Чи може вітрова енергія світ?

Підйом вітру

Сонячна енергія, особливо фотоелектрична, є рушійною силою для переходу на відновлювані джерела енергії і навіть може стати домінуючою в майбутньому.

Тим не менш, сонячна енергія має деякі серйозні обмеження, які роблять її найкращою в поєднанні з іншими технологіями. Це можуть бути батареї та міжміські підключення до електромережі. Інший варіант полягає в застосуванні інших форм зеленої енергії в той же час, щоб забезпечити доповнення до виробництва, коли сонячна енергія менш продуктивна (хмарно, зимові місяці) або не виробляє взагалі (ніч).

Далеко попереду всіх інших, вітер (жовтим і помаранчевим унизу) є провідною формою зеленої енергії, що супроводжує сонячну енергію, особливо тому, що гідроенергетика (світло-блакитним кольором) найближчими роками буде стагнувати.

джерело: ОВНС

У 2022 році світове виробництво вітрової енергії досягло 2100 ТВт-год (зростання на 14%). І для досягнення цілі Сценарій чистих нульових викидів до 2050 року, У загальній складності 7 400 ТВт-год очікується У 2030.

Щоб досягти цієї мети, зростання виробництва потрібно буде ще більше прискорити до рівня 17%. Це означає, що у 75 році поточна щорічна потужність вітроелектростанцій з 350 ГВт на рік збільшиться до 2030 ГВт на рік.

З цих 75 ГВт 37 ГВт були додані лише Китаєм, або понад половину від загального обсягу у світі.

Отже, як можна досягти такої амбітної мети? Ймовірно, це можливо лише завдяки поєднанню технологічного вдосконалення, масштабних інвестицій, а також чітко скоординованої енергетичної та промислової політики.

Існуюча вітрова промисловість

Прибережний вітер

Поки що берегові вітрові установки домінували в галузі. Вони становлять 93% встановленої потужності, значно випереджаючи офшорні парки вітрових турбін.

джерело: ОВНС

Одна з основних причин була суто технічної. Берегову вітряну енергетику просто легше реалізувати, оскільки проекти забезпечуються дорогами, вантажівками та місцевими бетонними заводами.

Такий легкий доступ також перетворюється на полегшення технічного обслуговування, оскільки техніки можуть жити неподалік і діставатися до об’єкта на автомобілі, а також можуть отримати запчастини та витратні матеріали через під’їзні дороги, які часто будували в той час, ніж самі вітрові турбіни.

джерело: Г.Євернова

Загалом спрощене будівництво та легке обслуговування призводять до зниження витрат та підвищення рентабельності. Берегові вітряні турбіни також не повинні боротися з корозією, викликаною солоною водою, порівняно з офшорними вітровими турбінами, що додатково знижує витрати на технічне обслуговування.

Ще одна ключова перевага берегових вітряних турбін порівняно з сонячними електростанціями полягає в тому, що ділянку можна здебільшого обробляти або залишити природним. Для порівняння, подвійне використання землі для сонячної енергії та сільського господарства (так звана агрівольтаїка) поки що лише нова сфера.

Офшорний вітер

Як пояснювалося, офшорна вітрова енергія все ще становить меншість у виробництві вітрової енергії.

Це пояснюється тим, що будівництво на морі робить ці проекти більш капіталомісткими. Віддаленість від населених пунктів і корозія у солоній воді також збільшують витрати на технічне обслуговування та можуть скоротити термін служби вітрової турбіни та її компонентів.

Однак у офшорних вітряків також є чимало переваг:

• Ефективніше виробництво: офшорні вітри стабільніші, потужніші та дмуть частіше, ніж на суші.
  • Це призводить не тільки до більшого виробництва, але й до більш передбачуваного, ближчого до базового виробництва електроенергії, ніж до більш періодичного генерування електроенергії на суші.
  • У багатьох регіонах офшорний вітер посилюється вдень і ввечері, коли попит максимальний.
  • Оскільки більшість населення планети проживає поблизу узбережжя, офшорні об’єкти часто знаходяться досить близько до споживачів.
  • Хороший вітровий майданчик на морі може бути набагато більшим, ніж на суші. Це дозволяє отримати більший масштаб.
• Менший вплив на навколишнє середовище. Зменшуючи землекористування та не порушуючи місцеву екосистему під’їзними дорогами та рухом транспорту у віддалених районах, офшорна вітрова енергія може бути екологічнішою, ніж берегова.
  • Заборонена зона вітряних парків може навіть допомогти морським екосистемам.
• Менше протидії: відстань до населених пунктів і від видимості значно обмежують протидію вітровим проектам, коли вони знаходяться в морі. Реакція NIMBY (Not In My Back Yard) набагато менш впливова.

Залежно від глибини для офшорних вітрових турбін можна використовувати різні типи анкерування.

джерело: DoE

Після завершення ВЕС Dogger Bank У Північному морі буде розташована найбільша у світі вітрова електростанція. Її встановлена ​​потужність становитиме 3.6 ГВт, що дозволить щорічно забезпечувати електроенергією до 6 мільйонів британських домогосподарств.

Як покращити вітрові турбіни

Завжди більший і вищий

Постійною тенденцією у вітряній промисловості є будівництво вітрових турбін, що стають все більшими та потужнішими. Загалом очікується, що ця тенденція збережеться.

джерело: DoE

Основна причина полягає в фундаментальній фізиці та геометрії. Подвоєння довжини лез збільшує загальну площу стріли в 4 рази.

Оскільки охоплена площа визначає кількість захопленого вітру та виробництво електроенергії, подвоєння розміру турбіни збільшує виробництво в чотири рази, а повторне подвоєння збільшує виробництво в 16 разів порівняно з початковим розміром.

Інший фізичний фактор полягає в тому, що чим сильніший вітер, тим більше енергії виробляється. Це не пряме перетворення: якщо ви подвоїте швидкість вітру, ви зможете генерувати у 8 разів більше енергії через турбіну.

Таким чином, більші турбіни ТА сильніші вітри можуть виробляти в 10 і більше разів більше потужності, ніж менші моделі.

Більш високі вежі, як правило, означатимуть більш стабільний і сильний вітер, що ще більше прискорить виробництво електроенергії.

Today найпотужніша вітрогенератор is прототип потужністю 18 МВт by Dongfang Electric, запущений у червні 2024 року. Він має діаметр ротора 853 фути (260 метрів). Одна вітрова турбіна зможе виробляти електроенергію, еквівалентну річному споживанню електроенергії 40,000 XNUMX домогосподарствами.

Вітрові турбіни стають настільки великими, що єдиний реалістичний спосіб перенести їх лопаті з заводу на місце – повітряний транспорт. З цієї причини компанія Raida будує найбільший у світі проектt, і інші подібні Пряма авіація розглядають потенціал дирижаблів/цепелінів для встановлення лопаті вітрової турбіни.

джерело: Пряма авіація

І, нарешті, ще один варіант полягає не в будівництві гігантської колони для гігантської турбіни, а ще більшої «стіни турбін». Деякі агрегати розробляються для моделей потужністю 40 МВт і можуть досягати 126 МВт.

Така система найбільше підійде для регіонів з дуже сильними та майже постійними вітрами, наприклад у Північному морі.

джерело: Новини поповнення

Більш міцні вітрові турбіни, які можна переробити

Незалежно від того, наскільки якісно виготовлені, вітрові турбіни з часом пошкоджуються, оскільки піддаються значним механічним навантаженням від постійного руху.

Нещодавно це спричинило деякі проблеми в галузі, зокрема Gamesa (Siemens) оголосила ринку, що деякі турбінні двигуни потрібно буде замінити набагато раніше, ніж очікувалося, що призведе до міні-краху запасів вітрової енергії.

Хоча ці проблеми можна вирішити шляхом підвищення довговічності турбін, інша проблема стосується лопатей турбін.

Донедавна леза з епоксидної смоли потрапляли на звалища, що робило ситуацію не дуже екологічною. Vestas Wind Systems нещодавно представила новий епоксидний хімічний склад, який дозволяє повністю переробляти. Це дозволяє вітровій промисловості перетворитися на повністю циклічний ланцюг створення вартості.

