Nature子刊:2016-2050年美国海上风电对钕累计需求量达到1.55万吨

来源: 作者: 日期:2019年04月08日 浏览量:24

     耶鲁大学Tomer Fishman、T. E. Graedel于2019年3月25日在Nature旗下Nature Sustainability期刊发表题为《Impact of the establishment of US offshore wind power on neodymium flows》的文章。

  文章依据2015年美国能源部发布的海上风力发电路线图规划有望在2050年前海上风电规划规模为86GWh,测算2016-2050年美国海上风电对钕金属的累计需求量达到1.55万吨,其中20%的钕需求量将通过回收再利用退役的风电机而获得

  钕等稀土金属制成的磁铁通常用于海上风力涡轮机的发电机。带有钕磁铁的涡轮机通常比没有钕磁铁的涡轮机需要更少的维护——当你的涡轮机离陆地只有几英里时,这是一个优势。

  但钕价格昂贵,几乎全部来自中国(中国过去曾限制出口,以推高价格),而且从地球上开采钕对环境的影响并不大。

  尽管目前美国海域几乎没有海上风力涡轮机,但美国能源部(DOE)在2015年制定了一项计划,计划到2050年将海上风力发电能力扩大至860千兆瓦。如果这样的未来成为现实,美国将需要考虑钕的供应,尤其是如果美国政府官员推动国内海上风力涡轮机制造的话。

  耶鲁大学和以色列IDC Herzliya的两位研究人员试图量化需要多少钕才能达到美国能源部2050年涡轮机的目标。研究人员得出的结论是,尽管全球钕的供应量可以满足预期的需求,但重复使用或回收这些磁铁可能会有很大帮助。

  今天以及明天的海上风力涡轮机

  研究人员估计,随着时间的推移,美国东北部、大西洋中部、东南部、五大湖区、墨西哥湾和太平洋六个地区的海上风能发展情况。

  在美国的海上风能开发方面,东北部一直处于领先地位,因为各州和地方政治都支持开发,而且遥远的水域仍然很浅,不足以支持早期的风能项目。该地区目前支持美国唯一的海上风力发电设施,一个30兆瓦(MW)的风力发电厂,位于罗德岛布洛克岛。另有1.2吉瓦的海上风力发电合同已授予多个公司,用于东北海域的项目。

  因此,研究人员建立了未来的模型,在未来,东北地区的产能将迅速增加,然后是大西洋中部海域的开发。东南部、墨西哥湾和五大湖地区出现了零星的增长,而太平洋地区的发展滞后了数年,直到30年周期接近尾声时,海上风力涡轮机才突然繁荣起来。

  研究人员假设,由于技术进步,在接近2050年安装的海上风力涡轮机将能够使用更少的钕。(这些改进的迹象可以在今天的电动汽车行业中看到。)

  总而言之,从现在到2050年,美国海上风能产业将需要15.5千兆公元(Gg)的钕,以实现美国能源部关于海上风能86GW的愿景。

  这足以提供2000万辆混合动力和电动汽车(每辆汽车平均需要0.75千克钕),”报告指出。“虽然数量可观,但仅2010年,美国就从各种产品和半成品中进口了近2Gg钕。”据估计,美国近年来进口了超过250亿吨。

  从经济角度看,美国已经大量进口钕是一个好迹象。稀土金属并不一定是稀有金属,尽管它们的名字叫稀土,但强劲的需求表明,更多的矿商将利用健康的市场环境进入市场。尽管全球可能有足够的钕来满足海上风电需求,但有人担心,涡轮机制造商最终将与电动汽车市场展开竞争。电动汽车市场预计也将增长到2050年。

  重用、减少回收

  研究人员说,一些压力可以通过重复使用风力涡轮机中的钕磁铁来缓解,这些磁铁已经使用到了寿命的尽头。风力涡轮机的使用寿命一般为20年,然后才能被回收或重新供电。研究人员认为,海上风力发电可能是交错的,这意味着钕磁铁可以回收利用,或者更好的是,一旦旧的涡轮机坏了,可以用于新涡轮机,因为磁铁的寿命比它们所在的涡轮机长得多。

  该报告指出:“如果所有退役容量的永磁体的流出量都得到回收和再利用,到2050年就可以避免3.5Gg的原始钕需求。”但这种理想的情况需要政策来促进钕的回收和再利用。2011年,只有1%的潜在废料钕被回收。

  研究人员建议,海上风力涡轮机可以强制设计成模块化的方式,而不是对磁铁进行再加工,这样,大型磁铁就可以被简单地移除,重新安装到新的涡轮机中。

  该报告称:“这一举措十分紧迫,不应被推迟,因为将在未来10年安装的涡轮机将是首批达到EOL(寿命结束)的涡轮机,因此将成为潜在的二次能源。”“因此,在组件可重用设计中考虑因素的政策,应该成为海上风力发电场审批流程的一部分。”(arstechnica.com,nature)