風(fēng)電開發(fā)致北京霧霾？
來源：中國(guó)國(guó)家地理雜志 | 0評(píng)論 | 5943查看 | 2014-11-24 12:25:00
當(dāng)北京頻頻遭遇霧霾已不是新聞的時(shí)候，“等風(fēng)來”，已經(jīng)成為飽受霧霾之苦的首都人民的熱切呼喚。APEC會(huì)議召開期間，北京的天氣更是萬眾矚目，連習(xí)近平主席都坦言：“每天早晨起來以后的第一件事，就是看看北京空氣質(zhì)量如何?！笨梢娊鉀Q北京的霧霾問題確實(shí)已經(jīng)迫在眉睫。
好在“人努力，天幫忙”，APEC會(huì)議期間，北京終于出現(xiàn)了久違的“APEC藍(lán)”。而“APEC藍(lán)”要保持下去，除了大力推動(dòng)節(jié)能減排之外，最重要的還要看北京的“風(fēng)情”是否給力?？墒墙陙?，北京的霧霾可謂“八風(fēng)吹不動(dòng)”，究竟是誰“偷走”了北京的風(fēng)呢？
令人驚詫的巧合
隨著冬天的到來，大規(guī)模的霧霾又將籠罩京津冀地區(qū)。人們不斷地探索消除霧霾的有效方式，但目前為止，效果最立竿見影的似乎就是等來一場(chǎng)呼嘯而至的大風(fēng)。而事與愿違的是，近年來北方的風(fēng)總是非常不給力。人們一邊在霧霾中自強(qiáng)不“吸”，一邊苦苦思索著大風(fēng)減弱的緣由。
京津冀地區(qū)冬季多刮偏北風(fēng)，然而從2008年以來，在中國(guó)北方的“大風(fēng)口”內(nèi)蒙古地區(qū)，正發(fā)生著另外一場(chǎng)能源巨變。為發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，內(nèi)蒙古地區(qū)傾力打造“風(fēng)電三峽”，裝機(jī)容量從2007年底的58萬千瓦，發(fā)展到目前的1848.86萬千瓦，五年內(nèi)暴增了近32倍，躍居全國(guó)第一，為中國(guó)的風(fēng)電建設(shè)書寫了濃墨重彩的一筆。
巧合的是，京津冀地區(qū)霧霾天氣的劇增，也正是從2008年前后開始。以北京為例，根據(jù)2008年4月至2014年3月收集到的PM2.5數(shù)據(jù)顯示，2028天當(dāng)中，“非常不健康”天數(shù)約有311天，“有毒害”天數(shù)約94天，大大高于往年。
內(nèi)蒙古的風(fēng)電大發(fā)展與京津冀爆發(fā)大面積霧霾之間，究竟是純粹的巧合，還是略有影響，抑或構(gòu)成因果關(guān)系？目前并沒有可靠的研究和確鑿的結(jié)論。但這并不妨礙人們對(duì)此進(jìn)行深入思考。畢竟，亞馬遜雨林中一只蝴蝶偶扇翅膀，都可能會(huì)在大洋彼岸引發(fā)一場(chǎng)龍卷風(fēng)，更何況是如此大規(guī)模的風(fēng)力阻滯呢？
長(zhǎng)久以來，人們的傳統(tǒng)觀念一直認(rèn)為，風(fēng)能是永不枯竭的清潔能源，風(fēng)力發(fā)電站可以任意截留，對(duì)氣候并不會(huì)造成任何影響。但近年來，中外科學(xué)家的一些研究認(rèn)為，實(shí)際情況可能并非如此。
美國(guó)斯坦福大學(xué)土木與環(huán)境工程教授Archer和Mark Jacobson的研究顯示，海上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以降低地球上最狂暴的颶風(fēng)風(fēng)速。研究人員發(fā)現(xiàn)，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)會(huì)讓颶風(fēng)的外旋風(fēng)波高下降，降低空氣往颶風(fēng)中心的運(yùn)動(dòng)速度，從而增加中心部位的壓力，加快颶風(fēng)能量的消耗，并最終導(dǎo)致颶風(fēng)減弱。
清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心教授趙宗慈也認(rèn)為，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究基本上一致認(rèn)為，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)局地風(fēng)速有明顯影響。比如在丹麥一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行的觀測(cè)表明，進(jìn)入風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速是8至9米/秒，經(jīng)過風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行對(duì)風(fēng)量的吸收后，在風(fēng)電場(chǎng)的下風(fēng)的風(fēng)速明顯減弱，其下風(fēng)處6公里的風(fēng)速與原有風(fēng)速比率為0.86，下風(fēng)11公里處的比率是0.90。研究結(jié)果與人們的常識(shí)極為相符。
