风能——走向净零的未来

全球经济增长导致了对能源扩张和相关发电能力的稳定需求，以保持这一势头。随着技术成本的降低和燃料价格的上涨，可再生能源的技术部门已经变得竞争激烈。即使是主要的能源出口国也会考虑使用可再生能源，以减少国内化石燃料的消耗，并维持出口石油和天然气储备。在区域范围内使用可再生能源可以改善获得可靠和负担得起的电力供应，减少CO₂排放，促进新的投资，创造新的就业机会。

风力发电是增长最快的可再生能源之一。由于安装成本的下降，它正在经历大幅增长。根据国际可再生能源机构(IRENA)的最新数据，全球陆上和海上风电场的装机容量在过去20年里增长了近75倍，从1997年的750吉瓦增长到2020年的743吉瓦。各行各业对清洁能源的需求不断增长，推动了该行业的扩张。不断增长的电力消耗和向住宅和工业使用的可再生能源解决方案的范式转变导致了市场的扩大。结合可再生能源燃料，如风能和太阳能光伏，融入日常生活有利于业务增长。此外，公众对化石燃料消费的不利舆论，对住宅使用清洁能源产品的广泛需求，以及对采用风能的重视正在推动市场。

随着技术的进步，研究人员开发了更好的涡轮技术，例如更高效率的发电机和更可靠的叶片，以最大限度地降低能源制造成本。近几十年来，风力涡轮机在许多方面都有了发展，在能源领域更加相关。它们现在被认为是一种更可再生的能源，可以帮助减少煤炭气体排放。风能行业最近开发了不同的叶片，并对其进行了配置，以提高坚固性和转速。此外，对海上风能技术进行了深入的研究，研究得出了各种优点和方法，以最大限度地减少浮动设计的缺点。根据美国机械工程师协会(ASME)最近的一项研究，六项技术进步可归因于该行业的增长。他们是——

• 较大的涡轮叶片-十年前，旋翼叶片从顶部到顶部的长度通常是30至40米(约115英尺)。今天的旋翼叶片相当于一架普通客机的跨度，大约为140米。转子叶片的半径越大，它能穿透的风就越多，驱动发电机的扭矩就越大。


• 〇高塔风力涡轮机和风力塔越来越大。其中一个例子是GE可再生能源公司的Haliade X海上风力涡轮机。该原型车于2020年公布，目前正在荷兰鹿特丹港建造。它比目前最大的风力涡轮机还要强大。


• 〇提高能源生产更大的叶片和更高的涡轮机提供更高的生产效率。相比之下，十年前一台普通涡轮机的发电能力为1.5兆瓦。从那时起，它们的容量不断增长，现在通用电气的Haliade X是最大的发电涡轮机之一，容量为14兆瓦。


• 组装,为了使叶片的运输更容易，叶片被认为是以这样一种方式制造的，它们可以分批运输，然后再组装。这个想法目前还处于雏形阶段，受到了业界的热烈欢迎。叶片将分为两部分交付，每个部分长70至80米，并在现场组装。一些集团正在试验碳纤维或其他轻质材料等新型复合材料，以简化现场组装。


• 建设- - - - - -制造商正在试验建造全混凝土塔，以确保耐久性。建造该塔的混凝土构件将在现场生产。在一项创新发展中，COBOD、GE可再生能源和拉法基豪瑞将从2021年开始为风力涡轮机开发优化的3D打印混凝土基础。


• 涡轮再循环-风力涡轮机制造商正在寻找在产品不再盈利时回收产品的方法。2020年12月，通用电气可再生能源公司和威立雅签署了一项协议，回收从美国陆上风力涡轮机上拆卸下来的转子叶片。刀片将在VNA现场被粉碎，并用于该国水泥厂的煤炭、沙子和粘土的替代品。

海上风能——至关重要的能源

海上风能是清洁的，在公海上产生。由于没有障碍物，它的速度比在陆地上更高，更稳定。预计它将在未来的清洁能源中发挥重要作用。涡轮机的尺寸和它们提供的电力容量不断增加，导致海上风力发电场的性能和成本显著提高。

世界各国正在加大对海上风力发电项目的投资，利用自然风力资源发电，刺激世界市场。随着先进技术和成本效益高的海上安装和风力涡轮机解决方案的引入，海上风力发电的总安装成本比过去低，使海上风力发电成为可再生能源领域的可行选择。由于其易于使用和成本效益，海上风能最首选的技术是固定结构。然而，随着计划中的和即将到来的项目，浮动结构也将显著增长。

