轉自：中國科學報

一項最新研究指出，氣候全球氣候變暖已不再是變暖“未來風險”，而是受害事實正“事實性地”給我們的生產生活帶來威脅。在該研究中，新研性威脅最新的已帶受害者是海上風電。

這項由南方科技大學教授曾振中課題組、氣候寧波東方理工大學助理教授陳云天團隊與合作者共同開展的變暖研究顯示，亞洲與歐洲超過一半已建及規(guī)劃中的受害事實海上風電場正面臨極端風況的危險，其中與風機載荷相關的新研性威脅極端風速在全球68%的沿海區(qū)域呈現顯著上升趨勢。11月5日，已帶該研究成果在《自然—通訊》發(fā)表，氣候同時被編輯部選為亮點文章（highlight）。變暖

“我們研究發(fā)現，受害事實全球海洋及海岸線區(qū)域中，新研性威脅超過60%的已帶區(qū)域極端風速呈現顯著上升趨勢。而這一趨勢與全球變暖導致的氣旋活動變化密切相關?！闭撐牡谝蛔髡?、香港理工大學與寧波東方理工大學聯合培養(yǎng)博士生趙雅楠在接受《中國科學報》采訪中表示：“這不僅是數據上的風險，更是現實中的隱患?！?/p>

一個前人不曾深究的課題

2024年9月，臺風“摩羯”襲擊海南文昌。在強力臺風之下，當地一風電項目發(fā)生多臺風機倒塌事故，經濟損失高達數億元。這一事例表明，科學評估現有及規(guī)劃中的風電場能否應對極端風速至關重要。

關于“極端風速”的標準，國際電工委員會（IEC）依據“五十年重現期風速”（即五十年一遇的極端風速）對風機進行等級劃分，并要求各等級風機需具備承受其運營位置風速的能力。根據標準，I類、II類和III類風機的最大設計極限風速分別為50米/秒、42.5米/秒和37.5米/秒。

趙雅楠告訴《中國科學報》，在開展相應研究分析之前，研究團隊注意到已有多篇文獻直接或間接指出極端風速正在增強。例如，2019年澳大利亞一個研究團隊通過遙感觀測的高度計和散射計數據發(fā)現，90分位數的風速呈現顯著上升趨勢。此外，近十幾年來關于臺風的研究也顯示，盡管臺風頻次未見顯著增加，但其強度有所增強。

“這些現象引發(fā)了我們的思考：在氣候變化背景下，用于風機設計載荷的風速是否已經發(fā)生變化？當前乃至未來的風機是否足以抵御日益加劇的極端風速事件？”趙雅楠說，帶著這些思考，他們一頭扎進過去80多年（1940年~2023年）的逐小時風速數據中。

他們發(fā)現，全球海洋范圍內極端風速的長期變化趨勢和空間差異，是一個前人不曾深究的課題。

“現實情況可能更嚴峻”

基于1940年~2023年逐小時風速數據，研究團隊系統(tǒng)分析了全球海域的時空變化。

他們發(fā)現，五十年一遇的極端風速（U50）在全球36.70%的海域已超過III類風機設計標準，并在68%的海域呈現顯著上升趨勢；而在離岸100公里范圍內的沿海區(qū)域，16.49%的區(qū)域超過III類標準，11.25%和0.62%的區(qū)域分別超過II類和I類標準。

“極端風速增強的區(qū)域非常廣泛，這令我們感到非常意外?！壁w雅楠對《中國科學報》說，這些區(qū)域許多也是各國部署海上風電較為集中的區(qū)域，如我國浙江、福建、海南沿岸，歐洲西北側海岸線以及美國東部海岸線。因此研究團隊提出，相關區(qū)域有必要提前部署更高等級的風機，并加強對現有風機在極端風況下的監(jiān)測與防護。

