老风机“焕”新机：储能、造水泥、做桥梁，让清洁能源更“清洁”

“老旧风电场投运的大批量风电叶片已步入‘暮年’，或默默退场，或匆匆掩埋，与之相配套的政策制度、处置技术储备仍处于缺位状态。”说起目前我国风电叶片退役后现状，某风电叶片生产企业负责人如此感慨。

从某种程度上来说，的确如此。在新能源跃进潮中，退役后风机叶片无害化处置及产业化发展亟需提速。这不是杞人忧天，而是未雨绸缪。
在我国，2018年报废风电叶片总计约3456吨，而到今年累计报废叶片约有5424吨。从风电机组服役年限来看，到2025年左右，我国将迎来一大波风电叶片报废潮。到2030年，我国将有超过3万台风电机组面临换新，而到2035年这一数字将超过9万台……这一串串数据背后，都是风电产业亟待攻克的新难题。

      那么，到底有哪些叶片无害化处理技术呢？小编带大家来盘点一下吧。

1.风力发电机退役可以做什么？工程师奇思妙想把风扇叶片变成桥梁
      《The Verge》报导，爱尔兰芒斯特理工大学（Munster Technological University）讲师、风力发电回收研究机构Re-Wind 成员的土木工程师Kieran Ruane 表示，风力发电机的风扇叶片大多以超坚固的FRP 玻璃纤维制作，平均长度超过150英尺（45.72米）、重量超过十几吨，不容易被分解，如果以焚化炉燃烧处理会造成空气污染，因此大多选择占空间的掩埋处理。为了实现将回收的风力发电机叶片变成基础建设的一环，经过长达9 个月的工程和材料测试，为桥梁的设计提供了一种方案。

金属回收公司Anmet 开发人员Marcin Sobczyk 透露，公司投入研发风力发电叶片再利用的方法已经7 年，一开始是将风力发电机叶片制作成户外家具，如今为了拓展商业版图，希望能将风扇叶片变成桥梁。

Sobczyk 表示，风电叶片具备高强度、轻盈、可供全天候运转的耐久度的特色，尽管风力发电机的设计年限只有20年~ 30 年，但退役之后，风扇叶片也还有长达数十年的寿命，因此Anmet 公司经过3 年测试增强回收风扇叶片的强度，让它能和其他桥梁一样，使用年限超过一世纪。
目前全球第一座由风力发电机电扇叶片制作而成的桥就位于波兰西部的Szprotawa 什普罗塔瓦小镇的河上，而第二座电扇叶片桥则是落在爱尔兰米德勒顿和约尔的旧铁道上。
      由风电叶片制作的桥体在成本上与钢筋混凝土制作的桥体具有竞争力，还能解决退役风电的问题，甚至还能降低二氧化碳排放量，同时还能以许多更标准化的方式评估废弃旧叶片的状况，并将风扇叶片再利用。

2.风机叶片报废后怎么办？别担心，可以回收造水泥

      如今，一个全新的环保方法出现了——回收旧风机叶片，使其代替煤炭、沙子和粘土等成为水泥燃料和原材料。这种方法还有助于减少水泥行业的二氧化碳排放量。

听起来是不是很惊喜？GE可再生能源集团近日就宣布与环境服务公司Veolia签署了一项风机叶片回收协议。根据该协议，Veolia将在GE对风机进行升级和旧风场改造的时候回收大部分退役叶片。
具体而言，当GE对风机进行升级和旧风场改造的时候，Veolia会对拆除的叶片进行回收，在其加工工厂先切碎叶片，然后将其中的玻璃纤维和巴尔沙木等成分进行混合，运往水泥制造工厂，作为煤炭、沙子和粘土的替代品来生产硅酸盐水泥。
      与传统的水泥制造工艺相比，Veolia的水泥窑协同处置技术可以让工业废物“变身”水泥原材料。以重量计算的话，平均有重量占比约近90％的叶片将被回收用作水泥生产的原材料，重量占比约超过65%的叶片取代了原本要添加到窑中制造水泥的原材料，重量占比约28%的叶片代替煤炭为窑中发生的化学反应提供能量。
      一个叶片从风机塔到水泥厂的旅程有这样几个步骤。首先，在旧风场改造的过程中，工程师们用更长、更轻、更高效的叶片替换了可能已旋转了长达20年的旧叶片。新升级的叶片可以帮助风机每年产生更多的能源，最终为客户提供更多可再生能源。
      这些退役的叶片从根部到顶端大约有120英尺长（约36米），差不多和目前全球最大客机空客A380的一个机翼长度相同。工人们会用起重机将其分成三段，然后装载到卡车上，随后将其拖到切碎机处，强大的切碎机会将大的叶片切成更小块的叶片。
      在Veolia的加工工厂，小块的叶片最后被切成鹅卵石大小的小块，水泥厂可以将这些小块与其他材料混合，放入水泥窑炉中。从风机叶片被拆到地面，到在水泥厂被完全处理，可能只需要几周的时间。
      根据Quantis公司进行的环境影响分析，通过水泥窑协同处理，叶片回收的净值效果在所有回收类别当中脱颖而出。与传统水泥制造业相比，叶片回收使水泥生产中的二氧化碳排放量减少27%，耗水量减少13%。此外，通过回收每7吨重的风机叶片，可使水泥窑避免消耗近5吨煤、2.7吨二氧化硅、1.9吨石灰石和近1吨额外的矿产原料。在很大程度上，由于避免了煤炭消耗，这种叶片回收还对人类健康、生态系统质量和资源消耗等产生了净正面环境效益。回收叶片材料生产出的水泥与传统方法生产的水泥具有同样的特性及性能，符合所有适用的建筑标准。
      GE与Veolia的这项协议预计将回收和重新使用数以千计的叶片，有助于水泥行业实现脱碳目标。出于脱碳的愿景，GE可再生能源集团承诺在其产品整个生命周期内减少对环境的影响，包括在2020年底实现碳中和。GE可再生能源集团业务将与价值链上其他伙伴精诚合作，以创新推动可持续性发展。

