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高空风能资源可能比预计的要少200倍

2011-12-20 14:46
科技潮人
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  根据德国马普生物地球化学研究所研究人员的一项最新研究,高空急流蕴涵的风能资源可能比以前预计的要少200倍。这使得高空风能只能满足人类需求的一半,而非以前预计的100倍。

  利用气候模拟,研究人员还发现,如果高空急流中能量全部被风机带走,气候系统会大大改变,产生灾难性后果。

  高空急流又称喷射气流(jetstream),位于距离地面7~16公里的高空,是一股强劲移动的空气流。高空急流是第二次世界大战时,美国B29轰炸机在日本本土进行轰炸时无意中发现的。在该区域,风速很快,并且持续有风,稳定在25米/秒左右,风能密度为地面的100倍。

  以前认为,高空风能可满足地球所需能量的100倍,不仅清洁无污染,其成本也比火力发电便宜很多。因此被认为是取之不竭的可再生能源。在美国、中国、欧洲,大量的资金已经投入了高空风机的研发。

  但是,马普研究所的这项研究表明,高空急流的能量是有限的。相关成果发表在11月29日出版的欧洲地球科学学会(EGU)期刊EarthSystemDynamics上。

  正如地球上的其他资源,高空急流的产生是由于太阳辐射导致了热带和南北两极的温差,温差又导致了气压变化,从而产生了风。因此,热量决定了风速的上限,也决定了可被提取利用的风能资源的最大值。

  高空急流的能量和方向源于高空气压的不断改变和地球旋转产生的偏向力——科里奥利力。科里奥利力使北半球的风偏向右、南半球的风偏向左。气象学家已经证实,高空急流之所以速度很快是由于位于远离地面的高空,几乎不受摩擦力的影响,被称为因地球自转而产生的风。因此,只需要很少的能量就能产生并维持气流。

  “正是这么低的能量需求限制了高空急流作为一种可再生能源的潜力。”马普生物圈理论和模型独立研究组主任AxelKleidon说。基于空气动力学和气候模拟模型,Kleidon的团队计算出了风能可以从全球气候环境中获取的最大值。根据他们的估计,高空急流只有7.5太瓦能量。这个数值只有早先估计的1/200,不足人类基本能源需求的一半。

  研究人员还研究了高空急流如果大规模作为可再生能源使用将会导致的气候变化。他们指出,如果高空风机捕获了高空急流的所有能量,高、低纬度地区间的气压差将会消失,整个气候系统将会发生巨大变化,因此会带来大气环境中300太瓦能量的减少,研究的主要作者LeeMiller表示,这将带来灾难性后果。

  “显然,高空急流作为可再生能源的潜力被夸大了。”Kleidon说,大规模使用高空风能存在一定风险,“这提醒我们在利用环境友好的可再生能源时更仔细研究其全球影响”。

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