
隨著越來(lái)越多的風(fēng)力渦輪機(jī)被部署,該行業(yè)正在轉(zhuǎn)向新一波的材料,以確保葉片不會(huì)最終進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)或焚化爐。

?蔡朝陽(yáng)董事長(zhǎng)(Robert Tsai)在臺(tái)灣中部山區(qū)的一個(gè)貧困村莊長(zhǎng)大,他必須步行兩個(gè)多小時(shí)才能將一桶桶干凈的飲用水帶回家。
“這教會(huì)了我自然資源的價(jià)值,”Robert說。“每一滴水都有代價(jià)。”
他現(xiàn)在正試圖將這一教訓(xùn)轉(zhuǎn)移到風(fēng)力發(fā)電行業(yè),以解決可再生能源激增的一個(gè)棘手問題:強(qiáng)大的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片幾乎不可能回收利用。Robert的公司Swancor是全球幾家試圖開發(fā)新產(chǎn)品的公司之一,這些產(chǎn)品模仿當(dāng)前葉片材料的物理特性,但可以化學(xué)回收,使其能源密集型組件可以在其他產(chǎn)品中重復(fù)使用。然而,要確保產(chǎn)品扎根存在挑戰(zhàn)。
每年,世界都會(huì)安裝更多的渦輪機(jī),葉片的尺寸也在不斷增長(zhǎng),以更有效地收集風(fēng)力。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)(BloombergNEF)的數(shù)據(jù),退役葉片的復(fù)合材料廢物的使用壽命約為20年,預(yù)計(jì)在未來(lái)二十年內(nèi)將增長(zhǎng)20倍,到2044年達(dá)到約782,000公噸的峰值。

與建筑和電子等其他行業(yè)相比,風(fēng)力發(fā)電行業(yè)產(chǎn)生的復(fù)合廢物較少,大約90%的渦輪機(jī)(包括塔架和其他部件)可以回收利用,因?yàn)樵S多部件都是由鋼制成的。然而,許多公司正在研究如何以具有成本效益的方式減少葉片浪費(fèi),以實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
Swancor的臺(tái)灣工廠為葉片制造和其他行業(yè)提供復(fù)合材料,讓我們得以一窺未來(lái)的樣子。兩米(6英尺)高的黃色機(jī)架可容納近200個(gè)碳纖維線軸,每個(gè)線軸長(zhǎng)2.5公里(1.5英里)。一臺(tái)機(jī)器慢慢地將它們拉在一起,并將它們浸入濃稠的淡黃色樹脂粘液中。材料經(jīng)熱處理凝固,加壓處理均勻,直至形成薄薄的黑色板。
這種材料被稱為碳纖維復(fù)合材料,是風(fēng)能行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。它堅(jiān)固、輕便、靈活,使制造商能夠制造比足球場(chǎng)更長(zhǎng)的葉片,使渦輪機(jī)能夠以更少的錢生產(chǎn)更多的電力。在世界許多地方,風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電力現(xiàn)在比燃燒化石燃料便宜。
至少在回收方面,問題在于淡黃色的粘液。它被稱為熱固性樹脂,一旦變硬,就不容易轉(zhuǎn)化為液體形狀——想想試圖炸雞蛋。當(dāng)葉片達(dá)到使用壽命時(shí),硬化的樹脂使得碳纖維的提取和再利用變得困難,而碳纖維的生產(chǎn)既有價(jià)值又排放密集。雖然少量的葉片被重新用于橋梁和公園長(zhǎng)椅等物品,但大多數(shù)葉片被切碎并最終進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)或工業(yè)熔爐。

需要明確的是,即使沒有回收葉片,風(fēng)力發(fā)電仍然比燃燒化石燃料對(duì)環(huán)境好得多。但該行業(yè)仍在尋求解決方案,為渦輪機(jī)創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟(jì),并結(jié)束每當(dāng)舊葉片在溝渠中腐爛的照片傳播開來(lái)時(shí)就會(huì)展開的公共關(guān)系噩夢(mèng)。