有人認(rèn)為，風(fēng)電場(chǎng)最多只會(huì)影響到近地面風(fēng)速，對(duì)高空的大風(fēng)沒有太多影響。而這也是個(gè)值得商榷的問題。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)量較少，這也許問題不大。但如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)量極為龐大，導(dǎo)致近地面風(fēng)速大幅降低，那么高空風(fēng)能會(huì)順勢(shì)下墜成為低空風(fēng)能，從而對(duì)整體風(fēng)力產(chǎn)生削弱作用。
而關(guān)于風(fēng)力發(fā)電削減整體風(fēng)能的現(xiàn)象，最早恰恰是風(fēng)電企業(yè)自己發(fā)現(xiàn)的。由于近地面風(fēng)力衰減會(huì)在20公里范圍內(nèi)保持最大，而隨著距離的延伸，近地面風(fēng)速又會(huì)開始回升；風(fēng)速衰減的距離則根據(jù)地形不同，大概會(huì)在30至60公里左右。因此，風(fēng)電企業(yè)會(huì)在幾個(gè)層級(jí)風(fēng)電場(chǎng)之間保持一定的距離，以防相互干擾影響發(fā)電的效率。
斷崖式的突變
北京這個(gè)超級(jí)大都市中的風(fēng)力減弱的趨勢(shì)，其實(shí)早就在不知不覺地發(fā)生。
據(jù)中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心首席科學(xué)家姜彤提供的數(shù)據(jù)，從上世紀(jì)70年代至今，北京城內(nèi)的風(fēng)速呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì)，平均每年下降0.014米每秒，其中以冬、春季節(jié)尤為明顯。另有分析顯示，將北京1993-2002年與2003-2012年兩個(gè)10年間的1月份風(fēng)力資料進(jìn)行比對(duì)，年均1月風(fēng)速從2.5米每秒，減至2.3米每秒；相應(yīng)的，霧霾天日數(shù)從2.1天升至4.4天，霾日則從0.8天升至3.9天。
風(fēng)力減弱在北京早已經(jīng)是一個(gè)趨勢(shì)化事件，但這依然是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程。歷史上，北京地區(qū)每年有大風(fēng)(氣象領(lǐng)域中將瞬間風(fēng)力大于17米/秒的風(fēng)稱為大風(fēng)，即相當(dāng)于八級(jí)風(fēng)力)的日子在25－30天左右，冬春季大風(fēng)日數(shù)多于夏秋季，春季風(fēng)力最大，其中4月份平均風(fēng)力位居一年四季各月之首。
然而在今年年初，一份《北京地區(qū)2013年氣候公報(bào)》卻讓氣象學(xué)家們也迷惑不解。公報(bào)數(shù)據(jù)顯示，2013年北京地區(qū)僅有1天出現(xiàn)大風(fēng)，比常年(12.6天)、近十年均值(7.8天)明顯偏少，為1951年以來最少的年份。不出意料，這一年的霾日也暴增至223天，相比2012年(124天)明顯偏多。
2013年北京的風(fēng)力如同斷崖式的暴減，引發(fā)了人們的諸多猜想。有人認(rèn)為是三北防護(hù)林工程開始發(fā)揮作用，但整個(gè)防護(hù)林工程規(guī)劃長(zhǎng)達(dá)70年，并非什么突發(fā)性事件。無獨(dú)有偶的是，在2012年初內(nèi)蒙古電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量尚為1004萬千瓦，僅僅一年多的時(shí)間，就驟增至2013年的1848.86萬千瓦，兩者之間的同步性倒是令人咋舌。更令人不安的是，在北京的上風(fēng)口張家口地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電也突飛猛進(jìn)，到2013年底，全市風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到585萬千瓦，成為名副其實(shí)的“中國(guó)風(fēng)電第一市”。
