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快速增长的风能产业可能受到风力资源位置变化的挑战

CIRES和RASEI的研究人员表示,下半世纪北半球许多地区的风力资源可能会减少 - 并且可能会在南部的几个热点地区急剧增加。这项首次研究预测全球风能如何随着气候变化而变化,今天出现在“ 自然地球科学”杂志上。

“有很多研究正在研究能源生产转型的潜在气候影响 - 例如从化石燃料转向可再生能源,”主要作者KES Karnauskas,CIRES研究员和大气与海洋科学助理教授(ATOC)在CU工作博尔德。“但并没有那么多关注气候变化对依赖天气的可再生能源(如风能)对能源生产的影响。”

目前风能仅占全球能源消耗的3.7%左右,但全球风电容量正在快速增长 - 每年约20%。Karnauskas及其同事Julie Lundquist和张磊也在ATOC希望更好地了解生产中可能的变化,因此他们转向一套国际气候模型输出来评估全球风能资源的变化。然后,该团队使用风能行业的“功率曲线”将全球风,密度和温度的预测转换为风能生产潜力的估算值。

虽然并非所有气候模型都同意未来会带来什么,但可能存在重大变化,尤其是全球风电潜力的显着不对称。如果二氧化碳排放继续保持高水平,北半球中纬度地区的风力资源可能减少,到2100年南半球和热带地区的风力资源增加。

奇怪的是,该团队还发现,如果排放水平得到缓解,未来几十年降低,他们只会看到北方的风力发电量减少 - 可能无法通过增加南方的电力来应对。

可再生能源决策者通常在风力强劲的地区规划和安装风电场。例如,美国中西部的大草原 - 今天和最近几十年持续刮风 - 点缀着成千上万的涡轮机。虽然新的评估发现,未来二十年这些地区的风力发电量将与今天类似,但到本世纪末可能会大幅下降。

相比之下,澳大利亚东北部潜在的风能产量可能会大幅增加。

Karnauskas及其合着者在模拟结果中发现,在高排放情景下,北方下降和南方风电潜力增加的原因各不相同。在北半球,北极温度较高,削弱了这个寒冷地区与温暖赤道之间的温差。较小的温度梯度意味着中纬度北部地区的风速较慢。

“北美地区的这些减少主要发生在冬季,那时温度梯度应该很强,并且会带来强风,”副教授伦德奎斯特说,他也是一名RASEI研究员。除了北美之外,该团队还发现日本,蒙古和地中海可能减少风力发电。对于正在迅速加速风电发展的日本人来说,这可能是个坏消息。

在南半球,海洋多于陆地,不同的梯度增加:陆地变暖比周围更大的海洋更快。增强的梯度增加了风。风电增加的热点包括:巴西,西非,南非和澳大利亚。

“欧洲是一个很大的问号,”Karnauskas补充道。“我们不知道我们会在那里看到什么。鉴于欧洲已经生产了大量的风能,这几乎是可怕的。” 这个地区(以及其他地区,如美国东南部)的趋势太不确定了:一些模型预测风电增加,而其他模型预测风电增加。

在一个变暖的世界中,未来几十年利用更多风力发电对于试图达到“巴黎气候协议”规定的减排标准的国家来说至关重要。该团队的成果可能有助于全球决策者决定在何处投资该技术。

“气候模型对欧洲,美国中部和内蒙古等高产风能地区将会发生的事情太不确定了,”伦德奎斯特说。“我们需要使用不同的工具来预测未来 - 这项全球性的研究为我们提供了一个路线图,以便我们下一步应该使用更高分辨率的工具。