“人們批評(píng)風(fēng)能是'垃圾能源',因?yàn)槿~片不可回收,”蔡朝陽(yáng)董事長(zhǎng)(Robert Tsai)說。“我不相信并投資于我們的研發(fā)工作,幾年后,我們成功了。我們改變了材料。
Swancor的創(chuàng)新是一種名為EzCiclo的新型樹脂。Tsai說,它具有與目前使用的樹脂相同的物理特性,但它可以溶解在加熱的一種特殊液體中,該公司稱之為CleaVER,允許纖維重復(fù)使用。
Swancor在其臺(tái)灣工廠建立了一個(gè)示范回收流程。(該公司在中國(guó)大陸和馬來(lái)西亞也有分支機(jī)構(gòu)。來(lái)自制造車間的廢料被送入一個(gè)盛裝液體的大金屬大鍋中。當(dāng)復(fù)合材料被溶劑滲透時(shí),環(huán)氧樹脂從膨脹的碳纖維中脫落,得到的燉菜看起來(lái)像黑海藻湯。
該混合物隨后被送到紡紗機(jī)中,將纖維從液體中分離出來(lái),純化后可用作生產(chǎn)聚酯的原料。然后將纖維干燥,留下裝滿黑色碳纖維團(tuán)塊的袋子,這些碳纖維足夠柔軟,可以做泰迪熊的填充物,散落在工廠車間。
它們太短,強(qiáng)度降低,無(wú)法在新的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中重復(fù)使用,但可以重新用于制造各種產(chǎn)品,從汽車保險(xiǎn)杠到露營(yíng)桌。航空航天廢料是可重復(fù)使用的碳纖維最主要的來(lái)源。到 2028 年,全球再生碳纖維市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到 2.78 億美元。根據(jù)BNEF的數(shù)據(jù),與去年在風(fēng)能上投資的2170億美元相比,這是一個(gè)相對(duì)較小的數(shù)字。但該解決方案可以為該行業(yè)節(jié)省數(shù)千噸廢物。
Swancor說,碳纖維復(fù)合材料回收過程每公斤再生碳纖維排放約2公斤(4磅)二氧化碳,而生產(chǎn)原始材料的排放量超過55公斤。該公司仍在與其客戶金風(fēng)科技進(jìn)行生命周期評(píng)估,以檢查使用其可回收樹脂制造的風(fēng)力渦輪機(jī)在其整個(gè)生命周期內(nèi)的影響。
Swancor并不是唯一一個(gè)試圖為風(fēng)力葉片開發(fā)可回收材料的公司。總部位于孟買的企業(yè)集團(tuán)Aditya Birla Group的一個(gè)部門生產(chǎn)一種可回收樹脂,用于2022年投產(chǎn)的德國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)。
Swancor的材料仍處于測(cè)試階段。西門子歌美颯、維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)公司和明陽(yáng)智能能源集團(tuán)有限公司都在嘗試這種材料,蔡說。例如,據(jù)一位發(fā)言人稱,西門子歌美颯已經(jīng)用新樹脂鑄造了20個(gè)葉片。該公司承諾到 2040 年生產(chǎn) 100% 可回收渦輪機(jī)。
蔡朝陽(yáng)董事長(zhǎng)(Robert Tsai)說,EzCiclo的成本比傳統(tǒng)樹脂高出約10%至15%,但這只會(huì)增加項(xiàng)目總成本的一小部分。Swancor 寄希望于開發(fā)商做出這種權(quán)衡,以實(shí)現(xiàn)他們的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
該公司必須證明可回收葉片的運(yùn)行水平與不可回收的葉片相同,此外,鑒于幾乎不存在的供應(yīng)鏈,還要確保任何買家都可以進(jìn)入回收中心。
然而,風(fēng)能開發(fā)商是否在商業(yè)規(guī)模上轉(zhuǎn)向可回收葉片是一個(gè)懸而未決的問題,特別是考慮到它們的新穎性。
利茲大學(xué)(University of Leeds)商業(yè)、環(huán)境與發(fā)展講師保羅·詹森(Paul Jensen)說:“作為開發(fā)商,你不能承受葉片故障的速度,超過你通常在預(yù)測(cè)性維護(hù)計(jì)劃中建模的速度,因此,在有少數(shù)站點(diǎn)投入使用并明確證明其長(zhǎng)期耐用性之前,可能不愿意采用這種設(shè)備。
他還表示,關(guān)于回收材料的質(zhì)量以及誰(shuí)將提供回收服務(wù)仍然存在懸而未決的問題,這意味著關(guān)于新葉片是否會(huì)起飛存在“很多如果,但是和可能”。Swancor本身已經(jīng)確定了其中一些挑戰(zhàn),盡管它認(rèn)為它們是可以克服的。Jensen補(bǔ)充說,雖然有這些警告,但新葉片“仍然是朝著正確方向邁出的一步”。據(jù)一位發(fā)言人稱,西門子歌美颯在功能方面沒有發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)葉片和可回收葉片之間的明顯差異。
政府對(duì)生產(chǎn)和使用可回收葉片的強(qiáng)制要求或激勵(lì)措施很少。包括德國(guó)和荷蘭在內(nèi)的幾個(gè)歐洲國(guó)家已禁止將葉片送往垃圾填埋場(chǎng),而中國(guó)在1月份提出了一套回收陸上風(fēng)力渦輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。該指南說,不建議填埋或焚燒退役葉片。到目前為止,該國(guó)擁有最多的風(fēng)電裝機(jī)容量,如果這些規(guī)則生效,它們可能會(huì)對(duì)該行業(yè)產(chǎn)生重大影響。
對(duì)于蔡朝陽(yáng)董事長(zhǎng)(Robert Tsai)來(lái)說,可回收性的好處是值得投資的,因?yàn)樾枰獪p少排放而不會(huì)無(wú)意中造成另一場(chǎng)環(huán)境災(zāi)難
“我需要對(duì)我們的股東負(fù)責(zé),但我也要評(píng)估這是否真正對(duì)社會(huì)有益,”他說。