कि क्या मॉडल टरबाइन की ऊंचाई पर हवा का सटीक अनुमान लगा सकते हैं और यह निर्धारित करना कि क्या हवा वास्तव में बदल रही है या बस अपने प्राकृतिक चरणों से गुजर रही है।
डेटा जो कहानी बताता है, वह धीमी, स्थिर गिरावट के बजाय नाटकीय उतार-चढ़ाव की है। शोधकर्ताओं ने पाया कि 2015 से 2017 तक हवा असाधारण रूप से मजबूत थी, जो एक बहुत ही मजबूत अल नीनो घटना के साथ मेल खाती थी। फिर, 2018 से शुरू होकर, हवाओं में उल्लेखनीय गिरावट आई और वे 2024 तक शांत बनी रहीं, जो तीन लगातार ला नीना घटनाओं और उष्णकटिबंधीय अटलांटिक में वार्मिंग चरण के एक दुर्लभ क्रम के अनुरूप थी। 2025 तक, हवा फिर से सुधरने लगी। यह पैटर्न एक क्रमिक, रैखिक गिरावट नहीं था जो पवन शक्ति के स्थायी नुकसान का सुझाव दे; इसके बजाय, यह एक अचानक आया कदम था, एक स्तर की गतिविधि से दूसरे स्तर में बदलाव, जिसके बाद उच्च स्तर पर वापसी हुई। रियो ग्रांडे डो नोर्टे के स्थलों में, यह गिरावट सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण थी, जो यदि डेटा के माध्यम से एक सीधी रेखा खींची जाए तो प्रति दशक 5 से 12 प्रतिशत की कमी को दर्शाती है। हालांकि, शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि यह महासागर के साथ तालमेल रखने वाला एक प्राकृतिक, दशकवार परिवर्तनशीलता है, न कि जलवायु परिवर्तन का एक मजबूर संकेत। हवा के सबसे तेज और सबसे शांत वर्ष बस एक ही किताब के अलग-अलग अध्याय थे, जो महासागर के मिजाज से संचालित थे।
जब वैज्ञानिकों ने इन वास्तविक मापों के विरुद्ध कंप्यूटर मॉडल का परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि मॉडल मौसमों की भविष्यवाणी करने में तो अच्छे थे लेकिन विशिष्ट वर्षों की भविष्यवाणी करने में कमजोर थे। सिमुलेशन ने सही ढंग से दिखाया कि हवा अगस्त और नवंबर के बीच सबसे मजबूत होती है और वर्षा ऋतु के दौरान सबसे कमजोर होती है, लेकिन वे वास्तव में हवा की गति का लगातार कम अनुमान लगाते रहे, जो कभी-कभी 36 प्रतिशत तक कम होता था। यह कम अनुमान वर्षा के महीनों के दौरान सबसे गंभीर था, जब मॉडल यह पकड़ने में विफल रहे कि ऊंचे पठारों के ऊपर हवा कैसे तेज होती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि मॉडल विशिष्ट हवादार और शांत वर्षों की भविष्यवाणी नहीं कर सके क्योंकि वे वास्तविक दुनिया के समान कैलेंडर पर नहीं चल रहे थे। इससे एक आश्चर्यजनक खोज हुई कि वैज्ञानिक मॉडल भविष्यवाणियों को स्थानीय पूर्वानुमानों में "अनुवादित" करने के लिए मशीन लर्निंग उपकरणों का उपयोग कैसे करते हैं। उन्होंने पाया कि जब इन उपकरणों को भविष्य के जलवायु परिदृश्यों पर लागू किया गया, तो वे पूरी तरह से विफल रहे। क्योंकि मॉडल और वास्तविक दुनिया तालमेल में नहीं थे, इसलिए मशीन लर्निंग एल्गोरिदम वास्तविक संबंध को सीख नहीं सके। इसके बजाय, उन्होंने केवल डेटा का औसत निकाला, जिससे भविष्य के जलवायु परिवर्तनों के संकेत का केवल एक छोटा सा हिस्सा ही प्रसारित हो सका और प्रभावी रूप से भविष्य के बदलावों के संकेत को छिपा दिया।
एक स्पष्ट तस्वीर पाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक अलग पद्धति का उपयोग किया जो वर्ष-दर-वर्ष पैटर्न को मिलाने के बजाय हवा के सांख्यिकीय वितरण पर केंद्रित थी। उन्होंने ज्ञात पूर्वाग्रहों को ठीक करने के लिए मॉडल डेटा को समायोजित किया, विशेष रूप से वर्षा के मौसम के दौरान कम अनुमान लगाने वाली त्रुटियों को। जब उन्होंने 2025 और 2054 की अवधि के लिए संशोधित अनुमानों को देखा, तो परिणाम आश्चर्यजनक रूप से मामूली थे। मॉडल ने सेआरा के ऊंचे पठारों पर हवा की गति में लगभग 3 से 5 प्रतिशत की मामूली वृद्धि का सुझाव दिया, जबकि रियो ग्रांडे डो नोर्टे के तटीय स्थलों में लगभग कोई बदलाव नहीं दिखा। ये अनुमानित परिवर्तन छोटे हैं, विशेष रूप से उन प्राकृतिक उतार-चढ़ाव की तुलना में जो इस क्षेत्र ने पहले ही अनुभव किए हैं। हाल के अतीत में एक हवादार वर्ष और एक शांत वर्ष के बीच का अंतर, आज और सदी के मध्य के बीच अनुमानित पूरे अंतर से कहीं अधिक बड़ा था। इसके अलावा, विभिन्न कंप्यूटर मॉडल उत्सर्जन के विशिष्ट परिदृश्य पर सहमत होने के बजाय आपस में अधिक असहमत थे, जिसका अर्थ है कि मॉडलों में अनिश्चितता वर्तमान में जलवायु परिवर्तन के संकेत से भी बड़ी है।
इन निष्कर्षों के निहितार्थ ऊर्जा योजनाकारों के लिए यह सोचने के तरीके के लिए बहुत गहरे हैं। अध्ययन सुझाव देता है कि आने वाले दशकों में जलवायु परिवर्तन के कारण उत्तर-पूर्व ब्राजील में पवन संसाधन के गायब होने या ढहने का खतरा नहीं है। यह क्षेत्र पवन ऊर्जा के लिए दुनिया के सबसे अच्छे स्थानों में से एक बना हुआ है। हालांकि, हवा की प्राकृतिक परिवर्तनशीलता वैश्विक तापन की धीमी गति की तुलना में बहुत बड़ा कारक है। आज बनाया गया एक विंड फार्म केवल प्राकृतिक महासागरीय चक्रों के कारण एक दशक तक कमजोर हवाओं का सामना कर सकता है, जो इसके बिजली उत्पादन को काफी कम कर देगा, भले ही दीर्घकालिक जलवायु रुझान स्थिर हो। इसका मतलब है कि नए प्रोजेक्ट्स के लिए ऊर्जा अनुमानों में भविष्य के औसत जलवायु के साथ-साथ इन प्राकृतिक उतार-चढ़ाव को भी ध्यान में रखना चाहिए। शोधकर्ता निष्कर्ष निकालते हैं कि अगले तीस वर्षों के लिए, नियोजन के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारक जलवायु परिवर्तन का संकेत नहीं, बल्कि महासागर की प्राकृतिक लय के अनुकूल होने की क्षमता है। हवा चलती रहेगी, लेकिन इसकी ताकत वैश्विक जलवायु मॉडल द्वारा अनुमानित धीमी परिवर्तनों की तुलना में बहुत बड़े और तत्काल रूपों में घटती-बढ़ती रहेगी।
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