Альтернативные источники энергии становятся все более популярными, с каждым годом количество солнечных электростанций, ветряных «ферм», геотермальных станций увеличивается. Многие считают, что переход на зеленую энергетику поможет снизить темпы потепления климата, если не остановить этот процесс совсем.
Но дело в том, что сами источники альтернативной энергетики тоже влияют на климат. Правда, для того, чтобы это влияние стало более-менее отслеживаемым, источников должно быть ну очень много. Ученые из Гарварда Ли Миллер и Дэвид Кейт решили проверить, что будет, если ветроэнергостанции станут основным источником электричества, например, в США.
Для проверки была создана масштабная климатическая модель континентальный части США. В регионах, где есть сильные ветры, ученые разместили большое количество ветроэнергостанций. Общая производительность такого рода источников энергии достигла в модели тераватта. Это перекрывает все потребности страны в энергии.
Модель показала, что если построить большое количество ветровых электростанций, то в континентальной части США потеплеет — температура поднимется примерно на 0,2 Цельсия. В регионах, где станций больше всего, температура увеличится на полградуса (имеется в виду среднегодовой показатель).
Стоит отметить, что результаты испытаний модели совпадают с результатами реальных измерений — там, где станций действительно много, температура поднимается примерно так, как это предсказали ученые.
Изменения более заметны в ночное время и менее — в дневное. Дело в том, что поверхность земли днем нагревается под влиянием Солнце, и влияние ветроэлектростанций сложнее отследить. А вот в ночное время, когда грунт остывает, изменения очень хорошо заметны — средняя температура грунта в таких регионах чуть выше, чем температура грунта в той же климатической зоне, лишенной «ветряков».
Тем не менее, изменения гораздо менее значительны, чем те, что мы видим сейчас — сжигание горючих полезных ископаемых и топлива влияет на климат очень сильно. Нагревание на полградуса практически не повлияет на экосистемы, природа не будет сильно затронута. Конечно, какие-то негативные факторы будут, но их не так много, особенно в долгосрочной перспективе.
Кроме того, изменения, о которых говорится выше, не распространяются глобально — температура несколько повысится в определенном регионе, но не во всем мире.
Что касается глобального потепления, то оно меняет много — это тысячи и тысячи больших и малых изменений в температурном режиме всех регионов мира, изменение уровня осадков и мест их выпадения, влияние на экосистемы.
В модели Миллера-Кейт проанализировано изменение климата, включая последствия глобального потепления, при замене большинства традиционных источников энергии ветроэлектростанциями. Как оказалось, если к 2080 году заменить сжигание топлива ветряными фермами, то глобальное потепление удастся остановить. Конечно, это всего лишь гипотетический сценарий — ученые понимают, что все это вряд ли реально осуществить на практике. Но все же результаты исследований очень показательны.
Кроме того, в модели показано, что ветроэнергостанции нужно строить не только в США — только в этом случае глобальное потепление отсутпит. Если же ветротурбины будут устанавливаться лишь в США, то глобальное потепление станет развивать наступление и дальше, особого толку в замене традиционных источников на альтернативную энергетику не будет.
Что касается модели, то она должна быть изучена более тщательно, чтобы предусмотреть различные сценарии. Например, можно представить, что электричеством, выработанном на ветряных фермах, будут заправлять электромобили, которые заменят в массе своей обычные автомобили. В этом случае ветроэлектростанций понадобится больше, что, в свою очередь, увеличит негативное влияние ветроферм на климат.
Стоит отметить, что в модели предусмотрен и вариант, когда основным источником энергии становятся солнечные панели. В этом случае о поднятии температуры речь не идет — среднегодовая температура регионов, где больше всего солнечных станций, поднимется в среднем на 0,02С, что является исчезающе малой величиной, ни на что не влияющей. Солнечные панели оказывают влияние на климат путем изменения альбедо грунта — этот показатель значительно увеличивается, а значит, речь идет о снижении уровня солнечной радиции, приходящейся на определенный регион.
Тем не менее, ученые считают, что будущее — за ветроэнергостанциями, конечно, в тех регионах, где ветры достаточно сильные. «Ветер в качестве источника энергии гораздо более выгоден, чем горючие полезные ископаемые — включая долгосрочное влияние на окружающую среду. Причем несмотря на то, что влияние ветроэнергостанций на окружающую среду специфическое, его нельзя сбрасывать со счетов, а нужно изучать», — говорят авторы исследования.
Joule, 2018. DOI: 10.1016/j.joule.2018.09.009
Комментарии (24)
pda0
13.10.2018 00:35+1Не знаю, почему это для кого-то тайна. Очевидно же, что нет и не может быть технологий с нулевыми потерями, которые уходят в тепло.
