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让清洁能源更“清洁”!退役风机叶片该如何进行无害化处理?

2021-05-13 17:20
元一能源
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在“30·60”双碳目标的号召下,未来我国将大规模发展光伏、风电等新能源发电模式,从政策上看,已经有一大批陆上、海上风电站进入新时期发展规划。但风电的迅速发展也带来了一个容易令人忽视的问题,就是退役风机叶片的无害化处理。

让清洁能源更“清洁”!退役风机叶片如何进行无害化处理?

一般来说,风机的设计使用寿命在20年左右,风机退役后,大多数机组的部件都是可回收的,其中包括基础、塔筒、齿轮箱和发电机。但是,目前全球范围内使用较为广泛的风机叶片材料是由玻璃纤维增强的热固性树脂基复合材料加工而成,这一材料尽管抗压、耐用性能优异,但却不可回收利用,切割拆解工艺也十分复杂。从普遍通用的风机回收工艺来看,虽然90%的风机材料能够实现回收利用,但剩下的部分却面临着工序复杂、不可回收的挑战。绝大多数风机叶片要么进入了垃圾填埋场,要么打碎后成为垃圾焚烧。在业内看来,这一处理方式并不符合风电作为清洁能源的初衷。

最新的风机叶片的尺寸是20世纪80年代的100倍。各国大力推进风电行业的发展,这势必会造成废弃叶片产量的增多,那么采用何种方法处废弃叶片,才能使风能成为一种更加“清洁”的能源呢?

现有的处废弃风机叶片的方法有:垃圾掩埋、焚烧或回收。

垃圾掩埋和焚烧处理

目前在中国采用最多的还是垃圾掩埋处理方式,掩埋前会进行焚烧,并利用焚烧产生的能量作为电力供应。60%的废料在焚烧之后变为灰烬,由于复合材料中含有无机物质,这些灰烬可能含有污染物质,根据其类型,灰烬要么进行掩埋,要么回收后作为替代材料。无机物质还会产生危险的废气,其中留的细小玻纤维可能会导致烟气清洁过程出现问题。风机叶片在进入焚烧厂前还需进行拆解和粉碎,从能耗和排放角度来说,这进一步增加了环境的压力。

叶片回收处理

回收则是一种相对环保的处理方式。回收材料制成的新叶片可以取代旧叶片。但是目前风机叶片回收方法还很少,只有30%的纤维增强塑料(FRP)可以回收再用,制成新的FRP,而大多数则是将废弃风机叶片打碎、混合进入水泥中实现循环使用。

目前已有能源企业将风电场的退役风机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。据分析,废弃的风机叶片添加进水泥中不仅能够实现循环利用,更能够减少水泥制造过程中排放的二氧化碳总量。不过,相对较低的回收价值也使得这种处理模式难以得到大规模推广。

从本世纪初起,国内外许多企业开始尝试不同的技术手段对废弃风机叶片进行回收处理,比如玻钢(FRP)的机械回收(材料粉碎)、可以去除杂质的纤维度分离技术、溶剂分解作用进行化学回收、采用温解和气化方法对量和材料进行回收等。采用技术手段处理后,玻纤的大部分拉伸强度能够得以保存,部分塑料材料还可以作为新的原材料。

除此以外,“零废风机”也已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、再利用以及复原的过程中保护材料和资源,不再需要将风机叶片打碎进行焚化或填埋。不过,考虑到成本和当前技术限制,这种模式暂时还难以大幅推广。

不仅如此,老旧风机的改造也成为积极尝试的解决方式。部分退役的风机叶片经过简单处理后,可以作为公园、艺术馆、公共设施的构筑物。部分企业通过增加投资的方式延长风电场寿命,而随着全球风电制造技术不断更新换代,未来新建的风电场寿命很可能将提高至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。

上述处理方式有利有弊,在成本的制约下,废弃风机叶片的无害化清洁化处理还有很长的道路要走。为彻底解决此类问题,风电行业应与材料、建筑等多领域进行跨行业合作,多行业融合协作将有助于转型至循环经济,进而实现各行业的可持续发展。

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