风能的优点和缺点

中国浙江舟山,蓝天下的风力涡轮机。"class=

贾宇/盖蒂

风能已经存在了几千年。地球上自由而充沛的风过去和现在都被用来驾驶船只、碾磨谷物和抽水。直到最近,人类才利用这种能源发电,但它已经是其中一个重要且不断增长的组成部分,为美国约8.4%的电网提供电力,为全球约6%的电网提供电力,而且发电量远不止于此。

风能有很多好处:它是一种相对简单的可再生能源,一旦投入使用,不需要大量维护,也不会污染空气或水。最重要的是,在一个我们都开始感受到气候危机直接影响的世界里,风力涡轮机在不需要的情况下发电温室气体排放

然而,这种清洁能源也带来了挑战,也有一些缺点——最大的两个是它对环境的影响和风固有的可变性。beplay体育官网电脑这些都有缓解措施,但它们当然不应该被忽视或轻视。从经济上讲,风能的前期成本很高,但大多数形式的能源也是如此,化石燃料工厂需要更多的维护,这意味着更高的运营成本。

什么是风能

风是地球自然过程的一种自然的、自由的、丰富的副作用,而风能是任何能够捕获这种能量并将其转化为机械能或电能的系统。

风车是风能的一种古老形式,它将风的动能转化为机械能,利用风来碾磨谷物或抽水。和风车一样,风力涡轮机的叶片可以利用风力,但随后能量会转化为电能,并被添加到电网或储存在电池中。

风能的优势

风能最显著的优点是它发电不会污染空气或水,也不会向大气中增加温室气体。但它还有其他一些独特的环境和经济效益。beplay体育官网电脑

beplay体育官网电脑环境效益

风不会导致气候变化。虽然制造和运输涡轮机需要能源成本,但一项关于风力涡轮机生命周期的研究发现,它们的碳足迹在短短6个月的运行中就通过减少二氧化碳排放得到了补偿。2019年,风力发电减少了相当于4300万辆汽车排放的二氧化碳。

冬日里的发电厂和风力涡轮机"class=
carstenbrandt / Getty Images

可再生能源。风能并不短缺,也不会枯竭,所以风能的基础是可再生的、可持续的供应。这种能源不需要从地下开采,也不需要用火车或卡车运输——这需要额外的能源和排放,并增加化石燃料燃烧工厂的成本。和新型号的风力涡轮机每天都变得更有效率。

零排放。一旦选址和放置,风力涡轮机或风力发电场不会产生污水或排放。烟囱不需要清洗,有毒物质不需要加工、运走、倾倒或掩埋。

不需要附近有水源。水不需要运行风力涡轮机,也不需要用于冷却机器或任何其他目的,因此风力涡轮机不需要安装在水道附近或与水源相连。

经济效益

运营成本低。一旦安装,风力涡轮机的运行成本很低。

没有来源成本。风能是免费的,因此能源成本为0美元。这些成本的节省意味着它比美国最受欢迎的电力形式——燃煤电厂更便宜。2016年的一项金融研究发现,无补贴的风力项目每兆瓦时的成本在32美元至62美元之间。煤炭成本在每兆瓦时57美元到148美元之间。预计成本会随着时间的推移而下降预计风力会增强在一个气候变化的世界里,这可能意味着未来几年来自风能的能源将会更多。

美国中西部的风力涡轮机和农场"class=
马西娅·斯特劳布/盖蒂图片社

农村社区也从中受益。风力发电装置也有利于农村经济,因为大多数风力发电场位于人口较少的地区。例如,2018年,明尼苏达州的莫厄县与风能相关的税收超过230万美元。

风能可能需要更少的补贴来保持它的可承受性。所有大型能源输送系统都得到政府补贴,包括燃煤电厂和风力发电场。但化石燃料行业可能比可再生能源获得更高的补贴和税收减免,这取决于考虑的因素。在公共土地上人为压低的采矿成本是否应该计入补贴?beplay体育官网电脑环境和金融分析师不同意这件事。

