全球變暖，北半球風力會減弱？

　　北極增暖相對更為明顯。

　　美國科羅拉多大學研究人員不久前在《自然·地球科學》期刊發(fā)表最新研究成果，指出全球變暖或?qū)κ澜绶秶鷥?nèi)的風能資源分布產(chǎn)生深遠影響。到本世紀中后期，北半球可供利用的風能資源將大量減少，南半球一些地區(qū)風能資源則可能急劇增加，風電開發(fā)潛力整體向南轉(zhuǎn)移。

　　1.風能資源分布或向南半球轉(zhuǎn)移

　　極地冷，赤道暖，南北半球中緯度地帶常年盛行西風，也叫熱成風。這一道風帶中，平均風速比其他地方更大，聚集了大量的風能資源，并覆蓋了包括中國在內(nèi)的北半球許多國家。在氣候變化的背景下，中緯度西風帶的變化會直接影響風能資源的利用潛力。

　　美國科羅拉多大學的最新研究成果認為，全球變暖或?qū)κ澜绶秶鷥?nèi)的風能資源分布產(chǎn)生深遠影響。到本世紀中后期，北半球可供利用的風能資源將大量減少，南半球一些地區(qū)風能資源則可能急劇增加。

　　研究人員利用超級計算機的模擬結(jié)果，對未來兩種不同的溫室氣體排放情景下風能資源的演變進行探討。第一種是中等排放情景，假定碳排放量在本世紀中葉達到最高，隨后保持穩(wěn)定；到本世紀末，大氣中二氧化碳濃度約為目前濃度的1.5倍，全球平均氣溫增暖1.1至2.6攝氏度。第二種是高排放情景，對應能源結(jié)構(gòu)改善緩慢、缺乏氣候應對措施的發(fā)展模式，碳排放量將持續(xù)增加，大氣中二氧化碳濃度在本世紀末超過當前3倍，全球氣溫升高2.6至4.8攝氏度。

　　結(jié)果顯示，無論在中等排放情景還是在高排放情景下，北半球的風能資源都將整體顯著減少，尤其是包括中國西北、西伯利亞、東北亞、美國、加拿大、英國、地中海沿岸等在內(nèi)的中緯度地區(qū)，即沿北半球西風帶一線。在高排放情境下，到本世紀末，內(nèi)蒙古至東北一帶的風能資源甚至將減少10%到20%。

　　南半球的風能資源在中等排放情景下變化不大，在高排放情境下卻將整體大幅增加。尤其在高排放情景下，到本世紀末，巴西東部和澳大利亞東北部的風能資源將迅猛增加超過40%。

　　2.原因在于南北極增暖幅度不同

　　這種差異的產(chǎn)生，或歸根于全球變暖以不同方式影響南北半球的風帶演變。在北半球，北極增暖與海冰消融是一個互相促進的正反饋過程，以至于在全球變暖的大背景下，極地增暖更為明顯；于是，赤道與極地之間的溫度梯度被削弱，中緯度西風帶風速整體減小。一些模擬結(jié)果也指出，由于高緯度增暖顯著，中緯度地區(qū)南北側(cè)的冷暖對峙減弱，風暴系統(tǒng)的活動整體減少，也是風能資源減少的一個原因。

　　而在南半球，尤其在高排放情景下，南極增暖不如南美中部、非洲南部和澳洲的陸上增暖明顯。這部分大陸與同緯度海洋間的溫度梯度增大，成為主導風帶強度變化的因素。陸地變暖更快，陸上熱低壓增強，海陸氣壓梯度增大，風速增大，風能資源因此增加。除南極洲外，南半球大陸主要分布在熱帶和副熱帶地區(qū)，所以整體風能資源的增加也以熱帶和副熱帶最為明顯。而值得一提的是，在南美和澳洲的中高緯地區(qū)，風能資源仍趨于減少，和北半球類似。

　　3.北歐極端大風出現(xiàn)幾率反而增高

　　西風帶內(nèi)常見南北冷暖氣團的對峙，又叫鋒面。如果大氣中有小擾動發(fā)生，譬如某一方氣團主動移向另一方，氣團運動軌跡在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，就會誘生出大尺度的大氣渦旋，又叫鋒面氣旋。從氣候角度而言，鋒面氣旋頻繁發(fā)生并通過的地區(qū)，便是“位于風暴軌跡上”的地區(qū)，平均風速也通常比其它區(qū)域更大。

　　但想要利用風能，并非風越大越好。極端的猛烈陣風反而會對風車造成破壞。風車的設(shè)計一般基于能應對若干年（譬如50年）一遇的最大風等等標準，這個標準跟當?shù)貧夂虮尘暗慕y(tǒng)計數(shù)據(jù)直接相關(guān)。

　　科學家們使用超級計算機對北歐的模擬結(jié)果表明，若全球氣候變暖，中緯度的“風暴軌跡”會整體向北移動，鋒面氣旋的數(shù)量會減少，但單個風暴的強度增強。由此一來，北歐地區(qū)的極端大風出現(xiàn)頻率會升高，強度也會增大。這對按過往氣候數(shù)據(jù)標準設(shè)計的風車而言不是好消息，也意味著新建風電場必須考慮在將來承受更強的風暴襲擊的可能性。