面對(duì)2013年北京大風(fēng)驟減的現(xiàn)象，北京市氣象臺(tái)高級(jí)工程師張明英的氣象學(xué)解釋為：冷空氣系統(tǒng)不強(qiáng)。一般來說，大風(fēng)天的產(chǎn)生是由冷空氣強(qiáng)度決定的。對(duì)氣象學(xué)家來說，冷空氣過境情況是無法預(yù)測(cè)的，所以人們也無法預(yù)測(cè)以后大風(fēng)天的天數(shù)是否會(huì)發(fā)生新的變化。
根據(jù)中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源中心朱瑞兆教授的研究，影響中國(guó)的冷空氣有5大發(fā)源地，而如果我們能像氣象衛(wèi)星一樣置身太空，或許就能極其直觀而生動(dòng)地看到冷空氣強(qiáng)力入侵的路徑。
第一條路徑來自俄羅斯新地島以東附近的北冰洋，從西北方向進(jìn)入蒙古國(guó)西部，再東移南下影響我國(guó)；第二條是源于新地島以西北冰洋面，經(jīng)俄羅斯、蒙古國(guó)進(jìn)入我國(guó)；第三條源于地中海附近，東移到蒙古國(guó)西部再影響我國(guó)；第四條是源于太梅爾半島附近洋面，向南移入蒙古國(guó)，然后再向東南影響我國(guó)；第五條源于貝加爾湖以東的東西伯利亞地區(qū)，進(jìn)入我國(guó)東北及華北地區(qū)。
可以看出，除了第五條冷空氣路徑由東北轉(zhuǎn)入華北，其他四條冷空氣路徑都要經(jīng)過蒙古高原。
出于對(duì)風(fēng)能資源的研究，朱瑞兆教授也認(rèn)為，風(fēng)速與冷空氣性質(zhì)存在著很大的相關(guān)性。在冷空氣活動(dòng)與山脈組合形成的三北地區(qū)(即西北、華北和東北)，風(fēng)能資源最為豐富。每當(dāng)冷空氣南下，就會(huì)伴隨一次大風(fēng)過程。三北地區(qū)首當(dāng)其沖風(fēng)速最大，但越向南寒冷的空氣慢慢變性，勢(shì)力變?nèi)?，風(fēng)速也會(huì)越來越小。
根據(jù)能量守恒定理，架在內(nèi)蒙古地區(qū)的無數(shù)風(fēng)機(jī)必然要截取巨量的風(fēng)能。對(duì)風(fēng)力風(fēng)能造成哪些影響，人們尚且不能確定，但對(duì)冷空氣氣流的消耗，很多人卻是有著切身的感受的。
不難想象，由于超大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電廠的消耗，很大一部分冷空氣已經(jīng)很難像以往那樣越過陜西、山西，到達(dá)中部的河南，形成降雨。它們驟然停滯在了華北平原，再與京津超級(jí)城市群中的熱空氣發(fā)生強(qiáng)烈對(duì)流作用，形成突如其來的降雨，卻使得中東部地區(qū)遭遇連綿干旱。
近年來，中國(guó)遭遇的各類極端氣候?yàn)?zāi)害，似乎正是這一運(yùn)轉(zhuǎn)模式的翻版。特別是2011年，北京市年降雨量突破700毫米，創(chuàng)13年來之最；2012年夏季，北京又遭遇1951年以來最大降雨，城區(qū)平均降雨量達(dá)215毫米。北京這些標(biāo)志性的突發(fā)氣候事件，或許并不是無緣無故發(fā)生的。
全球“風(fēng)情”有玄機(jī)
由于在北京城飽受霧霾，人們已經(jīng)切身感受到風(fēng)力變小之苦，并開始探究在北京這樣的超級(jí)城市中籌建“城市風(fēng)道”的可行性。內(nèi)蒙古的風(fēng)電場(chǎng)也時(shí)有棄風(fēng)停機(jī)之舉，令風(fēng)力阻隔也有間斷喘息。但令人意外的是，“風(fēng)變小了”的情況，讓依靠迎風(fēng)取電的大型風(fēng)電場(chǎng)也“笑不起來”了。
國(guó)家氣候中心高級(jí)工程師江瀅曾到輝騰錫勒等國(guó)內(nèi)幾家起步較早的風(fēng)電場(chǎng)考察，在昔日著名的風(fēng)電場(chǎng)，工作人員對(duì)風(fēng)的減弱有了更直觀感受。江瀅表示，近年來連寒潮、沙塵暴、溫帶氣旋等天氣事件都逐年減少
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