为什么快速的喷流风无论如何都无法贡献太多的可再生能源

导读 现在,德国耶拿马克斯普朗克生物地球化学研究所的研究人员对高层大气中高喷射蒸汽风速与高风力发电相对应的假设提出了挑战。考虑到高风速是

现在,德国耶拿马克斯普朗克生物地球化学研究所的研究人员对高层大气中高喷射蒸汽风速与高风力发电相对应的假设提出了挑战。考虑到高风速是由于几乎没有摩擦而不是来自强大的动力源,Axel Kleidon及其同事发现喷射流的最大可提取能量比以前报道的大约少200倍。此外,气候模型模拟表明,来自喷流的风力涡轮机的能量提取改变了它们的流动,这将极大地影响整个地球的气候系统。

喷射流是连续风速大于25米/秒的区域,发生在7-16公里的高度。它们的高速似乎表明几乎无限的可再生能源,只需要空中风能技术来利用它。声称这种潜在的能源可以“持续为所有文明提供动力”,这引发了对这种潜在能源开发的大量投资。然而,就像地球上任何其他风和天气系统一样,射流最终是由赤道地区受太阳强烈加热而非极地地区引起的。加热的这种差异导致赤道和极之间的温度和气压的巨大差异,这是使大气运动并产生风的驱动力。

在气象学中众所周知,射流的高风速是由于几乎没有摩擦造成的。从技术角度来说,这一事实在气象学中被称为“地转流”。这种流动受上部大气压力差引起的加速力和地球自转引起的所谓科里奥利力的控制。由于地转流在高层大气中发生,远离表面的影响并且在低空气密度下,因摩擦减速​​起着非常小的作用。因此,加速和维持喷流只需要很少的动力。“正是这种低能量发电率最终限制了射流作为可再生能源的潜在用途,”独立的马克斯普朗克研究小组负责人Axel Kleidon博士说。生物圈理论与建模。Kleidon小组利用基于大气能量学的这种方法,利用气候模型模拟来计算从全球大气中提取风能的最大速率。他们估计最大7.5 TW(1 TW = 10 ^ 12 W,功率和能耗的衡量标准)比先前报道的少200倍,并且可能只占全球17 TW的人类能源需求的一半左右。在2010年。

马克斯普朗克的研究人员还估计了如果喷射流风能被用作可再生能源,将会产生的气候后果。由于任何风力涡轮机必须向流动添加一些阻力以提取风能并将其转换成电能,所以一旦能量被提取,射流的力的平衡也必须改变。如果从喷射流中提取7.5TW作为可再生能源,这将改变形成射流的力的自然平衡,使得赤道和极之间的驱动大气压梯度耗尽。“喷射流的这种破坏将减缓整个气候系统的速度。大气层产生的风能将比我们从风力涡轮机中获得的风能减少40倍,”该研究的第一作者Lee Miller解释道。

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