对于依赖太阳能的炎热地区来说,气候变化可能意味着晴天减少

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对于依赖太阳能的炎热地区来说,气候变化可能意味着晴天减少


虽然太阳能是一种主要的可再生能源,但新的研究表明,全球变暖导致的区域气候变化可能会使目前被认为是理想的太阳能生产地区在未来变得不那么可行。


普林斯顿的研究人员最近在《自然通讯》杂志上发表了第一份评估气候变化下太阳能日常可靠性的研究报告。该小组使用卫星数据和气候模型来预测,随着全球变暖改变地球大气的动力学和一致性,到达地面的阳光将如何受到影响。


他们的研究发现,更高的地表温度——以及由此导致的大气中水分、气溶胶和微粒数量的增加——可能会导致太阳辐射的整体减少和多云天数的增加。研究人员发现,像中东和美国西南部这样炎热干旱的地区——被认为是太阳能最大的潜在产地之一——最容易受到阳光较大波动的影响。


“我们的研究结果可以帮助设计更好的太阳能发电站和优化存储,同时避免太阳能发电容量的扩张地区未来气候条件下阳光间歇性可能过高使太阳能可靠,“说通讯作者Amilcare Porporato,普林斯顿大学的托马斯·吴94年土木与环境工程教授和普林斯顿环境研究所(PEI)。这项研究得到了位于PEI的碳减排倡议的支持。


Porporato说:“用学术的比喻来说,就太阳能而言,半干旱地区现在就像几乎每天都能拿到A的学生。”“现在,气候变化正在干扰大气层的正常动态,以及太阳辐射到达地球表面的规律。我们试图量化结果是A变成B甚至C的几率有多大。”


第一作者、南京信息科学技术大学的研究员尹俊说,现有的关于太阳能在这个不稳定的未来将如何发展的研究主要集中在平均日照水平上。他作为Porporato的博士后研究助理,在普林斯顿完成了这篇论文。


尹说:“我们方法的新颖之处在于指出,在某些地方,日常变化将会有更多的不确定性。”他和Porporato之前报告说,气候模型低估了每日云循环的冷却作用。他们与阿拉伯联合酋长国哈利法大学土木基础设施和环境工程副教授Annalisa Molini共同撰写了最新的论文。


研究人员的发现是基于概率计算的,类似于那些用来确定洪水或干旱风险的计算。太阳能可靠性的降低与某些干旱地区大气水分和气溶胶的变异性增加有关。波尔波拉托说,温度越高,水分越多,湍流越强,有利于云的形成,使粒子悬浮的时间更长。


Porporato说:“还有土壤干燥的问题,这可能是更重要的问题。”随着中东等干旱地区气温和大气湍流的增加,干燥的土壤可能导致更多的灰尘和大气气溶胶,从而减少太阳辐射。Porporato说,这些趋势实际上已经在气候观测网络的观测中被探测到。


在美国西南部,研究人员的发现就不那么一致了。一些模型显示未来太阳辐射增加,间歇期减少,而另一些模型显示未来太阳辐射减少,间歇期增加。尹说,这些结果说明了在不确定的未来试图预测太阳能可靠性的挑战。


尹说:“我们希望政策制定者和能源行业人士能够利用这些信息,更有效地设计和管理光伏设施。”


他说:“我们的论文有助于为可能出现间歇性的不同地区找到有效的解决方案,但这种间歇性在可接受的水平上。”“各种各样的技术,如电力存储,或电力运行政策,如智能限电,负荷调整或地理分散,都是很有前途的解决方案。”


为了继续他们的工作,研究人员计划检查气候的持续性,特别是连续晴天或阴天的天数,这对太阳能发电很重要。他们还在探索云如何影响作为减缓气候变化策略的植树的有效性。树木不仅吸收二氧化碳,还吸收太阳能,这将提高表面温度。由此导致的云层覆盖的增加可能会改变目前对树木减少大气碳的有效性的估计。


这篇题为“太阳能间歇性对未来光伏可靠性的影响”的论文发表在9月22日的《自然通讯》上。


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