所有大型能源系統(tǒng)都會對環(huán)境造成影響，比較可再生能源影響的能力是規(guī)劃未來沒有煤炭或天然氣發(fā)電的重要一步。與21世紀變暖的當前預測相比，從風中提取能量產生的氣候影響較小，但是與將太陽能將美國的電力排放降低至零的影響相比，氣候影響較大。10月4日發(fā)表在《焦耳》雜志上的研究報告報告了迄今為止最準確的風能發(fā)電建模將如何影響氣候的模型，發(fā)現(xiàn)大規(guī)模風力發(fā)電將使美國大陸升溫0.24攝氏度，因為風力渦輪機會在大氣中重新分配熱量。

 

哈佛大學工程與公共政策教授戴維·基思(David Keith)說：“風能以任何環(huán)境措施擊敗煤炭，但這并不意味著其影響可以忽略不計。”“我們必須迅速從化石燃料過渡以停止碳排放。為此，我們必須在各種低碳技術之間做出選擇，所有這些技術都會對社會和環(huán)境產生影響。”

 

第一作者李·米勒(Lee Miller)說：“風力渦輪機不僅發(fā)電，而且還能改變大氣流量。”“這些影響會重新分配大氣中的熱量和水分，從而影響氣候。我們試圖在大陸范圍內模擬這些影響。”

 

為了比較風能和太陽能的影響，Keith和Miller首先使用標準天氣預報模型為2012-2014年美國氣候確定了基線。然后，他們增加了對美國大氣的影響，使其擁有足夠的風力渦輪機來覆蓋美國大陸的三分之一，以滿足當今美國的電力需求。如果風能在本世紀下半葉在使能源系統(tǒng)脫碳中發(fā)揮重要作用，則這是一個相關的方案。這種情況會使美國大陸的表面溫度升高0.24攝氏度。

 

他們的分析重點是比較氣候影響和利益。他們發(fā)現(xiàn)，大約需要一個世紀的時間才能通過與風有關的溫室氣體濃度降低來抵消這種影響。此時間表大致獨立于他們的方案中風力發(fā)電總量的具體選擇。

 

基思說：“風力發(fā)電對氣候的直接影響是立竿見影的，而收益卻是緩慢累積的。”“如果您的觀點是未來十年，那么風力發(fā)電在某些方面實際上比煤炭或天然氣對氣候的影響更大。如果您的觀點是未來一千年，那么風力發(fā)電將比煤炭或天然氣清潔得多。”

 

現(xiàn)在，已有十多項研究觀察到美國風電場引起的局部變暖。Keith和Miller將他們模擬的升溫與觀測值進行了比較，發(fā)現(xiàn)觀測值與模型之間存在大致一致性。

 

他們還將風能的影響與太陽能對氣候的影響的先前預測進行了比較。他們發(fā)現(xiàn)，在相同的能源產生速率下，太陽能的影響將比風的影響小約10倍。但是兩種能源都有其優(yōu)點和缺點。

 

米勒說：“就每單位能源產生的溫差而言，太陽能產生的影響比風產生的影響少約十倍。”“但是還有其他考慮因素。例如，太陽能農場密集，而風力渦輪機之間的土地可以被聯(lián)合用于農業(yè)。”風力渦輪機的密度及其運行的時間也會影響氣候影響。

 

Keith和Miller的模擬并未考慮對全球氣象的任何影響，因此仍不確定在這種風能的部署如何影響其他國家的氣候。

 

Keith說：“不應將這項工作視為對風力發(fā)電的基本批判。某些風的氣候影響可能是有益的。因此，應該將這項工作視為對評估這些影響進行更認真評估的第一步。”“我們的希望是，我們的研究與最近的直接觀察相結合，標志著一個轉折點，風能的氣候影響開始在有關使能源系統(tǒng)脫碳的戰(zhàn)略決策中得到認真考慮。”

 

Keith和Miller還發(fā)表了一篇相關論文“基于觀測的太陽能和風能發(fā)電的功率因數(shù)和功率密度”，該論文于10月4日發(fā)表在《環(huán)境研究快報》上，該論文使用觀測值驗證了此處模擬的單位面積發(fā)電量。