来源:IRENA

海上风能——碳中和的催化剂

根据世界资源研究所2020年7月的报告，通过采用这些技术，海上风力发电可以减少温室气体排放，提高投资回报率。报告指出，如果开发海上风力发电规模，到2050年，每年将减少0.3- 16.1亿吨二氧化碳。根据该报告，每投资1美元用于增加制造能力，就可以产生2至17美元的投资利润回报。此外，在2020年至2050年期间，转向海上可再生能源的总折扣健康效益将在0.15万亿美元至4.4万亿美元之间。该报告指出，到2050年，仅通过节水进行海上能源转换的收益就可以从1.3万亿美元增加到1.4万亿美元，因为风力发电和冷却系统几乎不需要水。此外,海上风力发电到2050年，每年650到3500太瓦时的发电量也有望增加。

资料来源:国际能源机构

风力涡轮机-减少排放的叶片

风力涡轮机不需要水来冷却，可以减少能源生产中化石燃料的使用，从而降低CO₂排放。此外，放置良好的风力涡轮机可以产生大量的电力，并提供高的投资回报。

以下几点可以充分解释风力涡轮机对环境的好处-

1. 风力涡轮机的全生命周期碳排放量非常低．人们经常指出，在建造过程中，制造基地所需的能源和材料以及所需的混凝土排放了太多的CO₂．但是风力涡轮机并不需要大量的混凝土。相反，几项比较表明，在CO方面，风能仍然比化石燃料好得多₂的一代。


2. 风力涡轮机只需要最少的备用设备-风能不需要特殊的“备用”发电机。服务提供商可以对系统进行调度，以预测何时需要进行维护，以保持平稳的服务流程。风力发电场很少需要后援。


3. 就能源而言，风力涡轮机的回收期很小。据《国际可持续制造杂志》报道，风力涡轮机一旦投入使用，将在5到8个月内达到制造和安装风力涡轮机所需的能量回收。

迈向净零排放的步骤

在过去十年中，通过技术创新和规模经济，全球风能市场已经翻了两番。它被认为是世界上最经济和最具弹性的能源之一。近年来，中国和美国的一波安装浪潮推动了创纪录的增长。这两个世界上最大的风电市场加起来占2020年新电厂的三分之一，占全球风能总装机容量的一半以上。

资料来源:国际能源机构

然而，全球风能理事会的《2021年全球风能报告》显示，目前的风能采用速度不足以在本世纪中叶实现碳中和。政策制定者现在需要采取紧急行动，以所需的速度推动风力发电。报告中建议的步骤是-

行业能人

尽管2019冠状病毒病(COVID-19)大流行对社会和经济造成了巨大破坏，但在2020年，世界各地企业的净零排放承诺大幅增加。到2050年实现净零排放，才能将全球变暖限制在1.5摄氏度以内，避免气候变化带来的一些最严重后果。以下是该行业中承诺实现净零排放的一些主要参与者。

• 英国石油公司-是一家英国跨国石油天然气公司。英国石油公司是第一家做出此类承诺的大型石油公司。首席执行官伯纳德·鲁尼(Bernard Looney)承诺，到2050年或更早实现净零排放，并将其销售产品的碳强度降低50%。该公司表示，将扩大对风能等低碳能源的投资，到2030年有效减少40%的石油和天然气产量，并将安装减少甲烷排放的设备。


• 通用电气- 2021年7月15日，通用电气宣布了一项重要承诺，将通过设定到2050年实现净零碳排放的目标，将其业务转移到传播气候变化。这一目标包括客户使用其销售的产品所产生的范围3排放，这是其排放的重要组成部分。


• 西门子-西门子全球所有生产设施和建筑都有到2030年实现净零碳足迹的目标。与此同时，该公司已经减少了54%的CO₂到2020年的足迹。

简而言之

总之，可以肯定地说，风能是对抗全球变暖的关键楔子。产生的CO更少₂当所有因素加在一起时，整体比任何其他形式的城市规模都要大。由于它减少了对化石燃料的依赖，几乎每小时一比一，它减少了电网的二氧化碳排放。必须立即采取措施，制定控制污染的全国性目标，发展导致增加这些能源项目的安装，并取代化石燃料。反过来，这将有助于减少发电的碳排放，以确保消费者能负担得起能源。