风电叶片绿色回收方法研究

1 摘要

本文针对大型风电机组复合材料叶片的回收现状，从市场存量及增量、技术可行性、市场经济性、不当处理危害性等方面进行分析研究。对风电复材叶片不同的回收方法进行分析研究，并基于此给出回收建议。对叶片材料再利用、风电行业绿色、低碳发展具有指导意义。实现全生命周期的无害绿色使用。

2 历史及现状

简要介绍行业情况（风电叶片从诞生至今，起长度已从最初的2.5米，20千克-荷兰风磨[1]，增长到如今的123米、50吨；长度增长约50倍，重量增长约2500倍。

目前风力发电机组85%的零件可回收和再利用，包括钢铁、铜线、电机及齿轮组，唯独复合材料叶片较难处理。叶片是风机中成本最高的部件，占风机成本的20%甚至以上。叶片成本构成中，基体树脂占比约36%，增强材料占比约28%，芯材占比约12%。

风电叶片在贡献绿色风电的同时，因其所用热固性树脂复合材料的特殊性，使得退役或废弃叶片很难回收利用，从而产生了大量的固体废弃物。究其原因，在于树脂基体使用不饱和聚酯+环状酸酐固化剂/环氧树脂+胺类固化剂均为多官能团化合物，固化时生成交联网状结构），分子结构稳定，不易发生反应，不具有热塑性。

3 当前国内外情况

因风电叶片存量巨大，且数量仍在急剧增长中，对环境影响不容忽视。如何有效回收、处理废旧风电叶片，日益引发关注。

当前国内风电装机容量累计36608万千瓦。全球累计装机容量约93500万千瓦。据统计分析[2]，平均每千瓦风电，对应约12千克的风电叶片材料（早期在18kg/kw，最新大型海上机组在10kg/kw，详见下图1）。因此初步估计，风电叶片目前全球存量大约1122万吨，国内存量439万吨。

2005年风电新增装机51万千瓦，2009年新增1380万千瓦，2014年新增2320万千瓦，2020年5443万千瓦。预计未来十年，风电每年新增装机将不低于6000万千瓦；即风电复合材料叶片每年市场存量新增72万吨。新增退役风电叶片重量走势图见图2.

热固性聚合物复合材料发生交联反应，一旦报废将难以再熔化或重塑，难以进行循环利用。从2022年开始，每年欧洲将有超过3800个叶片面临报废。同时，美国电力研究所的一项研究显示，在未来30年，美国叶片材料报废总量将超过210万吨

4 回收技术情况

早期的废旧叶片处理方式主要是填埋或焚烧，但这一方式存在粉尘、碳排放等污染问题。目前国内约有十余家复合材料回收企业，虽已摒弃高污染的掩埋、焚烧处理方式，但所用方法主要是已粗加工+再利用，或者粉碎后作为原材料，用于混凝土或道路建设约占总回收量的85%。未来有望通过化学方法回收，将叶片分解为原材料并重新制成新产品，此法再利用价值最高。或者将叶片作为燃料燃烧，回收热量。当前化学回收和能量回收占比较小。

机械回收成本相对较低，但同时会产生大量固体废弃物。化学回收和能量回收需要更高的成本和技术支持，但可实现更高效的废物回收和资源再利用。

风电叶片设计、制造方式不同，使得回收过程更加复杂。风电叶片回收和再利用技术的研究和开发需大量资金和资源。政府和企业需要承担职责，通过政策和投资推动叶片回收再利用技术发展、应用。为了更加环保地解决这一问题，业内已经做出了多种尝试。

上纬树脂研发的产品EzCiclo （易可收）可回收热固树脂及CleaVER可立解回收技术，使风电叶片寿命到期后，经过可立解技术将复合材料变为回收纤维及寡聚物；整理后再利用，再次制成纤维复合材料，是一项可重复循环之系统。现有复材回收法分为三种，热分解法、微波分解法及化学解聚回收，但各有其缺点；上纬的「EzCiclo易可收」+「CleaVER可立解」系统不仅可回收纤维，也可回收树脂，且过程中不会产生废溶剂及废气、无二次污染（酸、碱）、可重复使。

金风科技：通过粉碎设备将废弃纤维复合材料变为粉末状，使用3D打印设备，将粉碎后的复合材料作为新产品的原材料。目前已完成一些样品打印。未市场化推广。

迪皮埃复材构件有限公司中国业务发展与风场服务负责人庄严告诉记者，目前我国存在三种较为主流的叶片回收方式：第一种是将叶片进行拆解，将材料进行重复利用，用于市政建设等领域；第二种是将叶片打碎，回收后添加进建筑材料，增强材料性能；第三种则是进行化学回收，分解后再进行重新利用。

5 市场经济性

放眼全球，欧洲作为最早发展风电的地区之一，对风电叶片报废有着严格的处理规定，禁止直接占用土地空间填埋或焚烧报废叶片。荷兰企业曾将报废风电叶片用作游乐场的建筑材料或是城市公共座椅材料；德国、英国等国企业利用热解或将叶片打碎的方式，将叶片中的高分子材料进行再次利用。

最近，美国一家公司采用数字技术，对叶片复合材料的结构进行了全面的探究，从材料结构上利用数据可视化技术对叶片运行状态、寿命进行更好地监控，并实现合理回收。

在业内人士看来，现行的叶片回收办法尚不能满足大量报废叶片的回收需求。虽然业内进行了诸多探索，但到目前为止，能够大规模推广的技术却寥寥无几。或是由于经济性不强，或是对生态环境不够友好。

经济性的方案，同时，主管部门应出台相关政策，倒逼风电场业主以及制造商做出改变

6 不同国家回收政策

2024年，中国质量认证中心牵头起草了国标《风能发电系统 风力发电机组废弃纤维复合材料回收方法》。风电复合材料的回收问题已经开始引起国家重视。

德国：政府制定《风能计划》和《可持续发展战略》，投资回收技术和研发。

荷兰：国家投资“风能叶片再生计划”研究项目，旨在探索更可持续的风能叶片回收再利用方式。

美国：一些州制定了风能叶片回收政策，如德克萨斯州的“风能叶片回收计划”，鼓励企业采用更可持续的回收方法。

7 未来展望

叶片回收问题应从产品设计之初就进行考虑。产品本身的设计对于循环经济十分重要，企业应从设计出发，更加注重循环经济，并作出投资。在未来数年里，要解决我国大量风机叶片报废的问题，产业链仍需共同努力，探讨更优的技术，确保叶片回收能够实现较高的剩余价值，从而形成可持续发展的产业。