　　與可能增大的極端大風相對應，海上的極端大浪也會隨之增大。對北大西洋未來風浪演變的研究表明，目前“20年一遇”的大浪，在2080年可能每4至12年就會出現(xiàn)一次；對歐洲北海的氣候模擬顯示，到21世紀末，海浪平均高度會上升5%至8%。由于陸上空間有限且摩擦阻力更大，海上風力發(fā)電正是當下發(fā)展的熱門方向；而風和浪的雙重考驗，對中緯度地區(qū)近海風電場的建造提出了新的挑戰(zhàn)。不過，在緯度稍低的地區(qū)，譬如地中海沿岸，由于風暴軌跡朝北移動，未來氣候展望中的風浪反而會減小。

　　4.增暖對于高緯度地區(qū)是把雙刃劍

　　在高緯度或北極地區(qū)，寒冷的天氣是阻礙風能發(fā)電推廣應用的一個原因。風車葉片暴露在零下溫度的潮濕空氣中存在結(jié)冰的風險，而一旦結(jié)冰，葉片將失去平衡、阻力增大，風電轉(zhuǎn)換的效率將因此降低，而且存在安全隱患。據(jù)統(tǒng)計，在芬蘭，9%-45%的風車停轉(zhuǎn)事件都和結(jié)冰有關(guān)。當然，設(shè)計不易聚集冰雪的葉片、使用電流加熱等方法，能一定程度上克服結(jié)冰的問題，但這也會讓運行和維護的成本變高。

　　氣候變暖對于這些地區(qū)而言可能是一個好消息。超級計算機模擬結(jié)果顯示，無論假設(shè)的升溫是大是小，在本世紀末，高緯度地區(qū)的霜期均會明顯縮短，結(jié)冰頻數(shù)大幅下降。在斯堪的納維亞半島的一些地方，結(jié)冰頻率甚至將會下降100%。與此同時，由于風暴軌跡北移，高緯度帶也會更頻繁受鋒面氣旋系統(tǒng)影響，潛在風能資源變得更充足。于是，一些原本不適宜布局風電場的區(qū)域，將來可能成為開辟風能資源的新領(lǐng)地。

　　與氣溫上升相對應，高緯永凍土地帶也會因而縮減，而這會帶來利弊兩方面的影響。一來由于凍土層的范圍和深度減小，輸電線路鋪設(shè)、風電場建造等會變得更加方便；二來若凍土層持續(xù)消融，風車基座如何設(shè)計也成了問題，因為風車和土壤之間的受力和支撐關(guān)系將持續(xù)改變，稍不平衡就會有倒伏的風險。如何權(quán)衡其中得失，減小風險擴大效益，還得靠工程師們的智慧頭腦。

　　不僅對陸上風電場，增暖對于高緯地區(qū)的海上風電場也有多重影響，尤其對海上風電場數(shù)量增長最快的區(qū)域——歐洲而言。對未來海冰演變的研究發(fā)現(xiàn)，北波羅的海及波的尼亞灣一帶的海冰覆蓋天數(shù)將從目前的130-170天減少到本世紀后期的0-90天，不少區(qū)域甚至將終年不封凍。而海冰減少會使海上風車的基座穩(wěn)定性變差，且更易受到大風大浪的破壞。與此同時，海平面上升也會增加風車基座被淹沒的風險。不過，冰川消融會使海水鹽度降低，這將有利于減緩海水對風車基座和傳輸線路材料的腐蝕。

　　延伸閱讀

　　酒泉等風電場潛力或下降

　　目前，世界最大的風力發(fā)電基地位于我國甘肅酒泉。截止到2012年，風電裝機容量已超6000百萬瓦特，相當于能供給英國全國的電力需求，而這一數(shù)字還在不斷上升中。甘肅位于我國西北-蒙古地區(qū)風能富集帶，常年風速較大，風能密度超過150瓦特每平方米，是我國投建風電廠的理想場所，也對當?shù)鼐蜆I(yè)、稅收、經(jīng)濟發(fā)展起到了重要促進作用。若氣候變暖持續(xù)，這一區(qū)域的風電潛力很可能隨之下降，現(xiàn)有風電設(shè)備的潛力無法得到充分發(fā)揮。包括中國和美國兩大能源消費巨頭在內(nèi)，北半球中緯度地帶的許多國家都將面臨同樣的問題，這也將給人類節(jié)能減排目標的實現(xiàn)增添更多壓力。

　　研究人員指出，當前風力發(fā)電能力的評估和布局大多基于過去的氣候資料統(tǒng)計，而很少考慮受將來大氣環(huán)流受人類活動影響發(fā)生變化后對風能資源分布的影響。新研究對未來風電廠布局的經(jīng)濟性和可持續(xù)性、為決策者衡量和規(guī)劃替代能源的策略提供了新的參考。

?

?

相關(guān)鏈接：

?