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数万台风机即将“下岗”,退役叶片如何再就业

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在世界风电领域,中国是一匹黑马。

起步晚!1986年才首次引进风力发电技术,建设第一个示范风电场。2006年才进入规模化发展阶段,新增风电装机量达133.7万千瓦。而就在2005年,我国风电装机总量还不过120万千瓦。

发展快!2010年年底,我国风力发电累计装机容量跃居世界第一。此后,风电装机稳居第一,于2015年突破1亿千瓦,2019年突破2亿千瓦,2021年突破3亿千瓦,2023年突破4亿千瓦,2024年突破5亿千瓦。

一路领跑之下,我国已成全球最大风电整机装备生产国,产量占全球一半以上。但巨大的风电产业背后,也伴随着一个难以规避的问题:那些转动了20~25年的风机,该退役了,它们又该何去何从?

退役潮下的隐忧

一般来说,风机的使用寿命就是20~25年。如此一来,从“十四五”末起,我国会接连面对大规模风机退役潮。

《2022中国风电光伏设备循环利用产业发展报告》显示,“十四五”末,我国将有总规模近120万千瓦的风电机组面临期满退役。“十五五”末,退役风机规模预计约为1000万千瓦。而2030~2040年,累计退役风机规模将达到2.5亿千瓦。

直观一点说,到2025年,我国退役风电机组约为1800台;但到2030年,这个数字将呈现指数级增长,超过3.4万台。根据中国物资再生协会风光设备循环利用专委会预测,这些风电设备要退役,将带来高达94.79万吨的固体废弃物。

一台退役风电设备,由水泥基础、塔筒、发电机、齿轮箱、风机叶片等组成。如今,针对塔筒、基座等材料,我国已经有比较成熟的回收和循环体系,真正的难题在于以叶片为代表的复合材料。到2025年,退役叶片产生产生的固废规模预计接近5800吨,到2028年将进一步增长至7.4万吨。

作为风力发电机组捕获风能的关键构件,风机叶片通常采用纤维增强复合材料制造。这满足了风机叶片对密度小、弹性/韧性高、强度大、耐腐蚀、耐紫外线照射的超高要求,但也令它难以回收。尤其风机退役潮来临之后,简单地填埋、焚烧将带来严重的环境安全隐患,使原本的清洁能源背上沉重的包袱。如何对其进行绿色、无害化处理,补齐风电产业链绿色低碳循环发展最后一环,迫在眉睫。

风机叶片“再就业”

风机叶片要如何回收?

目前,风电设备退役处理的主要办法包括梯次利用、机械回收、热解回收以及化学回收等。这些方法各有优缺点,现阶段比较成熟的事是机械回收法。叶片下线后,通过机械手段对叶片进行破碎、分解等处理,使其变成可再利用的材料。其中,再生粉末、再生纤维可作为塑料母粒和纤维增强塑料颗粒,用于生产工业用纤维增强塑料制品。

2022年,河北省保定市建成的绿色公交站亭,就是风机叶片“再就业”的代表作之一。其顶棚和座椅分别由叶片中段、叶尖部位裁切而成;“国家能源集团”的圆形设计由叶片根部切割制作,而支撑整个公交站亭的支架则是用叶片的废弃工装制作完成。

退役叶片公交站亭(图片来源:国际能源网)

在位于北京亦庄的“碳中和”智慧园区内,退役的风机叶片被用来制成了别具一格的3D打印景观花坛、座椅、花盆和栅栏,实用又美观。

在致力于退役风机叶片再制造的企业中,这些叶片摇身一变,被加工成货物托盘、井盖、建筑模板、木塑板、拼装式建筑等。加工剩下的叶片边角料,也可以制成手机支架、直尺、镇纸等工艺品。

这些由退役叶片而成的新生代,强度高,使用寿命长,能经受风霜雨雪的考验。从废弃品变成宝藏,退役风机叶片的资源化和高值化利用之路非常广阔。中国科学院西北生态环境资源研究院敦煌戈壁荒漠研究站柳本立研究员团队,就看中了它在防沙治沙上的潜力,使其变身“超级沙障”。

研究团队采用切割、钻孔等工艺,将退役或损坏的风机叶片制成新型多孔沙障。这些多孔沙障具有优异的抗弯强度、热稳定性,以及抗紫外线老化和耐磨蚀等性能,其抗弯强度是木质复合板材的14倍。试验显示,能有效减少地表风沙流,形成稳定的凹形表面结构,截沙效率是传统材料的3倍以上。

选中风机叶片做沙障,一个最重要的原因是,我国西部风电场选址经常与沙害区重合,方便就地取材。柳本立认为,一个普通叶片能生产500~600块沙障,相当于每亩治沙工程可基本消纳一台退役风机材料。一举两得。

这些都是退役风机叶片“再就业”路上的缩影。2021年,风力发电机用叶片回收被写入“十四五”规划;2023年《关于促进退役风电、光伏设备循环利用指导意见》出台,退役风机叶片的可持续利用越来越受重视,当退役风机叶片越来越多的潜在价值被挖掘出来,这里将呈现出一座新能源产业循环发展的“金山银山”。