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“退役”潮即將到來 百萬噸風電設(shè)備當歸何處

科技日報發(fā)布時間:2023-12-25 09:25:46  作者:都 芃

  12月初,國家能源集團龍源電力新疆公司達坂城風電二場,155臺老舊風機緩緩停止轉(zhuǎn)動,結(jié)束了20余年的服役生涯。

  在空中轉(zhuǎn)動時,碩大的風機是捕風高手,帶來源源不斷的財富,退役后卻成了企業(yè)的“包袱”。

  12月21日,國家能源局公布的最新數(shù)據(jù)顯示,2023年,風光總裝機量突破10億千瓦,在電力新增裝機中的主體地位更加鞏固。

  值得一提的是,在總裝機量快速增長的同時,專業(yè)機構(gòu)預計,自2025年起,我國將迎來風機退役高峰期。預計到2030年,累計將有超過3萬臺機組達到退役年限,退役裝機容量達4473萬千瓦,由此帶來的固體廢棄物規(guī)模將達94.79萬噸。

  退役風機該何去何從,已成為我國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須邁過的一道檻。

  擺在風電企業(yè)面前的一道必答題

  2006年被視為我國風電規(guī)?;l(fā)展的起點。

  這一年,我國新增風電裝機量達133.7萬千瓦,超過此前全部裝機量總和。此后,我國風電發(fā)展駛?cè)肟燔嚨?。截?022年底,風力發(fā)電累計并網(wǎng)規(guī)模達3.96億千瓦,發(fā)電量占社會總發(fā)電量的8.6%。

  按照陸上風機20年的使用壽命估算,預計在2025至2030年間,我國會出現(xiàn)第一波風機退役高峰。來自中國風能協(xié)會(CWEA)的數(shù)據(jù)顯示,2023年我國退役風機裝機量約為10萬千瓦,2025年將增至50萬千瓦。到2030年,累計有4473萬千瓦風機進入退役期。

  由于早期風電技術(shù)發(fā)展尚不充分,單臺機組裝機容量較小,長時間運行后發(fā)電效率下降較快。為提升風能資源利用效率,今年6月,國家能源局印發(fā)《風電場改造升級和退役管理辦法》,鼓勵并網(wǎng)運行超過15年或單臺機組容量小于1.5兆瓦的風電場開展改造升級。在業(yè)界看來,這一以大容量、高效率機組替換小容量、低效率機組的“以大代小”政策,讓一批風機提前走向退役。

  不只是中國,風機大規(guī)模退役也是全球主要風電市場共同面臨的問題。

  歐洲是全球發(fā)展最早、規(guī)模最大的風電市場之一。歐洲風電行業(yè)機構(gòu)發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示,到2023年,歐洲約有4000臺風機面臨退役。到2030年,裝機容量達78吉瓦的風電機組運行年限將超過20年,進入退役期。

  美國電力研究所的一項研究也顯示,未來30年,美國風機葉片的報廢總量將超過210萬噸。

  早期退役規(guī)模不大時,退役風機尤其是其葉片部分的處理方式往往是掩埋或焚燒,如英國、歐盟等國家及地區(qū)的企業(yè)常常采用此類方式。

  去年3月,彭博社曾報道稱,美國懷俄明州多座陸上風電場退役。風機拆解后,超過1000個報廢的風機葉片堆積在空地上,葉片被切成數(shù)段后,就地堆積填埋。

  顯然,這種處理方法無法應(yīng)對未來大規(guī)模的風機“退役”潮。

  甘肅省酒泉市的一家風機制造企業(yè)負責人告訴科技日報記者,以總裝機規(guī)模20萬千瓦、單臺風機容量5兆瓦、單個葉片重20噸的風電場為例,風機全部退役后,僅葉片總重量就達2400噸。如果將其平鋪擺放,占地面積比3個足球場還大。而全國類似規(guī)模的風電場比比皆是。如果采用堆放、填埋或焚燒等處理方式,不僅占用大量土地資源、造成資源浪費,也會給環(huán)境帶來一定影響。

  如何用低成本將退役風機剩余價值最大化,把“包袱”轉(zhuǎn)化為財富,成為擺在所有風電企業(yè)面前的一道必答題。

  葉片回收處理技術(shù)經(jīng)濟性有待提高

  風機的可回收比例其實并不低。一臺風機大致可被拆解為幾個部分,即塔筒、葉片、機艙及發(fā)電機等機電設(shè)備。

  “理論上,風機可回收比例有可能達到100%。”中國物資再生協(xié)會風光設(shè)備循環(huán)利用專委會主任程剛齊告訴記者,風機不同部位有著不同的回收處理方式。例如,風機塔筒是金屬材質(zhì),可按照廢舊金屬進行回收處理;發(fā)電機、軸承等設(shè)備作為成熟的機電產(chǎn)品,也有完善的回收處理流程。風機中處理起來最棘手的部件,當屬葉片。

  目前國內(nèi)最大的風機葉片生產(chǎn)企業(yè)——中材科技風電葉片股份有限公司(以下簡稱中材葉片)研發(fā)總監(jiān)李成良告訴記者,風機葉片是典型的熱固性復合材料。目前絕大多數(shù)風機葉片由玻璃纖維、芯材、環(huán)氧樹脂等材料,采用真空灌注加熱固化工藝制成。用這一方法制成的葉片質(zhì)量輕、強度高。“但它有一個顯著缺點,一旦加工成型后,材料結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)固,只能在高溫等條件下降解,所以回收處理起來困難重重。”李成良說。

  梯次利用被視為優(yōu)先選擇。經(jīng)評估無結(jié)構(gòu)性損傷、狀態(tài)良好的退役葉片可優(yōu)先作為風機備件,或經(jīng)小范圍改造,如延長、增加氣動附件等,重新“上崗”。此外,包括葉片在內(nèi)的退役風機也可用于企業(yè)展覽展示等。

  然而,梯次利用能夠處理的規(guī)模畢竟有限。面對龐大的退役葉片數(shù)量,實現(xiàn)葉片的資源化回收利用被認為是未來主要處理途徑。

  目前,能夠?qū)崿F(xiàn)這一途徑的方法可分為兩種,即物理法和化學法。

  “簡單來說,物理法就是只改變?nèi)~片的物理形態(tài),例如,把葉片切割、分拆,利用葉片的材料特性,做成長椅、頂棚、物流托盤等,還可進一步把分拆的葉片粉碎成顆粒。這種顆??勺鳛樘砑觿┘尤牖炷?,提升混凝土的強度,也可以在水泥回轉(zhuǎn)窯中燒掉。”世界風能協(xié)會副主席、中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會秘書長秦海巖說。

  雖然技術(shù)工藝不復雜,但目前物理法處理規(guī)模并不大,葉片產(chǎn)物應(yīng)用價值也不算高。

  例如,對于最前端的葉片拆解環(huán)節(jié),多家回收企業(yè)負責人告訴記者,風電場大多地處偏遠地區(qū),受交通條件和成本等限制,拆解主要依賴工人手持電鋸或者利用小型設(shè)備,處理規(guī)模短時間內(nèi)難以擴大,成本下降空間有限。

  通過物理法處理后的葉片產(chǎn)物價值幾何?程剛齊表示,由于產(chǎn)物較為單一,回收處理后的附加值大小完全取決于企業(yè)“想象力”——能否最大程度挖潛葉片的材料特性,找到適宜的應(yīng)用場景。“這考驗企業(yè)是否有足夠的創(chuàng)意。”程剛齊說。

  要直接提升葉片處理后產(chǎn)物的經(jīng)濟價值并非沒有辦法。李成良告訴記者,葉片的主要組成材料之一是玻璃纖維。其具有耐腐蝕、強度高、絕緣性好等優(yōu)勢,是可被廣泛應(yīng)用的重要工業(yè)原料。但葉片中的玻璃纖維通常與樹脂等融為一體,要完整提取出葉片中高價值的玻璃纖維,僅靠物理方法無法實現(xiàn),需要用到復雜的化學法。

  “所謂化學法,就是利用高溫或者化學溶劑,把玻璃纖維和樹脂分開,然后再分別進行回收。”秦海巖表示,通過化學法回收處理,葉片產(chǎn)物附加值相對較高,后端消納市場和應(yīng)用空間也更大。他透露,目前國內(nèi)部分企業(yè)的高溫熱解技術(shù)已具備商業(yè)化應(yīng)用條件,正處于推廣階段。

