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风力发电“偷走”北京的风?

全球变暖可能正是造成风速减小的罪魁祸首。北京风力减弱不过是全球风速趋缓的一个非典型。

最近,《中国国家地理》杂志的一篇《谁“偷走”了北京的风》引发公众热议,文中指出,2008年内蒙古、张家口地区开展大规模风力发电,与此同时京津冀地区雾霾天气剧增,进而怀疑可能是风电场发电“偷走”了下游(北京)的风,大范围的风力受损导致了雾霾。该文将整个北方的风力发电产业推到了风口浪尖上,那么,真相又如何呢?

北京雾霾天数确实逐年增加

与公众的切身感受相符的是,北京的雾霾天数确实在逐年增加。根据《北京市环境状况公报》资料显示,2010年至2013年,北京雾霾日天数分别为79天、79天、124天、153天。20142月一场大范围的雾霾更是拿下了本年度多项第一:“持续时间第一、2014年第一个霾橙色预警、中国气象局与环境保护部首次联合发布……”

中科院大气物理所专家王庚辰告诉记者,北京雾霾天数的增加从很早就开始了,“由于北京以及周边地区城市化、工业发展进程加快,造成大量的污染物排放,尤其是颗粒物的排放增加非常迅速,超出了环境容量,超过环境的自净能力,所以雾霾才变得更加严重。现在范围更广、程度更重才引起了更广泛的重视。”

王庚辰说,燃煤、机动车、人类城市活动一直被人为是北京雾霾加重的三种主要原因。2013年,北京市机动车辆增至520万辆,4年内增长超过120万辆,北京市细颗粒物、可吸入颗粒物等四种主要污染物排放超标,其中PM2.5超标156%,京津冀地区单位面积的污染物排放强度达到全国平均水平的5倍,过量污染物排放加剧了京津冀地区的重污染天气。

此外,2013年北京外来就业人口达到了717.37万人次,加上常住人口,城市人口总数突破2800万,各种人类活动也使空气质量更加恶化。

风如何影响雾霾?

众所周之,空气质量要变好,需要“人努力、天帮忙”,而风被认为是影响空气质量的重要因素之一。

北京气象台高级工程师张明英告诉记者,“在没有风的情况下,空气不容易流动,污染物更容易堆积形成雾霾;风小的时候,一方面可以将外地高浓度污染物输送进来,加剧雾霾天气,另一方面,如果没有污染物进来就能对本地雾霾起到稀释、扩散作用;大风天气,整个大气会受到剧烈扰动,乱流扩散加快,将局地污染物输送到其他区域或高度与空气充分混合,雾霾会被迅速扩散、稀释。”

不过,张明英也指出,风并不是影响雾霾最重要的原因,比看“风情”更重要的是对污染源的控制。

北京减灾协会副秘书长韩淑云表示,通过北京市1993年—2002年、2003年—2012年两个10年的1月份资料对比分析发现,北京1月年均风速从2.5米每秒减至2.3米每秒,雾霾天日数从2.1天升至4.4天,霾日则从0.8天升至3.9天。风速减小已经成为影响雾霾天气消散的原因之一。

雾霾大爆发与风电有关?

根据公开资料,2008年,中国北方的“大风口”内蒙古地区,为发展新能源产业,倾力打造“风电三峡”。到2013年,装机容量从58万千瓦发展到1848.86万千瓦,暴增了近32倍,风电发电量达到了368.37亿千瓦时,都位居全国第一位。

北京的上风口张家口地区风力发电也突飞猛进,张家口市发改委2012年称,该市风电全年发电量达103亿千瓦时,到2013年底,全市风电装机容量达到585万千瓦,成为名副其实的“中国风电第一市”。

 《谁“偷走”了北京的风》一文提出,“内蒙古的风电大发展与京津冀爆发大面积雾霾之间,究竟是纯粹的巧合,还是略有影响,抑或构成因果关系?目前并没有可靠的研究和确凿的结论。”

对于这一观点,中科院气象学博士李汀发表了博文予以分析和驳斥。李汀表示,2011年内蒙古赤峰市曾对当地3个风电场(克旗达里风电场、右旗翁根山风电场、翁旗灯笼河子风电场)的气象要素进行分析对比,发现其风速、气温、蒸发量、降雨量等变幅,均在正常范围区间内,并没有超过气候变化本身的变率。同时,还与另外7个没有风电场的旗县进行对照,其气象要素的变幅也在正常范围区间内。

李汀在博文中还指出,内蒙的四王子旗、化德、朱日和、多伦,河北的张北、沽源、怀来、围场、丰宁、乐亭、黄骅加上密云共12个气象站风速从1961-2013年一直都在减弱,并不是在2008年大规模风力发电之后才开始的。因此,她认为京津冀大面积雾霾与内蒙古的风电大发展没有直接关系,而相关媒体是错误地把相关性当作了因果性。

张明英介绍说,大风天气与北方的冷空气有关,影响中国的冷空气有五股,其中四股冷空气路径都要经过蒙古高原,路经北京西、北和西北方向。在冷空气活动与山脉组合形成的三北地区,风能资源最为丰富,而冷空气南下会“送来”大风。

张明英同样认为,风力发电厂“偷走”了风的观点是不对的,“发电站只是利用风的特点将一部分风能转化为电能,被转换的部分和整个大气相比微乎其微。北京冬季受东亚季风影响,盛行从西伯利亚、蒙古过来的西北风,属于冷空气,其强弱直接影响风速的大小。近两年来全球气候变暖,冷空气都偏弱,风速自然会减弱,风的稀释、扩散作用变差,空气质量受影响也在情理之中。”

国家气候中心研究结论指出,在2006年—2010年河北北部风电高速发展期间,北京市、天津市和石家庄市的通风量变化没有出现明显加快减弱的现象,这说明目前河北北部风电开发对京津冀地区的重污染天气不构成直接影响。

风真的被“偷”了?

