早在2014年的時(shí)候，英國的研究人員調(diào)查了500多個(gè)風(fēng)電場，發(fā)現(xiàn)在20世紀(jì)90年代建成的老式風(fēng)電機(jī)組，在19年后仍然可以發(fā)出3/4的功率。他們的結(jié)論是，大多數(shù)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的時(shí)間應(yīng)該能夠比預(yù)期更長，大約在25年后才需要升級換代。

 

    眾所周知，在某些時(shí)候再好的事情也必將結(jié)束。推動(dòng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的關(guān)鍵是要持續(xù)地獲得清潔能源效益，但同時(shí)也需要考慮機(jī)組退役后該如何處理。雖然目前全球的退役風(fēng)電機(jī)組數(shù)量仍然很低，但是隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展必將持續(xù)增長。

 

    大多數(shù)風(fēng)電機(jī)組的部件都是可回收的，其中包括基礎(chǔ)、塔筒、齒輪箱和發(fā)電機(jī)。但是風(fēng)電機(jī)組葉片卻由于其構(gòu)成的成分而難以回收。大多數(shù)的風(fēng)電機(jī)組葉片是由復(fù)合材料構(gòu)成，利用各種材料的互補(bǔ)特性。目前的風(fēng)電機(jī)組葉片通常是由聚合物基質(zhì)與玻璃纖維或碳纖維加固材料組成。這些復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是氣動(dòng)性能優(yōu)異，并且輕便耐用，但其缺點(diǎn)是難以回收。

 

    最新的風(fēng)機(jī)葉片的尺寸是20世紀(jì)80年代的100倍。這段時(shí)間內(nèi)葉片的直徑增加了8倍，葉片度已經(jīng)超過6米。各國大力推進(jìn)風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，這勢必會(huì)造成廢棄葉片產(chǎn)量的增多，那么采用何種方法處廢棄葉片才能使風(fēng)能成為一種更加綠色的能源呢？

 

    風(fēng)機(jī)葉片通常含有纖維增強(qiáng)材料(如玻璃纖維或碳纖維)、塑料聚合物(聚酯或環(huán)氧乙烯樹脂)、夾心材料(PVC、PET或巴沙木)和涂層(聚氨酯)。隨片尺寸的增大，葉片生產(chǎn)所需的材料數(shù)量也在不斷增。

 

    據(jù)估計(jì)每1kW的新機(jī)容量就需要10千克葉片材料。因此1臺(tái)7.5MW的風(fēng)機(jī)約需要75噸的葉片材料。風(fēng)機(jī)葉片的使用壽命大約為20——25年。因此如何處廢棄葉片就成了問題。據(jù)推測每年要處纖維復(fù)合材料重量將達(dá)到20.4億噸以上。風(fēng)電行業(yè)相對來講是一個(gè)新興行業(yè)，在風(fēng)機(jī)葉片的實(shí)際處經(jīng)驗(yàn)很少，尤其是海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)。因此風(fēng)電統(tǒng)如果想得足夠的拆除、分離、處實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可能需要20年以上的時(shí)間?，F(xiàn)有的處廢棄風(fēng)機(jī)葉片的方法有:垃圾掩埋、焚燒或回收。

 

    第一種方式在那些致力于減少垃圾掩埋數(shù)量的國家基本上已經(jīng)過時(shí)了(如德國)。不過目前中國采用最多的還是垃圾掩埋方式。最常用的是焚燒。在所謂的(CHP)工廠內(nèi)，利用焚燒產(chǎn)生的來發(fā)電，為區(qū)域加統(tǒng)供。但是60%的廢料在焚燒之后只是變?yōu)榛覡a。由于復(fù)合材料中含有無機(jī)物質(zhì)，這些灰燼可能含有污染物質(zhì)，根據(jù)其類型和后處，灰燼要么進(jìn)行掩埋要么回收后作為替代材料。無機(jī)物質(zhì)還會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的廢氣，其中留的細(xì)小玻纖維可能會(huì)導(dǎo)致煙氣清潔過程出現(xiàn)問題，主要是在灰塵過濾設(shè)備中。風(fēng)機(jī)葉片在進(jìn)入焚燒廠前還需進(jìn)行拆解和粉碎，從能耗和排放角度來說，這進(jìn)一步增加了環(huán)境的壓力。此外，在焚燒過程中還會(huì)引起工人健康和安全方面的問題。

