全球變暖或將影響風能資源分布 風電開發潛力南移

　　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》期刊發表最新研究成果，指出全球變暖或將對世界范圍內的風能資源分布產生深遠影響。到本世紀中后期，北半球可供利用的風能資源將大量減少，南半球一些地區風能資源則可能急劇增加，風電開發潛力整體向南轉移。

　　1.風能資源分布或向南半球轉移

　　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，並覆蓋了包括中國在內的北半球許多國家。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，全球變暖或將對世界范圍內的風能資源分布產生深遠影響。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，對應能源結構改善緩慢、缺乏氣候應對措施的發展模式，碳排放量將持續增加，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、地中海沿岸等在內的中緯度地區，即沿北半球西風帶一線。在高排放情境下，到本世紀末，內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.原因在於南北極增暖幅度不同

　　這種差異的產生，或歸根於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，以至於在全球變暖的大背景下，極地增暖更為明顯﹔於是，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。一些模擬結果也指出，由於高緯度增暖顯著，中緯度地區南北側的冷暖對峙減弱，風暴系統的活動整體減少，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，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，風能資源仍趨於減少，和北半球類似。

　　3.北歐極端大風出現幾率反而增高

　　西風帶內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生，譬如某一方氣團主動移向另一方，氣團運動軌跡在地轉偏向力的作用下發生偏轉，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，鋒面氣旋頻繁發生並通過的地區，便是“位於風暴軌跡上”的地區，平均風速也通常比其它區域更大。

　　但想要利用風能，並非風越大越好。極端的猛烈陣風反而會對風車造成破壞。風車的設計一般基於能應對若干年（譬如50年）一遇的最大風等等標准，這個標准跟當地氣候背景的統計數據直接相關。

　　科學家們使用超級計算機對北歐的模擬結果表明，若全球氣候變暖，中緯度的“風暴軌跡”會整體向北移動，鋒面氣旋的數量會減少，但單個風暴的強度增強。由此一來，北歐地區的極端大風出現頻率會升高，強度也會增大。這對按過往氣候數據標准設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%。由於陸上空間有限且摩擦阻力更大，海上風力發電正是當下發展的熱門方向﹔而風和浪的雙重考驗，對中緯度地區近海風電場的建造提出了新的挑戰。不過，在緯度稍低的地區，譬如地中海沿岸，由於風暴軌跡朝北移動，未來氣候展望中的風浪反而會減小。

　　4.增暖對於高緯度地區是把雙刃劍

　　在高緯度或北極地區，寒冷的天氣是阻礙風能發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冰的風險，而一旦結冰，葉片將失去平衡、阻力增大，風電轉換的效率將因此降低，而且存在安全隱患。據統計，在芬蘭，9%-45%的風車停轉事件都和結冰有關。當然，設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冰的問題，但這也會讓運行和維護的成本變高。

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

　　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。一來由於凍土層的范圍和深度減小，輸電線路鋪設、風電場建造等會變得更加方便﹔二來若凍土層持續消融，風車基座如何設計也成了問題，因為風車和土壤之間的受力和支撐關系將持續改變，稍不平衡就會有倒伏的風險。如何權衡其中得失，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，增暖對於高緯地區的海上風電場也有多重影響，尤其對海上風電場數量增長最快的區域——歐洲而言。對未來海冰演變的研究發現，北波羅的海及波的尼亞灣一帶的海冰覆蓋天數將從目前的130-170天減少到本世紀后期的0-90天，不少區域甚至將終年不封凍。而海冰減少會使海上風車的基座穩定性變差，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，這將有利於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，世界最大的風力發電基地位於我國甘肅酒泉。截止到2012年，風電裝機容量已超6000百萬瓦特，相當於能供給英國全國的電力需求，而這一數字還在不斷上升中。甘肅位於我國西北-蒙古地區風能富集帶，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，也對當地就業、稅收、經濟發展起到了重要促進作用。若氣候變暖持續，這一區域的風電潛力很可能隨之下降，現有風電設備的潛力無法得到充分發揮。包括中國和美國兩大能源消費巨頭在內，北半球中緯度地帶的許多國家都將面臨同樣的問題，這也將給人類節能減排目標的實現增添更多壓力。

　　研究人員指出，當前風力發電能力的評估和布局大多基於過去的氣候資料統計，而很少考慮受將來大氣環流受人類活動影響發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濟性和可持續性、為決策者衡量和規劃替代能源的策略提供了新的參考。