伴隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷增加，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將在2025年迎來第一批大規(guī)?！巴艘鄢薄?。我國風(fēng)電市場經(jīng)過十幾年的高速發(fā)展，大批葉片正在步入“暮年”。如何讓它們“體面地退出”，或經(jīng)過再造重新獲得“就業(yè)機(jī)會”，是一道難題。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，關(guān)于風(fēng)機(jī)服役期滿的處置尚未引起相關(guān)方的足夠重視，不當(dāng)處理會帶來巨大的環(huán)境負(fù)擔(dān)，行業(yè)面臨著經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的雙重壓力。不少業(yè)內(nèi)人士希望能盡快找到答案。
2022年11月，作為專家人才被江蘇省南京市從瑞士引進(jìn)、在瑞士格林立納有限公司和北京瑞中奇點(diǎn)高科技有限公司擔(dān)任總工程師和首席科學(xué)家的胡進(jìn)博士就是其中一位。近日，他的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)引起不少人士的關(guān)注。實(shí)驗(yàn)的過程也讓人頗為振奮。一片片被切割成小塊的風(fēng)機(jī)葉片，被轉(zhuǎn)化成可用的玻璃纖維、輕質(zhì)熱裂解油和可燃?xì)獾任镔|(zhì)。這給退役風(fēng)機(jī)葉片的處理帶來了一種新的可能。
大批風(fēng)電機(jī)組步入“暮年”，葉片回收面臨挑戰(zhàn)
我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨“冰與火”的交融。一方面是風(fēng)電裝機(jī)容量大幅增長；另一方面，是一大批風(fēng)機(jī)葉片退役后如何妥善處理和再利用的難題。
中電能源情報(bào)研究中心的邱麗靜介紹：“（全球）很多重達(dá)數(shù)噸的老化葉片在拆除之后，最終都被扔進(jìn)了垃圾填埋場，帶來龐大的環(huán)境負(fù)擔(dān)。從目前國際上普遍通用的風(fēng)機(jī)回收工藝來看，大部分風(fēng)機(jī)部件都可以回收利用，但剩下的約15%卻面臨著工序復(fù)雜、不可回收的挑戰(zhàn)?！?/p>
我國風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展始于2004年，起步雖晚，但跑得很快。目前，我國是世界上最大的風(fēng)機(jī)制造國。據(jù)中國電力網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，截至2022年，我國海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)3250萬千瓦，持續(xù)保持海上風(fēng)電裝機(jī)容量全球第一的態(tài)勢。業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，2023年，在大兆瓦趨勢下，我國風(fēng)電的發(fā)電成本直線下降，風(fēng)電造價(jià)將會迎來歷史上第一個(gè)低點(diǎn)，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模將會迎來歷史上第一個(gè)最高峰。
但是，讓風(fēng)電運(yùn)營商關(guān)注的除了發(fā)展前景，還有即將到來的葉片退役潮。據(jù)全國首屆風(fēng)電設(shè)備循環(huán)利用論壇暨中國物資再生協(xié)會風(fēng)光設(shè)備循環(huán)利用專委會成立大會提供的信息，2025年，我國將有595臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行到期，此后退役呈現(xiàn)逐年遞增態(tài)勢；到2030年，這一數(shù)字將攀升至12904臺。
據(jù)國家發(fā)改委能源研究所測算，“十四五”期間，我國對運(yùn)行超15年的1.5兆瓦容量以下機(jī)組進(jìn)行改造，置換需求超過1800萬千瓦，市場規(guī)模預(yù)期達(dá)630億元。
那么，退役風(fēng)機(jī)葉片的處理到底難在哪？
國內(nèi)某大型風(fēng)電運(yùn)營商的相關(guān)技術(shù)人員告訴記者：“風(fēng)機(jī)葉片是一個(gè)由復(fù)合材料制成的薄殼結(jié)構(gòu)，一般由根部、外殼和加強(qiáng)筋或梁三部分組成。復(fù)合材料在整個(gè)風(fēng)電葉片中的重量一般占到90%以上?！?/p>
邱麗靜介紹：“風(fēng)機(jī)退役后，約85%到90%的風(fēng)機(jī)總量可以回收利用，其中包括基礎(chǔ)、塔筒、齒輪箱和發(fā)電機(jī)。但大多數(shù)葉片由玻璃纖維增強(qiáng)的熱固性樹脂基復(fù)合材料加工而成。這一材料盡管抗壓、耐用性能優(yōu)異，卻無法有效回收，回收時(shí)切割拆解工藝也十分復(fù)雜，因此葉片回收是一個(gè)特殊的挑戰(zhàn)。”
節(jié)能環(huán)保是風(fēng)機(jī)葉片處理的技術(shù)突破點(diǎn)
目前，國內(nèi)外大多采用焚化或掩埋方式處理退役風(fēng)機(jī)葉片。2020年3月，彭博社曾報(bào)道稱：“美國懷俄明州的多座陸上風(fēng)電場退役。風(fēng)機(jī)拆解后，超過1000個(gè)報(bào)廢的玻璃纖維葉片堆積在空地上?！碧盥耠m然簡單，但浪費(fèi)了填埋場空間和大量資源，并不符合綠色發(fā)展的理念。此外，從能耗和碳排放角度來說，風(fēng)電葉片進(jìn)入焚燒廠前還需進(jìn)行拆解和粉碎，這進(jìn)一步增加了環(huán)境的壓力。
