電力新聞風(fēng)電　　隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電機組葉片長度逐漸增長，以便捕獲更多的風(fēng)能。近年來，大葉片毫無疑問成為趨勢，但是退役后的葉片如果處理成為難題

　　隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電機組葉片長度逐漸增長，以便捕獲更多的風(fēng)能。近年來，大葉片毫無疑問成為趨勢，但是退役后的葉片如果處理成為難題

2017-06-09 00:00:00 · 東方風(fēng)力發(fā)電網(wǎng) 閱讀：394

　　隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電機組葉片長度逐漸增長，以便捕獲更多的風(fēng)能。近年來，大葉片毫無疑問成為趨勢，但是退役后的葉片如果處理成為難題。

　　早在2014年的時候，英國的研究人員調(diào)查了500多個風(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)電機組運行的時間應(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，在某些時候再好的事情也必將結(jié)束。推動風(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(fēng)電機組數(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。但是風(fēng)電機組葉片卻由于其構(gòu)成的成分而難以回收。大多數(shù)的風(fēng)電機組葉片是由復(fù)合材料構(gòu)成，利用各種材料的互補特性。目前的風(fēng)電機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)點是氣動性能優(yōu)異，并且輕便耐用，但其缺點是難以回收。

　　最新的風(fēng)機葉片的尺寸是20世紀(jì)80年代的100倍。這段時間內(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(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(fēng)機約需要75噸的葉片材料。風(fēng)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(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)相對來講是一個新興行業(yè)，在風(fēng)機葉片的實際處經(jīng)驗很少，尤其是海上風(fēng)力發(fā)電機。因此風(fēng)電統(tǒng)如果想得足夠的拆除、分離、處實際經(jīng)驗，可能需要20年以上的時間。現(xiàn)有的處廢棄風(fēng)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(shù)量的國家基本上已經(jīng)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。最常用的處燒。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。無機物質(zhì)還會產(chǎn)生危險的廢氣，其中留的細(xì)小玻纖維可能會導(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。回收材料制成的新的更葉片可以取代舊的葉片。但是目前成風(fēng)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(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)機葉片的回收問題進(jìn)行了大量研究項目，推出了許多創(chuàng)新產(chǎn)品。

　　2003——2005年，蘭電工材料協(xié)會(KEMA)和波蘭工業(yè)化學(xué)品研究院(ICRI)共同領(lǐng)導(dǎo)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(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。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問題就是纖維與樹脂的重新粘結(jié)。因為粉碎的纖維上經(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)機葉片的回收來說，還需要增加一個步驟，即在現(xiàn)場將葉片切割成大塊，以便于運輸。切割是通過目前廣泛應(yīng)用的粉碎手(起重機或挖掘機末端連接的粉碎/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勁，其應(yīng)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(chǎn)品的強度，例如汽車保險杠。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，因此這種填料的價值是很低的，很難讓它產(chǎn)生經(jīng)濟效益，除非能找到一種更廉價的能源。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(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:使用液壓剪切機或類似的工具將廢棄物在現(xiàn)場切割成便于運輸?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。回收的玻鋼(GRP)風(fēng)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(fēng)電行業(yè)不能使用回收的增強纖維。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，而最終的拉伸強度只降低了5%。盡管葉片回收各企業(yè)對風(fēng)機葉片處徑上取得了明顯成功，但是由于成本問題，相關(guān)項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。對于5kW左右的小型風(fēng)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(fēng)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(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度。目前，AlcanAirex已經(jīng)對其PET泡沫AIREXT91實現(xiàn)了回收。風(fēng)機葉片的回收仍問題，不過，關(guān)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(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)電機組葉片用作兒童公園的構(gòu)筑物。

　　如今，荷蘭設(shè)計公司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財團的合作伙伴，該財團擁有如Vestas等20家機構(gòu)在內(nèi)。該財團的主要目標(biāo)是找到處理風(fēng)電機組報廢(部件)的解決方案。

　　方案2：通過化學(xué)物質(zhì)分離再循環(huán)

　　在一個被稱為“Dreamwind”的研究項目中，一個丹麥奧胡斯大學(xué)的科學(xué)家團隊正在開發(fā)一種化學(xué)物質(zhì)，該物質(zhì)將有可能將風(fēng)電機組葉片復(fù)合材料進(jìn)行分離，而這正是解決風(fēng)電機組葉片循環(huán)利用的主要問題。(點擊參見《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)的團隊發(fā)現(xiàn)，新材料可以與許多木質(zhì)復(fù)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(yè)規(guī)模的工廠，用來處理風(fēng)電機組葉片。就像在華盛頓州立大學(xué)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(fēng)電機組。

　　風(fēng)電機組業(yè)主也可以通過上網(wǎng)，在網(wǎng)上市場出售風(fēng)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，今年，重慶通用工業(yè)集團攻克材料回收再造世界難題環(huán)保風(fēng)電葉片領(lǐng)先全球。

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