3.中科院煤化所侯相林团队——精巧拆解“终极材料”“退役”风机变废为宝

      “这项研究不仅能使‘退役’的风机叶片变废为宝，还适用于很多高端制造业，安全处理‘顽固’的固废。”中国科学院山西煤炭化学研究所近日又传来好消息，311课题组研究员侯相林团队经过十余年的潜心研究，掌握了“拆解”风机叶片主要材质——热固性碳纤维树脂复合材料的办法，实现了绿色回收，变废为宝。

风电机组叶片的外壳常采用玻璃纤维增强树脂，叶尖和叶片则采用强度更高的碳纤维。这些复合材料的分子结构极其坚固、空气动力性好，能将叶片做得更轻、更长，让风机吸收更多风能。这其中，热固性树脂约占三成，相当于混凝土建筑中的填充物，而碳纤维、玻璃纤维等约占七成，相当于混凝土中的钢筋，两者结合，坚不可摧。常用的碳纤维复合材料主要由碳纤维和热固性树脂复合而成，具有不溶不熔的特性，被称为“终极材料”，回收利用价值高，却难以实现。
      最关键的问题是，从风电机组的使用年限来看，我国即将迎来一大波风机叶片报废潮，有数万台。“不仅是风机叶片，很多高端制造业都在使用这种复合材料，如能回收再利用，有很高的经济价值。国外研究团队相继开展相关研究，却没有太大的进展。”研究员侯相林进一步介绍说，普通的热塑性塑料，比如农田里的地膜，它的分子链为线型结构，自然降解需要200年至400年，而热固性树脂的分子链是刚性的三维网络结构。也就是说，以热固性树脂为基础制造的复合材料，虽然回收利用价值高，却无法自然降解，拆解更是难上加难。
      侯相林团队前瞻性地开展了热固性树脂的研究，希望能为即将大量“退役”的热固性高分子材料回收开辟一条路径。在前期多年研究的基础上，侯相林团队的成员邓天昇、武少弟等研究人员从十余种催化剂中挑选出性能最优的，得到了试验的关键数据，是国内首创在较温和的条件下将其分子结构“拆解”开，形成长链热塑高分子或者树脂合成单体。这一办法是目前比较符合循环经济再利用的好方法，回收后的树脂产物可制成环氧沥青，再进一步处理可以得到双酚A等，每吨市场售价数千元乃至上万元，经济效益十分可观。
      据介绍，此项研究已经在实验室阶段取得了较为理想的成绩，准备进行中试放大。总体从数据指标看，环氧树脂降解率大于99%，回收率大于95%；碳纤维回收率大于96%，纤维强度损失小于5%，回收的碳纤维单丝强度指标、模量与原丝相差无几，可以说是将固废直接变回原料。侯相林表示，“我们有信心将实验室结果与实际生产最终实现对接，提取出更多有价值的化学品，创造更大的环保效益和经济效益。”

4.重力储能或成废弃风机叶片应用新场景
       日前，意大利能源公司Enel绿色电力与瑞士储能公司Energy Vault签订合作协议，声称将共同开发一种利用退役风机叶片制成的重力储能系统，这也是业界针对风机叶片退役的又一探索。

双方共同发布的声明显示，在风电场的所有部件中，叶片由于其特殊的材料性质，是最难被回收的部分。为此，Enel绿色电力与Energy Vault公司将共同研究废弃风机叶片，以期将其应用在重力储能系统之中。
据了解，该重力储能系统主要由Energy Vault开发，技术原理与抽水蓄能系统类似，利用大块的固体材料作为重力势能储能介质，在抬高时储存多余的电力，在需要时放出电力。去年7月，该公司的重力储能系统已进入商业示范阶段。
      “风机叶片主要由玻璃纤维或碳纤维与其他材料复合而成，拥有较高的材料稳定性和材料强度，在重力储能系统之中，这一材料制得的固体材料能够有效延长系统寿命，成本也相对更低。”Enel绿色电力高管Irene Fastelli指出。
      根据Enel绿色电力与Energy Vault达成的协议，双方目前已分析了这一方法的商用可行性，随后将研究该系统在商用电站中应用的可行性。如果项目进展顺利，今年底就将获得商用重力储能电站的研究报告结果。
      事实上，随着全球风电场寿命到期退役潮渐行渐近，业内也加快了叶片等废弃材料的处理方法探索，除应用于重力储能系统外，将叶片打碎混入建筑材料、叶片材料分解进行回收实现循环利用等新兴方式也越来越受到业内关注。

来源：贤集网