Nature Climate Change:發現全球風速變快規律并闡明其對發展風能的影響

發布者 :wangwc

2019-11-19 21:00

2019年11月18日,絲路環境專項項目六“東南亞-南亞國家氣候與水資源變化”課題( XDA20060402)南方科技大學副教授曾振中、教授劉俊國以及瑞典哥德堡大學教授陳德亮等在全球和東南亞風速與風能變化及其物理機制研究方面取得重要進展,研究成果發表在《自然-氣候變化》(Nature Climate Change,IF=25.170)上。

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風能概念圖

風能是一種迅速發展的可替代傳統化石燃料的新能源。截至2018年底,全球安裝的風力渦輪機的總容量已達597 GW,可覆蓋全球近6%的電力需求。然而,地表觀測表明,自1960年以來,全球陸地表面風速一直在持續下降(“全球地表風速靜止”,Global Terrestrial Stilling)。由于風能發電與風速成三次方關系,地表風速靜止將嚴重影響風機發電效率,是全球風力發電產業潛在的重大威脅。先前研究認為,全球風速會在未來幾十年持續下降。但是,南方科技大學課題組首次發現,在經過幾十年的靜止后,全球地表風速從2010年開始快速反彈,并在短短8年間恢復到1980年左右的水平。最近的增長速度是2010年以前下降速度的三倍,其中北美、歐洲和亞洲三個區域增長最為顯著。東南亞風速提速早于全球,在2000年以后開始顯著變快。

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全球及三大區域的風速逆轉現象

團隊還研究了全球陸地靜止狀態及其逆轉的潛在原因。目前,有假設認為,植被生長活動增強或城市化引起的地表粗糙度增加導致了全球風速靜止。但是,課題組依次否定了植被生長變化和城市化的假設。經過進一步的研究,作者發現地表風速變化(包括先前的靜止和最近的逆轉)是由大規模的海洋/大氣振蕩所驅動的。其中,太平洋年代際濤動(PDO)、北大西洋濤動(NAO)和熱帶北大西洋指數(TNA)是造成地表風速變化的最關鍵因素。

風速的變化將對風能行業產生巨大影響。鑒于2010-2017年風速的穩健提升以及自然界海洋/大氣的長周期震蕩,風速上升的趨勢至少會持續十年。研究者預測,以目前的趨勢,風能將在2024年提高37%,這將導致全球平均容量系數每十年提高3%,這個增長幅度甚至比很多情景下預測的氣候變化引起的風能潛力還要大。這些發現對電力行業在近期內的發展是重大利好。此外,曾等通過實證數據揭示了風速變化是美國風力發電容量系數(capacity factor)近年快速攀升的主要推力,其作用甚至重要于科技進步,后者一直被認為在美國風力發電容量系數的提升中發揮了主導作用。

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全球地表風速逆轉對風能產業的影響

這些研究成果對全球風能領域具有非常重大的價值,將有利于電力行業的蓬勃發展,將風能發展成可再生能源的重要科技支撐。南方科技大學曾振中副教授、劉俊國教授以及瑞典哥德堡大學陳德亮教授等為文章的主要貢獻者。

中國科學院A類戰略性先導科技專項“泛第三極環境變化與綠色絲綢之路建設”為該成果的第一標注項目。

論文信息:Zhenzhong Zeng, Alan D. Ziegler, Timothy Searchinger, Long Yang, Anping Chen, Kunlu Ju, Shilong Piao, Laurent Z. X. Li, Philippe Ciais, Deliang Chen, Junguo Liu, Cesar Azorin-Molina, Adrian Chappell, David Medvigy and Eric F. Wood,A reversal in global terrestrial stilling and its implications for wind energy production. Nature Climate Change. (2019) doi:10.1038/s41558-019-0622-6

文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41558-019-0622-6


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