Storstilet vindkraft har brug for mere jord, forårsager mere klimatisk påvirkning end tidligere antaget

Når det kommer til energiproduktion, der er ikke noget, der hedder en gratis frokost, desværre.

Da verden begynder sin store overgang til energikilder med lavt kulstofindhold, det er afgørende, at fordele og ulemper ved hver type er godt forstået og miljøpåvirkningen af ​​vedvarende energi, små som de kan være i forhold til kul og gas, betragtes.

I to artikler - udgivet i Miljøforskningsbreve og Joule —Harvard University -forskere finder ud af, at overgangen til vind- eller solenergi i USA ville kræve fem til 20 gange mere areal end tidligere antaget, og hvis der blev bygget sådanne store vindmølleparker, ville varme gennemsnitlige overfladetemperaturer over det kontinentale USA med 0,24 grader Celsius.

"Vinden slår kul ved enhver miljøforanstaltning, men det betyder ikke, at dets virkninger er ubetydelige, "sagde David Keith, Gordon McKay -professor i anvendt fysik ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) og seniorforfatter af papirerne. "Vi skal hurtigt overgå fra fossile brændstoffer for at stoppe kulstofemissionerne. Ved at gøre det, vi skal træffe valg mellem forskellige kulstoffattige teknologier, som alle har nogle sociale og miljømæssige konsekvenser. "

Keith er også professor i offentlig politik ved Harvard Kennedy School.

Et af de første skridt til at forstå miljøpåvirkningen af ​​vedvarende teknologier er at forstå, hvor meget areal, der skal til for at imødekomme fremtidens amerikanske energibehov. Selv begyndende med nutidens energikrav, Landområdet og tilhørende krævede strømtætheder har længe været debatteret af energieksperter.

I tidligere undersøgelser, Keith og medforfattere modellerede produktionskapaciteten for store vindmølleparker og konkluderede, at vindkraftproduktion i virkeligheden var blevet overvurderet, fordi de undlod at nøjagtigt redegøre for samspillet mellem møller og atmosfæren. I 2013 undersøgelser, Keith beskrev, hvordan hver vindmølle skaber en "vindskygge" bag sig, hvor luften er bremset af møllens vinger. Dagens vindmølleparker i kommerciel skala omhyggeligt rummøller for at reducere virkningen af ​​disse vindskygger, men i betragtning af forventningen om, at vindmølleparker vil fortsætte med at ekspandere i takt med, at efterspørgslen efter vindafledt elektricitet stiger, interaktioner og tilhørende klimatiske påvirkninger kan ikke undgås.

Hvad der manglede i denne tidligere forskning, imidlertid, var observationer til støtte for modelleringen. Derefter, for et par måneder siden, Den amerikanske geologiske undersøgelse offentliggjorde placeringen af ​​57, 636 vindmøller rundt om i USA Ved hjælp af dette datasæt i kombination med flere andre amerikanske regeringsdatabaser, Keith og postdoktor Lee Miller var i stand til at kvantificere effekttætheden af ​​411 vindmølleparker og 1, 150 solcelleanlæg, der opererer i USA i løbet af 2016.

"For vind, vi fandt ud af, at den gennemsnitlige effekttæthed-hvilket betyder energiproduktionshastigheden divideret med vindmølleværket-var op til 100 gange lavere end estimater fra nogle førende energieksperter, "sagde Miller, der er den første forfatter til begge artikler. "De fleste af disse estimater kunne ikke overveje interaktionen mellem møllen og atmosfæren." For en isoleret vindmølle, interaktioner er slet ikke vigtige, men når vindmølleparkerne er mere end fem til 10 kilometer dybe, disse interaktioner har en stor indvirkning på effekttætheden. "

De observationsbaserede vindkraftstætheder er også meget lavere end vigtige skøn fra det amerikanske energiministerium (DOE) og det mellemstatlige panel for klimaændringer (IPCC).

For solenergi, den gennemsnitlige effekttæthed (målt i watt pr. meter i kvadrat) er 10 gange højere end vindkraft, men også meget lavere end estimater fra førende energieksperter.

Denne forskning tyder på, at vindmølleparker ikke kun vil kræve mere areal for at nå de foreslåede mål for vedvarende energi, men også, i så stor skala, ville blive en aktiv spiller i klimasystemet.

Det næste spørgsmål, som udforsket i journalen Joule , var, hvordan ville sådanne store vindmølleparker påvirke klimasystemet.

For at estimere virkningerne af vindkraft, Keith og Miller etablerede en grundlinje for det amerikanske klima 2012-2014 ved hjælp af en standard vejrudsigtsmodel. Derefter, de dækkede en tredjedel af det kontinentale USA med vindmøller nok til at imødekomme nutidens amerikanske efterspørgsel efter elektricitet. Forskerne fandt ud af, at dette scenario ville varme overfladetemperaturen i det kontinentale USA med 0,24 grader Celsius, med de største ændringer, der sker om natten, når overfladetemperaturerne steg med op til 1,5ºC. Denne opvarmning er et resultat af, at vindmøller aktivt blander atmosfæren nær jorden og højt og samtidig udtrækker fra atmosfærens bevægelse.

Denne forskning understøtter mere end ti andre undersøgelser, der observerede opvarmning nær operationelle amerikanske vindmølleparker. Miller og Keith sammenlignede deres simuleringer med satellitbaserede observationsstudier i Nord-Texas og fandt nogenlunde konsekvente temperaturstigninger.

Miller og Keith påpeger hurtigt usandsynligheden i, at USA genererer lige så meget vindkraft, som de simulerer i deres scenario, men lokaliseret opvarmning forekommer i endnu mindre fremskrivninger. Det efterfølgende spørgsmål er derefter at forstå, hvornår de stigende fordele ved at reducere emissioner stort set svarer til de næsten øjeblikkelige virkninger af vindkraft.

Harvard -forskerne fandt ud af, at opvarmningseffekten på det kontinentale USA forårsaget af vindmøller faktisk er større end effekten af ​​reducerede emissioner i det første århundrede af dets drift. Det skyldes, at opvarmningseffekten hovedsageligt er lokal for vindmølleparken, mens drivhusgaskoncentrationer skal reduceres globalt, før fordelene realiseres.

Millar og Keith gentog beregningen for solenergi og fandt ud af, at klimaeffekterne er cirka ti gange mindre end vindens.

"Vindkraftens direkte klimapåvirkning er øjeblikkelig, mens fordelene ved reducerede emissioner akkumuleres langsomt, "siger Keith." Hvis dit perspektiv er de næste 10 år, vindkraft har faktisk - i nogle henseender - mere klimapåvirkning end kul eller gas. Hvis dit perspektiv er de næste tusinde år, så har vindkraft enormt mindre klimatisk indvirkning end kul eller gas. "

"Værket skal ikke ses som en grundlæggende kritik af vindkraft, "sagde Keith." Nogle af vindens klimapåvirkninger vil være gavnlige - flere globale undersøgelser viser, at vindkraft køler polarområder. Hellere, arbejdet skal ses som et første skridt i retning af at blive mere seriøs med at vurdere disse virkninger for alle vedvarende energikilder. Vores håb er, at vores undersøgelse, kombineret med de seneste direkte observationer, marks a turning point where wind power's climatic impacts begin to receive serious consideration in strategic decisions about decarbonizing the energy system."