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德国风电场鸟瞰图。资料来源:Leonid Andronov / Alamy Stock Photo。
德国风电场鸟瞰图。 资料来源:Leonid Andronov / Alamy Stock Photo。
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2019年7月5日47

研究称,欧洲可以从陆上风能获得其电力需求的10倍

Josh Gabbatiss

Josh Gabbatiss

07.05.19
Josh Gabbatiss

Josh Gabbatiss

05.07.2019 | 11:47am
APP亚博娱乐 研究称,欧洲可以从陆上风能获得其电力需求的10倍

一篇新论文称,欧洲各地增加陆上风力涡轮机的部署,从技术上讲可以为欧洲大陆提供现有电力需求的10倍以上。

为了做出估算,一组德国研究人员考虑了变化的风速、所有可用的土地,以及最重要的是,未来的涡轮机设计已经进入市场。

尽管他们指出,由于社会、经济和政治方面的限制,欧洲100%依靠风力发电实际上是不可行的,但科学家们表示,他们的估计给出了一个“明显高于”以往大多数风力潜能评估的数字。

他们的论文发表在杂志上能源他还指出,随着技术的进步,由此产生的电力成本将比先前研究估计的更低。

包括英国在内的一些国家一直因为政治上反对陆上风能。然而,随着欧盟在未来几年面临雄心勃勃的气候目标,预计风能将成为全球最大的能源最大的贡献者该地区的电力供应。

可再生能源目标

目前,欧盟的目标是到2050年比1990年减少80-95%的温室气体排放越来越大的压力对成员国达成一致意见目标。

实现这些目标将需要整个大陆向可再生能源的巨大转变。德国已经承诺到本世纪中叶几乎完全转向可再生能源。

风能——尤其是陆上风能——预计将为实现这些目标做出重大贡献。的国际能源机构(iea)的(IEA)世界能源展望据英国《卫报》报道,欧盟去年宣布,到2027年,风能将取代煤炭、核能和天然气,成为欧盟最大的能源来源。

然而,英国的情况就证明了这一点——英国削减了政府补贴,并收紧了规划规定有效地阻止自2015年以来,陆上风能的发展——政治、社会和经济因素为这项技术的未来增加了巨大的不确定性。

各种各样的研究试图估计整个大陆的风力容量,增加了关于该技术可行性的证据。这些研究考虑了天气模式和风电场的假想位置等因素,以衡量整个地区的最大潜在风力发电。

这些研究倾向于估计欧洲的总容量约为8 - 12太瓦(TW),这将导致每年总发电量介于8 - 12太瓦之间16和21千瓦时(PWh).考虑到欧洲每年的发电量-根据英国石油公司的世界能源统计评论-只有3.6PWh,这已经大大超过了大陆所需的数量。

然而,在他们的新论文中,作者解释说,当考虑到欧洲未来的风力发电潜力时,他们认为这是一个低估。

未来的设计

研究人员得出的数字是全欧洲可安装的风能容量为13.4太瓦,仅略高于之前的估计。

然而,最大的进步来自他们对平均年发电潜力的估计,即34.3PWh。这比其他科学家做出的最接近的估计高出了13PWh,比英国石油公司的数据显示欧洲目前使用的电力高出了10倍。

在他们的论文中,作者将这种差异部分归因于他们识别风电场建设合格土地和估算天气的方法。至关重要的是,他们还强调了他们对未来涡轮机设计的关注,这种类型的涡轮机有望在未来几年成为标准。

符合条件的土地
[106公里2
能力
(TW)
一代
(PWh)
平均FLH
(千瓦时千瓦1
本研究 1.35 13.4 34.3 2560
博世等。 1.23 12.4 21.3 1724
Eurek et al。 1.99 10.0 21.1 2117
不删 N/A 8.7 21.5 2471
麦肯纳et al。 0.94 8.4 16.4 1946
扎帕和Broek N/A 0.543 N/A N/A
国际能源机构 N/A N/A 11.5 N/A
联合研究中心 N/A N/A N/A 3942
表中显示了欧洲陆地风的覆盖面积,容量,发电量和全负荷小时(FLH),这是由不同研究小组估计的。(Ryberg等人,2019年)

大卫·雪华铃Ryberg他是哈佛大学的博士生j Forschungszentrum在北莱茵-威斯特伐利亚领导了这项研究,他向碳简报解释了为什么这很重要:亚慱官网

“未来涡轮机设计的使用对这些发电潜力调查的结果有重大影响,并将大大改变假设的能源系统设计的结果。”

在过去的十年里,有一个稳定的增长在涡轮容量,轮毂高度和转子直径,这些趋势预计将继续。当其他研究使用当代涡轮机作为他们的基线时,Ryberg和他的同事们选择了一种未来的涡轮机,他们认为这种涡轮机将在2050年广泛使用。