Другое дело, что если проекты по захвату CO2 сумеют выстрелить и станут коммерчески выгодными, то можно будет удалять CO2 из атмосферы, регулируя её теплоёмкость. Тогда дополнительный нагрев станет не страшен.kryvichh
13.10.2018 11:26Потепление и рост CO2 в атмосфере должны благоприятно сказываться на растительном мире. Но природе надо помочь, особенно в пустынях, а дальше она сама восстановит баланс.
1Fedor
13.10.2018 01:43-2Пустая статья, с глубокими выводами:
«Ветер в качестве источника энергии гораздо более выгоден, чем горючие полезные ископаемые..."
Доказательства есть?
Что-то в штатах активно растет выработка э/э из углеводородов, ежемесячный отчет EIA Electric Power в августе 2018 года с данными за июль:
«Вклад источников с нулевыми выбросами углекислого газа, то есть ядерного, гидроэнергетического, ветрового, солнечного, геотермального, свалочного газа и другой биомассы, снизился до 30,68% с 36,64% в июне. Уголь и природный газ обеспечили почти 68,5% выработки электроэнергии США в июле и в то время как вклад угля увеличился с 27,36% в июне до 28,18% в июле, вклад природного газа также увеличился чуть более чем на пять процентных пунктов, достигнув беспрецедентного 40,28% по сравнению с 35,02% в июне. Ядерная энергия произвела 72 456 ГВтч, что на 3,97% больше, чем в июне, но из-за увеличения общей генерации процентный вклад в общий объем фактически снизился до 17,67% с 18,77% в июне.»
Может штаты особая страна? В других странах всё растет на дрожжах, смотрим Китай:
«Проекты солнечной энергетики в Нинся-Хуэйском автономном районе Китая столкнулись с рисками банкротства из-за длительных задержек с выплатой субсидий. Размер задержанных выплат достигает 120 млрд юаней ($17,4 млрд)»
При глобальном масштабировании ВИЭ вопрос влияния на климат настолько неоднозначный, читать этот детский лепет, право, неудобно. А это что: "… среднегодовая температура регионов, где больше всего солнечных станций, поднимется в среднем на 0,02С", две сотых градуса! Это сравнили или рассчитали? Это ж какого класса точности приборы измерения температуры.
А вот как дела в старой доброй Англии, ветростанции получают субсидии за каждый выработанный квтчас, а если он (квтчас) никому не нужен, то дают команду на останов и платят компенсацию ветростанции. Фактически платежи производятся, чтобы станции прекратили генерировать.В сентябре 2018 года был установлен новый рекорд в размере ежемесячных платежей ветряным электростанциям за прекращение генерации электроэнергии. Учет таких данных ведется с 2010 гyarric
13.10.2018 08:47А насколько вырос вклад солнечных и ветровых электростанций? Недавно IEA опубликовала отчёт, согласно которому к 2023 году на возобновляемую энергетику будет приходиться 40% роста потребления энергии — как с этим согласуются ваши цифры?
striver
13.10.2018 12:48При глобальном масштабировании ВИЭ вопрос влияния на климат настолько неоднозначный, читать этот детский лепет, право, неудобно.
Мне очень нравится позиция, когда идет гипотетический подсчет влияния на климат за счет ВИЭ, а вот то, что касается ТЭЦ, АЭС и других традиционных электростанций — полностью игнорируется.
====
kababok
А ещё почему-то никогда не вспоминают о потерях энергии (т.е. непосредственном выделении тепла) при преобразовании «ветра в ток» — т.е. в ветрогенераторах/инверторах/токоведущих частях/трансформаторах и т.д.
Есть сравнения по ТЭЦ и ВИЭ по этому поводу?1Fedor
13.10.2018 13:45«Мне очень нравится позиция, когда идет гипотетический подсчет влияния на климат за счет ВИЭ, а вот то, что касается ТЭЦ, АЭС и других традиционных электростанций — полностью игнорируется.»
Основной фактор влияния на климат, который рассматривают, это выбросы окиси углерода. Поэтому АЭС с этой точки зрения не влияет на климат. Но среди научного сообщества нет единства, так ли много образуется антропогенного углерода. И, например, как результат отсутствия единства-выход США из Киотского соглашения. Они считают, что влияние деятельности человека ничтожно, а циклические изменения температуры были, есть и будут.
«А ещё почему-то никогда не вспоминают о потерях энергии (т.е. непосредственном выделении тепла) при преобразовании «ветра в ток» — т.е. в ветрогенераторах/инверторах/токоведущих частях/трансформаторах и т.д.
Есть сравнения по ТЭЦ и ВИЭ по этому поводу?»
