清华苏州环境创新研究院_万吨级叶片回收在即:减量化、无害化、资源化循环利用“破解”之道 | 研究动态

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万吨级叶片回收在即:减量化、无害化、资源化循环利用“破解”之道 | 研究动态

[2022-06-06 17:32:40]

2020年10月,《风能北京宣言》提出,综合考虑资源潜力、技术进步趋势、并网消纳条件等现实可行性,为达到碳中和目标实现起步衔接的目的,在“十四五”规划中,须为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空间:保证年均新增装机5000万千瓦以上;2025年后,中国风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦;到2030年至少达到8亿千瓦;到2060年至少达到30亿千瓦。

在我国风电装机规模稳步增长的同时,老旧风场投运的大批量风电叶片已步入“暮年”,但与之配套的政策制度和处置技术并不完善成熟,退役后的风机叶片无害化处置及产业化发展亟需解决与提速。

据了解,2021年,可退役风机数量为38.1万千瓦,叶片累计重量高达6096吨;预计到2026年,待回收处理的退役叶片将超2万吨,并将以150%速率增长;2035年其规模将达到52.7万吨左右。

到2050年,全球的废弃叶片将达到4300万吨,其中中国占40%、欧洲占25%、美国占16%、其他地区占19%。

针对即将大规模退役的风机叶片,目前尚无全面推广的回收技术和处理标准,同时也没有针对于大宗工业固废回收的法律法规和行业体系,故而退役叶片应该如何处置成为当前难点。

目前常见的风机叶片资源化技术可分为五类:拆解回用、水泥窑协同处置、热熔、热解以及溶剂分解法。

01 直接拆解回用
重复使用回收叶片,用于游乐场或街道长椅等;根据叶片特定结构部件重新用于建筑结构,如自行车停放处,桥梁,人行道等。迄今为止这些直接拆解回用的示例还处于示范项目阶段。

02 水泥窑协同处置
将切割破碎后的叶片添加至水泥窑,其中玻璃纤维作为水泥混合物的一部分被回收,环氧树脂作为该过程中的燃料提供热源。此外,该技术与传统的水泥制造相比,可在水泥生产过程中减少约27%的二氧化碳;每回收利用7吨废旧叶片,可使水泥窑减少约5吨煤和2.7吨二氧化硅消耗;高效且规模化,从拆解风机叶片到制成水泥产品,仅需几周。

03 热熔
以报废叶片破碎粉料和风电叶片边角料固废为原料,利用热熔压模,用于制作市政井盖、建筑仿古瓦、电缆线轴等。

04 溶剂分解
溶剂分解是一种化学处理,其中溶剂(水、醇和/或酸)用于在特定温度和压力下破坏树脂大分子键。溶剂分解法可以提高纤维和树脂的回收率,但是目前大多数使用的溶剂都是有毒的且价格较高,这降低了该方法的可持续性。此外,在构造上能够满足退役叶片尺寸的反应器也是目前的技术壁垒。

05 热解技术
热解是一种热回收技术,它以灰分的形式回收纤维,以碳氢化合物的形式回收树脂基体。纤维表面常因高温而受损,导致力学性能下降。尽管在各种工业化回收技术中,热解是对再生纤维价值损失最小的,但仍然存在价值损失。树脂基体则被制成气或油,用作燃料或化学品。

热解需要很高的投资和运行成本。经济可行性取决于从基体获得的化学品的规模和再利用价值。到目前为止,这种回收技术只对碳纤维经济可行。目前叶片中碳纤维增强复合材料的用量还很少,尚未大规模实施。随着下一代巨型叶片的发展,轻量化和机械性能的要求将提高碳纤维复合材料的使用量,市场容量可能会相应增长。

高效回收技术体系:热处理技术
清华苏州环境创新研究院针对废弃风机叶片处理处置难的问题,突破现有难点,搭建了退役风机叶片高效回收技术体系。在前期研究的基础上,通过探究退役风机叶片热处理过程的产物特性、影响因素,确定了热处理技术应用于退役风机叶片处置的适用性与实用性。同时,以再生纤维为功能材料,开展了一系列的复合材料制品循环利用研究。

我院研发的该项风机叶片热处理技术,具有能耗低、产品附加值高、全过程无有毒有害气体产生等优点。该技术是在催化可控条件下,对风机叶片进行热处理,过程中能同时处理几种不同基体的复合材料废弃物;在热处理(气化)过程中,增强纤维能较大程度的保存下来;热处理装置采用闭环系统,树脂基体被制成气或油,用作燃料或化学品;处理过程在无氧条件下进行,全过程无有毒有害气体的产生。

可以预见的是,该技术体系除能有效解决退役风机叶片处置难问题外,还将带动下游处置回收利用行业的新兴发展。

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