太阳能和风能为干旱和农业保护地下水

为了降低碳排放,全国各地都在兴建太阳能和风能发电厂,而这些可再生能源还有另一个重要的作用:让更多的水留在地下。

普林斯顿大学在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上发表的一项新研究首次表明,太阳能和风能不仅增强了抗旱能力,而且有助于地下水的可持续性。

Wind turbines, solar panels and waves

以加州为例,研究人员发现增加太阳能和风能可以减少对水力发电的依赖,特别是在干旱时期。因此,这可能有助于将更多的地表水从水力转向灌溉,从而减少地下水的整体抽取。

虽然这项研究的范围主要集中在美国,但该框架也可以在国际上应用,特别是对那些致力于与联合国会议的决策者该研究报告的主要作者、普林斯顿大学博士生何晓刚说,中国的可持续发展目标很明确。他现在是斯坦福大学西水分校的博士后研究员。

“传统上,太阳能和风能的社会价值主要集中在减轻空气污染和减少碳排放上,”新加坡国立大学(National University of Singapore)土木与环境工程系即将上任的助理教授何说。“然而,如果我们从另一个角度来看待这个问题——比如水-食物-能量的关系——那么我们的论文就会发现一些在过去的研究中被忽视的未被认识和未被重视的影响。”

研究小组开发了一个权衡前沿框架来量化太阳能和风能如何有益于地下水的可持续性。权衡框架在制定政策时尤其有用,因为它们会考虑多种结果——比如应该使用多少太阳能和风能来实现经济收入最大化,或者太阳能和风能如何确保地下水的回收。研究人员使用该框架来量化最大化水力发电和农业收入的最佳途径,同时避免地下水枯竭。

他和他的合作者以加利福尼亚为例,因为它是美国最大的农业生产国。在2012年至2017年期间,它还经历了有记录以来最严重的干旱之一,这成为监管不受约束的地下水使用的催化剂。与此同时,该州的太阳能和风能发电量开始超过水电,这要归功于较低的电价和政府的指令。

尽管在此期间,该州的农业部门主要依靠不可持续的地下水储备,仍设法赚取了470亿美元的收入,但这种战略在未来是站不住的。他说,随着加州预计将出现更多干旱,再加上社会经济发展导致的用水需求增加,这将给地下水储存带来更大的负担。

不过,根据研究人员的框架,太阳能和风能正在发挥作用,并将继续发挥作用。研究结果表明,太阳能和风能并举,对地下水的开发利用宜早不宜迟。当这两种策略协同工作时,总体效益会增加。

他说:“我们的研究结果还表明,决策者在规划进一步部署太阳能和风能时,需要考虑到地下水枯竭的长期前景。”“如果未来地下水含水层持续枯竭,那么利用太阳能和风能的附加价值将大幅下降。”

尽管如此,研究人员在将这些发现外推到小规模的政策建议时,仍呼吁谨慎行事。他们强调跨学科的集成建模,这有助于解决与水、食品和能源相关的相互交织的问题。

他致力于研究PEI-STEP普林斯顿毕业生研究员迈克尔•奥本海默的劝告下地质阿尔伯特·g·米尔班克教授和国际事务和普林斯顿环境研究所主任(PEI)在普林斯顿和伍德罗·威尔逊公共和国际事务学院的“能源与环境政策研究中心。艾米·克拉夫特(Amy Craft)是威尔逊学院(Wilson School)经济学和国际事务讲师,她为论文中的经济分析提供了指导。

他收到了土木与环境工程博士学位,和他的顾问是贾斯汀谢菲尔德,水文和遥感教授在英国南安普顿大学(英国)和埃里克•伍德,土木与环境工程教授,名誉,和高级学者在普林斯顿大学土木与环境工程系;他们都是这项研究的共同作者。

这篇题为《太阳能和风能增强抗旱能力和地下水可持续性》的论文发表在11月6日的《自然通讯》杂志上。除了何,克拉夫特,谢菲尔德和伍德,合著者还有冯开瑞,李小元,和田义伟和彼得·布瑞克。

这项研究的一部分是在奥地利拉克森堡国际应用系统分析研究所的青年科学家暑期项目中进行的,该项目得到了美国国家成员组织的财政支持。这些材料也是基于美国国家海洋和大气管理局的拨款以及普林斯顿的STEP-PEI奖学金所支持的工作。谢菲尔德是通过两个英国研究和创新全球挑战研究基金项目(批准号:no。NE/P021093/1及批准编号ES / P011373/1)。

 

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.princeton.edu/news/2019/11/06/solar-and-wind-energy-preserve-groundwater-drought-agriculture

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