Nature Climate Change:发现全球风速变快规律并阐明其对发展风能的影响

发布者 :wangwc

2019-11-19 21:00

2019年11月18日,丝路环境专项项目六“东南亚-南亚国家气候与水资源变化”课题( XDA20060402)南方科技大学副教授曾振中、教授刘俊国以及瑞典哥德堡大学教授陈德亮等在全球和东南亚风速与风能变化及其物理机制研究方面取得重要进展,研究成果发表在《自然-气候变化》(Nature Climate Change,IF=25.170)上。

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风能概念图

风能是一种迅速发展的可替代传统化石燃料的新能源。截至2018年底,全球安装的风力涡轮机的总容量已达597 GW,可覆盖全球近6%的电力需求。然而,地表观测表明,自1960年以来,全球陆地表面风速一直在持续下降(“全球地表风速静止”,Global Terrestrial Stilling)。由于风能发电与风速成三次方关系,地表风速静止将严重影响风机发电效率,是全球风力发电产业潜在的重大威胁。先前研究认为,全球风速会在未来几十年持续下降。但是,南方科技大学课题组首次发现,在经过几十年的静止后,全球地表风速从2010年开始快速反弹,并在短短8年间恢复到1980年左右的水平。最近的增长速度是2010年以前下降速度的三倍,其中北美、欧洲和亚洲三个区域增长最为显著。东南亚风速提速早于全球,在2000年以后开始显著变快。

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全球及三大区域的风速逆转现象

团队还研究了全球陆地静止状态及其逆转的潜在原因。目前,有假设认为,植被生长活动增强或城市化引起的地表粗糙度增加导致了全球风速静止。但是,课题组依次否定了植被生长变化和城市化的假设。经过进一步的研究,作者发现地表风速变化(包括先前的静止和最近的逆转)是由大规模的海洋/大气振荡所驱动的。其中,太平洋年代际涛动(PDO)、北大西洋涛动(NAO)和热带北大西洋指数(TNA)是造成地表风速变化的最关键因素。

风速的变化将对风能行业产生巨大影响。鉴于2010-2017年风速的稳健提升以及自然界海洋/大气的长周期震荡,风速上升的趋势至少会持续十年。研究者预测,以目前的趋势,风能将在2024年提高37%,这将导致全球平均容量系数每十年提高3%,这个增长幅度甚至比很多情景下预测的气候变化引起的风能潜力还要大。这些发现对电力行业在近期内的发展是重大利好。此外,曾等通过实证数据揭示了风速变化是美国风力发电容量系数(capacity factor)近年快速攀升的主要推力,其作用甚至重要于科技进步,后者一直被认为在美国风力发电容量系数的提升中发挥了主导作用。

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全球地表风速逆转对风能产业的影响

这些研究成果对全球风能领域具有非常重大的价值,将有利于电力行业的蓬勃发展,将风能发展成可再生能源的重要科技支撑。南方科技大学曾振中副教授、刘俊国教授以及瑞典哥德堡大学陈德亮教授等为文章的主要贡献者。

中国科学院A类战略性先导科技专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”为该成果的第一标注项目。

论文信息: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

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41558-019-0622-6