近日，在北京組織召開了風(fēng)力發(fā)電葉片推窗及產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式研討會，相關(guān)行業(yè)協(xié)會針對退役葉片的回收和后處理問題。
就如何推進葉片回收的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及高效綜合利用進行了專題討論，這也是目前風(fēng)電行業(yè)及材料行業(yè)首次專題就葉片回收及后處理綜合利用進行公開正式討論。
隨著煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源的逐漸耗盡，風(fēng)能、太陽能等新型能源的開發(fā)利用也越來越得到人們的重視，已成為能源領(lǐng)域最具商業(yè)推廣前景的項目之一，目前在國內(nèi)外發(fā)展迅速。
我國的風(fēng)電發(fā)展開始于20世紀(jì)50年代，早期的發(fā)展主要用于海島和偏遠地區(qū)的電力空缺問題，主要是非并網(wǎng)小型風(fēng)電機組的建設(shè)。70年代末期，我國開始研究并網(wǎng)風(fēng)電，主要通過引入國外風(fēng)電機組建設(shè)示范電場，1986年5月，首個示范性風(fēng)電場馬蘭風(fēng)力發(fā)電場在山東榮成建成并網(wǎng)發(fā)電。
在不斷的發(fā)展過程中，我國的風(fēng)電行業(yè)從1986年開始，經(jīng)歷了早期示范階段，產(chǎn)業(yè)化探索階段、快速成長階段、高速發(fā)展階段、調(diào)整階段和從2014年開始的穩(wěn)步增長階段。經(jīng)過前期的洗牌，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)過熱的現(xiàn)象得到一定的遏制，發(fā)展模式從重規(guī)模、重速度到重效益、重質(zhì)量。2016年我國風(fēng)電新增裝機容量占全部電力新增裝機容量的比例為15.5%，累計裝機容量占比9.0%。風(fēng)電新增裝機容量占比近幾年均維持15%以上，累計裝機容量占比則呈現(xiàn)穩(wěn)步提升的態(tài)勢。發(fā)電量上，2016年全國風(fēng)電發(fā)電量2,410億千瓦時，占全部發(fā)電量的4.1%，發(fā)電量逐年增加，市場份額不斷提升，風(fēng)電已成為繼煤電、水電之后我國第三大電源。
國內(nèi)的整機生產(chǎn)企業(yè)中，新疆金風(fēng)、浙江運達、大連重工集團、東方汽輪機廠等幾家的市場前景被業(yè)界看好，占據(jù)了市場較多的份額。而在風(fēng)電行業(yè)中，葉片市場的情況很大程度上決定著整機市場的情況。目前單是丹麥LM Glasfiber公司一家就占據(jù)了國際市場40%以上的份額，其產(chǎn)品被GE WIND、西門子（原丹麥BONUS）、SUZLON、Repower、Nordex等公司全部或部分采用；另外Vestas和Enercon公司也擁有各自的葉片生產(chǎn)部門。國內(nèi)的葉片生產(chǎn)企業(yè)主要有中航保定惠騰、連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團等。
目前全球的風(fēng)力發(fā)電企業(yè)處于一個競爭激烈的發(fā)展過程，國內(nèi)的發(fā)展商你追我趕，與國外的風(fēng)電巨頭企業(yè)相比較起來，目前還有一定的距離。而風(fēng)電葉片影響著整個風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，在風(fēng)電葉片中，材料體系和制造工藝決定著風(fēng)電葉片的發(fā)展水平。
現(xiàn)階段風(fēng)電葉片的發(fā)展，復(fù)合材料被用到的是最廣泛的。目前復(fù)合材料在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用主要是轉(zhuǎn)子葉片、機艙罩和整流罩的制造。相對而言，機艙罩和整流罩的技術(shù)門檻較低，生產(chǎn)開發(fā)的難度不大。而風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子葉片則是風(fēng)力發(fā)電機組的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計、材料和工藝決定風(fēng)力發(fā)電裝置的性能和功率。
