エネルギー生産に関しては、残念ながら無料の昼食というものはありません。
世界が低炭素エネルギー源への大規模な移行を始めるにあたり、それぞれのタイプの利点と欠点をよく理解して、石炭やガスに比べて小さいかもしれないが再生可能エネルギーの環境への影響を検討することが極めて重要である。
本日、ハーバード大学の研究者たちは、Environmental Research Letters誌とJoule誌に掲載された2つの論文で、米国における風力発電や太陽光発電への移行が、環境負荷の小さいものであることを明らかにしました。そのような大規模な風力発電所が建設された場合、米国大陸の平均地表温度が摂氏 0.24 度暖かくなります。 「私たちは、二酸化炭素の排出を止めるために、化石燃料からの転換を急がなければなりません。 その際、さまざまな低炭素技術から選択をしなければならないが、そのすべてが何らかの社会的・環境的影響を持つ」
キースは、ハーバード・ケネディ・スクールの公共政策教授でもあります。
再生可能技術の環境影響を理解する最初のステップは、将来の米国のエネルギー需要を満たすためにどのくらいの土地が必要になるかを理解することです。 今日のエネルギー需要から出発しても、必要な土地面積と関連する電力密度は、エネルギーの専門家によって長い間議論されてきた。
以前の研究で、Keithと共著者は大規模な風力発電所の発電能力をモデル化し、タービンと大気との相互作用を正確に説明するのを怠ったため、現実の風力発電が過大評価されていると結論づけた。
2013年の研究で、キースは、各風力タービンが、タービンのブレードによって減速された空気の「風影」をその背後に作り出すことを説明しました。 今日の商業規模の風力発電所では、これらの風影の影響を減らすためにタービンを慎重に配置していますが、風力由来の電力需要の増加に伴い風力発電所が拡大し続けることを考えると、相互作用とそれに伴う気候への影響は避けることができません。 そして数カ月前、米国地質調査所が米国周辺の57,636基の風力タービンの位置を公表しました。このデータセットを、他のいくつかの米国政府のデータベースと組み合わせて使用し、キースと博士研究員のリー・ミラーは、米国で稼働中の411の風力農場と1150の太陽光発電所の電力密度を定量化することに成功したのです。
「風力については、平均電力密度（発電量を風力発電所の包含面積で割った割合を意味する）が、一部の主要なエネルギー専門家の推定値よりも最大で100倍低いことがわかりました」と、両論文の筆頭著者であるミラー氏は述べています。 「これらの試算のほとんどは、風車と大気の相互作用を考慮していません。 孤立した風力タービンでは、相互作用はまったく重要ではありませんが、風力発電所が深さ 5 ～ 10 km 以上になると、これらの相互作用は電力密度に大きな影響を及ぼします」
観測に基づく風力発電密度も、米国の重要な推定値よりはるかに低くなっています。
太陽エネルギーについては、平均電力密度（1平方メートルあたりのワット数で測定）は風力発電の10倍ですが、主要なエネルギー専門家の推定値よりもはるかに低くなっています。
この研究は、提案されている再生可能エネルギーの目標を達成するために、風力発電所がより多くの土地を必要とするだけでなく、これほど大規模になると、気候システムにおいて活発なプレーヤーになるであろうことを示唆しています。
学術誌『Joule』で検討された次の疑問は、そのような大規模な風力発電所が気候系にどのような影響を与えるかでした。
風力発電の影響を推定するために、キースとミラーは標準気象予測モデルを使って2012年から2014年の米国の気候の基準値を定めました。 そして、米国大陸の3分の1を、現在の米国の電力需要を満たすのに十分な風力タービンで覆いました。 その結果、このシナリオでは、米国大陸の地表温度が0.24℃上昇し、最も変化が大きいのは夜間で、地表温度は最大で1.5℃上昇することがわかりました。 この温暖化は、風力タービンが地上付近と上空の大気を積極的に混合し、同時に大気の動きから抽出した結果です。
この研究は、運用中の米国の風力発電所の近くで温暖化を観測した他の10以上の研究を支持しています。 ミラーとキースは、テキサス州北部での衛星ベースの観測研究とシミュレーションを比較し、ほぼ一貫した気温の上昇を見つけました。
ミラーとキースは、彼らのシナリオでシミュレーションしたほどの風力発電を米国が行うことはあり得ないとすぐに指摘しますが、局所的な温暖化はさらに小さな予測で発生します。 9136>
ハーバード大学の研究者たちは、米国大陸における風力タービンの温暖化効果は、その運用開始から 100 年間、排出量削減の効果よりも実際に大きいことを発見しました。
ミラーとキースは、太陽光発電について計算を繰り返し、その気候への影響は風力発電の約10分の1であることを発見しました。「風力発電の直接的な気候への影響は即座に現れますが、排出削減の恩恵はゆっくりと蓄積されます」とキースは言います。 「今後10年を視野に入れると、風力発電は石炭やガスよりも気候への影響が大きいのです。 今後 1000 年を視野に入れると、風力発電は石炭やガスよりも気候への影響が非常に少なくなります」
「この研究は、風力発電に対する根本的な批判と見なすべきではない」と、彼は言います。 「風力発電の気候への影響の一部は有益であり、いくつかの世界的な研究では、風力発電は極地を冷やすことが示されています。 むしろ、この研究は、すべての自然エネルギーについて、これらの影響をより真剣に評価するための第一歩としてとらえるべきでしょう。 我々の希望は、最近の直接観測と組み合わせた我々の研究が、エネルギーシステムの脱炭素化に関する戦略的決定において、風力発電の気候への影響を真剣に考慮し始める転換点となることです」
この研究は、革新的気候・エネルギー研究基金から資金提供されたものです。