．全球變暖或將影響風能資源分布 風電開發潛力南移

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來源：北京日报

美國科羅拉多大學研究人員，在《自然·地球科學》期刊發表研究成果，指出全球變暖，或將對世界範圍內的風能資源分布產生深遠影響。到本世紀中後期，北半球可供利用的風能資源將大量減少，南半球一些地區風能資源，則可能急劇增加，風電開發潛力整體向南轉移。

1.風能資源分布或向南半球轉移

極地冷，赤道暖，南北半球中緯度地帶常年盛行西風，也叫熱成風。這一道風帶中，平均風速比其他地方更大，聚集了大量的風能資源，並覆蓋了北半球許多國家。在氣候變化的背景下，中緯度西風帶的變化會直接影響風能資源的利用潛力。

美國科羅拉多大學的最新研究成果認為，全球變暖或將對世界範圍內的風能資源分布產生深遠影響。到本世紀中後期，北半球可供利用的風能資源將大量減少，南半球一些地區風能資源則可能急劇增加。

研究人員利用超級電腦的模擬結果，對未來兩種不同的溫室氣體排放情景下，風能資源的演變進行探討。

第一種是中等排放情景，假定碳排放量在本世紀中葉達到最高，隨後保持穩定；到本世紀末，大氣中二氧化碳濃度約為目前濃度的 1.5 倍，全球平均氣溫增暖攝氏 1.1 至 2.6 度。

第二種是高排放情景，對應能源結構改善緩慢、缺乏氣候應對措施的發展模式，碳排放量將持續增加，大氣中二氧化碳濃度在本世紀末超過當前 3 倍，全球氣溫升高攝氏 2.6 至 4.8 度。

結果顯示，無論在中等排放情景還是在高排放情景下，北半球的風能資源都將整體顯著減少，尤其是包括中國西北、西伯利亞、東北亞、美國、加拿大、英國、地中海沿岸等在內的中緯度地區，即沿北半球西風帶一線。在高排放情境下，到本世紀末，內蒙古至東北一帶的風能資源，甚至將減少 10% 到 20%。

南半球的風能資源在中等排放情景下變化不大，在高排放情境下卻將整體大幅增加。尤其在高排放情景下，到本世紀末，巴西東部和澳洲東北部的風能資源，將迅速增加超過 40%。

2.原因在於南北極增暖幅度不同

北極增暖相對更為明顯。

這種差異的產生，或歸根於全球變暖以不同方式，影響南北半球的風帶演變。在北半球，北極增暖與海冰消融，是一個互相促進的正反饋過程，以至於在全球變暖的大背景下，極地增暖更為明顯；於是，赤道與極地之間的溫度梯度被削弱，中緯度西風帶風速整體減小。

一些模擬結果也指出，由於高緯度增暖顯著，中緯度地區南北側的冷暖對峙減弱，風暴系統的活動整體減少，也是風能資源減少的一個原因。

而在南半球，尤其在高排放情景下，南極增暖不如南美中部、非洲南部和澳洲的陸上增暖明顯。這部分大陸與同緯度海洋間的溫度梯度增大，成為主導風帶強度變化的因素。

陸地變暖更快，陸上熱低壓增強，海陸氣壓梯度增大，風速增大，風能資源因此增加。除南極洲外，南半球大陸主要分布在熱帶和副熱帶地區，所以整體風能資源的增加，也以熱帶和副熱帶最為明顯。

而值得一提的是，在南美和澳洲的中高緯地區，風能資源仍趨於減少，和北半球類似。

3.北歐極端大風出現幾率反而增高

西風帶內常見南北冷暖氣團的對峙，又叫鋒面。如果大氣中有小擾動發生，譬如某一方氣團主動移向另一方，氣團運動軌跡在地轉偏向力的作用下發生偏轉，就會誘生出大尺度的大氣渦旋，又叫鋒面氣旋。

從氣候角度而言，鋒面氣旋頻繁發生並通過的地區，便是「位於風暴軌跡上」的地區，平均風速也通常比其它區域更大。

但想要利用風能，並非風越大越好。極端的猛烈陣風反而會對風車造成破壞。風車的設計一般基於能應對若干年（譬如50年）一遇的最大風等等標準，這個標準跟當地氣候背景的統計數據直接相關。

