风电场会影响气候环境吗？一项历时15年的监测研究告诉你答案风能是可再生的绿色能源

风能是可再生的绿色能源，全球风电场的规模和数量正在快速增加。过去十余年中，中国开发了全球约35%的风电装机容量。中国科学院西北生态环境资源研究院联合中国气象科学研究院等单位，对河北省尚义县一大型陆地风电场开展了一项为期15年的集气象监测、卫星遥感和地面采样的综合实验，深入探讨陆地风电场建设前后局地气候和环境变化差异。今天，我们约请研究论文主要作者、中国科学院西北生态环境资源研究院罗立辉研究员向读者介绍相关的科学问题。

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麒麟山风电场
巨大的“蝴蝶”群可能影响气候环境
我们都听说过蝴蝶效应，空中一只小小蝴蝶扇动翅膀，产生的微弱气流引起的连锁反应，最终可能引发一场龙卷风。风机叶片像一只巨大的“蝴蝶” ，而风电场则由成百上千巨大的“蝴蝶”组成，它们的扇动会对周边乃至其他区域产生什么样的连锁反应呢？
1891年，丹麦建立了全世界第一座风力发电站。自20世纪70年代第一次世界石油危机以来，能源日趋紧张，各国开始用风能来代替高污染的能源。目前，全球风电的发电量占总发电量的4%左右，风能发电相较于上个世纪末增加了几百倍。至2050年，风能发电将满足世界上20%以上的电力需求。
2004年，有研究者首次提出，大规模风电场的运行可能会影响局地和全球气候。在部署风电场的地区，当风力穿过风机叶片时，风的动能相当大一部分被涡轮机提取而转化为电能。这种能量之间的转换影响陆地表面和大气层之间的自然能量交换扰动和循环模式，改变风电场及其周边地区的天气和局地气候，从而影响全球气候。
【风电场会影响气候环境吗？一项历时15年的监测研究告诉你答案】国际上， 2000年后开始出现风电场气候效应方面的研究， 2010年后相关研究开始增长。 2010年以后，国内学者开始对主要集中在西北、华北和东北等地国内大型风电场进行探索研究。目前主要采用现场监测、卫星遥感和无人机数据，设计风洞实验，构建模型并进行数值模拟等来分析风电场对气候和环境可能造成的影响。
风电场内部风速减小
中国科学院西北生态环境资源研究院团队在国家重点研发计划“风电场、光伏电站生态气候效应和环境影响评价研究”资助下，试图弄清大规模的风电场运营对当地气候和环境的影响。我们选择了麒麟山风电场开展这项为期15年的研究。
麒麟山风电场位于内蒙古和河北交界处的河北省尚义县和乌兰察布市。风电场从2008年开始建设到2015年建设结束，经历了四个建设阶段。风电场内以农田和草地为主，主要农作物为马铃薯、玉米、大豆和蔬菜。该地区没有大型哺乳动物栖息，野生动物群落主要由小型啮齿动物组成。该地区不是候鸟的主要栖息地，也不在候鸟的主要迁徙路线上。在风电场建设前的2005年，在风电场区域内安装了70米的气象观测塔。云高仪、三维激光测风雷达、微波辐射仪、搭载多光谱相机的无人机和X射线荧光分析仪等设备在风电场建设后被陆续用于此地的监测。
风机运行过程中，会吸收气流的动量，增加地表的摩擦力，以往的研究显示，这会导致风电场内部及下风区的风速衰减。风速衰减的影响范围最大达到60公里，导致风速得到恢复需要间隔一定的距离。随着风电场规模的增加，风电场内部风速减小8%至16% 。
在我们的这次研究中，风电场建设前，尚义县周边的几个气象站如尚义、兴和、怀安和商都，风速下降变化趋势相对比较稳定，建设后，兴和下降趋势变化不明显，尚义下降趋势是建设前的两倍多，而商都呈略微增加趋势。这个趋势反映了尚义很大程度上受非气候变化因素影响，致使风电场建设后风速下降。风电场运营很可能造成尚义每年风速降低0.19米/秒，相当于建设后平均风速的6% 。在风电场的下风向风速有明显的衰减。