 

    回收則是一種環(huán)保的處理?；厥詹牧现瞥傻男碌母~片可以取代舊的葉片。但是目前風(fēng)機(jī)葉片回收方法還很少，只有30%的纖維增強(qiáng)塑料(FRP)可以回收再用，制成新的FRP，而大多數(shù)則是作為水泥行業(yè)的添加材料。過去的幾年，全球各企業(yè)就風(fēng)機(jī)葉片的回收問題進(jìn)行了大量研究項(xiàng)目，推出了許多創(chuàng)新產(chǎn)品。

 

    2003——2005年，蘭電工材料協(xié)會(huì)(KEMA)和波蘭工業(yè)化學(xué)品研究院(ICRI)共同領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)項(xiàng)目，研究玻鋼(FRP)的機(jī)械回收，即將材料粉碎。此項(xiàng)目利用一臺(tái)具有“按需切割”功能的混合粉碎機(jī)，以每小時(shí)處2.5噸物料的速度，將玻鋼(FRP)粉碎成15——25mm的度，而且對纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷很小。為了避免粉碎過程中發(fā)生危險(xiǎn)。粉碎之后通過一種再活化方法對纖維的品質(zhì)進(jìn)行改良。將其與一種新基體進(jìn)行化學(xué)粘結(jié)來實(shí)現(xiàn)更好的性能。

 

    另一種技術(shù)是由HAMOS公司開發(fā)的纖維度分離技術(shù)，可以去除雜質(zhì)。粉碎后的玻鋼(FRP)廢料在重新利用過程中的一個(gè)問題就是纖維與樹脂的重新粘結(jié)。因?yàn)榉鬯榈睦w維上經(jīng)常帶有留的樹脂，因此粘結(jié)起來就更加困難。只有回收的纖維要比原始纖維更，它才能與新基體更好的粘結(jié)。對于風(fēng)機(jī)葉片的回收來說，還需要增加一個(gè)步驟，即在現(xiàn)場將葉片切割成大塊，以便于運(yùn)輸。切割是通過目前廣泛應(yīng)用的粉碎手(起重機(jī)或挖掘機(jī)末端連接的粉碎/抓取設(shè)備)完成的。但是復(fù)合材料回收物的需求并不像鋼材那樣強(qiáng)勁，其應(yīng)用前景非常有限。另一個(gè)問題就是回收的纖維比原來的纖維短，表面還帶有“原來的”樹脂，更難以使其在一定方向上排列。

 

    這樣就難以按照需求增加產(chǎn)品的強(qiáng)度，例如汽車保險(xiǎn)杠。但是汽車行業(yè)并沒有停止回收和再用其本身的廢棄物。玻纖維硬度較、粉碎過程需要大量的能源，因此這種填料的價(jià)值是很低的，很難讓它產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，除非能找到一種更廉價(jià)的能源。溶劑分解作用進(jìn)行化學(xué)回收也是一種回收方法。采用這種方法，玻纖的大部分拉伸強(qiáng)度可以保留下來，部分塑料材料還可以作為新的原材料。但是采用具有侵蝕性的危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)行回收并未得到提倡，而且這種方法的成本較。另外一種方法是采用溫解和氣化方法對量和材料進(jìn)行回收。盡管纖維喪失了原來的“大部分”拉伸強(qiáng)度，而且技術(shù)成本很，但是終端產(chǎn)品非常純，塑料中的能也以電能和能的形式得以回收回收過程如下:使用液壓剪切機(jī)或類似的工具將廢棄物在現(xiàn)場切割成便于運(yùn)輸?shù)某叽?到達(dá)工廠后，這些部件進(jìn)一步被粉碎成手掌大小的塊;材料被連續(xù)送入500℃溫的無氧回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，塑料被溫分解成合成氣體;氣體用于電力生產(chǎn)，也用于加回轉(zhuǎn)爐;在二級回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，玻纖維材料在大氣存在的條件下得以凈化;利用磁鐵除并回收金屬;去除玻纖材料余物中的灰塵;混有少量聚丙烯纖維的玻纖維通過爐子后，PP纖維融化并連接到玻纖上形成穩(wěn)定的絕緣板。溫解產(chǎn)品主要是耐的絕緣材料。

 

