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(huì)，相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)針對(duì)退役葉片的回收和后處理問題。
就如何推進(jìn)葉片回收的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及高效綜合利用進(jìn)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(jìn)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(yáng)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(xiàng)目之一，目前在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速。
我國(guó)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(yuǎn)地區(qū)的電力空缺問題，主要是非并網(wǎng)小型風(fēng)電機(jī)組的建設(shè)。70年代末期，我國(guó)開始研究并網(wǎng)風(fēng)電，主要通過引入國(guó)外風(fēng)電機(jī)組建設(shè)示范電場(chǎng)，1986年5月，首個(gè)示范性風(fēng)電場(chǎng)馬蘭風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)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(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)階段。經(jīng)過前期的洗牌，我國(guó)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(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量占全部電力新增裝機(jī)容量的比例為15.5%，累計(jì)裝機(jī)容量占比9.0%。風(fēng)電新增裝機(jī)容量占比近幾年均維持15%以上，累計(jì)裝機(jī)容量占比則呈現(xiàn)穩(wěn)步提升的態(tài)勢(shì)。發(fā)電量上，2016年全國(guó)風(fēng)電發(fā)電量2,410億千瓦時(shí)，占全部發(fā)電量的4.1%，發(fā)電量逐年增加，市場(chǎng)份額不斷提升，風(fēng)電已成為繼煤電、水電之后我國(guó)第三大電源。
國(guó)內(nèi)的整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)中，新疆金風(fēng)、浙江運(yùn)達(dá)、大連重工集團(tuán)、東方汽輪機(jī)廠等幾家的市場(chǎng)前景被業(yè)界看好，占據(jù)了市場(chǎng)較多的份額。而在風(fēng)電行業(yè)中，葉片市場(chǎng)的情況很大程度上決定著整機(jī)市場(chǎng)的情況。目前單是丹麥LM Glasfiber公司一家就占據(jù)了國(guó)際市場(chǎng)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(guó)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(tuán)等。
目前全球的風(fēng)力發(fā)電企業(yè)處于一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的發(fā)展過程，國(guó)內(nèi)的發(fā)展商你追我趕，與國(guó)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(gè)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(jī)艙罩和整流罩的制造。相對(duì)而言，機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子葉片則是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)、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(jī)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(jī)的出現(xiàn)，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，傳統(tǒng)材料的葉片在日益大型化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用時(shí)某些性能已達(dá)不到當(dāng)下葉片的發(fā)展要求，于是具有高比強(qiáng)度的復(fù)合材料葉片發(fā)展起來?，F(xiàn)在，幾乎所有的商業(yè)級(jí)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(jī)葉片是一個(gè)復(fù)合材料制成的薄殼結(jié)構(gòu)，一般由根部、外殼和加強(qiáng)筋或梁三部分組成，復(fù)合材料在整個(gè)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(jià)的玻璃纖維增強(qiáng)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(zhǎng)度的不斷增大，自身重量也不斷增加，這種體系在某些場(chǎng)合已不能滿足要求，于是很自然地，性能更優(yōu)異的增強(qiáng)材料—碳纖維走進(jìn)了人們的視野。
基于目前國(guó)際上碳纖維價(jià)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(shí)際上并非如此，一方面由于葉片長(zhǎng)度的增加，其對(duì)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(gè)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(shí)現(xiàn)葉片的減重，而隨著葉片重量的減輕，旋翼葉殼、傳動(dòng)軸、平臺(tái)及塔罩等也可以輕量化，從而可整體降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)的制造和陸續(xù)投入運(yùn)行，碳纖維在風(fēng)電葉片上大規(guī)模應(yīng)用的時(shí)代已為時(shí)不遠(yuǎn)。
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(huì)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(jī)運(yùn)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(shí)間的推移，會(huì)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(qiáng)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(qiáng)，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(jì)，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(jìn)行設(shè)計(jì)，風(fēng)機(jī)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(gè)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(duì)當(dāng)前環(huán)保高壓政策而言，是一種巨大的威脅。
風(fēng)機(jī)葉片的回收處理和再利用成為產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)。報(bào)告明確要求“加強(qiáng)固體廢棄物和垃圾處置，推進(jìn)資源全面節(jié)約和循環(huán)利用，實(shí)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(duì)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(gè)方面進(jìn)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(gè)重大難題，因?yàn)槿~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(jí)的葉片回收在即：2026年開始萬(wàn)噸級(jí)的葉片面臨處理。
根據(jù)行業(yè)會(huì)議數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，截止2020年底，全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)臺(tái)數(shù)超過14000萬(wàn)臺(tái)，到2021年年底，實(shí)際可退役風(fēng)機(jī)數(shù)量超過38.3萬(wàn)千瓦（這是非官方數(shù)據(jù)，估計(jì)統(tǒng)計(jì)口徑不一有差異），根據(jù)當(dāng)前葉片單位千瓦的用量計(jì)算，以16kg/kw估算，到今年年底實(shí)際可退役風(fēng)機(jī)的復(fù)合材料葉片重量高達(dá)6096噸（大致測(cè)算）。
根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（下表）來看：2006年的葉片用量首次超過2萬(wàn)噸，意味著2026年葉片回收行業(yè)就會(huì)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(dá)到22萬(wàn)噸，2035年其規(guī)模將達(dá)到52.7萬(wàn)噸左右。
葉片回收后處理還在起步階段：行業(yè)還有時(shí)間應(yīng)對(duì)。
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(yàn)階段，也就是說，我們行業(yè)還有2-3年的時(shí)間去進(jìn)行這方面的試驗(yàn)研究與工程化規(guī)模應(yīng)用。2024年開始年規(guī)模就開始達(dá)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(jiǎn)單的處理，但都是基于臨時(shí)處理的做法，真正大規(guī)模的退役風(fēng)機(jī)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(shí)現(xiàn)變廢為寶。
其實(shí)，我們的葉片行業(yè)企業(yè)也在行動(dòng)，包括中材科技、時(shí)代新材、成飛重通都也在做這方面的研究，也得到了國(guó)家的支持，但距離大規(guī)模的應(yīng)用還有很長(zhǎng)一段路要走，需要指出的是，個(gè)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(gè)回收后處理的主體實(shí)施者，而風(fēng)機(jī)的擁有者必須要有風(fēng)機(jī)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(chǎng)需要準(zhǔn)備好風(fēng)機(jī)退役準(zhǔn)備金作為全生命周期的一個(gè)環(huán)節(jié)，風(fēng)機(jī)的退役也是需要成本的，這一點(diǎn)可能在過去的風(fēng)電場(chǎng)沒有考慮，但在實(shí)際壽命終結(jié)時(shí)候，需要拿出一筆錢來用于風(fēng)機(jī)的退役。
除了葉片外，其他金屬部件大部分可以實(shí)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(jī)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(fèi)用，再加上葉片回收后實(shí)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(rùn)（企業(yè)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)），那么風(fēng)電行業(yè)的風(fēng)機(jī)退役與循環(huán)就實(shí)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(dá)標(biāo)環(huán)保政策，這一點(diǎn)也是我們面臨的一個(gè)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(shí)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(chǎng)業(yè)主，如何花最少的錢，讓葉片這種固體廢物實(shí)現(xiàn)綠色綜合利用，同時(shí)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(gè)重要?dú)v史任務(wù)。
