新研究週一發表的研究發現，海洋上空的風能潛力如此之大，理論上它可以用來產生“文明規模的電力”——假設我們願意用渦輪機覆蓋大片海域，並且可以產生“文明規模的電力”以及在極端海洋環境中安裝和維護它們的方法。
研究發現，我們不太可能建造如此規模的開放式海洋渦輪機——事實上，這樣做甚至可能改變地球的氣候。但更溫和的訊息是，公海上的風能具有巨大的潛力，這強化了這樣一種想法，即在非常深的水域上漂浮的風電場可能是風能技術的下一個重大步驟。
加州史丹佛大學卡內基科學研究所的肯·卡爾代拉 (Ken Caldeira) 表示：“從地球物理學的角度來看，我認為這為該行業開了綠燈。”
該研究，在美國國家科學院院刊，由卡內基研究員 Anna Possner 領導，她與 Caldeira 合作。
該研究首先以先前的研究為基礎，該研究發現陸地上的風電場可產生的能量可能有上限。
造成這種限制的原因不僅是因為陸地上的自然和人類結構會產生摩擦力，從而減慢風速，還因為每個單獨的風力渦輪機都會提取一些風能並將其轉化為我們可以使用的電力- 留下更少的風能其他渦輪機收集。
「如果每個渦輪機消除了大約一半的能量流經它，那麼當你到達第二排時，你只會獲得四分之一的能量，依此類推，」卡爾代拉解釋道。
海洋則不同。首先，風速可能比陸地上高 70%。但更重要的是所謂的風能補給。
這項新研究發現，在中緯度海洋上空，風暴經常將強大的風能從較高海拔轉移到海面，這意味著渦輪機可以捕獲的能量上限要高得多。
「在陸地上，渦輪機只是從大氣層最低部分刮掉動能，而在海洋上空，它正在耗盡大部分對流層或大氣層下部的動能，」卡爾代拉說。
該研究比較了位於美國上空（以堪薩斯州為中心）或大西洋沿岸近 200 萬平方公里的理論風電場。
研究發現，用風力發電場覆蓋美國中部大部分地區仍不足以為美國和中國提供電力，而這兩國每年需要約 7 太瓦的發電量（1 太瓦相當於 1 兆瓦）。
但從理論上講，北大西洋可以為這兩個國家以及其他一些國家提供電力。在相同面積的情況下，可以在海洋上提取的位能「至少高三倍」。
研究發現，需要在海洋上建造一個更大的 300 萬平方公里風力發電裝置才能滿足人類當前的電力需求，即 18 太瓦。這個面積甚至比格陵蘭島還要大。
因此，該研究得出的結論是，「按年平均計算，北大西洋可用的風力足以為世界提供電力」。
但必須強調的是，這些純粹是理論計算。
它們受到許多實際因素的阻礙，包括風力在所有季節的強度並不相同，而且目前還不存在以如此規模捕獲能量的技術，更不用說將其轉移到岸上了。
哦，還有另一個大問題：研究中進行的建模模擬表明，從大自然中提取如此多的風能會產生全球範圍的影響，包括使北極部分地區降溫高達 13 攝氏度。
卡爾代拉說：“試圖從風力中獲取文明規模的電力有點自找麻煩。”
但他表示，如果利用的能源量從這些極高的數字中減少，且風電場在全球範圍內的分佈更加分散，那麼對氣候的影響就會更小。
卡爾代拉說：“我認為這符合我們希望使用一系列技術的想法，而不僅僅是依賴於此。”
能源大師有長說在再生能源中，太陽能最有潛力擴大規模並產生太瓦級電力，足以滿足人類大部分能源需求。卡爾代拉對此並不否認。
但他的研究表明，至少如果有一天開放的海洋風變得可用，它也可能具有相當大的潛力。
麻省理工學院機械工程教授亞歷山大·斯洛庫姆（Alexander Slocum）專注於離岸風電及其潛力，並未參與這項研究，他表示，他認為這篇論文是“非常好的研究”，而且似乎沒有偏見。
「論文所暗示的結論是，公海風能發電場可以滿足我們大部分的能源需求，這也得到了歷史的支持：當一項技術變得受到限制（例如，馬車）或壟斷（歐佩克）時，就會出現環顧四周的動機尋求替代方案，」斯洛庫姆在電子郵件中繼續說道。
“汽車對馬做到了這一點，美國通過水力壓裂對歐佩克做到了這一點，現在可再生能源正在對碳氫化合物行業做到這一點。”
科羅拉多大學風能研究員 Julie Lundquist 補充說：「作者確實承認，在實際從這些遙遠的離岸地點收集能源時存在相當大的技術挑戰，但我很欣賞他們對資源規模的關注。」 ，博爾德。
“我希望這項工作能夠進一步激發人們對深水風能的興趣。”
為了強調計算的理論性質，倫德奎斯特透過電子郵件補充道，「當前和可預見的陸上和海上風力渦輪機部署量遠小於達到這項工作和其他工作所關注的大氣能量限制所需的規模。
該研究指出了風能的第三幕。在陸地上，渦輪機已經非常完善，並且每年都會安裝更多的渦輪機。
同時，在近海，沿海地區現在也安裝了越來越多的渦輪機，但仍位於相對較淺的水域。
但要飛越公海（那裡的海深通常超過一英里），預計還需要另一種技術——可能是一個浮式渦輪機，它延伸到水面之上，坐落在某種非常大的水下漂浮結構之上，並伴隨著通過將整個渦輪機固定在海底的電纜。
這項技術的實驗已經在進行中：挪威國家石油公司正在移動在蘇格蘭海岸建造一座大型浮動風電場，該風電場將位於約100公尺深的水域，發電能力為15兆瓦（百萬瓦）。
渦輪機高 253 公尺（830 英尺），但其中 78 公尺（256 英尺）的長度是指海面下方的漂浮部分。
卡爾代拉說：“我們所描述的事情在今天可能不會具有經濟效益，但一旦你擁有一個朝這個方向發展的行業，就應該為該行業的發展提供動力。”
2017 ©華盛頓郵報
本文原刊於華盛頓郵報。
