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风电场能造成风速衰减 影响局地气温

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摘要:风电场能造成风速衰减 影响局地气温
为了减缓全球变暖,大力发展清洁能源、可再生能源的呼声越来越高。风能是清洁能源的一个重要方面,风能资源的利用在全球许多地区得到广泛的发展,越来越多的大型风电场正在建立和投入运行。

在风电场建设发展中,人们对天气气候条件、气候变化对风电场的影响做了很多研究。但是,任何事物的作用都是相互的,风电场的建设是否会对气温、风速、甚至是气候变化产生影响?

风电场使下游风速变慢

清华大学地球系统科学研究中心赵宗慈教授表示,近年来国内外一些专家,利用气象观测资料,对风电场建设前后、风电场上下游区域的各气象要素进行对比;同时,利用气候模式模拟风电场的局地气候效应,对风电场对局地风速的影响进行了研究。

“国内外都得到了一致结论,即风电场对局地风速有明显影响,会造成下游风速减小。”赵宗慈说。

赵宗慈以丹麦一个风电场的观测资料为例,说明了风电场对局地风速的影响进入这个风电场的风速是8至9米/秒,经过风电场运行对动量的吸收,以及风机的摩擦力作用,在风电场的下风方向观测的风速明显减弱,其下风处6公里的风速与原有风速比率为0.86,下风8公里处的比率是0.88,下风11公里处的比率是0.90,虽然随着距离增加风速在缓慢回升,但仍未恢复到原有水平。

国外一些科学家利用数值模拟,证实了风电场对风速的衰减效应。中国气象局公共气象服务中心高级工程师江滢说,国外科学家利用一个中尺度模式,在900平方公里的范围内分别设置了1个、9个和36个风电场,计算相应风速在不同位置的变化。计算结果表明,风电场的作用使得风速明显衰减,进入风电场的风速是8至9米/秒,风电场最大衰减后风速只有5米/秒,在20公里范围内保持大的衰减,距离更远风速开始回升,风电场影响风速衰减的距离可以达到30公里至60公里。

局地气温明显变化

风电场除了使下游风速减慢,对局地气候还有哪些影响?国内外科学家的结论是,风电场会使下游气温产生变化。

赵宗慈教授列举了美国加州一个风电场观测数据这个风电场风机高23米,叶片长8.5米,共有41排,间隔120米。风电场上风位置和下风位置的测风塔,给出了1989年6月中到8月初近两个月内每天的气温观测数据。

“从数据上看,风电场从凌晨1时至早7时具有增暖效应;在白天13时至晚上21时则具有降温效应,而且这种效应很明显。”赵宗慈说。

江滢介绍说,国外专家利用区域大气模拟系统,选择2008年至2009年四个季节作了306个模拟试验。设计在美国西部加入一个小风电场,共有21个风机,每个涡轮高100米,旋转叶片直径100米。利用数值模式计算,得到了与观测数据基本一致的结果。

是什么原因导致了风电场对气温的影响?这种影响又为什么是时而增温、时而降温?赵宗慈解释说,风电场在工作期间加强了垂直混合:夜间稳定大气的暖层在冷层之上,加强垂直混合,造成暖空气下行冷空气上行,导致近地面变暖;白天不稳定大气的冷空气在暖空气上面,湍流促进混合,冷空气下行暖空气上行,造成近地面变冷。风电场对气温的影响取决于近地大气层的稳定度,不同的稳定度造成风电场对近地层气温或变暖或变冷的效应。

对全球气候变化的影响尚待研究

在研究风电场对局地气候影响的同时,风电场对全球气候的影响,也是国内外气象专家研究和争论的另一个重点。 据专家介绍,国外一些数值模拟研究表明,全球大面积风电场的建立和运行可能对气候变化产生影响。例如,可能造成到21世纪后期全球年平均增暖0.05℃至0.73℃,全球风速将可能明显减小,还可能引起相应其它的气候变化。

江滢说,国外有些科学家曾利用美国两个全球大气环流模式,在北美中部、欧洲和东亚三个风能资源丰富的区域设置风电场,假设到2100年全球使用风能占总能源的10%以上,研究对全球气候的影响。数值计算得出这样的结论,即风电场的影响不只是局地的,大面积风电场的设置对全球和洲际尺度气候变化的影响不可忽视,特别是风电场对某些地区近地层气温影响可高达±1℃至2℃。

但是,赵宗慈也坦言,到目前为止国内外的研究只是基于气候模式得出的结论。由于风电场对全球气候变化影响的研究还比较少,加之气候模式的不确定性以及风电场模拟试验设计的不确定性,因此大面积建立风电场的全球气候效应在业内还存在很多分歧和争论,需要做更多的数值试验和研究。

由于风电场对局地气候会产生一定的影响,专家建议,在风电场的建设中需要注意风电场之间的间距,以便减小风电场之间不必要的相互干扰和影响;另外,气象观测场需要与风电场保持一定距离,以确保气象观测资料的准确性和不受风电场干扰;同时,可以通过改造风机,提高风机效益,选取风力资源丰富、下垫面适合的地区建立风电场,以减小风电场对局地气候的影响。

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