斯坦福研究发现风能输出在寒冷天气中增加

作者: Mark Z. Jacobson

来源: EurekAlert

发布日期: 2021

斯坦福大学的研究显示,风能在寒冷天气中实际上会增加其电力输出,且当与太阳能和水能结合时,可以满足全球所有的电力需求和能源需求。研究还指出,如果风力涡轮机得到适当的冬季化保护,可以在极端天气中提供关键电力,避免停电。

在最近因冻结引发的德克萨斯州停电事件中,一些政客将历史性的停电归咎于风力涡轮机。这些有争议且大多被驳回的主张,却突显了一个有趣的事实:德克萨斯州,这个以油井和淘金者闻名的地方,现在从清洁、可再生的能源中获取了相当一部分的电力,特别是风能,还有水能和太阳能——这一可持续性的三重奏统称为WWS。

斯坦福大学的土木与环境工程教授、斯坦福伍兹环境研究所的高级研究员马克·Z·雅各布森表示,德克萨斯州约20%的电力仅来自风能。雅各布森使用计算机模型展示,平均而言,在寒冷天气中,风力涡轮机在家庭和企业供暖需求最大时,实际上会增加其电力输出。

此外,他得出结论,当风能与太阳能和水能结合,并辅以各种能源储存系统和鼓励人们调整部分电力使用时间的激励措施时,不仅可以满足全球所有的电力需求,还可以满足所有能源需求,每分钟都能应对这样的危机。

雅各布森的研究调查了低成本的可再生能源网络在全球范围内满足需求的能力,包括在美国,在最寒冷的时期避免停电。特别是,他想回答一个关键问题:可再生能源能否在恶劣天气中做到这一切?根据他的模型,寒冷天气与风能输出之间存在直接联系。也就是说,随着天气变冷,风力往往会增加,这正是供暖需求增加的时候。

将这些发现应用于现实世界,雅各布森认为,如果德克萨斯州的所有风力涡轮机在2021年2月的寒潮期间都得到了适当的冬季化保护,它们将为德克萨斯人提供关键的电力,帮助防止停电的发生。

研究还调查了围绕输出稳定性的问题。风并不总是吹,云层覆盖和夜晚限制了太阳能的可靠性。但根据雅各布森的说法,风能和太阳能输出实际上是以一种反向且有利的方式相互关联的。总的来说,当风不吹的时候,太阳通常在白天照耀。相反,当太阳的光线被风暴云层遮挡时,风往往会增强,使涡轮机旋转。

雅各布森的模型显示,当在一个大面积内平均时,风能和太阳能发电在白天是互补的。一个在另一个落后时填补。

在他的论文的最后一部分,雅各布森解决了关于可再生能源的最大悬而未决的问题,即它们是否能够在最冷或最热的天气中单独满足全球的总需求。这个问题的答案关系到可再生能源是否有一天能够证明其可靠性足以完全取代化石燃料。

为了回答这个问题,雅各布森考虑了全球143个国家的24个大型纯可再生能源(WWS)电网区域。他发现,无论他看向哪里,都有低成本的解决方案。在加拿大、俄罗斯、欧洲、美国和中国等寒冷地区,供暖需求的增加通常伴随着风能输出的增加。在大多数其他地区,只发现了适度的相关性,但它们仍然足以满足需求。

这些发现不仅对能源安全有影响,而且对气候变化缓解策略和公共健康也有影响。雅各布森在论文中指出,每年有700万人死于空气污染,其中约78,000人在美国,这些死亡主要是由于化石燃料的消费。这些死亡可以通过转向WWS能源来避免。

雅各布森说:“在大多数气候条件下,这些模型显示风能可以帮助满足季节性供暖需求的增长,即使在最寒冷的时期,它也可以在降低能源成本、拯救生命的同时,在全球范围内创造比损失更多的就业机会。”

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