高密度风电场比思想更少的电力

科学家分析了风电场可以产生的最大电力量，就像堪萨斯州的烟雾山风电场一样。© Drenaline / CC-BY-SA-3.0

Max Planck生物地球化学研究所的研究人员表明，大型风电场具有高密度的装机容量，慢速向下慢，产生比以前思想的更少的电力。

可以从风中撤回的能量少于现在。例如，德国联邦环境机构2013年研究的先前预测得出结论，可能从风能产生近7瓦的电力电力。然而，耶拿最大普斯克生物地球化学研究所领导的科学家国际研究团队现在已经表明，风电实际的能量量相当较低。这些研究人员计算出最多1.1瓦的电力可以在堪萨斯州Windy（USA）的大风状态下的大（105平方公里）的风电场上产生1.1瓦的电力。产生的能量与风力涡轮机的数量之间的相关性并不是线性的，随着更多涡轮机越来越慢地向风慢。在非常高的涡轮机密度的情况下，这尤其明显。这种效果可能适用于任何区域，尽管风力电力实际产生的电量将从一个区域略微变化到另一个区域。虽然在这种放缓效果之前，可以将更多的风力涡轮机部署到堪萨斯州，但在这种放缓效果强烈影响发电率之前，利用德国联邦环境机构确定的风能潜力不可能是可行的。

截至2014年底，德国的风力涡轮机总装机容量为39千兆瓦。德国联邦环境机构承担有可能建设更多的风电场，该农场将达到大约1,200千兆瓦的总产能，占德国的14％。这些数字对应于每平方米的安装容量23瓦，预计将产生每平方米大约6.7瓦电力的输出。然而，这可能是这种估计甚至太乐观了。这是一项由Axel Kleidon领导的国际科学家在耶拿Max Planck生物地球化学研究所的研究组领导者领导的国际科学家队的研究中达成的学习结论，他在堪萨斯刮风中迎来风能。堪萨斯州几乎是德国大小的一半，目前拥有大约2.7千兆瓦的装机容量，这将转化为0.013瓦列平方米。

研究人员与广泛应用于天气预报的复杂仿真模型，第一次包括风电场及其对风的影响。“当我们仅考虑一些风力涡轮机时，我们发现了我们所预期的，更多的涡轮机产生更多电力，”Lee Miller，第一个作者和Max Planck生物地球化学研究所的科学家解释道。“但是当我们考虑越来越多的涡轮机时，我们发现风速减少，每个涡轮机产生较少的电力。”

每轮涡轮机输出随着安装容量的增加而下降

随着风力涡轮机的装机容量显着减少，如果堪萨斯州风力涡轮机的安装容量大幅增加，则电力的产生将限制为最多1.1瓦特。这种最大能量产量比以前的估计数在诸如联邦环境局的估计中的最大值低得多，因为这些人不会考虑涡轮机的放缓。

然而，获得每平方米1.1瓦的发电率，每平方米有必要有10瓦机的装机容量。在这种容量下，涡轮机仅生产其最大潜在输出的约10％。每平方米只有0.3瓦的装机容量，它们的容量的40％达到40％，当装机容量增加到每平方米的0.6瓦时，这几乎没有减少。“所以没有问题在堪萨斯州部署更多的风电场，这可能会产生更多的电力50倍，”Axel Kleidon说。

如果风电场运营商每平方米达到1.1瓦的限制，则产生的影响将延伸到降低涡轮机的产量。“风也在大气湍流自然减速，”Axel Kleidon解释说。“这种湍流在地面和大气之间交换了热量和湿度。”如果由于涡轮机的风力减慢，则湍流减少，这也将对气候产生后果。

太阳能发电每平方米产生20瓦电力 - 没有放缓效果

Kleidon解释了风能发电限制背后的物理：大气在表面附近的风吹动，令人惊讶的一点。“因此，风力涡轮机提取的这种能量越多，风对风的放缓效果越大，”物理学家解释。“如果风电场的装机容量不超过一定水平，则可以补充周围环境中提取的能量，特别是从上面补充。”风电场的总功率输出越小，其安装密度越大。“这些效果导致大型风电场中的风力涡轮机能够产生比孤立的风力涡轮机相当更少的能量，”Kleidon说。

放缓效果也可能强烈降低德国和其他地方的风能潜力。潜力的实际值取决于特定位置的风力条件，这在堪萨斯州非常有利。这些调查结果适用于德国风能一代的调查结果是研究人员目前正在调查的主题。它们几乎完全排除了它可能在高达七瓦附近的可能性。风电输出的电力显着低于太阳能电力装置产生的电力。最有效的是，今天平均每平方米平均20瓦。此外，太阳能没有缓慢的效果。屋顶上的每个额外太阳能电池板都会产生预期的电量。

出版物：Lee M. Miller等人，“两种方法估算大型风力发电的限制”，2015年PNAS; DOI：10.1073 / PNAS.1408251112.