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京津冀地区冬季多刮偏北风,然而从2008年以来,在中国北方的“大风口”内蒙古地区,正发生着另外一场能源巨变。为发展新能源产业,内蒙古地区倾力打造“风电三峡”,装机容量1848.86万千瓦,五年内暴增了近32倍。巧合的是,京津冀地区雾霾天气的剧增,也正是从2008年前后开始。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?
从北京年平均风速和大风日数对比图中可以发现,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。以1983年和1981年对比为例,1983年大风日数(29天)几乎是1981年(15天)的2倍,但平均风速比1981年还少了0.1米/秒!因此,光看大风日数来说北京的风速暴跌,显然是站不住脚的。
但不可否认的是,北京的风速最近3年确实减少了。那么问题来了,这是因为风电大发展导致的吗?
风电影响风速就像蚂蚁绊倒大象
为了搞清楚风电发展和北京风速变小的关系,数据帝决定把目光放到更长远的时间周期中。从上世纪60年代以来,北京的风速在波动中减小。其中,60年代后期到70年代初期,北京的平均风速较大,1972年达到了顶峰(3.2米/秒)。从70年后期开始,北京风速就在减小,1990年减小到了低谷(1.8米/秒)。
风电装机量主要是2008年以后突飞猛进的,因此在1972年-1990年这段时间风速减小,显然是不能算在风电头上的。那么,2008年风电大发展以后呢?
风电场一般集中在张家口北部的张北、尚义等坝上地区,张家口市处于其下游。2007-2010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,尤其是2012-2013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。一只大象马上要摔倒,就算大象脚下的蚂蚁伸了一下腿,也不能认为是蚂蚁绊倒了大象。
不是因为风电发展,那北京风速减弱到底是什么原因呢?其实,风的本质是空气流动,导致空气流动的根源是温度或者密度的差异。由于陆地和海洋性质不同,冷热变化有差异,冬季陆地冷于海洋,风从亚欧大陆的腹地(西伯利亚)吹向太平洋,所以北京冬季多西北风。
由于全球变暖,尤其是80年代以后暖冬的增多,减小了冬季海洋和欧亚大陆的温差,因此空气的流动也就不如之前快,风速也相对应减小。从冬半年强冷空气和寒潮次数的年代变化来看,60-70年代的寒潮和强冷空气相对较多,80年代明显减少,90年代以后又稍有增多;对应风速变化来看,60-70年代北京平均风速较大,80年代明显减小,90年代又有所增大。如此看来,北京的风速变化还是自然因素起了主要作用。当然,全球变暖也有很多原因被归结为人类活动,科学界一直有争议,但是自然和人为因素应该都是存在的。
除了全球变暖,城市化发展增加了地面附近的摩擦作用,高大的城市群会产生绕流阻力也使得风速可能会减弱。除了北京,同样的风速变化也表现在北方其他一些城市,比如郑州、沈阳、西宁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。不过,天津21世纪以来风速还呈现加大趋势,这可能因为天津临海,城市热岛效应使得海陆风的作用加强。
5e认为,什么事情都要有度,有分寸,不能直线思维,必须考虑大规模开发风电会不会带来一定的负面影响。有人可以说,西欧国家不都在大量利用风电吗,人家怎么没有雾霾呢?我也有过类似疑问。但是,这些国家总的风力发电量非常小,拿风力发电非常多的荷兰来说,2012年该国风力发电量只有122亿吨,不到我国风力发电量的10分之一。另外,荷兰国土面积小,纵深小,西面靠海,即使有雾霾,很容易吹散。
但是,中国的情况不一样,特别是北方,主要受西北风控制,如果风力受阻,那么经过近万公里长途跋涉而来的雾或灰尘可能一下子沉淀下来,堆积在中国东部,造成严重的雾霾天气。这就好比滔滔的江水受阻以后,很容易把泥沙沉积下来一样。
如果新疆、甘肃、内蒙的风力发电按照目前的速度发展下去,很难想象未来中国东部会是什么样子?风电应该建设成什么规模,如何能够保证不对环境造成破坏,需要科学家认真研究论证。