К 2030 году ветер может стать источником энергии для половины мира

В недавно опубликованном исследовании ученых из Стэнфорда подробно описывается разработанная ими усовершенствованная погодная модель, которая показывает, что к 2030 году будет достаточно ветра, чтобы обеспечить половину мировых затрат энергии и потенциально превысить общий спрос в несколько раз, если будет установлено достаточно турбин.

Если мир перейдет на чистую энергию, электричество, генерируемое ветром, будет играть важную роль - а ветра для этого более чем достаточно, согласно новому исследованию Стэнфордского университета и Университета Делавэра.

Исследователи из Инженерной школы Стэнфордского университета и Университета Делавэра разработали наиболее сложную из имеющихся погодных моделей, чтобы показать, что ветер на суше и в прибрежных районах дает большое количество энергии, даже с учетом снижения скорости ветра, вызванного турбинами.

Результаты были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) Марком З. Якобсоном, профессором гражданской и экологической инженерии в Стэнфорде, и Кристиной Арчер, адъюнкт-профессором географии и физических наук об океане и инженерии в университете. Делавэра.

Модели с высоким разрешением

В своем исследовании Якобсон и Арчер адаптировали трехмерную компьютерную модель атмосфера-океан-суша, известная как GATOR-GCMOM, для расчета теоретического максимального потенциала ветровой энергии на планете с учетом уменьшения ветра турбинами. Их модель предполагала, что ветряные турбины могут быть установлены где угодно, без учета социальных, экологических, климатических или экономических соображений.

Новая статья противоречит двум более ранним исследованиям, в которых говорилось, что ветровой потенциал недостаточен для покрытия половины потребности человечества в энергии, потому что каждая турбина крадет слишком много энергии ветра у других турбин, и что турбины вызывают вредные климатические последствия, которые сводят на нет некоторые положительные аспекты возобновляемой энергии ветра.

Потенциальное энергетическое изобилие.

Среди наиболее многообещающих вещей, которые выяснили исследователи, было то, что у ветра есть большой потенциал - сотни тераватт. Однако в какой-то момент окупаемость строительства новых турбин достигнет уровня, при котором дополнительная энергия не может быть извлечена даже при установке большего количества турбин.

«Каждая турбина уменьшает количество энергии, доступной другим», - сказал Арчер. Однако сокращение становится значительным только тогда, когда установлено большое количество турбин, намного больше, чем когда-либо могло бы потребоваться.

«И это было очень важно для нас найти», - сказал Арчер.

Исследователи окрестили эту точку потенциалом насыщения ветровой энергии. Они говорят, что потенциал насыщения составляет более 250 тераватт, если мы разместим армию ветряных турбин высотой 100 метров по всей суше и воде планеты Земля. В качестве альтернативы, если мы разместим их только на суше (без Антарктиды) и вдоль побережья океана, все равно будет доступно около 80 тераватт - примерно в семь раз больше, чем общая потребляемая мощность всей цивилизации. Гипотетические турбины, работающие в струйных потоках на высоте 6 миль в атмосфере, могут извлекать до 380 тераватт.

«Мы не говорим: «Ставьте турбины повсюду», но мы показали, что нет фундаментальных препятствий для получения половины или даже в несколько раз больше универсальной энергии в мире от ветра к 2030 году. Потенциал есть, если мы сможем построить достаточно турбин, - сказал Якобсон.

Сколько?

 Зная, что потенциал существует, исследователи обратили внимание на то, сколько турбин потребуется, чтобы удовлетворить половину мирового спроса на электроэнергию - около 5,75 тераватт - в экономике чистой энергии к 2030 году. Чтобы добиться этого, они исследовали различные сценарии того, что они называют фиксированным потенциалом энергии ветра - максимальной мощности, которую можно извлечь с помощью определенного количества ветряных турбин.

Арчер и Джейкобсон показали, что 4 миллиона турбин, каждая из которых работает на высоте 100 метров и вырабатывает 5 мегаватт, могут обеспечивать до 7,5 тераватт энергии, что составляет более половины общемирового спроса на электроэнергию, без значительного негативного воздействия на климат.

«Однако до этого нам предстоит пройти долгий путь. Сегодня мы установили чуть более 1 процента необходимой ветровой энергии», - сказал Якобсон.

Арчер и Джейкобсон считают, что вместо того, чтобы размещать все турбины в одном месте, лучше всего и наиболее эффективно размещать ветряные электростанции в местах с сильным ветром по всему миру - например, в пустыне Гоби, на американских равнинах и в Сахаре.

«Тщательное размещение ветряных электростанций позволит минимизировать расходы и общее воздействие глобальной ветровой инфраструктуры на окружающую среду», - сказал Якобсон. «Но, как показывают эти результаты, насыщение ветровой энергии не ограничивает экономику, основанную на чистой энергии».

Источники финансирования этого исследования включают Национальный научный фонд, Агентство по охране окружающей среды США и Программу высокопроизводительных вычислений Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства.