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风电叶片退役后何去何从?
中国建材报
《中国建材报》社
2021-07-09 10:54
“老旧风电场投运的大批量风电叶片已步入‘暮年’,或默默退场,或匆匆掩埋,与之相配套的政策制度、处置技术储备仍处于缺位状态。”说起目前我国风电叶片退役后现状,某风电叶片生产企业负责人如此感慨。
从某种程度上来说,的确如此。在新能源跃进潮中,退役后风机叶片无害化处置及产业化发展亟需提速。这不是杞人忧天,而是未雨绸缪。
在我国,2018年报废风电叶片总计约3456吨,而到今年累计报废叶片约有5424吨。从风电机组服役年限来看,到2025年左右,我国将迎来一大波风电叶片报废潮。到2030年,我国将有超过3万台风电机组面临换新,而到2035年这一数字将超过9万台……
这一串串数据背后,都是风电产业亟待攻克的新难题。
退役潮将至,风电叶片处置为何难
21世纪初以来,新能源风力发电得到迅速发展,人们早已习惯并乐于在草原、大海看到满负荷运转的巨大风力发电机。然而,随着第一代风力发电机生命的终结,其回收问题随之而来。
根据数据统计,按照风电叶片设计寿命20年来计算,2018年我国风电叶片约有3456吨退役;到2025年,退役叶片将达8112吨;如果以叶片行业事故率为5‰计算,到2025年非正常退役叶片将达100吨;2025年之后,退役叶片总量更是将迅猛增长,2028年退役总量将达412784吨,2029年更是高达约715664吨。
从目前情况来看,风机退役后,大多数机组的部件基本可回收,其中包括基础、塔筒、齿轮箱和发电机。但是,风电叶片的回收处置却始终面临种种挑战。实现风电叶片全生命周期的绿色化、无害化,一直是风电行业孜孜以求的目标。
风电叶片是一个由复合材料制成的薄壳结构,由蒙皮,叶根,腹板,主梁,避雷系统等主要部件组成。复合材料在整个风电叶片中的重量占了90%以上。目前,复合材料之所以成为我国乃至全球风电叶片的核心材料,主要源于其轻质高强、性能可设计的优质特性。据《中国建材报》记者了解,复合材料的单位密度只有钢铁的1/4,同等重量的材料力学性能却是金属的好几倍。与金属材料不同,复合材料更能根据产品的物理属性需求进行合理、灵活的设计。
据中国物资再生协会纤维复合材料再生分会秘书长张荣琪介绍,在行业发展之初,复合材料叶片采用的是玻璃纤维增强材料体系。直到今天,这仍是大部分叶片所采用的材料。随着叶片长度的不断增大,其自身重量也不断增加,这种体系在某些场合已不能满足要求,于是性能更优异的增强材料——碳纤维走进了人们的视野。
两种复合材料的优质特性如此突出,那么退役叶片实现无害化处理到底难在哪呢?据张荣琪分析,复合材料尽管抗轻质高强、可设计性强、成型工艺简便、耐用性能优异,具有不可替代性,但由于基体树脂在化学交联过程中具有不可逆性,产品一旦报废将难以再熔化或重塑,难以进行降解和循环利用,致使回收工艺复杂、回收价值不高等问题逐渐凸显。与此同时,风电叶片尺寸需求的逐年提高,难拆解、难运输、难降解也成为困扰行业的痛点。
诸多尝试,力求破解处置难题
如何破解退役叶片处置问题,风电行业作出了多种尝试。
记者了解到,从本世纪初起,国内外许多企业便已开始尝试不同的技术手段对退役叶片进行回收处理。比如,机械粉碎法将叶片粉碎成纤维状及粉末状、溶剂分解作用进行化学回收、采用热降解方法对主梁和材料进行降解,获得连续玻璃纤维,保留了大部分拉伸强度;部分塑料材料还可作为回收材料进行二次添加;还有部分叶片退役后经简单处理,用作公园、艺术馆、公共设施的构筑物等。
