所有大型能源系統(tǒng)都會對環(huán)境造成影響,比較可再生能源影響的能力是規(guī)劃未來沒有煤炭或天然氣發(fā)電的重要一步。與21世紀(jì)變暖的當(dāng)前預(yù)測相比,從風(fēng)中提取能量產(chǎn)生的氣候影響較小,但是與將太陽能將美國的電力排放降低至零的影響相比,氣候影響較大。10月4日發(fā)表在《焦耳》雜志上的研究報告報告了迄今為止最準(zhǔn)確的風(fēng)能發(fā)電建模將如何影響氣候的模型,發(fā)現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電將使美國大陸升溫0.24攝氏度,因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)會在大氣中重新分配熱量。
哈佛大學(xué)工程與公共政策教授戴維·基思(David Keith)說:“風(fēng)能以任何環(huán)境措施擊敗煤炭,但這并不意味著其影響可以忽略不計(jì)。”“我們必須迅速從化石燃料過渡以停止
碳排放。為此,我們必須在各種低碳技術(shù)之間做出選擇,所有這些技術(shù)都會對社會和環(huán)境產(chǎn)生影響。”
第一作者李·米勒(Lee Miller)說:“風(fēng)力渦輪機(jī)不僅發(fā)電,而且還能改變大氣流量。”“這些影響會重新分配大氣中的熱量和水分,從而影響氣候。我們試圖在大陸范圍內(nèi)模擬這些影響。”
為了比較風(fēng)能和太陽能的影響,Keith和Miller首先使用標(biāo)準(zhǔn)天氣預(yù)報模型為2012-2014年美國氣候確定了基線。然后,他們增加了對美國大氣的影響,使其擁有足夠的風(fēng)力渦輪機(jī)來覆蓋美國大陸的三分之一,以滿足當(dāng)今美國的電力需求。如果風(fēng)能在本世紀(jì)下半葉在使能源系統(tǒng)脫碳中發(fā)揮重要作用,則這是一個相關(guān)的方案。這種情況會使美國大陸的表面溫度升高0.24攝氏度。
他們的分析重點(diǎn)是比較氣候影響和利益。他們發(fā)現(xiàn),大約需要一個世紀(jì)的時間才能通過與風(fēng)有關(guān)的溫室氣體濃度降低來抵消這種影響。此時間表大致獨(dú)立于他們的方案中風(fēng)力發(fā)電總量的具體選擇。
基思說:“風(fēng)力發(fā)電對氣候的直接影響是立竿見影的,而收益卻是緩慢累積的。”“如果您的觀點(diǎn)是未來十年,那么風(fēng)力發(fā)電在某些方面實(shí)際上比煤炭或天然氣對氣候的影響更大。如果您的觀點(diǎn)是未來一千年,那么風(fēng)力發(fā)電將比煤炭或天然氣清潔得多。”
現(xiàn)在,已有十多項(xiàng)研究觀察到美國風(fēng)電場引起的局部變暖。Keith和Miller將他們模擬的升溫與觀測值進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)觀測值與模型之間存在大致一致性。
他們還將風(fēng)能的影響與太陽能對氣候的影響的先前預(yù)測進(jìn)行了比較。他們發(fā)現(xiàn),在相同的能源產(chǎn)生速率下,太陽能的影響將比風(fēng)的影響小約10倍。但是兩種能源都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
米勒說:“就每單位能源產(chǎn)生的溫差而言,太陽能產(chǎn)生的影響比風(fēng)產(chǎn)生的影響少約十倍。”“但是還有其他考慮因素。例如,太陽能農(nóng)場密集,而風(fēng)力渦輪機(jī)之間的土地可以被聯(lián)合用于農(nóng)業(yè)。”風(fēng)力渦輪機(jī)的密度及其運(yùn)行的時間也會影響氣候影響。
Keith和Miller的模擬并未考慮對全球氣象的任何影響,因此仍不確定在這種風(fēng)能的部署如何影響其他國家的氣候。
Keith說:“不應(yīng)將這項(xiàng)工作視為對風(fēng)力發(fā)電的基本批判。某些風(fēng)的氣候影響可能是有益的。因此,應(yīng)該將這項(xiàng)工作視為對評估這些影響進(jìn)行更認(rèn)真評估的第一步。”“我們的希望是,我們的研究與最近的直接觀察相結(jié)合,標(biāo)志著一個轉(zhuǎn)折點(diǎn),風(fēng)能的氣候影響開始在有關(guān)使能源系統(tǒng)脫碳的戰(zhàn)略決策中得到認(rèn)真考慮。”
Keith和Miller還發(fā)表了一篇相關(guān)
論文“基于觀測的太陽能和風(fēng)能發(fā)電的功率因數(shù)和功率密度”,該
論文于10月4日發(fā)表在《環(huán)境研究快報》上,該論文使用觀測值驗(yàn)證了此處模擬的單位面積發(fā)電量。
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