джерело: Вестас

Ми можемо очікувати, що решта промисловості наслідує цей приклад і вирішить проблему марнування матеріалів і заповнення сміттєзвалищ лезами, термін служби яких закінчився.

Енергія вітру без лопатей

Гігантські лопаті, такі як вентилятор, досі були улюбленим методом збору енергії вітру. Але це далеко не єдиний варіант. Було запропоновано або розробляється чимало інших.

Перша ідея турбіни з вертикальною віссю. Ці турбіни часто менш шумні, менші та призначені для вловлювання менш сильного вітру.

Це робить їх більш придатними для міських або приміських середовищ, а також для встановлення на даху. Ось деякі приклади Турбіни Windspire або Вихровий вітрогенератор.

джерело: Inhabitat

Інша ідея полягає в тому, щоб відмовитися від стовпа, що тримає турбіни, і будувати літаючі вітрові турбіни замість цього. Що означає шукати найсильніший вітер там, де вони є, до 300-600 метрів у висоту. Тож чому б не прив’язати вітрову турбіну до повітряної кулі, наповненої гелієм, як у моделі Altaeros:

Це має й інші переваги, як-от можливість переміщатися вгору та вниз, щоб знайти сильніший вітер, повністю усуваючи витрати на бетонні фундаменти, стовпи, крани тощо. Систему також можна легко перерозмістити на нових ділянках за лічені години або дні.

Нарешті, ще більш радикальна ідея нерухомий вітер. Цього можна, наприклад, досягти, пересуваючи «палички», як з Vortex Bladeless or вітропереслідування, використовуючи електромагнітну індукцію для генерування енергії. Це означає, що система не має коробки передач або потребує масла, що забезпечує більший термін служби.

Інші нерухомі системи використовуватимуть різницю в тиску повітря, створювану вітром, для генерації енергії, наприклад Система на даху Aeromine.

джерело: Аеромін

Подвійні та багатоцільові вітряні турбіни

Ще один спосіб покращити вітряні турбіни — використовувати їх одночасно для виробництва електроенергії та інших функцій.

Наприклад, офшорні вітряні турбіни вже міцно закріплені на морському дні та знаходяться відносно далеко в морі.

Це робить їх ідеальною потенційною опорною точкою для інших систем:

• Пасивна риболовля, наприклад, ловля риби, омарів, крабів, каракатиць тощо.
• Морське господарство з вирощуванням черепашок або морських водоростей.
• Розведення риби, як, наприклад, лосося.
• Проекти екологічного відновлення, як штучні коралові рифи.
• Збирач енергії припливів і хвиль, що дозволяє використовувати вдвічі більше послуг з кріплення та обслуговування для виробництва енергії.

джерело: дослідження Gate

На суші можливості подвійного використання більш обмежені, найсучаснішим випадком є ​​додавання антени мобільного телефону до опори вітрової турбіни.

Проблеми вітроенергетики

Через свій потенціал виробляти зелену енергію в інший час, ніж сонячна, вітрова енергія є чудовим варіантом для декарбонізації енергетичної мережі, одночасно зменшуючи потребу в дорогих акумуляторних батареях.

Однак у нього є кілька проблем, які необхідно визнати.

Небезпека для дикої природи

Дикій природі можуть завдати шкоди викопне паливо та інші джерела енергії, а також вітрові турбіни. Особливо це стосується птахів, які часто підлітають надто близько до турбін і гинуть від швидко рухомих лопатей.

Залежно від навчання та місця розташування, здається, що кожна турбіна вбиває приблизно 4-18 птахів на рік, або 0.45-2.8 на ГВт-год.. Незважаючи на високий вигляд, це карликове порівняно з птахами, вбитими котами, автомобілями чи пестицидами.

джерело: Сталість у цифрах

Однак це може викликати більше занепокоєння для окремих видів, особливо хижих птахів, таких як орли. грифи тощо, а також перелітні птахи. Кажани також можуть сильно постраждати від вітрових турбін.

