全球风机叶片的数量及尺寸都在迅速增长。据统计,的风机叶片的尺寸是20世纪80年代的100倍。这段时间内,叶片的直径增加了8倍,叶片长度已经超过6米。各国大力推进风电行业的发展,这势必会造成废弃叶片产量的增多,那么采用何种方法处理废弃叶片才能使风能成为一种更加绿色的能源呢?
风机叶片通常含有纤维增强材料(如玻璃纤维或碳纤维)、塑料聚合物(聚酯或环氧乙烯树脂)、夹心材料(PVC、PET或巴沙木)和涂层(聚氨酯)。
随着叶片尺寸的增大,叶片生产所需的材料数量也在不断增长。据估计,每1kW的新装装机容量就需要10千克叶片材料。因此一台7.5MW的风机约需要75吨的叶片材料。风机叶片的使用寿命大约为20-25年。因此如何处理废弃叶片就成了问题。据推测,每年要处理的纤维复合材料重量将达到20.4亿吨以上。
最常用的处理方式是焚烧。在所谓的热电联产(CHP)工厂内,利用焚烧产生的热来发电,为区域加热系统供热。但是,60%的废料在焚烧之后只是变为灰烬。由于复合材料中含有无机物质,这些灰烬可能含有污染物质,根据其类型和后处理方法的不同,灰烬要么进行掩埋要么回收后作为替代材料。无机物质还会产生危险的废气,其中残留的细小玻璃纤维可能会导致烟气清洁过程出现问题,主要是在灰尘过滤设备中。风机叶片在进入焚烧厂前还需进行拆解和粉碎,从能耗和排放角度来说,这进一步增加了环境的压力。此外,在焚烧过程中还会引起工人健康和安全方面的问题。
回收则是一种环保的处理方式。回收材料制成的新的更高效的叶片可以取代旧的叶片。但是目前成熟的风机叶片回收方法还很少,只有30%的纤维增强塑料(FRP)可以回收再用,制成新的FRP,而大多数则是作为水泥行业的添加材料。过去的几年,全球各企业就风机叶片的回收问题进行了大量研究项目,推出了许多创新产品。
溶剂分解作用进行化学回收也是一种回收方法。采用这种方法,玻纤的大部分拉伸强度可以保留下来,部分塑料材料还可以作为新的原材料。但是,采用具有侵蚀性的危险化学品进行回收并未得到提倡,而且这种方法的成本较高。
另外一种方法是采用高温热解和气化方法对热量和材料进行回收。尽管纤维丧失了原来的“大部分”拉伸强度,而且技术成本很高,但是终端产品非常纯,塑料中的热能也以电能和热能的形式得以回收。
由于废弃叶片在回收上面临着巨大挑战,因此一些机构开始研发新的叶片生产方法,以简化废弃叶片的处理及回收工艺。由汽车行业我们不难发现热塑性材料更易回收,因此在风机叶片中尝试使用热塑性基体的复合材料。但是热塑性材料制成的兆瓦级叶片是否具备足够的力学性能和物理性能还没有得到证实。对于5kW左右的小型风机,可以使用一些模塑成型的增强型热塑性材料或其它热塑材料。这种情况下,叶片的回收就会容易的多。
越来越多的风机公司开始采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫,这是一种可完全回收的热塑性结构泡沫,回收后还可以再利用。将其粉碎并混合到新产品中后,仍能保持相同的性能和强度。目前,AlcanAirex已经对其PET泡沫AIREXT91实现了回收。
风机叶片的回收仍然存在很多问题,不过,关于玻璃纤维增强材料(GRP)的回收方法以及回收后的材料可能的应用领域的研究已经有了进展。