替代能源真的是稀土元素吗？

我总是准备发表辩论的另一端，我再谈一下稀土元素（REE）及其即将来临的稀缺性是否是绿色能源的致命弱点。自从在此博客上撰写了有关这方面的文章以及中国对廉价REE的垄断之后，以及我在《福布斯》和《公民》上的专栏文章发表之后，我就意识到了反击诸如此类的争论。风力涡轮机，混合动力汽车和低能耗照明并非绝对依赖于它们。至少在绝对意义上确实如此。当前的大多数风力涡轮机都不使用基于REE的永磁体，而电动汽车（例如Tesla Roadster）可以在不需要它们的感应电动机上运行。

风力涡轮机产生的功率与叶片的掠过面积和风速的立方成正比。随着风力发电机组发电量的增加，提供该设备的设备的尺寸也随之增加，因此，对于某些5 MW机组，其叶片高度为114米，因此需要124米的叶片跨度。

永磁发电机的使用消除了对齿轮箱的需求，并且可以通过使用钕铁硼REE磁铁（称为“新磁铁”）来实现。这些设计提高了机械效率和可靠性，并减少了机器内部的能量损失。但是，某些较大的装置（例如额定容量为5兆瓦）可能需要一吨或更多的钕。我知道可以使用铁氧体磁体代替REE，但我的理解是，与需要大量风力发电设备以支持它们的REE磁体相比，它们的重量轻约十倍。但是，根据磁铁/风力发电领域经验丰富的工程师的说法，这件事可能不是那么简单（http://www.usmagneticmaterials.com/documents/HarvestingWind.pdf）：

“有人可能会认为，以磅/磅为基础，使用烧结钕铁硼的永磁发电机将提供最高的能量转换效率，但这不一定是正确的。为了在较宽的速度范围内优化发电机效率，最好对电路中的磁通量进行一些控制，以便在较高的风速下可以减弱磁通量。烧结NdFeB具有极高的通量密度和高矫顽力，是相当永久的。在高速下，这种“永久性”会使通量使发电机饱和，导致铁损大大增加。而且，烧结的NdFeB是导电的，从而导致涡流损耗和磁体中的感应加热。

在更高的风速下，这些寄生损耗越来越多地吞噬了效率并加热了发电机，导致性能迅速下降。在这方面，非导电烧结铁氧体磁体更好，在更高速度下可提供更高的效率余量。尽管烧结钕铁硼的能量产物大约是烧结铁氧体的10倍，但每公斤烧结钕铁硼的成本却是铁氧体的30倍。NdFeB的较高成本充其量只能最大程度地提高整个系统的效率，我相信烧结铁氧体可以为永磁风力发电机提供最佳的投资回报。有许多有趣的磁路拓扑和控制方案，可在较高速度下减弱磁通，从而提高整体系统效率。

随着电力电子技术和控制算法的不断进步，这些设计强调了“电子”特性。用铜和钢制成的发电机的一部分，以“磁铁”为代价部分。几种巧妙的发电机设计采用了低能永磁体，例如注塑铁氧体，以提高通常是非永磁电机的输出。这些“混合磁路”设计可以在最宽的速度范围内产生最高的效率，从而为风力涡轮机系统的降压提供最佳的长期冲击。这种发电机的成本是由电力电子设备和控制设备的成本所驱动的，而不是永磁体，电线和钢。

在我看来，使用稀土元素具有明显的优势，并且到2015年，使用含新磁铁的机组的风力发电将占25％。但是，由于似乎不太可能提供足够的稀土元素来填补对该技术的需求所挖的漏洞，因此找到替代此类可再生能源的途径至关重要。目前正在进行的大多数努力都是在“研究水平”上进行​​的，因此，随着化石燃料发电量的下降，使实际的风力发电设备产生大量绿色电力的工作距离现在还很遥远。即使在资源或技术选择方面没有问题，风能的生产能力也明显不足，当然在满足欧洲委员会设定的英国“绿色能源”目标的需求规模上。长期以来的流量，转化或回收率限制了所有新技术的诞生。

通过。克里斯·罗兹教授

克里斯·罗德斯（Chris Rhodes）教授是一位作家和研究员。他在萨塞克斯大学（Sussex University）学习化学，并获得了理学学士学位和博士学位（D.Phil。）。在34岁时成为英国最年轻的物理化学教授。克里斯（Chris）是一位多产的作家，已发表了400多篇研究和科普文章（有些在国家报纸上：《独立和每日电讯报》）他最近出版了他的第一部小说《大学混乱》，该小说于2009年4月出版（Melrose Books）。 http://universityshambles.com