评论:气候变化可能威胁到风能资源

February 13, 2018

wind

为了应对气候变化、减轻空气污染,并建立起更强的能源独立性,中国正在全国范围内大力推进可再生能源转型,并已成为世界最大的风力发电消费市场。中国目前风力发电装机容量占世界总量的三分之一以上。但是,最近发表于《自然科学报告》(Nature Scientific Reports)并被《华盛顿邮报》报道的一篇论文研究发现,气候变化可能会威胁风能资源,而目前各国都依赖风能作为一项重大战略资源,来实现《巴黎协定》定下的 保持全球气温上升低于2摄氏度的目标。

哈佛大学中国项目特此采访该论文的作者之一,博士生Peter Sherman,来深入讨论他们团队的最新发现。

Peter,你们最近在《自然科学报告》上发表了一篇论文。你能向我们介绍一下这篇论文的内容吗?你们调研的课题是什么?

Mike McElroy教授和陈新宇博士后研究员的带领下,我们观察了中国从1979年至2015年37年间风力值的变化。我们使用了美国国家航空航天局(NASA)的数据组,这些数据结合了模型数据和观测站观测数据,据此我们观察这些年来风力的变化情况,以及这些变化对风能资源可能的影响。

你们发现了什么?得出了哪些结论?

我们发现,在过去的37年间中国风速呈下降趋势,尤其是在那些已经建立了大量风电场的地区,主要是内蒙古西部和华北地区。那些地区不仅风速高,而且拥有合适的地理环境条件,十分适宜安装风力发电机。我们发现,这些地区风速的下降与地区和全球地表温度的上升有很强的关联性,这从物理意义上是说得通的。由此,我们得出结论:由于存在地表温度上升和风速下降趋势,气候变化可能对风力下降趋势有着相当重大的影响,而且这一影响可能会持续到未来。

你能简单解释一下地表温度的上升是如何影响风速的吗?

简单来说,压力差产生了风。如果一个区域气压高,而另一个区域气压低,就会形成风。很多时候压力差来自于陆地和海洋之间的温差。如果陆地温度升高快于海洋,那么温差就会缩小,风速也会因此减弱。我们认为,这就是目前中国正在发生的现象。

你认为你们的研究发现将会如何影响中国的风力装机和能源转型呢?

我认为这不会影响中国对风力装机和能源转型的规划。即使风速在不断下降,但风能依然是非常重要的资源,而且在未来会成为更主要的能源,因为大家都知道使用煤炭不利于环境保护。所以即便风力资源的潜力在下降,但它依然很有用。中国比较担心的一点就是弃风问题。风能是一种可变资源,当风很大而我们没能使用完所有的风力时,我们没有办法储存住这些风力,就浪费掉了。而中国尤其需要研究的是能源的储存方法,譬如电池,用以储存用不掉的多余的风能。

1979年至2015年37年间中国风力百分比变化地图。图例范围上至风力上升30%(红色),下至风力下降30%(蓝色)。图中部分区域由于被认为不适宜安装风力发电机或安装风力发电机不经济而留白,如城市区域、林地等。

 

你们的研究发现都如你们预期的一致吗?有没有什么出乎意料的地方?

过去曾有论文讨论过中国风能潜力下降的现象,但我们没料到那些风能潜力巨大的地区下降的幅度会这么大,而下降得最厉害得恰恰就是那些地区,这有点出乎我们的意料。

你们的研究有没有引出一些新的问题?

我们现在计划研究可以预测风速变化的气候模型,看看这些模型是否也能证明风速下降的趋势,以及这种趋势是否会影响中国的风能资源。

有些读者可能对风能这个话题知之甚少,但又非常担忧环境和气候的变化,尤其现在有很多关于以能源转型应对气候变化的必要性这种讨论,那你最希望读者从你们这篇论文中学到什么?

气候变化对整个能源系统的影响极为广泛。风能作为未来保护环境的一种极为重要的能源,它本身也是受气候变化影响的,我希望读者能牢记这一点。

你是怎样加入这项研究的?

我在大三寒假的时候寻找暑期可以做的研究项目,在网上搜索了各种感兴趣的研究项目的教授信息后,找到了Mike McElroy教授并联系了他。他提供给我一个哈佛大学中国项目研究助理的职位,我非常感兴趣,当时立马就答应了,做的也很开心,也因此认识了中国项目的博士后陈新宇。

从哈佛大学中国项目的研究助理到成为哈佛的博士生,这个转变感觉如何?你怎么决定来哈佛读博士的?

这个转变对我来说不难,基本上就在做我暑期研究助理差不多的工作。我一直想来哈佛读书,而和Mike McElroy教授和新宇一起工作的经历让我更加坚定来哈佛读书的决心。我感到这里的工作环境很好,每个人都愿意在工作上互相帮忙,也都很乐意和你交流。申请研究院的时候,我其实还有一些其他的选择,但我非常喜欢这里坦诚互助的氛围,觉得这里对我是最好的选择。

引用文章:

Peter Sherman, Xinyu Chen, and Michael B. McElroy. 2017. “Wind-generated electricity in China: Decreasing potential, inter-annual variability, and association with climate change.” Scientific Reports 7.

Peter Sherman本科毕业于英国伦敦帝国学院,现为哈佛大学地球与行星科学系在读博士生。他感兴趣的研究课题十分广泛,特别是绿色科技及天气对其的影响、一般气候模型等。