大规模的美国风力发电将导致需要大约一个世纪才能抵消的变暖

2019-07-14 16:04:48
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从目前的21世纪变暖预测来看,从风中提取能量会产生较小的气候影响,但与使用太阳能将美国的电力排放减少到零的影响相比,气候影响较大。研究人员报告了关于增加风力如何影响气候的最精确建模,发现大型风力发电会使美国大陆的温度升高0.24摄氏度,因为风力涡轮机会在大气中重新分配热量。

所有大型能源系统都具有环境影响,能够比较可再生能源的影响是规划未来煤炭或天然气发电的未来的重要一步。从目前的21世纪变暖预测来看,从风中提取能量会产生较小的气候影响,但与使用太阳能将美国的电力排放减少到零的影响相比,气候影响较大。10月4日在Joule杂志上发表的研究报告报告了关于风力增加将如何影响气候的最精确建模,发现大型风力发电将使美国大陆的温度升高0.24摄氏度,因为风力涡轮机在大气中重新分配热量。

哈佛大学工程与公共政策教授,资深作者大卫基思说:“风能通过任何环境措施击败煤炭,但这并不意味着它的影响可以忽略不计。”“我们必须迅速从化石燃料转变为停止碳排放。在此过程中,我们必须在各种低碳技术之间做出选择,所有这些技术都会产生一些社会和环境影响。”

“风力涡轮机发电也会改变大气流量,”第一作者Lee Miller说。“这些影响会重新分配大气中的热量和水分,影响气候。我们试图在大陆范围内模拟这些影响。”

为了比较风能和太阳能的影响,Keith和Miller首先使用标准天气预报模型建立了2012 - 2014年美国气候的基线。然后,他们增加了覆盖美国大陆三分之一的大气层的影响,其中有足够的风力涡轮机来满足当前的美国电力需求。如果风能在本世纪下半叶脱碳能源系统中起主要作用,这是一个相关的情景。这种情况会使美国大陆的表面温度升高0.24摄氏度。

他们的分析侧重于气候影响和效益的比较。他们发现,与风相关的温室气体浓度降低需要一个世纪才能抵消这种影响。该时间尺度大致独立于其场景中的总风力发电的具体选择。

“风力的直接气候影响是即时的,而利益的积累缓慢,”基思说。“如果你的观点是未来10年,那么风电在某些方面实际上比煤炭或天然气更具气候影响。如果你的观点是下一千年,那么风能比煤或天然气更清洁。”

以前的十多项研究现已观察到美国风电场造成的局部变暖。Keith和Miller将他们的模拟变暖与观测结果进行了比较,发现观测和模型之间存在粗略的一致性。

他们还将风力发电的影响与先前对太阳能对气候影响的预测进行了比较。他们发现,对于相同的能量产生率,太阳能的影响将比风力小约10倍。但这两种能源都有其优点和缺点。

“就每单位能源发电的温差而言,太阳能发电的影响比风力小10倍,”米勒说。“但还有其他考虑因素。例如,太阳能发电场密集,而风力发电机之间的土地可以共同用于农业。”风力涡轮机的密度和它们运行的​​时间也会影响气候影响。

基思和米勒的模拟并未考虑对全球尺度气象的任何影响,因此,如此风电的部署可能如何影响其他国家的气候仍然存在一些不确定性。

“这项工作不应被视为对风力发电的基本批评。风的一些气候影响可能是有益的。因此,应该将这项工作视为评估这些影响的第一步,”基思说。“我们的希望是,我们的研究结合最近的直接观察,标志着风力发电的气候影响开始在关于能源系统脱碳的战略决策中得到认真考虑的转折点。”

基思和米勒还有一篇相关论文,“基于观测的太阳能和风能容量因子和功率密度”,将于10月4日发表在“环境研究快报”上,该论文使用观测资料验证了这里模拟的单位面积发电率。

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