他们说,它的特征代表了基于历史变化速率对未来规范的“保守估计”,并指出这样的设计与预测相符被描述为IEA称其为“可能”。此外,这种涡轮机已经存在的形式维斯塔斯V136, 4.2兆瓦风力涡轮机,这首次亮相今年早些时候在丹麦建成了第一个免补贴的风电场。

Andrew Canning来自贸易协会WindEurope告诉碳简报,亚慱官网“很有可能”“更好、更高效、更强大的涡轮机”将在不久的将来继续出现:

“过去几年,我们确实看到了一个趋势,风力涡轮机变得越来越高效。它们的确长高了,但它们也变得更有效率了。它们可以在更高或更慢的风速下工作,从而在更多的时间里捕捉更多的风,这意味着(在给定的装机容量下)它们可以产生更多的电力。”

这些新型的涡轮机有可能被应用于重新提供动力现有的风力发电场。在这里,旧风电场的涡轮机将在使用寿命结束时被替换为更新的、通常更大的型号。

坎宁指出El Carbito在90台第一代涡轮机被15台新涡轮机取代后,该风力发电厂的发电能力从22.8兆瓦提高到31兆瓦。

位置和成本

为了进行分析,研究人员首先排除了所有不yabo亚博体育app下载适合建设风电场的地方。这包括不包括所有定居点周围的8亿区和人口最密集地区周围的1.2公里区。从机场、电线到受保护的鸟类栖息地和露营地,在各种各样的地点周围设置了更多的禁区。

即使经过这些努力,研究人员仍然得到了130万平方公里的总面积——大约是整个欧洲陆地面积的四分之一——理论上可以在这里建造风力发电场。这与过去的研究大致相同。

然后,他们使用一种算法来确定涡轮机安装地点的最大数量,并通过模拟来确定这些地点在37年寿命期间每小时的发电量。

欧洲的平均年风力容量系数,不包括任何土地是否适合风电场的考虑。(Ryberg等人,2019年)

欧洲的平均年风力容量系数,不包括任何土地是否适合风电场的考虑。(Ryberg等人,2019年)

这就是新的预测与以前的研究不同之处。增加的总容量和新涡轮机的效率意味着它估计的发电潜力要高得多。作者指出,这一显著的上升趋势并非均匀分布在整个欧洲,受益于强风的国家,如英国、丹麦和爱尔兰,看到了最大的潜在收益。

Ryberg和他的团队还考虑了文献中概述的欧洲可再生能源方案下的风力发电成本。他们发现未来的涡轮机能够以比现代设计更便宜的速度发电,部分原因是它们能够更好地抵御风速的静止,因此,使用更少的备用存储。研究称,即使在风力发电场建设最多的地区,他们的结论是,风力发电成本不太可能超过每千瓦时(5便士)0.06欧元。

风能的未来

Ryberg指出,他们的论文是基于一个假设的情况。例如,尽管他们小心翼翼地排除了建造在“学校上方”的不现实的涡轮机,但这并不意味着欧洲四分之一的地区将实际覆盖上风力发电场。他解释了为什么他认为欧洲不会走向完全由风力驱动的未来:

他说:“这种技术产生的潜力在经济上并不具有吸引力。此外,地理空间分布并不完全符合所有的能源需求区域——例如,我们发现瑞典的风力发电潜力很大,但与德国、法国、意大利和英国相比,瑞典的能源需求相对较低……除此之外,“间歇性’风能是一个众所周知的概念,由于能源储存和传输的需求,这可能会使全风能欧洲能源系统变得昂贵,而且难以管理。”

然而,这并不意味着该论文缺乏现实意义。当一些地方的政客比如波兰坎宁表示,民调显示,欧洲公众“压倒性地”支持这项技术。

Ryberg和他的团队进行的这项研究表明,不仅风力发电的广泛推广是可以想象的,而且很可能是便宜的。坎宁说,这些事实“不言自明”,应该影响政客们制定国家能源和气候计划的决定,以达到欧洲的排放目标。

Ryberg说,在评估欧洲未来的发电系统时,只使用现有的涡轮机设计可能会增加设计的偏差,使人们不愿投资任何传统上不适合风力发电的地区。利用他的团队更先进的模拟,他解释说,范围可以更广:

“由于决策者必须依赖这些假设的能源系统评估来为他们的决定提供信息,很明显,未来涡轮机设计的使用应该导致进一步扩散和支持欧洲的风能部门。”

Ryberg, D.S.等人(2019)欧洲陆地风能潜力的未来:先进涡轮机设计的详细分布和模拟,能源,https://www.亚慱彩票APPsciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544219311818

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