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山东大学环境经济学团队在Cell子刊One Earth发表论文

发布日期:2020年08月07日    浏览次数:151

    近日,山东大学威海前沿交叉科学研究院环境经济学团队领衔在Cell子刊One Earth发表了题为“Critical Rare-Earth Elements Mismatch Global Wind-Power Ambitions”的论文。山东大学为论文第一完成单位,李佳硕研究员和博士生彭焜为论文共同第一作者,张宁教授和冯奎双教授为论文共同通讯作者。


  随着极端天气和健康事件频发,应对全球气候变化已是国际共识。其中,大力发展可再生能源电力,实现电力系统脱碳,被认为是重要途径之一。为此,世界各国制定了一系列风电发展目标。其中,稀土作为先进风机技术中的关键性金属原材料,其需求必将随着风电的大规模扩张而快速增长。然而,稀土资源却分布不均,产能有限,来源单一。在激烈的行业竞争背景下,全球和区域风电发展是否会被稀土供应所制约,又该如何采取应对措施?目前已有一些研究从全球整体或者单独某个国家的角度初步分析了风电发展对于稀土的需求情况(Fishman, T. and Graedel, T. (2019). Nat. Sustain. 2, 332.),但尚未在全球尺度对其中每个区域风电发展所需的稀土需求及其面临的稀土供应风险进行系统性的动态分析。考虑到区域风电发展目标和稀土资源禀赋的差异性,系统性评估不同区域风电发展的稀土供应风险,提出针对性的应对策略,可以为风电产业的全球发展战略提供指导。


  基于此,环境经济学团队联合国内外多家学术机构专家学者,基于针对特定地区的动态物质流分析方法,评估了全球及十个地区在四种风电发展情景下的稀土金属钕、镨和镝的供应短缺风险,对促进稀土和风电行业的可持续协同发展提出了政策建议。

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图 1. 风电累计装机容量和稀土需求量:(A)全球和区域风电累计装机容量;(B)全球风电行业钕需求量;(C)全球风电行业镨需求量;(D)全球风电行业镝需求量。 注:中国数据只包括大陆数据,不包括中国台湾、香港和澳门地区


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图 2. 区域稀土储量和2021-2050年区域风电行业稀土累计需求量:(A)钕累计需求量;(B)钕储量与需求量对比;(C)镨累计需求量;(D)镨储量与需求量对比;(E)镝累计需求量;(F)镝储量和需求量对比。注:中国数据只包括大陆数据,不包括中国台湾、香港和澳门地区


  研究表明,2021-2050年全球风电行业稀土累计需求量为459.7-902.4 Gg, 包括339.7-668.0 Gg钕,84.9-167.0 Gg镨和35.1-67.5 Gg镝 (图1)。与2011-2015年需求量相比,2046-2050年全球风电行业稀土累计需求量将增长11-26倍,且远高于当前稀土产量,这也意味着当前稀土生产水平无法满足未来风电发展的需求。研究还发现,风电行业稀土需求量存在明显的区域差异性(图2)。中国是未来风电装机容量的领先者,也是稀土的最大需求者,其稀土需求量将占全球风电行业稀土总需求的1/3。尽管中国是当前最大的稀土生产国,为了实现其宏伟的风电目标,中国仍可能面临稀土短缺风险。欧洲(经合组织)稀土需求量为全球第二,但由于不具有稀土资源禀赋,该地区风电发展将面临巨大的稀土短缺风险。而东欧地区(俄罗斯)拥有丰富的稀土资源,且其风电发展所需的稀土量将远远少于其可提供的量,因此,东欧地区可能成为全球风电发展所需稀土的潜在供应地区。


  从长远来看,一些技术手段如材料的回收和利用效率提升、产能扩张和风机技术创新有望缓解稀土的供应压力。比如,风机的平均寿命是20年,2040年以后大量稀土随风机退役,到2050年镝金属退役量甚至超过其需求量。在未来30年中,如果所有的稀土都能够被回收利用,则可以满足大约30%的稀土需求(图2)。另外,当前过于依赖单一来源的稀土供应现状以及不断加剧的地缘政治风险和环境限制,给未来稀土的稳定供应带来了极大风险,可能会进一步阻碍风电的迅速扩张。因此,只有全球合作,促进稀土自由贸易和生产多样化,进行可持续的稀土供应链管理,才能推动风电的全球发展、气候变化行动的落实和全球温控目标的实现。