科學家們使用超級計算機對北歐的模擬結果表明，若全球氣候變暖，中緯度的「風暴軌跡」會整體向北移動，鋒面氣旋的數量會減少，但單個風暴的強度增強。由此一來，北歐地區的極端大風出現頻率會升高，強度也會增大。這對按過往氣候數據標準設計的風車而言不是好消息，也意味著新建風電場必須考慮在將來承受更強的風暴襲擊的可能性。

與可能增大的極端大風相對應，海上的極端大浪也會隨之增大。對北大西洋未來風浪演變的研究顯示，目前「20 年一遇」的大浪，在 2080 年可能每 4 至 12 年就會出現一次；對歐洲北海的氣候模擬顯示，到 21 世紀末，海浪平均高度會上升 5% 至 8%。

由於陸上空間有限且摩擦阻力更大，海上風力發電正是當下發展的熱門方向；而風和浪的雙重考驗，對中緯度地區近海風電場的建造，提出了新的挑戰。不過，在緯度稍低的地區，譬如地中海沿岸，由於風暴軌跡朝北移動，未來氣候展望中的風浪反而會減小。

4.增暖對於高緯度地區是把雙刃劍

在高緯度或北極地區，寒冷的天氣是阻礙風能發電推廣應用的一個原因。風車葉片暴露在零下溫度的潮濕空氣中，存在結冰的風險，而一旦結冰，葉片將失去平衡、阻力增大，風電轉換的效率將因此降低，而且存在安全隱患。

據統計，在芬蘭，9% - 45% 的風車停轉事件，都和結冰有關。當然，設計不易聚集冰雪的葉片、使用電流加熱等方法，能一定程度上克服結冰的問題，但這也會讓運行和維護的成本變高。

氣候變暖對於這些地區而言，可能是一個好消息。超級電腦模擬結果顯示，無論假設的升溫是大是小，在本世紀末，高緯度地區的霜期均會明顯縮短，結冰頻數大幅下降。

在斯堪的納維亞半島的一些地方，結冰頻率甚至將會下降100%。與此同時，由於風暴軌跡北移，高緯度帶也會更頻繁受鋒面氣旋系統影響，潛在風能資源變得更充足。於是，一些原本不適宜佈局風電場的區域，將來可能成為開闢風能資源的新領地。

與氣溫上升相對應，高緯永凍土地帶也會因而縮減，而這會帶來利弊兩方面的影響。一來由於凍土層的範圍和深度減小，輸電線路鋪設、風電場建造等會變得更加方便；二來若凍土層持續消融，風車基座如何設計也成了問題，因為風車和土壤之間的受力和支撐關係將持續改變，稍不平衡就會有倒伏的風險。如何權衡其中得失，減小風險擴大效益，還得靠工程師們的智慧頭腦。

不僅對陸上風電場，增暖對於高緯地區的海上風電場，也有多重影響，尤其對海上風電場數量成長最快的區域 —— 歐洲而言。對未來海冰演變的研究發現，北波羅的海及波的尼亞灣一帶的海冰覆蓋天數，將從目前的 130-170 天減少到本世紀後期的 0-90 天，不少區域甚至將終年不封凍。

而海冰減少，會使海上風車的基座穩定性變差，且更易受到大風大浪的破壞。與此同時，海平面上升也會增加，風車基座被淹沒的風險。不過，冰川消融會使海水鹽度降低，這將有利於減緩海水對風車基座，和傳輸線路材料的腐蝕。

延伸閱讀：酒泉等風電場潛力或下降

目前，世界最大的風力發電基地，位於對岸中國甘肅酒泉。截止到 2012 年，風電裝機容量已超 6000 百萬瓦特，相當於能供給英國全國的電力需求，而這一數字還在不斷上升中。

甘肅位於忠國西北-蒙古地區風能富集帶，常年風速較大，風能密度超過 150 瓦特每平方米，是中國投建風電廠的理想場所，也對當地就業、稅收、經濟發展起到了重要促進作用。

若氣候變暖持續，這一區域的風電潛力很可能隨之下降，現有風電設備的潛力無法得到充分發揮。包括中國和美國兩大能源消費巨頭在內，北半球中緯度地帶的許多國家，都將面臨同樣的問題，這也將給人類節能減排目標的實現增添更多壓力。

研究人員指出，當前風力發電能力的評估和佈局大多基於過去的氣候資料統計，而很少考慮受將來大氣環流受人類活動影響發生變化後，對風能資源分布的影響。新研究對未來風電廠佈局的經濟性和可持續性、為決策者衡量和規劃替代能源的策略提供了新的參考。

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