Такие сравнения не нужно делать, так как процессы преобразования практически одинаковы и потери будут сопоставимы.striver
13.10.2018 13:55Но среди научного сообщества нет единства, так ли много образуется антропогенного углерода.
90+% согласия — это не единство? Ни по какому другому вопрос нет столько согласия.
Такие сравнения не нужно делать, так как процессы преобразования практически одинаковы и потери будут сопоставимы.
По крайней мере, даже в таком ключе — не плохо.
kababok
13.10.2018 10:59А ещё почему-то никогда не вспоминают о потерях энергии (т.е. непосредственном выделении тепла) при преобразовании "ветра в ток" — т.е. в ветрогенераторах/инверторах/токоведущих частях/трансформаторах и т.д.
Что наряду со снижением конвекции из-за уменьшения средней скорости ветра и может приводить к образованию "локальных тепловых подушек".
idiv — а никто, кстати, этот вопрос не изучал, вы не в курсе?
Mad__Max
14.10.2018 01:08Что значит никогда? Вот прямо перед вами трижды уже вспомнили. И в обсуждаемой научной работе это тоже учитывалось. Но этот эффект получается меньше, чем от изменения воздушных потоков — замедления горизонтального переноса и перемешивания, но при этом наоборот увеличения вертикального перемешивания слоев воздуха.
Особенно ночью т.к. днем они и так достаточно сильно перемешиваются за счет конвективных потоков поднимающихся от нагреваемой солнцем земли и дополнительное перемешивания вращающимися роторами ветряков мало что меняет, а вот ночью когда конвекции практически нет, влияние дополнительного вертикального перемешивания оказывается существенным и сказывается на локальном климате.
Fracta1L
13.10.2018 13:12Запарили уже своим «влиянием на климат», что бы человек ни делал — всё будет влиять на климат, и требования природолюбов не изменять климат сродни требованию не ходить по помытому.
LevOrdabesov
13.10.2018 16:07А под солнечными панелями земля, по очевидным причинам, греется значительно меньше нормы.
Ставим между ветряками солнечные панели,
профит.Mad__Max
14.10.2018 01:11А вот сами панели при этом греются наоборот сильнее, чем грелась бы земля под ними, если бы их не было. Т.к. они гораздо более «черные». Их специально такими делают — чтобы поглощать как можно больше излучения и как можно меньше отражать.
В результате в зависимости от КПД панелей (соотношения сколько поглощенной энергии солнца преобразовалось в электроэнергию и утекло по проводам, а сколько преобразовалось в тепло и выделилось прямо там где стоит панель) и того какие были свойства земли/поверхности до установки (альбедо) может получаться как больший суммарный нагрев, так и меньший по сравнению с ситуаций до установки.
Но в среднем по больнице он где-то в районе нуля для современных технологий.
В этой работе нагрев все-таки перевесил, но получился в ~10 раз слабее чем от ветряков. Правда тут важный момент — эффект от ветряков локальный: рядом с ними становится теплее за счет того, что где-то в других местах становится немного холоднее. А от СБ эффект глобальный — это дополнительный приток энергии, а не просто ее перераспределение.LevOrdabesov
14.10.2018 15:48С таким ником об углеводородах надо думать!
Не удержался, плохого в виду не имел. Шутка.
Что касается греющихся панелей – это факт бесспорный.
Но что суммарный нагрев может получиться больше – всё же вряд ли.
Даже если изначальное альбедо поверхности как у белого песка или снега. Панели обычно ставят на стойки, прямого термоконтакта с почвой нет, а есть воздух – эффективный теплоизолятор.
Раздует это тепло, да и всё. Особенно там, где стоят ветряки.
port443
14.10.2018 16:14Тут речь о изменении энергетического баланса в планетарном масштабе: мы меняем отражение на поглощение (и дальнейший перевод в тепло). У меня такой же вопрос был — про глобальное влияние.
Mad__Max
14.10.2018 18:45Дык, как раз и думаю. О том чтобы они еще остались, до «того самого» времени.
Теплопроводность у воздуха конечно плохая, а вот конвекция работает намного лучше. И закон сохранения энергии никак не обойти какая бы плохая теплопередача не была: если дополнительная энергия уже поглощена (поверхностью СБ вместо исходной поверхности, которая ее отразила бы обратно), то почти вся она уже в любом случае будет передана приповерхностному слою воздуха, а от него и поверхности земли.
Просто чем хуже теплопередача, тем сильнее температура СБ будет постоянно расти, до тех пор пока разница температур не станет достаточной, чтобы передать это тепло несмотря на плохую теплопередачу.
В реальных современных СБ это порядка 15-25 градусов, если нет контакта с чем-то теплопроводным.