目前,在我国采用最多的还是垃圾掩埋处理方式。“在掩埋前会进行焚烧,并利用焚烧产生的能量作为电力供应,其60%的废料在焚烧之后变为灰烬(无法利用的SiO2为主)。”北京华北包装有限公司董事长于宝磊向记者介绍,因为复合材料主要由无机物即玻璃纤维和有机物树脂组成,玻璃纤维在破损过程中容易产生微小颗粒,对人体会造成一定影响,燃烧为灰烬后要么进行掩埋,要么回收后作替代材料。而有机物树脂燃烧虽有一定热值,但会产生有害气体,需要专业的设施进行有害气体的治理。特别是因燃烧温度、燃烧过程、现有锅炉结构不匹配时,还会有爆炸隐患。并且,燃烧后产生的灰烬还含有未完全分解、易挥发的有机低分子污染物质。另外,从能耗和碳排放角度来说,风电叶片进入焚烧厂前还需进行拆解和粉碎,这进一步增加了环境的压力。
在于宝磊看来,相较于掩埋处理,叶片回收综合利用则是一种相对环保的处理方式。综合利用是指叶片材料梯次利用和(或)性能梯次利用,如根据叶片材质的性能情况,通过物理切割、加工直接应用到生产生活的其他领域。但目前风电叶片回收方法较少,只有30%的纤维增强塑料可实现回收再利用,而大多数则是将废弃叶片打碎、混合进入低端水泥制品中实现循环使用。据了解,如今已有能源企业将退役叶片打碎以替代水泥中砂砾、黏土等成分,循环利用进入建筑领域。
某水泥企业负责人向记者透露,将废弃的风机叶片添进水泥中不仅能实现循环利用,还能减少水泥制造过程中排放的二氧化碳总量。但由于其相对较低的回收价值,使得这种处理模式暂时难以大规模推广。
除此以外,“零废”风机也成为风机制造业的研发方向。“零废”指的是在风机的生产、使用、回收、再利用及复原过程中保护材料和资源,不再将叶片打碎进行焚化或填埋。据了解,北京华北包装有限公司利用特殊处理技术将风电叶片制作成循环包装,便是一种“零废”处置方式,较高效地实现了退役叶片的回收再利用。
老旧风机的改造,也是目前业内积极尝试的解决方式。部分企业通过增加投资的方式延长风电场寿命。“随着全球风电制造技术不断的更新换代,未来新建的风电场寿命有可能提高至30年及以上,部分风电开发商甚至已开始寻求将风电场寿命提升至40年左右。”某风电场业主告诉记者。
从全生命周期出发,进行全产业链布局
依目前退役叶片的多种处理方式来看,均有利有弊。在相关成本的制约下,退役叶片的无害化处理还有很长的路要走。
为彻底解决此问题,有专家提出,风电行业应与材料、建筑等多领域进行跨界合作。同时,还需积极推动相关退役政策的就位,相关复合材料固废处理标准的制定。这对于风机退役与循环实现真正的绿色发展,至关重要。
另外,在彭博新能源某财经分析师看来,叶片回收问题还应从产品设计之初就进行考虑。他认为,对于循环经济来说,叶片产品本身的设计十分重要。企业应从全设计出发,进行全产业链布局,作出有效投资,实现可持续发展。
围绕处置成本,一部分企业还呼吁:风电叶片作为工业不可降解固废,应有一笔固废处理基金。与塔筒、机组金属件的再生不同的是,应从政策层面为叶片回收处理单位提供相应的固废处理费用补贴。再加上,叶片回收后实现的一部分综合利用,使回收商业模式得以更好形成。只有在获得最基本的行业利润后,行业实现良性发展才有迹可循。
在“双碳”目标的号召下,未来我国势必将大规模发展风电新能源模式。事实上,风电装备产业的绿色循环发展是风电产业实现健康发展的基础。如何以最低成本实现退役叶片资源化利用,同时又避免违反高压环保政策,是目前风电产业亟需完成的一项重要任务。可喜的是,目前我国叶片回收综合利用已有了可以产业化的技术路线,可以对现有退役叶片进行回收处理及综合利用;同时,相关行业协会也在积极引导和推动将叶片的有机成分及无机成分全部回收“吃干榨净”的化学降解技术的产业化实现。显然,大批量风电叶片的退役,既充满了困难和挑战,同时也释放了广阔的发展空间。
中国建材报记者:张玲玲
责编:阴音 刘璇
校对:张健
监审:王怡洁
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