    這些纖維還可以用作填料、粘性涂料、塑性部件、瀝青和混凝土中的增強(qiáng)材料，以及新玻纖維的原材料。復(fù)合材料中所含有的能可用于發(fā)電和為工藝過程供電。回收的玻璃鋼(GRP)風(fēng)機(jī)葉片材料不能再用在新葉片中，因?yàn)榛厥盏牟＠w維總是比原始玻纖強(qiáng)度低，因此風(fēng)電行業(yè)不能使用回收的增強(qiáng)纖維。碳纖維與玻纖不同，從預(yù)浸環(huán)氧樹脂/碳纖材料中回收碳纖維，回收到的碳纖維的E模量沒有改變，而最終的拉伸強(qiáng)度只降低了5%。盡管葉片回收各企業(yè)對風(fēng)機(jī)葉片處徑上取得了明顯成功，但是由于成本問題，相關(guān)項(xiàng)目并未得到很好的發(fā)展。

 

    由于廢棄葉片在回收上面臨巨大挑戰(zhàn)，因此一些機(jī)構(gòu)開始研發(fā)新的葉片生產(chǎn)方法，以簡化廢棄葉片的處藝。由汽車行業(yè)我們不難發(fā)現(xiàn)塑性材料更易回收，因此在風(fēng)機(jī)葉片中嘗試使用塑性基體的復(fù)合材料。但是塑性材料制成的兆瓦級葉片是否具備足夠的力學(xué)性能和物還沒有得到證實(shí)。對于5kW左右的小型風(fēng)機(jī)，可以使用一些模塑成型的增強(qiáng)型塑性材料或其它塑材料。這種情況下，葉片的回收就會(huì)容易的多。越來越多的風(fēng)機(jī)公司開始采用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫，這是一種可完全回收的塑性結(jié)構(gòu)泡沫，回收后還可以再利用。將其粉碎并混合到新產(chǎn)品中后，仍能保持相同的性能和強(qiáng)度。目前，AlcanAirex已經(jīng)對其PET泡沫AIREXT91實(shí)現(xiàn)了回收。風(fēng)機(jī)葉片的回收仍問題，不過，關(guān)于玻纖維增強(qiáng)材料(GRP)的回收方法以及回收后的材料可能的應(yīng)用領(lǐng)域的研究已經(jīng)有了進(jìn)展。

 

 

以下是退役葉片回收利用的幾個(gè)具體案例：

 

方案1：建設(shè)現(xiàn)代建筑

 

在2012年，荷蘭率先將退役風(fēng)電機(jī)組葉片用作兒童公園的構(gòu)筑物。

 

如今，荷蘭設(shè)計(jì)公司SuperuseStudios則進(jìn)一步將退役葉片用于城市建筑(如公共座椅)和戶外遮蔽場所(如公交候車亭)。

    根據(jù)他們網(wǎng)站的介紹，SuperuseStudios還被邀請成為丹麥Genvind財(cái)團(tuán)的合作伙伴，該財(cái)團(tuán)擁有如Vestas等20家機(jī)構(gòu)在內(nèi)。該財(cái)團(tuán)的主要目標(biāo)是找到處理風(fēng)電機(jī)組報(bào)廢(部件)的解決方案。

 

方案2：通過化學(xué)物質(zhì)分離再循環(huán)

 

    在一個(gè)被稱為“Dreamwind”的研究項(xiàng)目中，一個(gè)丹麥奧胡斯大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種化學(xué)物質(zhì)，該物質(zhì)將有可能將風(fēng)電機(jī)組葉片復(fù)合材料進(jìn)行分離，而這正是解決風(fēng)電機(jī)組葉片循環(huán)利用的主要問題。(點(diǎn)擊參見《丹麥研究風(fēng)電葉片回收技術(shù)》)

 

方案3：切碎后再利用

 

    華盛頓州立大學(xué)正在與西雅圖的全球玻璃纖維解決方案公司(GFS)共同開展退役葉片復(fù)合玻璃纖維材料的回收和制造工作。

 

    GFS先將風(fēng)電機(jī)組葉片切碎成手掌大小的碎片，然后再由華盛頓州立大學(xué)的研究人員進(jìn)行提煉并加工成新的型復(fù)合材料。經(jīng)過測試，華盛頓州立大學(xué)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，新材料可以與許多木質(zhì)復(fù)合材料相媲美。