 《谁“偷走”了北京的风》一文提到,“2013年北京地区仅有1天出现大风,比常年(12.6天)、近十年均值(7.8天)明显偏少,为1951年以来最少的年份”。认为大风天数减少是由于“超大规模的风力发电厂的消耗,很大一部分冷空气已经很难像以往那样越过陕西、山西。”

不过,通过中国天气网发布的1981年—2013年北京平均风速和大风日数对比图,不难发现,真实的大风日数为3天。此外,从2003年和2010年北京年平均风速和大风日数发现,2010年大风日数(18天)是2003年(6天)的3倍,但平均风速比2003年还少了0.2/秒。由此看来,风速大的年份,大风日数不一定是偏多的。反过来,大风日数少的年份,平均风速未必偏弱。因此,光看大风日数来说北京的风被“偷”了,是站不住脚的。

当然,通过数据可以看出,北京风速在2010年后确实有所下降,难道真的和风力发电有关?

其实,将张家口和张北来进行风速对比,会发现相距40多公里的两地在2008年风电大发展后,风速不降反升。

张北、尚义等坝上地区是风电场的集中区域,张家口市处于下游。2007年—2010年,张北风速增加,张家口没有变化。如果上游风电发展导致下游风速减小的假设成立,那么2011年张北风速减小,张家口的风速也应该减小,但事实上却维持不变。

2013年,张北风速有所加大,张家口增速更快。不但没有因为风电设备增多,拉开差距,反而缩小了差距。由此可见,风电发展对临近地区风速的影响并不大。

北京汇能科技有限公司是一家从事风力发电已经8年的公司,该公司副总宝君告诉记者,“风经过风机时,一部分动能转化为机械能,所以风速是肯定会变弱的。但是每台风扇对风速的削弱几乎可以不计,而且大型风电场下风向风速减弱的影响经过约30~60公里的距离以后就可以恢复。同时,风力发电在微观选址上要求很高,由于风力机群范围很大,考虑到每台风机的效益,在风机布局上并不会采取对风速有很大影响的方案。”

李汀在博文中指出,美国斯坦福大学Maria的研究显示,即使把全球所有的能源需求都换做风能,大气层1km以下的能量损失也只有0.006-0.008%。因此,简单地说风能转为电能会导致风力减小,是完全忽略了其中的“量效关系”。

而从地理上来说,河北张家口距离北京上百公里,内蒙古距离北京就更远了,因此,北京上游的内蒙古、河北开发风电资源,对北京风速的变化影响微乎其微。

北京作为重霾区一直饱受关注,但类似内蒙古、四川等注意力盲点近几年也饱受雾霾困扰,张家口这样昔日的“大风口”,如今更是难逃雾霾“魔爪”。2013年,山东、河南、湖北、湖南、江西、江苏、上海、浙江、安徽及四川等地也出现霾的天数创历史新高,这样的情况下,将雾霾与风力大小直接联系显然说不通。

全国的风都变“温柔”了

既然风没有被“偷”,在北京城饱受雾霾的时候,风又去哪了呢?

国家气候中心的一项最新研究显示,近50年来,中国大部分地区的风速都是越来越小的,年平均风速每10年就会减小0.12/秒。国家气候中心高级工程师江滢表示,近年来连寒潮、温带气旋等天气事件都逐年减少,是风速大范围减小的有力佐证。

“不止北京的风变小了,上海的风也在减小。”中国气象局国家气候中心首席科学家姜彤在接受媒体采访时曾指出,从上世纪70年代至今,上海近地风速呈下降趋势,平均每年下降0.031/秒,而北京下降0.014/秒,冬春季节尤为明显。

2013年《中国气候变化监测公报》显示,1961年—2013年,我国平均风速呈显著减小趋势,平均每10年减少0.18/秒。北京、上海风速变小并不是个例。“不仅我国的风变‘温柔’了,全世界的风速都在减弱。”姜彤介绍说,美国自1970年以来平均风速持续下降,近几年的平均风速比多年平均值下降了0.3/秒。

中国气象科学研究院研究员祝从文表示,风速减小是整个欧亚大陆都有,但是在东亚季风区表现的更为明显。全球气候变暖会形成经向的温度梯度,使得一部分北方的风被抵消,导致风力减小。

科学研究表明,全球变暖可能正是造成风速减小的罪魁祸首。北京风力减弱不过是全球风速趋缓的一个非典型。

由于全球气候变暖,尤其是80年代以后暖冬增多,冬季海洋和欧亚大陆的温差减小,亚洲大陆与太平洋之间的海陆温差不断缩小,两者间的气压差下降,导致空气流动动力不足,中国乃至亚洲的大气环流都发生了巨大变化。即便在城市高楼根本无法企及的中低对流层,风力也越吹越慢了,更何况面对风电阻滞和大规模城镇化的北京。

王庚辰说,除了全球变暖,近地面风速减慢与城市建设有关。由于城市化的发展,建筑面积增加,下垫面的摩擦作用增强,加之大范围的建筑群会对风起到绕流作用,从而减小城市风速,也会在一定程度上对风向产生影响。除了北京,郑州、沈阳和西宁等地也出现了风速先下降、之后又有所提升、总体震荡下降的趋势。