退役風力發(fā)電機該何去何從？廢舊風機葉片的可回收和再利用

　　隨著設(shè)備逐漸老化，多數(shù)風力發(fā)電機也到了退役時間。拆除的風力發(fā)電機應(yīng)該如何處理?風機拆除后唯一的問題是葉片處理。風電行業(yè)正開發(fā)新型葉片處理方式，比如葉片再利用或生產(chǎn)可回收葉片。

　　法國風力發(fā)電機90%的材料可直接在本土進行回收。 風機拆除后唯一的問題是葉片處理。葉片由復(fù)合材料制成，最理想的處理方法是把每種成分分離出來后再利用。 但是，從強化纖維中分解聚合物十分復(fù)雜。 法國風電行業(yè)自2008年起每年需處理1至1.5萬噸聚合物。 風電行業(yè)正開發(fā)新型葉片處理方式，比如葉片再利用或生產(chǎn)可回收葉片。

　　隨著設(shè)備逐漸老化，風電行業(yè)即將達到行業(yè)的轉(zhuǎn)折點。丹麥服役時間超過15年的風力發(fā)電機占總量50%，德國則達到40%。雖然風力發(fā)電機運行壽命為20年，但歐洲的風力發(fā)電機實際更換時間在9至27年之間。法國服役超過15年的風力發(fā)電機僅占總裝機容量不到5%。法國環(huán)境和能源管理局指出，多數(shù)發(fā)電機都在服役15至20年后更換。據(jù)歐洲風能協(xié)會報告，未來幾年歐洲發(fā)電機更換速度可能加快，更換容量從2020年的每年3吉瓦到2030年的6吉瓦。

01退役風機處理

　　那么新的問題出現(xiàn)了，拆除的風力發(fā)電機如何處理?據(jù)法國大東部大區(qū)環(huán)境規(guī)劃住房部稱，風力發(fā)電機90%由混凝土和鋼材料構(gòu)成，平均重量分別為840噸和246噸。混凝土和鋼很容易回收利用，市場很大。鑄鐵、銅等其他材料同樣可以回收，二手市場很成熟，而且歐洲有大企業(yè)買家。法國環(huán)境和能源管理局的Amandine Volard也認為，每臺風力發(fā)電機90%的組成材料都可以在法國本土回收，市場完善而且體量大。

　　“每臺風力發(fā)電機90%的組成材料都可以在法國本土回收。”

　　回收唯一的問題是葉片。葉片由復(fù)合材料制成，以聚合物(環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚酯)為基體，纖維(海上風電常用玻璃纖維或碳纖維)為加強體。最理想的處理方法是把每種成分分離出來后再利用。但是儒勒·凡爾納技術(shù)研究所葉片零浪費研究項目(ZEBRA項目)負責人Céline Largeau指出，分離纖維和聚合物很難。分離有幾種手段——熱解、化學(xué)溶劑分解、氣化、研磨。

　　這些工藝可以實現(xiàn)纖維和聚合物回收，但效率都不高。熱解、研磨等成熟、廣泛使用的現(xiàn)有工藝會改變玻璃纖維的物理性質(zhì)，不僅成本高，而且回收所得的纖維相比普通纖維價格貴、質(zhì)量低。溶解則只能回收形態(tài)完好的玻璃纖維和可回收樹脂。

　　“法國風電產(chǎn)業(yè)從2028年開始，每年將有1至1.5萬噸聚合物需處理。”

　　回收工藝很低效，需消耗大量溶液、水、能源，尚不成熟。廢舊葉片唯一成熟的處理工藝，是送去水泥廠作為燃料焚燒。德國正進行大量設(shè)備更換，采取的就是焚燒手段，焚燒后的殘渣混入水泥熟料。儒勒·凡爾納技術(shù)研究所估計，法國風電產(chǎn)業(yè)從2028年開始，每年將有1至1.5萬噸聚合物需處理。但許多行業(yè)都需要通過水泥業(yè)處理廢料，不止是風電。僅靠水泥業(yè)無法消化如此大量的葉片聚合物。

02回收與再利用

　　因多種因素影響，風電行業(yè)正在研發(fā)新的葉片回收方法。有些分離工藝仍處于開發(fā)測試早期，如溶解、氣化、高壓電分解等。對于熱解等較為成熟的工藝，業(yè)內(nèi)正在改良優(yōu)化，以期將廢舊葉片轉(zhuǎn)化為特種纖維。比如，致力于聚合物回收的初創(chuàng)企業(yè)Bcircular在其R3FIBRE項目中，將回收纖維添加到商用水泥中，增強水泥性能。供應(yīng)鏈也是葉片纖維的用武之地。Largeau說，葉片零浪費研究項目的目標之一是尋找需要葉片纖維的行業(yè)，汽車制造業(yè)就是一個很好的例子。還有一種處理方式是再利用。咨詢公司Bax & Company在一篇分析報告中指出，雖然回收不是最理想的處理方法，但仍是使用最多的手段，可考慮將葉片用于建筑外墻。

　　還有一種方向是研發(fā)可完全回收的新型葉片。有的廠家以“零浪費”為目標，致力在2040年前完成新葉片開發(fā)。可再生能源公司西門子歌美颯的首款完全可回收葉片2021年上市。該款葉片采用新型樹脂和玻璃纖維的復(fù)合材料，拆除后可以通過化學(xué)手段分離。法國儒勒·凡爾納技術(shù)研究所的ZEBRA項目則重點關(guān)注另一種創(chuàng)新樹脂——熱塑性樹脂。熱塑性樹脂與一種高性能玻璃纖維組成的復(fù)合材料也可以通過化學(xué)手段回收。Largeau說，歐文斯科寧復(fù)合材料公司研發(fā)的高性能玻璃纖維包含可回收玻璃纖維，因此分離后可以進行再利用。分離后的樹脂也可以再利用。這些新型葉片面臨的一大挑戰(zhàn)是如何測量其全生命周期碳足跡。此類全生命周期分析尚無模板，不過 Largeau表示，研究所即將開發(fā)出適用于ZEBRA葉片的分析模型，現(xiàn)階段測試結(jié)果良好。

風電葉片回收，勢在必行

　　退役風機越來越多，風電行業(yè)正著手應(yīng)對。法國2020年6月22日頒布的《風力發(fā)電機安裝法案》，要求2022年7月前實現(xiàn)退役風機葉片90%再利用或回收，2024年1月前實現(xiàn)95%再利用或回收。Amandine Volard指出，法國第一個拆除的風電廠已達成上述目標。最近，法國海上風電項目投標的評分標準增加了回收率，這類經(jīng)濟激勵有助于提高行業(yè)回收率。除了立法之外，經(jīng)濟危機也推動了葉片回收的發(fā)展。Largeau指出，玻璃纖維的制造需要大量能源，近幾個月因經(jīng)濟不景氣，生產(chǎn)成本猛增，導(dǎo)致回收的玻璃纖維的價格競爭力上升。此外，將廢棄葉片簡單焚燒或填埋不利于行業(yè)形象，輿論威力不可小視。