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%。
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。“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。”
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。
据研究人员介绍,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,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。
来源:SOLORZOOM光储亿家