Т.е. СБ находящаяся под прямым солнцем и практически изолированная от земли и строений (как на отдельно стоящей СЭС где они над землей на тонких опорах стоят, контактируя практически только с воздухом) на 15-25 градусов горячее чем окружающий ее воздух и активно этот самый воздух греет.
Ну а он уже с небольшой задержкой греет землю. Да и напрямую — для людей, животных, растений температура нижнего слоя воздуха даже важнее температуры поверхности земли.LevOrdabesov
14.10.2018 21:01И всё же думаю, что будет холоднее.
Во-первых, что касается отражения: при наличии плотной атмосферы излучение/энергия, отразившись, обратно в космос не улетят, а по большей части рассеются в этой самой атмосфере, причём в основном – в наиболее плотных слоях, т.е. внизу. Получается, что и без СБ процесс примерно тот же.
Во-вторых, КПД передачи энергии излучением явно выше КПД передачи тепла путём нагревания такого теплоносителя, как воздух. Воздух вокруг потеплеет непременно, но не земля.
В-третьих, что касается конвекции. Она будет, это верно. Но землю опять не нагреет: нагретый воздух поднимется вверх, «обтекая» СБ. Кстати, возможно, и лишний перепад давления создаст таким образом, повысив общий КПД ветряной электростанции (мечты, мечты :)).Mad__Max
15.10.2018 06:39НЕ рассеивается, т.к. атмосфера для отраженного солнечного излучения практически прозрачна: все компоненты (длины волн) солнечного света которые могут более-менее эффективно поглощаться атмосферой уже поглотились еще при первом ее прохождении (от солнца до поверхности).
При повторном прохождении (после отражения от поверхности) уже почти ничего не поглощается, а улетает обратно в космос. Ну чего-то поглощается, но совсем немного — на самых границах участков спектра поглощения, где поглощение уже присутствует, но еще относительно слабое, чтобы поглотить все при однократном прохождении толщи воздуха.
От эффективности переноса энергетический баланс не зависит — какая бы плохая она не была, все-равно вся дополнительная поглощенная энергия окажется в итоге воздухе. От этого зависит только разница температур которая будет достигнута прежде чем поток дополнительной тепловой энергии получаемой от солнца к СБ сравняется с потоком энергии уходящей от СБ в воздух и землю.
Землю кстати СБ расположенные над ней и излучением тоже греют в дополнение к косвенному нагреву через воздух: обратная сторона СБ излучает в сторону земли больше ИК, чем поверхность земли в сторону СБ. Из-за того, что температура СБ выше температуры земли под ней, а интенсивность ИК излучения пропорциональна 4й степени от температуры тела. В результате общий баланс 2х встречных потоков — передача излишек тепла от СБ на землю в том числе и излучением.
dron_k
А почему собственно происходит повышение температуры так и не сказали…
pda0
Ну, как бы перевод энергии ветра через механическую в тепловую. Навскидку: Торможение ветра, вибрация почвы.
1Fedor
В статье не указано нет значений температуры почвы, а на 0,2 и 0.02 градуса растет среднегодовая температура, а ее обычно указывают как температуру воздуха на высоте 1 или 2 метра (могу ошибаться).
А температура почвы растет из-за изменения ветра, скорее всего по причине падения продуваемости. Пример с влажным бельем, которое на ветру сохнет быстрее. Есть три способа передачи тепла: излучение, теплопередача и конвекция, а как раз конвективный обмен ухудшится из-за уменьшения движения воздушных масс.
VuX
Сорее всего наибольшее влияние оказывает нагрев конструкций от сонца. Не плохо было бы сравнить это с влиянием на потепление городов и других электростанций.
Alcpp
Может из-за отсутствия высокой растительности, а иногда и просто растительности рядом с ветряками.
Mad__Max
Основное — просто изменение процессов перемешивания в атмосфере.
И замедляется перенос воздушных масс с поверхностей океана (где средние температуры в среднем заметно ниже, чем над сушей) вглубь континента.
Плюс менее существенный фактор это небольшой прямой нагрев — КПД преобразования (как в механической, так и электрической частях) у ветряков не 100% и следовательно часть энергии отобранной у ветра выделяется в виде тепла. Она в принципе все-равно рано или поздно рассеялась, но где-нибудь в другом месте. А так это происходит в относительно компактном регионе, где сконцентрированы ветряки.
Правда все указанные значения (+0.5 гр для региона наиболее плотно покрытого ветряками, +0.24гр в среднем для сухопутной части США) указаны БЕЗ учета сокращения выработки энергии другими источниками энергии. Т.е. если подобные мощности(равные всему текущему потреблению) построить в дополнительно ко всем существующим традиционным, а не заменять одно на другое. Т.е. сценарий резкого(~2 кратного) роста общего потребления энергии, которое в США и так самое большое в мире.