海上風電場竟能「克」颶風並將其馴服

  矗立在海岸旁的一列列風力渦輪機已成為人類發展新能源的一道亮麗風景線。而隨著氣候變暖、極端氣候頻現,當颶風來襲時,這些海上風電場是否能夠抗住大風不被摧毀呢?在最近一期的《自然·氣候變化》在線版上,美國斯坦福大學和特拉華大學的研究人員發表的研究成果揭示,海上風電場不但不會被颶風“幹掉”,反而能夠在它登陸之前將其馴服。

  海上風電場竟能“克”颶風?這是怎麼回事?

  斯坦福大學和特拉華大學的研究人員採用計算機模擬表明,成千上萬個風力渦輪機組成的海上風電場可能削弱現實生活中颶風的力量,顯著降低它們的風力及伴隨的風暴潮,並可能防止數十億美元的損失。

  計算機模型模擬卡特裡娜颶風的情況顯示,在新奧爾良近海岸的78000個風力渦輪機陣列很可能顯著減弱了登陸之前的颶風。

  在過去的24年當中,斯坦福大學土木與環境工程系教授馬克·Z·雅各布森一直在開發一個複雜的計算機模型來研究空氣污染、能源、天氣和氣候。該模型近期應用於模擬颶風,以及確定風力渦輪機可以從全球風流中提取多少能源。

  鑒於最近利用該模型對颶風桑迪和卡特裡娜的研究,雅各布森說,人們很自然地想知道:如果颶風遇到大量的海上風力渦輪機陣列會發生什麼?由於風暴旋轉渦輪機葉片,能源提取中會減緩大風和減弱颶風,還是颶風會摧毀渦輪機呢?

  於是,他著手進一步開發模型,模擬如果颶風“遭遇”一個綿延在沿海海岸數英里的巨大風力發電場可能會發生什麼。令人驚訝的是,研究發現風力渦輪機可能會足夠破壞一個風速峰值每小時高達92英里的颶風,並減少風暴潮多達79%。

  他們模擬了三場颶風:2012年分別襲擊新奧爾良的桑迪和以撒颶風,2005年摧毀新奧爾良的卡特裡娜颶風。

  雅各布森說:“我們發現,當風力渦輪機存在時,它們放慢了颶風的外旋轉風。這個反饋減少波形高度,降低了空氣朝向颶風中心的運動,增加了中央的壓力,從而減緩了整個颶風的風速,並使其更快消散。”

  該模型顯示,在卡特裡娜颶風的情況下,新奧爾良海岸的78000個風力渦輪機陣列會顯著減弱登陸之前的颶風。

  當颶風到達陸地時,其模擬的風速每秒下降了36到44米(每小時80到98英里)和減少風暴潮多達79%。颶風桑迪每秒減少了35到39米的風速(每小時78到87英里)和風暴潮跌幅高達34%。

  雅各布森認為,由於政治上存在的阻力,美國目前只安裝了幾百個海上風力渦輪機,更不用說數以萬計了。

  但是,有兩個財政激勵措施可以促使狀況的改變:一、降低颶風的破壞成本。嚴重的颶風引發的大風和與風暴潮有關的氾濫,損害可達數十億美元。

  比如,颶風桑迪曾造成橫跨三個州大致820億美元的損失;二、從長遠的角度看,風力渦輪機通過生成正常的電力可以支付其本身的成本,同時減少空氣污染和全球變暖,並提供穩定的能源。而要降低海上渦輪機的社會成本,應該大力激勵它們的發展。

  保護沿海城市的替代計劃涉及大規模的海堤建設。雅各布森說,雖然這些可能會阻止風暴潮,但它們不會明顯影響到颶風風速。

  而且,其造價的成本同樣不菲,據估計每次安裝費用為100億到400億美元。

  他說,目前的渦輪機可以承受2到3級颶風的風速範圍,高達每小時112英里。研究表明,現在巨大的渦輪機陣列可能會阻止颶風達到這樣的速度。




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