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        行業新聞

        退役的風電葉片該怎么處理?


              隨著風電技術的發展,風電機組葉片長度逐漸增長,以便捕獲更多的風能。近年來,大葉片毫無疑問成為趨勢,但是退役后的葉片如何處理成為難題。

        早在2014年的時候,英國的研究人員調查了500多個風電場,發現在20世紀90年代建成的老式風電機組,在19年后仍然可以發出3/4的功率。他們的結論是,大多數風電機組運行的時間應該能夠比預期更長,大約在25年后才需要升級換代。

        眾所周知,在某些時候再好的事情也必將結束。推動風電產業前進的關鍵是要持續地獲得清潔能源效益,但同時也需要考慮機組退役后該如何處理。雖然目前全球的退役風電機組數量仍然很低,但是隨著風電產業的大規模發展必將持續增長。

        大多數風電機組的部件都是可回收的,其中包括基礎、塔筒、齒輪箱和發電機。但是風電機組葉片卻由于其構成的成分而難以回收。大多數的風電機組葉片是由復合材料構成,利用各種材料的互補特性。目前的風電機組葉片通常是由聚合物基質與玻璃纖維或碳纖維加固材料組成。這些復合材料的優點是氣動性能優異,并且輕便耐用,但其缺點是難以回收。
        最新的風機葉片的尺寸是20世紀80年代的100倍。這段時間內葉片的直徑增加了8倍,葉片度已經超過6米。各國大力推進風電行業的發展,這勢必會造成廢棄葉片產量的增多,那么采用何種方法處廢棄葉片才能使風能成為一種更加綠色的能源呢?

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



        據估計每1kW的新機容量就需要10千克葉片材料。因此1臺7.5MW的風機約需要75噸的葉片材料。風機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。據推測每年要處纖維復合材料重量將達到20.4億噸以上。風電行業相對來講是一個新興行業,在風機葉片的實際處經驗很少,尤其是海上風力發電機。因此風電統如果想得足夠的拆除、分離、處實際經驗,可能需要20年以上的時間?,F有的處廢棄風機葉片的方法有: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量的國家基本上已經過時了(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,利用焚燒產生的來發電,為區域加統供。但是60%的廢料在焚燒之后只是變為灰燼。由于復合材料中含有無機物質,這些灰燼可能含有污染物質,根據其類型和后處,灰燼要么進行掩埋要么回收后作為替代材料。無機物質還會產生危險的廢氣,其中留的細小玻纖維可能會導致煙氣清潔過程出現問題,主要是在灰塵過濾設備中。風機葉片在進入焚燒廠前還需進行拆解和粉碎,從能耗和排放角度來說,這進一步增加了環境的壓力。此外,在焚燒過程中還會引起工人健康和安全方面的問題。

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

        2003——2005年,蘭電工材料協會(KEMA)和波蘭工業化學品研究院(ICRI)共同領導了一個項目,研究玻鋼(FRP)的機械回收,即將材料粉碎。此項目利用一臺具有“按需切割”功能的混合粉碎機,以每小時處2.5噸物料的速度,將玻鋼(FRP)粉碎成15——25mm的度,而且對纖維內部結構的損傷很小。為了避免粉碎過程中發生危險。粉碎之后通過一種再活化方法對纖維的品質進行改良。將其與一種新基體進行化學粘結來實現更好的性能。

        另一種技術是由HAMOS公司開發的纖維度分離技術,可以去除雜質。粉碎后的玻鋼(FRP)廢料在重新利用過程中的一個問題就是纖維與樹脂的重新粘結。因為粉碎的纖維上經常帶有留的樹脂,因此粘結起來就更加困難。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。對于風機葉片的回收來說,還需要增加一個步驟,即在現場將葉片切割成大塊,以便于運輸。切割是通過目前廣泛應用的粉碎手(起重機或挖掘機末端連接的粉碎/抓取設備)完成的。但是復合材料回收物的需求并不像鋼材那樣強勁,其應用前景非常有限。另一個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品的強度,例如汽車保險杠。但是汽車行業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,因此這種填料的價值是很低的,很難讓它產生經濟效益,除非能找到一種更廉價的能源。溶劑分解作用進行化學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化學品進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行回收。盡管纖維喪失了原來的“大部分”拉伸強度,而且技術成本很,但是終端產品非常純,塑料中的能也以電能和能的形式得以回收回收過程如下:使用液壓剪切機或類似的工具將廢棄物在現場切割成便于運輸的尺寸;到達工廠后,這些部件進一步被粉碎成手掌大小的塊;材料被連續送入500℃溫的無氧回轉爐內,塑料被溫分解成合成氣體;氣體用于電力生產,也用于加回轉爐;在二級回轉爐內,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定的絕緣板。溫解產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材料,以及新玻纖維的原材料。復合材料中所含有的能可用于發電和為工藝過程供電?;厥盏牟Aт?GRP)風機葉片材料不能再用在新葉片中,因為回收的玻纖維總是比原始玻纖強度低,因此風電行業不能使用回收的增強纖維。碳纖維與玻纖不同,從預浸環氧樹脂/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,而最終的拉伸強度只降低了5%。盡管葉片回收各企業對風機葉片處徑上取得了明顯成功,但是由于成本問題,相關項目并未得到很好的發展。

