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一项新的研究指出,在世界各地的山脊、海岸线和其他多风地区涌现的巨型风力涡轮机不仅影响风,还会改变当地的气温。这很可能是因为巨大的叶片切碎了来风,从而更彻底地混合了大气中的不同层。根据美国最古老的风力发电场之一(位于加利福尼亚州棕榈泉附近)的温度读数,一般来说,涡轮机使夜间变暖,白天变冷。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的大气科学家、10月4日在线发表在《美国国家科学院院刊》上的研究的合著者索姆纳特·拜迪亚·罗伊说:“对于大多数地区来说,平均气温可能不会有太大变化,因为变暖和降温的影响可能会相互抵消。” “风力发电正处于爆炸性增长的边缘。它在所有工业经济体的未来能源政策中都占有突出地位。因此,我们有一个独特的机会,可以在问题变得严重之前就解决它。”
罗伊和他的同事贾斯汀·特雷特查看了1989年6月18日至8月9日期间加利福尼亚州圣戈尔戈尼奥风力发电场的温度记录。夏季记录显示,在风力发电场下风处,夜间和清晨的气温仍然较高,而其余时间则较凉爽。
将这些天气数据输入到区域气候模型中,结果表明,这种影响可能是由于风力涡轮机增加了近地表和较高层大气空气的混合。研究人员认为,这可能会对风力涡轮机通常耸立之上的农田产生影响,例如,保护作物免受霜冻。“佛罗里达州的橙农使用巨型风扇来保护他们的作物免受霜冻,”罗伊指出。“就像风力涡轮机一样,这些风扇会产生湍流和混合,在夜间产生近地面的变暖。”
另一方面,凯瑟琳·麦卡洛说,风力涡轮机也习惯于在那种霜冻条件下结冰,偶尔还会抛掷冰块。她的家人在俄勒冈州的同一块土地上拥有一个风力发电场和一个农场。“我们没有注意到塔楼的温度变化,”她说。
像麦卡洛一家拥有的更现代化的风力发电场与棕榈泉附近研究的风力发电场截然不同。圣戈尔戈尼奥风力发电场的风力涡轮机只有23米高,叶片长8.5米,塔楼间距约为120米;现代风力发电场使用的风力涡轮机高约90米,叶片长达40米。“今天的涡轮机通常至少间隔五倍宽,”纽约州奥尔巴尼市风能和太阳能行业的气象和工程顾问公司AWS Truepower的总裁布鲁斯·贝利解释说。“就今天的部署方式而言,这是一项不同的技术。”
事实上,风力开发商已经考虑到了温度效应,因为“上游”涡轮机对“下游”涡轮机的风造成了冲击。“这种近地表温度效应对于我们来说并不是什么新鲜事,”风力涡轮机制造商维斯塔斯的发言人迈克尔·霍尔姆说。“维斯塔斯与我们的客户密切合作,通过在我们绘制包括温度在内的多个天气数据时确定安装风力涡轮机的最佳地点来防止这种情况。”
贝利表示,虽然在项目建设之前会有更多的气象读数——以确保开发商在正确的位置建造每个涡轮机——但通常会保留一两个气象塔来继续测量风速、温度和其他信息。贝利为风力发电场开发商进行了数百次此类气象现场活动。“许多项目都会测量温度,”他指出,尽管这些不一定是本文中详细描述的地面测量值。“这是一个标准测量值,因为他们需要知道空气密度来确定涡轮机的功率输出。”
然而,据罗伊说,罗伊和特雷特未能获得任何此类数据。“风力发电场的业主/运营商可能已经拥有这些数据,但这些数据在公共领域是不可用的,”他说。
根据研究结果,研究人员建议要么设计风力涡轮机转子以尽量减少湍流,要么将风力发电场选址在自然大气湍流高的地区,如美国中西部或北欧和中国的大部分地区,以减少任何必要的表面温度影响。当然,风力发电场通常恰好在这些湍流地点涌现,因为那里风力最强——而且正是通过捕获风中的能量,它们才会首先产生更多的湍流,这正是风力涡轮机的设计目的,风力分析和预测公司WindLogics的首席执行官马克·阿尔斯特罗姆说。
至于随着越来越多风力发电场的建成,可能会产生更大的影响,至少罗伊仍然持怀疑态度。“在提交给另一家期刊的后续研究中,我们发现这些影响仅限于风力发电场周围的一小块区域,”他说,尽管一些对覆盖数十万平方公里的风力涡轮机进行的建模研究表明,如此大规模的风力发电场可能会影响全球气候。“我认为,这些风力发电场,特别是如果它们间隔足够远,就不会产生全球范围的影响。”
只有一个例外:通过利用风能而不是燃烧煤炭或天然气来发电,可以减少二氧化碳的排放,二氧化碳是改变全球气候的主要温室气体。或者,正如罗伊所说,“风能很可能成为解决全球变暖问题的一部分。”