【叶片】新材料新工艺，助力风机叶片循环利用

 

艾尔姆和GE可再生能源将带来循环性、风电场管理方面的专业知识，并将支持推广退役叶片和叶片制造废弃物循环解决方案。其他合作伙伴包括Acciona、Holcim、雅典国家技术大学、埃因霍芬理工大学、亚琛工业大学、ELDAN、RENAO、Cespa、PreZero、ENDESA和全球可持续发展咨询公司。

此外，该项目将探索循环利用策略，以保护资源并延长复合材料组件在相关行业的使用寿命。据了解，项目内容包括在西班牙建造一座大型工业示范工厂，将废弃物转化为新的建筑解决方案，如混凝土、骨料或干砂浆。

风机叶片回收：行业之困

 

首款商业化的可回收风机叶片

2021年7月，西门子歌美飒（Siemens Gamesa）在其启动的“可持续发展愿景”战略中宣布了其设定的净零目标，包括重新设计其所有风电机组，以确保到2040年销售的风电机组实现100%可回收，并在2030年之前将完全可回收的叶片投放到市场，并承诺提前10 年（2040 年）实现净零排放，包括其供应链的排放。

同年9月份，西门子歌美飒宣称，推出了一款名为“RecyclableBlade”的可回收叶片。西门子歌美飒称其为“世界上首款可商业化推广的完全可回收风机叶片”，通过简易降解程序回收叶片复合材料，再次投入风机叶片制造流程。西门子歌美飒位于英国的叶片工厂生产了这种叶片。

 

图片说明：Kaskasi风电场装机容量342兆瓦，由38台西门子歌美飒 SG 8.0-167 DD Flex海上风机组成，单机容量接近9兆瓦，其中三台配备了西门子歌美飒的完全可回收叶片。

 

 

“零废弃物叶片研究”项目

法国儒勒凡尔纳研究中心（IRT Jules Verne）于2020年宣布启动“零废弃物叶片研究”（Zero wastE Blade ReseArch, ZEBRA）项目，其目的是全面展示热塑性树脂风电叶片的技术、经济性和环境相关特性，并采用生态设计（eco-design）的方法促进叶片的回收。ZEBRA项目周期为42个月，总预算1850万欧元，成员还包括阿科玛、CANOE、Engie、LM Wind Power、欧文斯科宁等企业。

2022年3月，ZEBRA团队成功研制出100%可回收叶片的原型。这支叶片采用阿科玛的热塑树脂Elium制作而成，通过特殊的化学分解方法，便可以把树脂完全解聚，并将树脂与玻璃纤维分离，转化为新的原始树脂与高模量玻璃纤维，以供循环再造。

GE可再生能源旗下艾尔姆公司（LM Wind Power）在其西班牙Ponferrada 工厂设计并制造了全球最大的热塑性树脂风电叶片。在联盟合作伙伴的子部件级工艺试验支持下，团队进行了近一年的材料开发和测试。

 

LM风力发电公司的员工在西班牙卡斯特隆的风力涡轮机叶片上工作。图片来源：尼卡诺·加西亚Nicanor Garcia

 

 

图片说明：ZEBRA团队成功制造出可回收叶片，通过化学处理实现100%回收，解聚材料转化为原始树脂，重新再造成其他产品，有助实现百分百零废弃（Zero-waste）风机的目标。（图片来源：LM Wind Power官网）

维斯塔斯的另类路线

 

 

应用于可回收叶片的新材料

 

 

ACT Blade公司则另辟蹊径，利用帆船产业使用的织物工艺取代传统风机叶片使用的玻璃纤维，不仅能够有效降低叶片重量，更能增加叶片的捕风能力，增强风机发电能力。

ACT Blade 公司首席执行官 Sabrina Malpede 博士介绍说：“ACT叶片是一种由张紧的纺织物材料覆盖的风电叶片，它可以主动改变形状，以控制叶片的载荷。比传统的叶片要轻 32％，这使得它可以增加10％的长度，相应地可提升9％的发电量。这种创新性叶片，对市场极具‘杀伤力’，它不仅重量轻，模块化程度也高，可以使用并行制造技术生产。这将大大降低制造成本。”

这是一款重量更轻、成本更低又具有高效率的叶片，且易于回收。据悉，Enel Green Power公司已安装了三个该款新型叶片进行了测试检验。

我国叶片可回收领域成绩斐然

在我国，废弃风机叶片的总量也不容小觑。根据中国可再生能源学会风能专委会统计，2020年，我国退役风机叶片产生了约900吨复合材料固体废物；预计到2025年将接近5800吨，到2028年甚至可能达到7.4万吨。近年来，我国多部门印发了相关政策指导文件，多次强调将推进风机叶片等新型固废物的回收利用。

本刊曾发表《专访侯相林研究员：破解热固材料回收难题，“退役”风机变废为宝》一文，介绍了侯相林团队的定向解聚法——通过特定的溶剂及催化剂体系相匹配，在温和条件下选择性断裂酯键，回收降解产物双酚A二甘油醚、甲基四氢邻苯二甲酸，以及复合材料中的碳纤维等，实现酸酐固化环氧树脂基复合材料的全组分回收。

去年7月，金风科技表示，在其碳中和智慧园区内落成了采用3D打印技术建造的景观花坛，使用的材料正是退役风机的叶片粉碎颗粒。成品花坛的叶片固废利用率可达到30%以上。

今年3月，时代新材与上纬新材合作使用EzCiclo可回收热固性树脂的TMT86A型叶片在湖南成功下线。该叶片长86米，是上纬新材EzCiclo可回收热固性树脂首次完成大叶型叶片试制的全新突破，不仅是国内第一款可回收树脂叶片，也是全球第一款可回收热固性树脂叶片。

上纬全新研发的可应用于风机叶片的“EzCiclo易可收”可回收热固性环氧树脂，目前可在叶片的壳体、大梁、腹板及叶片部件中实现应用。由“EzCiclo易可收”制成的风电叶片复合材料部件，到了使用年限可回收降解，经过“CleaVER可立解”技术将废弃物变成为回收纤维及寡聚物，回收纤维可整理后再利用，再次制成玻璃纤维及碳纤维复合材料，整个降解回收过程简易、低碳，复合材料回收率可达≥95%。

 

一周后，明阳智能与上纬新材合作使用EzCiclo可回收热固性树脂叶片在内蒙古成功下线。该叶片为全球首支搭载可回收环氧拉挤板材及可回收夹芯材料的大型叶片。

时代新材风电事业部开发中心副主任陈煌表示：上纬EzCiclo可回收热固性树脂材料，是一种节能低碳可循环的新产品，增加了材料重复利用和再循环的可能性。上纬在时代新材实现目标过程中提供了优质和可靠的产品解决方案，时代新材也希望通过上纬的高品质先进环保原材料供应支持，携手为客户提供更多优质的解决方案，助力中国风电产业再上新台阶。