在風(fēng)力發(fā)電機興起100多年的歷史里，葉片材料經(jīng)歷了木制葉片、布蒙皮葉片、鋁合金葉片等。隨著聯(lián)網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機的出現(xiàn)，風(fēng)力發(fā)電進入高速發(fā)展時期，傳統(tǒng)材料的葉片在日益大型化的風(fēng)力發(fā)電機上使用時某些性能已達不到當(dāng)下葉片的發(fā)展要求，于是具有高比強度的復(fù)合材料葉片發(fā)展起來。現(xiàn)在，幾乎所有的商業(yè)級葉片均采用復(fù)合材料為主體制造，風(fēng)電葉片已成為復(fù)合材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。
風(fēng)力發(fā)電機葉片是一個復(fù)合材料制成的薄殼結(jié)構(gòu)，一般由根部、外殼和加強筋或梁三部分組成，復(fù)合材料在整個風(fēng)電葉片中的重量一般占到90%以上。復(fù)合材料葉片發(fā)展之初采用的是廉價的玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂體系，直到今天這仍是大部分葉片采用的材料。隨著葉片長度的不斷增大，自身重量也不斷增加，這種體系在某些場合已不能滿足要求，于是很自然地，性能更優(yōu)異的增強材料—碳纖維走進了人們的視野。
基于目前國際上碳纖維價格居高不下，有些人認(rèn)為在葉片生產(chǎn)中采用碳纖維太過昂貴，不應(yīng)采用，實際上并非如此，一方面由于葉片長度的增加，其對剛度的要求也更加嚴(yán)格，在更大尺寸葉片的制造上，碳纖維的剛度大約是其他材料，如玻纖的3倍，制成的復(fù)合材料剛度約是玻璃鋼的兩倍，從這個意義上說碳纖維的引入是必要也是必須的；另一方面，由于葉片尺寸的加大，其質(zhì)量也越來越巨大，高性能碳纖維的引入可以在很大程度上實現(xiàn)葉片的減重，而隨著葉片重量的減輕，旋翼葉殼、傳動軸、平臺及塔罩等也可以輕量化，從而可整體降低風(fēng)力發(fā)電機組的成本，抵消或部分抵消碳纖維引入帶來的成本增加。隨著大型、超大型海上風(fēng)力發(fā)電機的制造和陸續(xù)投入運行，碳纖維在風(fēng)電葉片上大規(guī)模應(yīng)用的時代已為時不遠。
在葉片的制造工藝上，傳統(tǒng)的葉片生產(chǎn)一般采用開模工藝，尤其是手糊方式較多，生產(chǎn)過程中會有大量苯乙烯等揮發(fā)性有毒氣體產(chǎn)生，給操作者和環(huán)境帶來危害；另外，隨著葉片尺寸的增加，為保證發(fā)電機運行平穩(wěn)和塔架安全，這就必須保證葉片輕且質(zhì)量分布均勻。這就促使葉片生產(chǎn)工藝由開模向閉模發(fā)展。采用閉模工藝，如現(xiàn)在熱門的真空樹脂導(dǎo)入模塑法，不但可大幅度降低成型過程中苯乙烯的揮發(fā)，而且更容易精確控制樹脂含量，從而保證復(fù)合材料葉片質(zhì)量分布的均勻性，并可提高葉片的質(zhì)量穩(wěn)定性。
風(fēng)電的發(fā)展令人欣喜，然而、退役葉片的回收問題一直被大家所忽視，隨著時間的推移，會越來越引起更多的人重視，是什么原因?qū)е卢F(xiàn)在這樣的結(jié)果呢？是什么樣的復(fù)合材料，就連“回收”都要擺在桌面上來討論呢？
它的專業(yè)名稱叫纖維增強樹脂復(fù)合材料。這里談到的樹脂包括各類型的環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂及正在使用推廣的聚氨酯樹脂。
復(fù)合材料當(dāng)然使用最大的特性就是輕質(zhì)高強，單位密度只有鋼鐵的1/3，同等重量的材料力學(xué)性能是金屬的好幾倍；而且性能可設(shè)計，與金屬材料不一樣的是各向異性，根據(jù)產(chǎn)品的物理屬性需求進行設(shè)計，風(fēng)機葉片正是有這樣的功能需求采用了復(fù)合材料作為葉片材料。
但是，復(fù)合材料的一個特性就是材料的化學(xué)過程不能逆向，一旦固化成型后，無法返回原來的材料基體屬性，更重要的是如果不經(jīng)過新的工藝處理，是無法降解，這對當(dāng)前環(huán)保高壓政策而言，是一種巨大的威脅。
風(fēng)機葉片的回收處理和再利用成為產(chǎn)業(yè)痛點。報告明確要求“加強固體廢棄物和垃圾處置，推進資源全面節(jié)約和循環(huán)利用，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)和生活系統(tǒng)循環(huán)鏈接”。
