东方时讯网风和太阳可能是近乎无限的资源。但建造风力涡轮机和太阳能电池板所需的材料并不总是常见。以稀土金属——钕、镝和镨——为例。很可能这些名字就像它们所代表的银色金属一样陌生。然而，一些风力涡轮机如果没有它们就无法运行。太阳能还依赖多种材料(从铝到锌)将阳光转化为电能。
国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员与其他国家实验室的合作伙伴合作，创建了一个新的数据库，即可再生能源材料特性数据库(REMPD)，用于检查风能和太阳能发电厂的材料需求。REMPD在随附的摘要报告中介绍，量化了每兆瓦风能或太阳能发电能力对材料的需求，并将该需求与当今的供应进行比较。
开发REMPD的首席研究员AnnikaEberle表示：“REMPD是用于了解风能和太阳能发电厂所用材料的数量和类型的首个资源。”“该数据库还允许用户探索每种材料的国家和全球可用性，并评估其潜在的供应风险。”
REMPD是牵头这项工作的NREL、美国能源部风能技术办公室和太阳能技术办公室、橡树岭国家实验室、桑迪亚国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和亚利桑那州立大学合作的成果。
尽管REMPD团队无法预测风能和太阳能供应链将如何发展以满足不断增长的材料需求，但他们确实提供了了解供应链可能面临的潜在压力所需的信息。为了实现这一目标，该团队收集了用于构建新型风能和太阳能技术的大量材料的信息，包括其类型、数量、原产国、重要用途、预计可用性和物理特性。
建设风能的未来需要什么
随着技术规模不断扩大，NREL还在随附的报告《美国风能技术中使用的材料：两种未来情景的数量和可用性》中对风能部署的未来材料需求进行了新的分析。
为了实现美国政府到2035年实现无碳电网和到2050年实现净零排放经济的目标，风能行业需要将新建风能发电厂的速度提高五倍，10.根据该报告，这种扩张可能会推动对碳纤维等某些材料的需求超过目前的全球供应量。
“以前的研究着眼于特定类型的可再生能源技术和低碳未来情景的材料需求，”领导NREL海上风能与电网整合研究的梅琳达·马奎斯(MelindaMarquis)说。“但这项研究首次对美国建造足够风力发电厂所需的材料进行了详细估计，以实现政府到2035年实现无碳电力行业的目标。”
“我们使用REMPD来计算支持美国未来风能部署方案所需的材料数量，”为REMPD做出贡献的风能分析师奥布林·库珀曼(AubrynCooperman)说。这些情景考虑了脱碳目标和影响风能部署的现行政策，包括《通货膨胀削减法案》。
该团队评估了2020年至2050年对新建风力发电厂的需求可能如何影响美国的关键材料需求。作者还提供了一些建议，例如替代替代材料和增加回收利用，以帮助保护易损材料并确保开发商得到什么他们需要发展美国风能产业。
例如，库珀曼已经使用REMPD来分析美国风能行业的增长可能会如何增加对风力涡轮机的两个特定部件的需求：轮毂(用于存储发电机并支撑叶片)和底座(用于连接轮毂)到塔)。两者均由重型铸铁制成。
库珀曼表示，尽管美国每年安装约5,000个此类铸铁部件，但为了实现该国的清洁能源目标，这一数字必须在未来十年内增加到每年12,000-20,000个。目前几乎所有这些部件都是进口的;然而，如果创新的制造工艺能够降低成本和环境障碍，不断增长的需求可能会给国内制造商带来机遇。
风力涡轮机并不是唯一需要碳纤维的技术
可再生能源还面临来自其他行业的竞争，因为某些材料的供应有限。例如，用于加固风力涡轮机叶片的碳纤维可用于汽车、飞机，甚至自行车、曲棍球杆和高尔夫球杆等常见家居用品。风力涡轮发电机中使用的钕、镝和镨等稀土元素实际上并不稀有，正如它们的名字所暗示的那样，但它们的需求量很大，而且容易受到供应链中断的影响。
这些金属还用于手机、计算机硬盘和制导系统。据REMPD称，目前建造风力涡轮机所需的大部分稀土元素都是从中国进口的。
尽管存在这些挑战，研究团队发现，2020年至2050年间美国每年风能部署所需的最常见和易损材料产量将不到当今世界产量的5%。但这也不全是好消息。在“高度部署”情景中，到2042年，对稀土金属镝和钕的需求可能会超过当前全球产量的10%，而对碳纤维和轻木的需求可能会在2030年之前超过当前全球供应量。
“我们预计，随着风能部署的增加，对碳纤维的需求将迅速增长，特别是随着叶片变得更长并使用更多的碳纤维，”埃伯勒说。“到2025年，我们的高部署情景预计，美国新的风能装置一年内使用的碳纤维数量将超过美国目前生产的碳纤维。风能行业的需求可能开始超过目前国内镍、玻璃的产量在那个时间范围内还有纤维和电工钢。”
为了确保需求不超过供应，该团队确定了几项策略，包括对风能行业的建议：
增加这些高需求材料的国内产量
多元化并增加进口来源
通过替代材料或减轻部件重量来减少材料需求
寻找用回收材料或重复使用的部件替代原始材料输入的方法。
某些类型的风能技术还可以帮助缓解全球材料供应的压力。例如，混合塔系统使用更多的混凝土和更少的高要求钢材。替代发电机设计可以采用稀土金属以外的材料。
可再生能源前景光明
未来，REMPD还可用于对风能和太阳能行业进行生命周期分析。例如，研究人员可以使用该数据库更好地了解哪些材料、制造方法以及回收或升级改造过程可以帮助行业减少碳足迹和所需新材料的数量。
尽管《美国风能技术中使用的材料：两种未来情景的数量和可用性》报告重点关注美国风能行业，但REMPD还包括建造未来太阳能发电厂所需的材料。该数据库的结构旨在实现未来的扩展，其中可能包括其他可再生能源技术，如地热发电厂和电池储能系统，以及与材料使用相关的排放和环境影响的信息。
“目前的REMPD只是一个开始，”马奎斯说。“该数据库可以成为该国向100%清洁能源未来战略转型的宝贵工具。”