Все крупномасштабные энергетические системы оказывают воздействие на окружающую среду, и возможность сравнивать воздействие возобновляемых источников энергии является важным шагом в планировании будущего без использования угля или газа. Извлечение энергии из ветра вызывает климатические последствия, которые невелики по сравнению с текущими прогнозами потепления в 21 веке, но велики по сравнению с эффектом сокращения выбросов электроэнергии в США до нуля с помощью солнечной энергии. Исследование, опубликованное в журнале Joule 4 октября, сообщает о наиболее точном моделировании того, как увеличение мощности ветра повлияет на климат, и обнаруживает, что крупномасштабное производство энергии ветра согреет континентальную часть Соединенных Штатов.24 градуса по Цельсию, потому что ветряки перераспределяют тепло в атмосфере.
«Ветер превосходит уголь по любым экологическим показателям, но это не значит, что его воздействие незначительно», - говорит старший автор Дэвид Кит, профессор инженерии и государственной политики Гарвардского университета. «Мы должны быстро отказаться от ископаемого топлива, чтобы остановить выбросы углерода. При этом мы должны сделать выбор между различными низкоуглеродными технологиями, каждая из которых имеет определенные социальные и экологические последствия».
«Ветряные турбины вырабатывают электричество, но также изменяют атмосферный поток», - говорит первый автор Ли Миллер. «Эти эффекты перераспределяют тепло и влагу в атмосфере, что влияет на климат. Мы попытались смоделировать эти эффекты в континентальном масштабе».
Чтобы сравнить влияние ветра и солнца, Кит и Миллер начали с определения исходных условий для климата США в 2012-2014 гг., используя стандартную модель прогнозирования погоды. Затем они добавили влияние на атмосферу покрытия одной трети континентальной части США достаточным количеством ветряных турбин для удовлетворения современного спроса на электроэнергию в США. Это подходящий сценарий, если энергия ветра будет играть важную роль в обезуглероживании энергетической системы во второй половине этого столетия. Этот сценарий повысит температуру поверхности континентальной части США на 0,24 градуса Цельсия.
Их анализ был сосредоточен на сравнении климатических воздействий и выгод. Они обнаружили, что потребуется около века, чтобы компенсировать этот эффект за счет снижения концентрации парниковых газов, связанного с ветром. Эта временная шкала практически не зависела от конкретного выбора общей выработки ветровой энергии в их сценариях.
«Прямое воздействие энергии ветра на климат происходит мгновенно, а выгоды накапливаются медленно», - говорит Кит. «Если ваша перспектива - ближайшие 10 лет, то ветровая энергия в некоторых отношениях оказывает большее влияние на климат, чем уголь или газ. Если ваша перспектива - следующая тысяча лет, то энергия ветра намного чище, чем уголь или газ."
Более десяти предыдущих исследований наблюдали местное потепление, вызванное ветряными электростанциями США. Кит и Миллер сравнили смоделированное потепление с наблюдениями и обнаружили примерное соответствие между наблюдениями и моделью.
Они также сравнили влияние энергии ветра с предыдущими прогнозами влияния солнечной энергии на климат. Они обнаружили, что при той же скорости выработки энергии воздействие солнечной энергии будет примерно в 10 раз меньше, чем воздействие ветра. Но оба источника энергии имеют свои плюсы и минусы.
«С точки зрения разницы температур на единицу вырабатываемой энергии солнечная энергия оказывает примерно в 10 раз меньше влияния, чем ветер», - говорит Миллер. «Но есть и другие соображения. Например, солнечные фермы плотные, а земля между ветряными турбинами может использоваться совместно для сельского хозяйства». Плотность ветряных турбин и время суток, в течение которого они работают, также могут влиять на воздействие на климат.
Моделирование Кейта и Миллера не учитывает какое-либо влияние на глобальную метеорологию, поэтому остается несколько неясным, как такое развертывание энергии ветра может повлиять на климат в других странах.
"Работу не следует рассматривать как фундаментальную критику ветроэнергетики. Некоторые воздействия ветра на климат могут быть полезными. Скорее, работу следует рассматривать как первый шаг к более серьезному подходу к оценке этих воздействий, ", - говорит Кит. «Мы надеемся, что наше исследование в сочетании с недавними непосредственными наблюдениями знаменует собой поворотный момент, когда воздействие энергии ветра на климат начинает серьезно учитываться при принятии стратегических решений по обезуглероживанию энергетической системы».
Кит и Миллер также имеют связанную статью «Коэффициенты мощности солнечной и ветровой энергии и плотность мощности на основе наблюдений», опубликованную в «Письмах об исследованиях окружающей среды» 4 октября, в которой подтверждаются мощности генерации на единицу площади, смоделированные здесь с использованием наблюдения.