退役风力发电机该何去何从？废旧风机叶片的可回收和再利用
Amandine Volard
法国环境和能源管理局风能海洋能工程师
随着设备逐渐老化，多数风力发电机也到了退役时间。拆除的风力发电机应该如何处理？风机拆除后唯一的问题是叶片处理。风电行业正开发新型叶片处理方式，比如叶片再利用或生产可回收叶片。
法国风力发电机90%的材料可直接在本土进行回收。
风机拆除后唯一的问题是叶片处理。叶片由复合材料制成，最理想的处理方法是把每种成分分离出来后再利用。
但是，从强化纤维中分解聚合物十分复杂。
法国风电行业自2008年起每年需处理1至1.5万吨聚合物。
风电行业正开发新型叶片处理方式，比如叶片再利用或生产可回收叶片。
随着设备逐渐老化，风电行业即将达到行业的转折点。丹麦服役时间超过15年的风力发电机占总量50%，德国则达到40%[1]。虽然风力发电机运行寿命为20年，但欧洲的风力发电机实际更换时间在9至27年之间。法国服役超过15年的风力发电机仅占总装机容量不到5%。法国环境和能源管理局指出，多数发电机都在服役15至20年后更换。据欧洲风能协会报告，未来几年欧洲发电机更换速度可能加快，更换容量从2020年的每年3吉瓦到2030年的6吉瓦[2]。
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退役风机处理
那么新的问题出现了，拆除的风力发电机如何处理？据法国大东部大区环境规划住房部称[3]，风力发电机90%由混凝土和钢材料构成，平均重量分别为840吨和246吨。混凝土和钢很容易回收利用，市场很大。铸铁、铜等其他材料同样可以回收，二手市场很成熟，而且欧洲有大企业买家。法国环境和能源管理局的Amandine Volard也认为，每台风力发电机90%的组成材料都可以在法国本土回收，市场完善而且体量大。
“每台风力发电机90%的组成材料都可以在法国本土回收。”
回收唯一的问题是叶片。叶片由复合材料制成，以聚合物（环氧树脂、聚氨酯、聚酯）为基体，纤维（海上风电常用玻璃纤维或碳纤维）为加强体。最理想的处理方法是把每种成分分离出来后再利用。但是儒勒·凡尔纳技术研究所叶片零浪费研究项目（ZEBRA项目）负责人Céline Largeau指出，分离纤维和聚合物很难。分离有几种手段——热解、化学溶剂分解、气化、研磨。
这些工艺可以实现纤维和聚合物回收，但效率都不高 [4]。热解、研磨等成熟、广泛使用的现有工艺会改变玻璃纤维的物理性质，不仅成本高，而且回收所得的纤维相比普通纤维价格贵、质量低。溶解则只能回收形态完好的玻璃纤维和可回收树脂。
“法国风电产业从2028年开始，每年将有1至1.5万吨聚合物需处理。”
回收工艺很低效，需消耗大量溶液、水、能源，尚不成熟。废旧叶片唯一成熟的处理工艺，是送去水泥厂作为燃料焚烧。德国正进行大量设备更换，采取的就是焚烧手段[5]，焚烧后的残渣混入水泥熟料。儒勒·凡尔纳技术研究所估计，法国风电产业从2028年开始，每年将有1至1.5万吨聚合物需处理[6]。但许多行业都需要通过水泥业处理废料，不止是风电。仅靠水泥业无法消化如此大量的叶片聚合物。
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回收与再利用
因多种因素影响（见后文），风电行业正在研发新的叶片回收方法。有些分离工艺仍处于开发测试早期，如溶解、气化、高压电分解等。对于热解等较为成熟的工艺，业内正在改良优化，以期将废旧叶片转化为特种纤维。比如，致力于聚合物回收的初创企业Bcircular在其R3FIBRE项目[7]中，将回收纤维添加到商用水泥中，增强水泥性能。供应链也是叶片纤维的用武之地。Largeau说，叶片零浪费研究项目的目标之一是寻找需要叶片纤维的行业，汽车制造业就是一个很好的例子。还有一种处理方式是再利用。咨询公司Bax & Company在一篇分析报告中指出[8]，虽然回收不是最理想的处理方法，但仍是使用最多的手段，可考虑将叶片用于建筑外墙。
图片来源：PI France
还有一种方向是研发可完全回收的新型叶片。有的厂家以“零浪费”为目标，致力在2040年前完成新叶片开发[9]。可再生能源公司西门子歌美飒的首款完全可回收叶片2021年上市。该款叶片采用新型树脂和玻璃纤维的复合材料，拆除后可以通过化学手段分离。法国儒勒·凡尔纳技术研究所的ZEBRA项目则重点关注另一种创新树脂——热塑性树脂。热塑性树脂与一种高性能玻璃纤维组成的复合材料也可以通过化学手段回收。Largeau说，欧文斯科宁复合材料公司研发的高性能玻璃纤维包含可回收玻璃纤维，因此分离后可以进行再利用。分离后的树脂也可以再利用。这些新型叶片面临的一大挑战是如何测量其全生命周期碳足迹。此类全生命周期分析尚无模板，不过 Largeau表示，研究所即将开发出适用于ZEBRA叶片的分析模型，现阶段测试结果良好。
风电叶片回收，势在必行
退役风机越来越多，风电行业正着手应对。法国2020年6月22日颁布的《风力发电机安装法案》[10]，要求2022年7月前实现退役风机叶片90%再利用或回收，2024年1月前实现95%再利用或回收。Amandine Volard指出，法国第一个拆除的风电厂已达成上述目标。最近，法国海上风电项目投标的评分标准增加了回收率，这类经济激励有助于提高行业回收率。除了立法之外，经济危机也推动了叶片回收的发展。Largeau指出，玻璃纤维的制造需要大量能源，近几个月因经济不景气，生产成本猛增，导致回收的玻璃纤维的价格竞争力上升。此外，将废弃叶片简单焚烧或填埋不利于行业形象，舆论威力不可小视。
作者
Anaïs Marechal
编辑
1.Ademe (2020), Renouvellement de l’éolien : quelles stratégies possibles et envisageables en fin d’exploitation pour les parcs éoliens terrestres ?
2.同上
3.同上
4.Marcos Ierides, Johanna Reiland, Bax&Company; Wind turbine blade circularity, technologies and practices around the value chain, disponible:https://baxcompany.com/wp-content/uploads/2019/06/wind-turbine-circularity.pdf
5.Ademe, March 2022, L’énergie éolienne terrestre et en mer, Les avis de l’Ademe
6.https://www.economie.gouv.fr/files/files/directions_services/cge/filiere-eolienne-terrestre.pdf
7.Site internet consulté le 25/11/22:https://www. bcircular.com/r3fibre/
8.Marcos Ierides, Johanna Reiland, Bax&Company; Wind turbine blade circularity, technologies and practices around the value chain, disponible:https://baxcompany.com/wp-content/uploads/2019/06/wind-turbine-circularity.pdf
9.https://fee.asso.fr/wp-content/uploads/2022/10/ Observatoiredelolien2022-VFF.pdf
10.Available on :https://www.legifrance.gouv.fr/ jorf/id/JORFTEXT000042056014