相較于掩埋處理，葉片回收綜合利用是一種相對環(huán)保的處理方式，目前主要為水泥窯協(xié)同處理，但由于回收價(jià)值較低，難以大規(guī)模推廣。
面對如何處理風(fēng)機(jī)葉片這道難題，長期在有機(jī)固廢和循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域開展研究的胡進(jìn)，帶來了怎樣的解決思路呢？他的答案是采用復(fù)合材料電磁熱裂解技術(shù)，將風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)換成可用物質(zhì)。目前，這項(xiàng)技術(shù)已獲得瑞士發(fā)明專利。
實(shí)驗(yàn)過程是這樣的：上午10點(diǎn)投料，即將被切割成小段的風(fēng)機(jī)葉片放到反應(yīng)釜里，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)；16點(diǎn)打開反應(yīng)釜，只見原來乳白色的風(fēng)機(jī)葉片還保留著原來的形狀，但已經(jīng)變成黑色的玻璃纖維了，另外還有輕質(zhì)熱裂解油和可燃燒的不可凝氣體產(chǎn)生。胡進(jìn)說：“這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了無害化處理，產(chǎn)出的物質(zhì)都是可利用的，非常環(huán)保?！?/p>
在現(xiàn)場，胡進(jìn)將產(chǎn)生的輕質(zhì)熱裂解油倒入一個(gè)小碟子，并將其點(diǎn)燃。他介紹說：“能夠輕易地燃燒說明這些油品質(zhì)比較好。這些工業(yè)毛油經(jīng)過煉油廠提煉，便能變成柴油使用。這一整套工藝流程環(huán)保且能源利用率非常高。熱裂解處理風(fēng)機(jī)葉片會得到3種主要產(chǎn)物，即保持相對完整的長纖維、毛油（即輕質(zhì)熱裂解油）和可燃?xì)?。其中，長纖維可以重新返回到風(fēng)機(jī)葉片生產(chǎn)或建筑領(lǐng)域。毛油經(jīng)過精煉以后成為柴油。因?yàn)檎麄€(gè)熱裂解系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)加熱，所以沒有污染排放問題。生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生極少量的廢水，經(jīng)過凈化可以重復(fù)使用；同時(shí)產(chǎn)生極少量的不可凝氣體，為可燃?xì)?，?jīng)過干燥、除塵等一系列處理之后可以作為燃料進(jìn)行燃燒。此外，電磁感應(yīng)加熱技術(shù)的熱效率達(dá)到90%，非常節(jié)能?！?/p>
圖為胡進(jìn)在進(jìn)行利用電磁熱裂解技術(shù)處理廢棄風(fēng)機(jī)葉片的實(shí)驗(yàn)。 胡進(jìn)供圖
相關(guān)技術(shù)人員介紹：“目前，在國內(nèi)，這樣的探索還比較少，這代表了一種先進(jìn)的方向。但目前這項(xiàng)技術(shù)還處于中試階段，期待未來能在更多的應(yīng)用場景中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。比如，處理同樣是復(fù)合材料的下水管道，能否使用這樣的技術(shù)，結(jié)果如何，有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。”
如何降低風(fēng)機(jī)葉片的回收成本，提高經(jīng)濟(jì)效益？
除了技術(shù)突破以外，處理方式的經(jīng)濟(jì)性也是決定其能否最終走向市場，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)重要因素。
胡進(jìn)告訴記者：“在切割與運(yùn)輸成本方面，大多數(shù)葉片主要由玻纖復(fù)合材料加工而成。這種材料固化成型后，自然降解極其困難，其中最有回收價(jià)值的纖維材料與環(huán)氧樹脂難以拆分、重復(fù)使用。同時(shí)，葉片回收包括現(xiàn)場切割、運(yùn)輸、到廠整理、再加工等多個(gè)環(huán)節(jié)，且葉片直徑和質(zhì)量也在逐漸增加，而風(fēng)電項(xiàng)目多處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，難以集中處理，切割與運(yùn)輸成本較高，造成葉片回收成本居高不下。因此，我的發(fā)明提供了一種車載可移動式復(fù)合材料處理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)流動作業(yè)?！?/p>
相關(guān)技術(shù)人員說：“不同的風(fēng)電場通常相距較遠(yuǎn)，投資建廠進(jìn)行葉片回收處理不現(xiàn)實(shí)。車載系統(tǒng)可以較好地滿足處置需求?！?/p>
此外，葉片處理的成本和收益也是風(fēng)電運(yùn)營商和技術(shù)發(fā)明人較為關(guān)注的問題。胡進(jìn)給記者算了一筆賬：“用我發(fā)明的這套系統(tǒng)處理風(fēng)機(jī)葉片，保守地估算，處理一噸葉片的毛利潤為1080元，毛利率為60%。和國內(nèi)一些大型風(fēng)場付費(fèi)找人對葉片進(jìn)行破碎處理相比，具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢?！?/p>
除了推動技術(shù)研發(fā)，邱麗靜認(rèn)為：“葉片回收亟需政策、機(jī)制補(bǔ)位。葉片退役回收后處理規(guī)模巨大，急需要行業(yè)企業(yè)、葉片廠主動作為，以及開發(fā)商和國家的投入。行業(yè)融合也將有助于各行業(yè)轉(zhuǎn)型至循環(huán)經(jīng)濟(jì)，因此還需要與材料、建筑等多領(lǐng)域進(jìn)行跨行業(yè)合作，讓報(bào)廢葉片回收處置形成完整閉環(huán)，建立起回收生態(tài)。”