Серед запропонованих методів пом’якшення цієї проблеми:

• Зупинка турбіни при дуже повільному русі є станом, особливо небезпечним для кажанів.
• Уникайте будівництва турбін у місцях, які використовуються хижими птахами для підйому та міграційних коридорів.
• Віддавайте перевагу кільком великим турбінам перед багатьма маленькими.
• Пофарбуйте турбіни в чорний колір, щоб їх було краще видно птахам.

Постачання рідкісних земель

Інше занепокоєння щодо енергії вітру полягає в тому, що виробництво енергії турбінами залежить від постійних магнітів. Ці магніти потребують таких рідкісних мінералів, як неодим.

Велика офшорна вітрова турбіна з прямим приводом, оснащена одним із цих генераторів, може містити більше 5 тонн магнітів

Хоча рідкісноземельні елементи становлять лише близько 30 відсотків ваги цих магнітів, це все одно може додати до сотень фунтів неодиму на мегават виробленої електроенергії та меншу кількість диспрозію та тербію.

Алла Колеснікова – керівник відділу даних і аналітики в Adamas Intelligence – On Grist

Виробництво рідкоземельних мінералів може бути дуже забруднювальним процесом, і це відбувається переважно в Китаї.

Отже, слід розробити не лише більш чистий процес виробництва рідкоземельних елементів, а й також більш ефективний процес переробки.

Геополітика

Якщо говорити про Китай, то повне домінування країни в ланцюжку постачання відновлюваної енергії викликало тривогу в західних країнах.

Китай виробляє 66% нових світових потужностей вітрової генерації.

джерело: Енердата

Це домінування стає ще більш помітним, якщо дивитися на інші показники:

• 426 нових моделей вітрових турбін порівняно з 29 за межами Китаю в період 2020-2024 років.
• Китай виробляє 60% світового виробництва рідкоземельних елементів і очищає 85% з них, в тому числі 92% виробництва рідкоземельних магнітів.

Таким чином, із зростанням геополітичної напруженості між Китаєм і Заходом ланцюг постачання вітру може опинитися під загрозою. Теоретично це має допомогти місцевим виробникам, хоча різниця у вартості ускладнює зменшення залежності від китайського імпорту.

Інвестиції у вітроенергетику

Ви можете інвестувати у вітроенергетичні компанії через багатьох брокерів, і ви можете знайти тут, на цінні папери.io, наші рекомендації для найкращих брокерів у США, Канада, Австралія та Великобританія, а також багато інших країн.

Якщо ви не зацікавлені у виборі конкретних вітроенергетичних компаній, ви також можете подивитися на такі ETF Global X Wind Energy ETF (WNDY), Invesco Wind Energy UCITS ETF (WNDE)або First Trust Global Wind Energy ETF (FAN)  що забезпечить більш диверсифікований вплив для отримання прибутку від вітрової галузі.

Або ви можете прочитати нашу статтю про "10 найкращих акцій вітроенергетики, у які варто інвестувати», а також «10 найкращих акцій відновлюваної енергетики, у які варто інвестувати”& “10 найпопулярніших акцій металургійної промисловості та відновлюваної енергетики".

Інвестиції в вітрові компанії

1. Ørsted A/S

Датський виробник енергії був першою компанією створити офшорну вітроелектростанцію в 1991 році та  наразі тут також експлуатується найбільша у світі вітрова електростанція.

Вона зазнала масштабної трансформації: з 2006 року 83% енергії вироблялося з викопного палива, до 8 року – лише 2023% з викопного палива, 3% – у 2024 році, і до 99 року планується досягти 2025% відновлюваного виробництва.

джерело: Ørsted

У Ерстеда є ферми у Данії, Великобританії, Німеччині, США, Тайвані та В’єтнамі.

Половину цієї електроенергії виробляють офшорні вітрові електростанції, а берегова генерація приблизно порівну розподіляється між сонячними та наземними вітровими електростанціями.

Більша частина запланованого зростання припадає на офшорну вітрову генерацію, за якою йде берегова вітрова генерація. Цей план розвитку повністю самофінансується на основі існуючих операцій.