2020年9月1日起施行的《固體廢物污染環(huán)境防治法》被稱為“史上最嚴(yán)固廢法”。新《固廢法》對固體廢物污染環(huán)境防治監(jiān)督管理制度、工業(yè)固體廢物污染環(huán)境防治制度、生活垃圾污染防治制度、生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度、工業(yè)固體廢物排污許可制度五個方面進行了更為嚴(yán)格的規(guī)定。
環(huán)保高壓政策下，葉片的回收和后處理已經(jīng)成為行業(yè)即將面臨的一個重大難題，因為葉片無論采用哪種回收方式，都需要高額的成本，并接受“固廢法規(guī)”嚴(yán)格的制度制約。
千噸級的葉片回收在即：2026年開始萬噸級的葉片面臨處理。
根據(jù)行業(yè)會議數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，截止2020年底，全國風(fēng)電裝機臺數(shù)超過14000萬臺，到2021年年底，實際可退役風(fēng)機數(shù)量超過38.3萬千瓦（這是非官方數(shù)據(jù)，估計統(tǒng)計口徑不一有差異），根據(jù)當(dāng)前葉片單位千瓦的用量計算，以16kg/kw估算，到今年年底實際可退役風(fēng)機的復(fù)合材料葉片重量高達6096噸（大致測算）。
根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)（下表）來看：2006年的葉片用量首次超過2萬噸，意味著2026年葉片回收行業(yè)就會迎來第一次風(fēng)電退役的大考。到2029年，年處理回收葉片的量將達到22萬噸，2035年其規(guī)模將達到52.7萬噸左右。
葉片回收后處理還在起步階段：行業(yè)還有時間應(yīng)對。
從規(guī)模來看，到2023年之前，每年的葉片處理量都在1000-2000噸之間，從復(fù)合材料的綜合利用來看，還處于工程試驗階段，也就是說，我們行業(yè)還有2-3年的時間去進行這方面的試驗研究與工程化規(guī)模應(yīng)用。2024年開始年規(guī)模就開始達到5000噸以上，這就不是我們小作坊式的工業(yè)企業(yè)能解決這么大規(guī)模處理。當(dāng)前，有退役的葉片都是簡單的處理，但都是基于臨時處理的做法，真正大規(guī)模的退役風(fēng)機葉片開始后，必須考慮如何在滿足環(huán)保的基礎(chǔ)上，做好退役葉片的綜合利用，實現(xiàn)變廢為寶。
其實，我們的葉片行業(yè)企業(yè)也在行動，包括中材科技、時代新材、成飛重通都也在做這方面的研究，也得到了國家的支持，但距離大規(guī)模的應(yīng)用還有很長一段路要走，需要指出的是，個人認(rèn)為：作為最熟悉葉片的關(guān)聯(lián)者-葉片企業(yè)應(yīng)該是葉片回收及綜合利用最重要的單元，應(yīng)該是這個回收后處理的主體實施者，而風(fēng)機的擁有者必須要有風(fēng)機退役處理成本的考慮。
葉片的回收和后處理：未來的風(fēng)電場需要準(zhǔn)備好風(fēng)機退役準(zhǔn)備金作為全生命周期的一個環(huán)節(jié)，風(fēng)機的退役也是需要成本的，這一點可能在過去的風(fēng)電場沒有考慮，但在實際壽命終結(jié)時候，需要拿出一筆錢來用于風(fēng)機的退役。
除了葉片外，其他金屬部件大部分可以實現(xiàn)再生利用，但是葉片作為工業(yè)非降解固廢，必須要有一筆固廢處理基金，與塔筒、機組金屬件的再生不一樣的是，需要給葉片回收處理單位相應(yīng)的固廢處理費用，再加上葉片回收后實現(xiàn)一部分的綜合利用，使得葉片回收的商業(yè)模式成立，具有最基本的行業(yè)利潤（企業(yè)可以正常運轉(zhuǎn)），那么風(fēng)電行業(yè)的風(fēng)機退役與循環(huán)就實現(xiàn)了真正的綠色發(fā)展。
此外，行業(yè)也在制定相關(guān)的葉片復(fù)合材料固廢處理標(biāo)準(zhǔn)，好界定未來葉片的回收處理是否達標(biāo)環(huán)保政策，這一點也是我們面臨的一個新課題。
風(fēng)電裝備產(chǎn)業(yè)的綠色循環(huán)發(fā)展，是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)健康發(fā)展的基礎(chǔ)，葉片的回收后處理也是發(fā)展到一定階段出現(xiàn)和面臨的新問題，行業(yè)在關(guān)注，企業(yè)更加要關(guān)注，尤其是風(fēng)電場業(yè)主，如何花最少的錢，讓葉片這種固體廢物實現(xiàn)綠色綜合利用，同時又能避免高壓環(huán)保政策的懲戒，這是風(fēng)電葉片人的又一個重要歷史任務(wù)。
