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百万吨级风机叶片的回收处理新难题

2020-07-17 14:53:11 九洲普惠 0

  复合材料自1958年因为军工配套进入中国以来,已发展近70年,在军民各个领域得到广泛应用,风电行业是当前复合材料用量比较大的一个行业。笔者刚好也是复合材料专业毕业,早期也从事过复合材料叶片的相关工作,去年有机会和几个叶片企业的专家及领导(包括部分老领导)谈到叶片行业发展问题,对叶片的可持续发展也有担忧——如何处理退役叶片,退役叶片如何实现环保再利用的难题随着风电产业的发展逐渐摆到桌面上来。

中国船舶重工集团公司第七二五研究所

  问题来源:叶片材料属性决定了回收后处理是个难题

  风机叶片主体材料为聚合物基复合材料(树脂基复合材料,俗称玻璃钢),具有其他材料没有的优势,轻质高强、耐腐蚀、性能可设计(材料的各个方向),以及其他方面的特殊性能都可单独设计,因此成为了大型风力发电机组叶片材料的不二之选。当然,任何事物都有两面性,一方面具有无可比拟的的优秀性能,同时它也有致命的缺点,即叶片材料在产品的寿命周期结束后的回收后处理,热固性复合材料回收后二次再利用问题。热塑性材料比如塑料瓶等就可以回收二次利用,热固性复合材料无法简单进行再利用,叶片基体材料为环氧树脂,固化后无法二次利用,而玻璃纤维固化在纤维体中,回收难度极大,即使回收处理也面临着环保和高成本的难题。

  面对难题:风电机组即将开始大规模退役

  中国的风电产业的规模化发展是从2004年开始的,装机容量当年达到70万千瓦左右,2005年装机规模超过100万千瓦(126万千瓦),2008年装机规模首次突破1000万千瓦(达到1212万千瓦)。2004年兆瓦级风机进入市场,内蒙古龙源首次采用1.5MW机组,开启大容量风机时代。

  到2019年年底,全国装机规模达到2.09亿千瓦,风机台数13万台左右。笔者初步统计了一下,风机千瓦的叶片复合材料用量基本在15公斤左右,复合材料的用量高达350-400万吨(不含机舱罩复合材料)。

风电行业

  处理现状:国内还是作坊式处理,尚无可规模化的理想回收方式

  再过4-5年,批量的风电机组将大规模的退出服役,风电机组总体而言是一个机电产品,除了叶片外都是金属材料,具备可回收价值。笔者近几年关注叶片的回收处理市场,都是一些零星的、作坊式的处理方式。

  现阶段的废旧叶片处理工艺非常简单,切割后部分用于板材再利用,总体来说工艺、技术及相关装备都还在起步阶段。随着大规模的叶片退役,叶片的回收处理市场迎来高峰期,叶片热固性材料属性决定了无法降解,而回收其中的纤维材料成本也极高,根据国内外的研究来看,现阶段没有很好的解决方案。具体的技术解决方案笔者没有做深入了解,但可以肯定的是,现有的方案肯定还不能达到环保和再利用的阶段。

  笔者了解到,处理报废叶片的传统方式是露天堆放、填埋或焚烧,但这一方式存在粉尘、碳排放等污染问题。为了更加环保地解决这一问题,业内已经做出了多种尝试。

  目前我国存在三种较为主流的叶片回收方式:第一种是将叶片进行拆解,将材料进行重复利用,用于市政建设等领域;第二种是将叶片打碎,回收后添加进建筑材料,增强材料性能;第三种则是进行化学回收,分解后再进行重新利用。

  欧洲作为最早发展风电的地区之一,对风电叶片报废有着严格的处理规定,禁止直接占用土地空间填埋或焚烧报废叶片。荷兰企业曾将报废风电叶片用作游乐场的建筑材料或是城市公共座椅材料;德国、英国等国企业利用热解或将叶片打碎的方式,将叶片中的高分子材料进行再次利用。

  在业内人士看来,现行的叶片回收办法尚不能满足大量报废叶片的回收需求。虽然业内进行了诸多探索,但到目前为止,能够大规模推广的技术却寥寥无几。或是由于经济性不强,或是对生态环境不够友好。

  个人建议:联合投入研发,确保风电产业绿色环保可持续发展

绿色环保可持续发展战略

  作为风电场开发商,现阶段就必须考虑叶片的退役回收后处理,这也是风电机组的全生命周期成本的一部分,风机生命的终结成本也要考虑在内。

  如何解决这个问题,我们还有时间。业内预计,5年后大规模的的风电机组退役将会开始,每年将会有成百万千瓦级别的机组关闭处理,每年将存在万吨级别的风电叶片处理需求。为此,笔者个人建议由风电场开发商主导,叶片厂参与,行业企业组织开展这方面的研发投入。叶片的回收后处理是一个涉及环保的行业,如果不能很好解决,对未来的风电发展也是一个障碍。

  目前,国内不少从叶片厂出来的行业专家陆陆续续开始这方面的工作,但都是临时性的处理方案,没有工业化手段进行专业的解决方案和装备,由于没有规模,也没有太多投入,也不可能拿出系统的装备和技术。而国外的研究也仅仅限于实验室阶段,如不能达到工程化阶段,成本也无法下降到市场化水平。

  五大六小电源企业等风电场开发商最小的风电场运营规模也达到几百万千瓦,建议拿出一部分利润作为退役风机处理费用作为基金投入到研发,叶片厂作为复合材料主要的技术方案提供者和行业企业一起研究解决方案。

  如果能通过2-3年达到工程化应用阶段,等到大规模的叶片退役到来,叶片处理成本也下降到可接受的水平,真正实现了风电产业的绿色环保和可持续发展。

  任何一项技术的发展,都离不开国家的关注与投入。个人建议行业企业也要在早期阶段呼吁申请国家在技术与装备研发投入方面进行资助,可以联合开发商与叶片企业甚至行业里的大专院校一同开展这方面的工作,作为技术孵化和储备。毕竟这是未来几年终将来临的大问题,而随着国家在环保方面下的功夫越来越大,必要的投入想必也不会存在困难。


  转自:北极星风力发电网   如有侵权,联系删除



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