джерело: Ерстед

Будучи піонером і лідером у виробництві вітрової енергії, Ørsted є найвідомішою вітровою акцією для інвесторів, які шукають доступ до сектору з боку енергетики.

2. Вітрові системи Vestas A / S

Vestas - проектувальник, виробник і монтажник вітрових турбін. Завдяки загальній встановленій потужності 177 ГВт вона виготовила та встановила більше вітрових турбін, ніж будь-яка інша компанія.

Компанія має проектну потужність 29 ГВт. Вона контролює 35% ринку вітрогенераторів, за винятком Китаю, порівняно з лише 20% у 2010 році. Вона також має більше доходів, замовлень і вищу рентабельність EBIT (прибуток до сплати відсотків і податків), ніж будь-який з її конкурентів.

Однією з серйозних проблем, пов’язаних із вітроенергетикою, була неможливість переробки вітряної лопаті, яка потрапляла на сміттєзвалище, що робить її не дуже екологічним рішенням у цьому відношенні. Vestas нещодавно представила новий епоксидний хімічний склад, який дозволяє повністю переробляти. Це дозволяє вітроіндустрії перетворитися на повністю циклічний ланцюжок створення вартості.

джерело: Вестас

Vestas загалом подолала кризу 2023 року у вітроенергетичній галузі завдяки значному відскоку замовлень у Європі та Азіатсько-Тихоокеанському регіоні, незважаючи на скорочення американського ринку.

джерело: Вестас

Vestas також досліджує потенціал вітру для створення першої в світі заводу з екологічно чистого аміаку, який потім можна використовувати для транспортування водню або виробництва добрив без природного газу.

Завдяки своєму масштабу, технологічній перевагі та вищій маржі Vestas є відносно безпечною інвестицією в ланцюжок поставок вітрової енергії, а її турбіни є найкращими у своєму класі в галузі.

3. Lynas Rare Earths Limited (LYSCF)

Рідкоземельні метали технічно не є рідкістю на землі, хоча їх часто важко отримати, оскільки вони в основному присутні в дуже низьких концентраціях замість щільної руди або самородків, як більшість інших металів.

Рідкоземельні метали відіграють важливу роль у обчислювальній техніці та технологіях відновлюваних джерел енергії, зокрема, вони є життєво важливою частиною постійних магнітів, необхідних у вітряних турбінах, а також у електродвигунах (зокрема для електромобілів) чи передовій зброї.

В даний час найбільше виробництво рідкоземельних металів, і навіть більше, переробка, здійснюється Китаєм. Нещодавно Китай почав використовувати цю квазімонополію як зброю, зокрема шляхом обмеження У 2023 експорт германію та галію, 2 рідкоземельних металів, важливих для напівпровідникової промисловості, у відповідь на торговельні санкції США щодо напівпровідникових технологій.

Лайнас — шахтар із рідкісних земель, має шахти в Австралії. Компанія також будує переробне підприємство, щоб більше переробних операцій здійснювати в Австралії, а не відправляти нафтопродукти партнерам у Китай.

Це буде досягнуто за допомогою Завод з переробки рідкоземельних елементів у Калгурлі майже завершено (дивіться посилання для перегляду таймлапсу відео будівництва) і пов’язаних об’єктів у Малайзії, а також проект, який, як очікується, буде введено в експлуатацію в Техасі до 2025-2026 років.

У середині 2024 року було здійснено першу поставку з Калгурлі, і очікується, що підприємство нарощуватиме виробництво до кінця року.

джерело: Линас

Рідкоземельні елементи зараз вважаються стратегічним активом, а вразливість залежність від китайських поставок сприймається як критичний ризик, особливо у випадку військового конфлікту.

Це означає, що виробництво Lynas може отримати премію в разі міжнародної кризи або якщо Китай вирішить ще більше обмежити експорт інших рідкоземельних металів.

Він також представляє сектор товарного ринку, який часто не корелює з іншими металами, такими як залізо, мідь або літій, забезпечуючи диверсифікацію для інвесторів.