如果使用风能为当今的美国提供全部电力(0.5TWe)将导致美国大陆地表温度上升0.24℃。
变暖的部分原因是涡轮机通过混合边界层重新分配热量。
模拟的日温差和季度温差与最近观察到的风电场变暖大致相符,这也与风力涡轮机如何改变气候的理解一致。
这种变暖效应与21世纪的变暖预测相比较小,大约相当于全球脱碳发电情况下降低的温度;而与美国风能发电脱碳所实现的气候变暖的减少相比,其影响很大。
在相同的发电速率下,虽然风能对环境的总体影响肯定小于化石能源,但太阳能光伏系统对气候的影响比风力系统小将近十倍左右。
因此,随着能源系统的脱碳,风能和太阳能之间的选择应该根据它们对气候影响的大小来决定。
可再生能源在气候效益和公共健康方面有着重要作用,但风力涡轮机在提取动能的过程中将减慢风速,改变地表和大气之间热量、水分和动量的交换等,其气候影响同样不能忽略。
更好地理解可再生能源之间的环境权衡将为低碳能源之间的选择提供重要依据。
目前已有研究使用大气环流模型(GCMs)发现风力发电对本地及更远距离的气候产生了不同的影响,这意味着风力发电的气候影响不仅取决于涡轮机的数量,还要考虑涡轮机分布的地理位置,而一般文献却忽略了这一点,仅利用理想化或者不切实际的数据进行分析。
此外,以往研究一般在本地和全球范围的尺度分析风力发电的气候效应,忽略了风力发电在国家和地区层面的气候效应。
该研究从美国大陆的尺度入手,探讨了风能的气候影响与其通过取代化石燃料减少排放所带来的气候效益之间的时间权衡 。
风力发电在低层大气中动能耗散产生的加热仅为每日平均辐射通量的0.6%。
风力的气候影响不是由动能耗散增加而产生的额外加热引起的,而是由涡轮机-大气的相互作用改变了地表-大气通量,诱导了气候影响,这一影响可能比消散本身的直接影响大得多。
在任何合理的长期环境措施下,风能等清洁能源都完胜化石燃料,但清洁能源的选择也需要进行权衡,因为任何清洁能源的使用也必然会对本地环境造成影响。