风力涡轮机不会造成空气污染和相关的健康危害。燃煤电厂已被证明对人们的健康有负面影响,这就导致了医疗费用这些通常不被认为是生产燃煤发电的“成本”。无论这是一种经济效应还是一种人类健康效应,或者两者兼而有之,当涉及到风力发电时,它都值得作为一种成本或成本节约来考虑。

风力发电很灵活,可以实现能源独立。化石燃料通常需要一个集中的发电厂才能有效地发电,而风能不一样,它在规模和空间上都是灵活的。(即使是家用燃油发电机也只用于紧急停电——它们效率低下,还会污染当地空气。)

一座风力涡轮机飞过城镇房屋"class=
George Pachantouris / Getty Images

风力涡轮机的大小和数量可以根据位置和能源需求而变化。想到风力发电,人们可能会联想到风力发电场有数百台涡轮机,但也有中小型涡轮机单独、成对或三台运行,为需要的人提供所谓的分布式电力。据美国能源部(Department of Energy)报告,美国有超过85000个这样的小型涡轮机,发电量为1145兆瓦。

可伸缩性。小型涡轮机可以为家庭、牧场、农场或建筑物供电;较大的涡轮机可用于本地发电,以满足工业或社区的需要。

风能的缺点

风力发电面临着一些重大挑战,其中最广为人知的是它们对鸟类和蝙蝠的生态影响。反对者还认为,涡轮机产生的噪音会影响住在涡轮机附近的居民的生活质量。

可靠性

风能的可靠性各不相同。尽管涡轮机可能在90%的时间内产生能量,但它们可能不会以100%的容量工作——平均为35%的容量。

不可预测性。风力不足或无风都会关闭风力涡轮机,风力过大(以保护机器)也会关闭风力涡轮机。在此期间,维持正常的电力流动将需要从电池中储存的风能或其他电源。

噪音及视觉污染

噪声污染。风力涡轮机可能会产生噪音,产生的声音在40-60分贝范围内(相当于一个中等大小的窗户空调)。这显然会干扰住在更小的涡轮机附近的人,但关于风力涡轮机噪音对健康的影响,数据没有定论。

野生动物。风力涡轮机的噪音可能也会影响野生动物,特别是鸟类和蝙蝠,但也会影响其他使用声音进行交流的动物。

美学。有些人认为风力涡轮机很丑,不喜欢看到它们出现在风景上或水面上。

女孩和自行车旁边的现代风力涡轮机的影子"class=
Mischa Keijser / Getty Images

影子闪烁。这种现象是由风力涡轮机的旋转叶片与低地平线的太阳结合在一起产生的。这投下一个移动的影子,被认为是一个闪烁的叶片移动。对于住在涡轮机附近的人来说,它可能会让人迷失方向,感到不安,尽管它往往只发生在特定的、有时间限制的情况下。可以计算阴影闪烁效果并减轻其影响,使其最小化。较小的涡轮机没有阴影闪烁的问题,因为它们更短,所以这主要是与较大的涡轮机有关。

生态的影响

鸟的碰撞。风力涡轮机是大量鸟类死亡的罪魁祸首。最著名的关于风力设施中鸟类碰撞死亡率的研究发现,在美国大陆,风力涡轮机每年杀死14万到328000只鸟。有一些缓解措施(在远离大量这些动物的地方建造风力发电场,或者安装雷达,当鸟类或蝙蝠靠近时关闭涡轮机),但目前还不知道这些调整的效果如何。Bladeless涡轮机也许是解决这个重大问题的另一个办法。

德国下萨克森州东弗里西亚,一群黑雁飞过一座风力发电场"class=
gerdtromm / Getty Images

对当地生态系统的影响。像其他大规模工业发展一样,风力发电场也会对当地生态系统产生影响。虽然风电场的大部分土地可以被动物用作栖息地,但仍然有维护道路和其他基础设施,特别是电线,这可能会对该地区的野生动物产生负面影响。

潜在的影响。风力发电场的一系列生态效应还不清楚,可能会产生意想不到的后果。例如,在印度进行的研究发现,风力发电场附近的掠食性鸟类更少,而蜥蜴更多,这破坏了当地捕食者和被捕食者的平衡。

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