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900万平方公里的撒哈拉沙漠铺设风电与太阳能会怎样?

来源:科普中国   更新时间:2018-09-14 16:24:11    

  如果在非洲撒哈拉沙漠地区大规模部署风电与太阳能发电,在理想的情况下,不仅能满足全球的能源需求,还能使该区域的降水量提高一倍,植被覆盖率增加20%。

  科学家:这个方案不仅能发电 还会绿化撒哈拉沙漠

  这是由美国马里兰大学、伊利诺伊大学、北京师范大学、意大利国际理论物理中心、中科院大气所科学家组成的一个国际团队,进行动态气候模拟实验的结果。相关论文北京时间9月7日凌晨发表在国际顶级学术期刊《科学》上。

  “这是一个令人兴奋的结果,”论文的第一作者、伊利诺伊大学的李琰博士在接受澎湃新闻时表示,“为了缓解全球变暖,现在的可再生能源还不够。之前,我们还担心如果在撒哈拉沙漠上修建这么大规模的可再生能源设施,会有什么负面影响。结果却是多重的好处。”他即将加入北京师范大学地理学部。

  这项研究起源于李琰在马里兰大学的导师卡妮(Eugenia Kalnay)的一个“反向思维”。卡妮曾是麻省理工学院气象系的第一位女博士,师从著名气象学家朱尔·查尼(Jule Charney)。查尼在1975年时提出了一项机制,用以解释撒哈拉南部过渡区域萨赫尔(Sahel)的干旱:过度放牧增加了地面反射率,减少降水,再进一步降低了植被覆盖率,形成恶性循环。

  卡妮随后想到了一种逆向的可能性:大规模的光伏板会降低地面反射率,由此产生相反的作用。

  相似地,风电装置会提高地表粗糙度,降低风速,增强空气的汇聚而形成上升气流,提高降水。降水促进植被生长,降低地面反射率。

  国际团队就此建立了动态的气象模型,计算大气、陆地、植被、水循环等组分之间的相互影响,就像一个天气预报系统。

  模式模拟结果发现风电建设会带来区域温度升高(+2.16K),日均降水量在风电覆盖区域平均了增加0.25毫米,相当于整个撒哈拉区域降水增加一倍。特别在萨赫尔地区,日均降水增加可达1.12毫米。

  太阳能板也会引发类似的反照率-降水-植被正反馈机制,增加日均降水量约0.13毫米。

  当风电与光电同时建设时,降水量的增加幅度最大可达到日均0.35毫米。

  据李琰介绍,该研究最大的亮点是加入了动态的植被反馈。在风电实验中,植被的反馈作用占模拟降水量增加的80%。此前,只考虑静态植被的气候模式低估了风电和太阳能发电对气候的影响。

  撒哈拉沙漠是世界上最大的沙漠,人烟稀少,风电和光伏设施不会占用农业用地。该地区对土地变化高度敏感。此外,撒哈拉沙漠位于非洲,靠近欧洲和中东,这些地区都有巨大且不断增长的能源需求。据估算,如果900万平方公里的撒哈拉沙漠上全部覆盖风电和太阳能发电,每年分别可以提供3太瓦(10的12次方瓦特)和79太瓦电能,完全可以满足现在和未来全球的能源需求。

  模拟实验中风电和太阳能带来降水和植被的增加,可大幅助益这一地区雨养农业和牲畜业发展。此外,产生的大量清洁能源还可用于海水淡化,运输至淡水稀缺严重的地区,从而改善公共卫生,扩大农业和粮食生产,带来深远的社会、经济和生态影响。

  不过,李琰强调,这只是理想情况下的模型。在现实中建立巨大的风电和太阳能发电设施,存在许多技术、经济、环境和社会方面的挑战,但可能性正在逐渐增加中。

  团队也试图在全球其他沙漠上进行了类似的模拟,但其气候影响都不如撒哈拉显著。李琰解释道,这可能是由于其他沙漠面积小、分布零散,也有可能需要更精准的模型。需要承认的是,模式本身还存在很多不确定性,尤其是在中尺度天气过程和现实小尺度风电和太阳能效应的分析上。

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