难拆解、难运输、难回收,老化的风电叶片何去何从?

2018-08-01 15:48

21世纪初以来,风力发电得到迅速发展。人们早已习惯并乐于在草原、大海看到满负荷运转的巨大风力发电机。然而,随着安装于上世纪80年代的第一代风力发电机生命的终结,回收问题随之而来。

预计到2020年,全世界将有5万吨叶片寿终正寝。然而具有工业规模的回收风力发电机叶片的工厂屈指可数。即使是专业回收厂,也难以回收超长的、由复合材料制成的叶片。如果风力发电组件无法回收,那么,风能真的是可再生清洁能源吗?

转子叶片回收难题,风力发电的环保博弈

根据全球风能委员会的统计数据,世界各地已经安装了大约345,000套公用事业规模的风力发电机,而且大多数风力发电机的平均寿命在20至30年之间。一旦超过使用年限,老化风机运行所耗的电比所发的电还要多。因此,老化的风力发电机必须拆除。

然而拆解风力发电机并非易事。按照传统方式,它们会首先被分成四个大的部分:混凝土底座、桅杆、机舱和三个转叶。前三个部分的主要构成是混凝土和钢元件,可由车辆随后运输到废物处理设施进行回收,可是至于转叶……

为了提高发电机的发电效率,叶片越做越大。想象一下:20世纪80年代的涡轮机转叶长度为17米,还勉强可以运输。但今天制造的涡轮机为80米,将来甚至将达到125米——相当于5节火车车厢!

这么长的转叶想要进行整体运输几乎是不可能的。即使分解运输,也会在拆解时产生大量粉尘、造成空气污染,并需要调用庞大的运输工具、产生大量的二氧化碳排放。

而且材料也越用越轻:选用高强度复合材料——之前是玻璃纤维,现在越来越多的是碳纤维。发电效率是提高了,但是回收更难了:碳纤维比玻璃纤维更难回收,并且现在尚无能够进行大规模、高效经济回收的方法。甚至连简单的填埋也不现实:2005年起,欧盟法规明令禁止填埋退役的风机叶片。

为了处理这些叶片,荷兰人曾突发奇想,把它们翻新后,设置成游乐场及其他公共设施。但这种处理方式每年也只能分摊掉荷兰的400片叶片。实现所有转子叶片的回收利用,仍旧是一个遥不可及的目标。

在德国,威立雅致力于寻找新的解决方案

作为世界第三大风能生产国,德国正面临着许多风力发电装置老化报废的难题。威立雅正与德国相关部门积极合作,致力于研发回收风力发电机叶片的解决方案。

针对上面提到的拆解、运输难题,威立雅已经找到了经济环保的方法:用威立雅研发的巨大风车叶片锯,在现场将叶片切割成小块,使其更容易运输。切割过程在“封闭环境”中完成,所以不会对周围的环境产生粉尘污染。

接下来,就要对这些叶片碎片进行处理了:

(1)对于由玻璃纤维增强复合材料(GFRP)制成的叶片的碎块,会在处理厂被粉碎成更小的碎片或颗粒,和天然砂等成粉混合,成为水泥工业中的优质固体燃料,取代传统的化石燃料,如重油。

(2)而对于由碳纤维增强复合材料(CFRP)制成的叶片的碎块,目前没有工厂能够在工业规模上对其进行有效地回收利用。其实,碳纤维复合材料由于具有重量轻、强度高、模量高、耐腐蚀等优点,在汽车、航空、体育中均被广泛使用,被称为“未来材料”。但是随着应用量的增加,其污染问题也日趋严重。开发大规模、连续化、低成本、低能耗的碳纤维回收和再利用技术迫在眉睫。

对此,威立雅正在德国研究一系列新的解决方法,主要包括已通过航天领域试验的“热解法”和“溶液分解法”。后者能同时回收纤维和聚合物树脂。威立雅专家希翼在未来几年在德国将其转化为可靠、高效的碳纤维回收方案。

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