趙雅楠告訴記者，由于再分析數據的網格平滑效應，該研究對臺風頻發(fā)海域的極端風速仍然有顯著低估。這意味著，已建成和正在規(guī)劃中的海上風機系統(tǒng)，能達到I類風機設計閾值（需I類風機才能抵御）的區(qū)域占比不足1%。

“現實情況可能更為嚴峻。”趙雅楠對記者說，受數據時間分辨率的限制，團隊對臺風頻發(fā)海域的極端風速估計可能偏低。因此，“這些結果實際上趨于保守”。

為此，陳云天及合作者表示，該研究為極端風速對海上風電場影響的初步探討，針對具體風場項目仍需開展更深入的分析。他們建議在風場建設與規(guī)劃中引入動態(tài)風險評估機制，推動適用于不同氣候區(qū)域的本地化設計規(guī)范，以增強在極端天氣中風機的結構完整性與運行可靠性。

“當全球有超過半數的海上風場位于極端風速顯著增強的區(qū)域，這說明僅依賴歷史數據進行風機選址和選型已存在明顯局限。”陳云天說，考慮到風機的設計使用年限通常為20年，建議在未來的風場規(guī)劃中要充分參考對未來極端風況的預測。

“當然，這也凸顯了開發(fā)相應預測模型的緊迫性”。他說道。

值得一提的是，我國在風機抗臺風技術方面已走在國際前列。據了解，我國目前已設計并投產的抗臺風風機，其標準已達到70m/s。例如，明陽智能在廣東陽江布設的風場，就在今年9月成功經受住了超強臺風“樺加沙”的考驗。這表明，我國在技術上完全具備支撐海上風電持續(xù)發(fā)展的能力，也為應對未來氣候風險提供了可行的技術路徑。

氣候變暖“難逃干系”

趙雅楠告訴記者，處理和分析連續(xù)83年的全球網格逐小時風速數據，過程并不容易。由于數據規(guī)模很大，從下載到完成五十年一遇極端風速趨勢的計算，完成整個過程耗時了一個多月——這還不包括調試代碼、多次計算等的時間成本。

因此，研究團隊并沒有將分析研究僅停留在現象層面，而是進一步關聯了氣旋活動變化，嘗試探究極端風速增長的氣候機制。

已有研究表明，超過80%的極端風速事件是由熱帶氣旋（如臺風）和溫帶氣旋引起的。趙雅楠告訴記者，他們在數據分析中發(fā)現，盡管目前每年臺風的總數量并未顯著增加，但在全球氣候變暖的背景下，強臺風的發(fā)生頻率明顯上升。結合前人研究結果，該團隊認為，該趨勢與氣候變暖背景下氣旋強度變化密切相關。

“具體來說，氣候變暖導致海洋表層溫度升高，進而通過增強潛熱釋放等物理過程，使得氣旋系統(tǒng)獲得更多能量，最終導致其強度增強?！壁w雅楠告訴記者，這一機制直接關聯到海上風機等結構所面臨的極端風速風險增加。

《自然—通訊》同期發(fā)布的亮點文章評析中也寫道：該研究的創(chuàng)新之處在于，首次大規(guī)模量化了極端風速變化與不同等級海上風機的適配關系，填補了“氣候變化影響—風電設施耐受度”的研究空白。

這項研究的意義還在于，再次明確了氣候不受控的變化（如氣候變暖）所帶給人們的威脅已悄然而至、兵臨城下。

“氣候風險特別是日益增強的極端風速事件，正顯著提高清潔能源的成本并影響其供應的穩(wěn)定性。”作為通訊作者之一的曾振中說，具體到這篇論文所呈現的信息，已建風場若因低估極端風速而選用了標準較低的風機，將面臨極高的倒塌風險。風機造價和鋪設成本高昂、倒塌可能導致上千萬甚至超億元的經濟損失還只是一方面，未來海上風場的運營成本提升、供電中斷給能源穩(wěn)定構成的威脅等等，都將是人類自己買單。