        由于廢棄葉片在回收上面臨巨大挑戰,因此一些機構開始研發新的葉片生產方法,以簡化廢棄葉片的處藝。由汽車行業我們不難發現塑性材料更易回收,因此在風機葉片中嘗試使用塑性基體的復合材料。但是塑性材料制成的兆瓦級葉片是否具備足夠的力學性能和物還沒有得到證實。對于5kW左右的小型風機,可以使用一些模塑成型的增強型塑性材料或其它塑材料。這種情況下,葉片的回收就會容易的多。越來越多的風機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構泡沫,回收后還可以再利用。將其粉碎并混合到新產品中后,仍能保持相同的性能和強度。目前,AlcanAirex已經對其PET泡沫AIREXT91實現了回收。風機葉片的回收仍問題,不過,關于玻纖維增強材料(GRP)的回收方法以及回收后的材料可能的應用領域的研究已經有了進展。

        由于廢棄葉片在回收上面臨巨大挑戰,因此一些機構開始研發新的葉片生產方法,以簡化廢棄葉片的處藝。由汽車行業我們不難發現塑性材料更易回收,因此在風機葉片中嘗試使用塑性基體的復合材料。但是塑性材料制成的兆瓦級葉片是否具備足夠的力學性能和物還沒有得到證實。對于5kW左右的小型風機,可以使用一些模塑成型的增強型塑性材料或其它塑材料。這種情況下,葉片的回收就會容易的多。越來越多的風機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構泡沫,回收后還可以再利用。將其粉碎并混合到新產品中后,仍能保持相同的性能和強度。目前,AlcanAirex已經對其PET泡沫AIREXT91實現了回收。風機葉片的回收仍問題,不過,關于玻纖維增強材料(GRP)的回收方法以及回收后的材料可能的應用領域的研究已經有了進展。

        以下是退役葉片回收利用的幾個具體案例:

        方案1:建設現代建筑

        在2012年,荷蘭率先將退役風電機組葉片用作兒童公園的構筑物。

        如今,荷蘭設計公司SuperuseStudios則進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)。



        根據他們網站的介紹,SuperuseStudios還被邀請成為丹麥Genvind財團的合作伙伴,該財團擁有如Vestas等20家機構在內。該財團的主要目標是找到處理風電機組報廢(部件)的解決方案。

        方案2:通過化學物質分離再循環

        在一個被稱為“Dreamwind”的研究項目中,一個丹麥奧胡斯大學的科學家團隊正在開發一種化學物質,該物質將有可能將風電機組葉片復合材料進行分離,而這正是解決風電機組葉片循環利用的主要問題。(點擊參見《丹麥研究風電葉片回收技術》)

        方案3:切碎后再利用

        華盛頓州立大學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合玻璃纖維材料的回收和制造工作。

        GFS先將風電機組葉片切碎成手掌大小的碎片,然后再由華盛頓州立大學的研究人員進行提煉并加工成新的型復合材料。經過測試,華盛頓州立大學的團隊發現,新材料可以與許多木質復合材料相媲美。



        回收后的葉片可以用于不同的途徑,從地磚到塑料路面障礙。

        方案4:粉碎后作燃料

        目前,德國保持著世界上唯一的工業規模的工廠,用來處理風電機組葉片。就像在華盛頓州立大學的研究人員那樣,先將退役葉片切成小塊,然后再敲碎成碎屑,并與其他廢料共同作為水泥廠的燃料。

        方案5:在二手市場出售

        另外,退役的葉片也可以在二手市場出售,用于小型風電機組。

        風電機組業主也可以通過上網,在網上市場出售風電機組部件。例如,在SparesinMotion上搜索“葉片”,就可以找到一個葉片的列表,其中最舊的是1997的葉片。

        在我國,退役葉片處理難題也在不斷突破,重慶通用工業集團攻克材料回收再造世界難題環保風電葉片領先全球。

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