  “總體而言,目前葉片回收處理的技術(shù)路線眾多,但舊技術(shù)的經(jīng)濟性不好,新技術(shù)工藝還需不斷打磨。”秦海巖總結(jié)道。

  瞄準技術(shù)突破和標準體系建設(shè)

  放眼全球,退役風機回收利用市場尚處萌芽階段。“不過,因為巨大市場前景,一批國內(nèi)企業(yè)已涉足這一領(lǐng)域,相關(guān)技術(shù)也在快速更新迭代。”程剛齊說。

  金風科技有關(guān)負責人告訴記者,通過整合公司內(nèi)部資源和外部供應(yīng)鏈體系,已逐步建成遍及全國的風機回收再利用生態(tài)圈,目前已在全國設(shè)有6個產(chǎn)業(yè)基地、10個區(qū)域公司、18家資源回收企業(yè)。公司通過實施區(qū)域化回收服務(wù),建立起了“收、轉(zhuǎn)、運”的回收網(wǎng)絡(luò)。同時,公司還研發(fā)出一項創(chuàng)新技術(shù),將處理后的葉片材料制成耗材添加劑,用于3D打印。實驗結(jié)果顯示,利用該耗材3D打印成的建筑物,性能與傳統(tǒng)混凝土建筑相當,可進行大范圍推廣應(yīng)用。

  相比后端發(fā)力,加強葉片可回收原材料的開發(fā)與應(yīng)用,則被視為從根本上破除葉片回收處理瓶頸的出路。

  李成良表示,如今風電產(chǎn)業(yè)強調(diào)全生命周期可循環(huán)利用的概念,更加注重從源頭上將再回收、可循環(huán)因素納入整體設(shè)計進行考量,目前已經(jīng)取得了技術(shù)突破。

  不久前,由中材葉片研制的近百米級熱塑性復合材料風電葉片成功下線。此前,歐洲只實現(xiàn)了60米級的熱塑性復合材料葉片生產(chǎn)。

  “不同于傳統(tǒng)葉片,回收由熱塑性樹脂制成的葉片,可以通過高溫加熱或者解聚反應(yīng)將固態(tài)樹脂液體化,從而輕松實現(xiàn)玻璃纖維與樹脂的完全分離,大大降低了回收成本,實現(xiàn)了材料的循環(huán)利用。”但李成良坦承,由于葉片生產(chǎn)制造工藝復雜,目前相關(guān)技術(shù)、標準規(guī)范等仍需要進一步探索和完善。

  瞄準技術(shù)突破和標準體系建設(shè),相關(guān)政策也在逐步出臺。

  今年8月,國家發(fā)展改革委等多部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進退役風電、光伏設(shè)備循環(huán)利用的指導意見》(以下簡稱《指導意見》),提出到2025年,集中式風電場、光伏發(fā)電站退役設(shè)備處理責任機制基本建立,退役風電、光伏設(shè)備循環(huán)利用相關(guān)標準規(guī)范進一步完善,資源循環(huán)利用關(guān)鍵技術(shù)取得突破。

  程剛齊告訴記者,目前相關(guān)團體、協(xié)會正在加快推進標準規(guī)范體系建設(shè)。“比如,什么樣的葉片可以繼續(xù)使用,什么樣的必須回收,回收過程應(yīng)該遵循怎樣的標準流程。”他認為,標準規(guī)范體系的逐步完善將為企業(yè)開展業(yè)務(wù)提供便利,使其加快技術(shù)研發(fā),進而壯大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

  建立退役設(shè)備回收利用體系是關(guān)鍵

  在李成良看來,無論是物理法、化學法,還是可循環(huán)設(shè)計,從技術(shù)路線上看都有很強的關(guān)聯(lián)性,只是在經(jīng)濟性、規(guī)模化等方面還有很大提升空間。他認為,當務(wù)之急是摸索建立產(chǎn)業(yè)可持續(xù)運行的、完整的產(chǎn)業(yè)鏈條和能夠大規(guī)模推廣應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

  “不管是誰處理,都要算經(jīng)濟賬。在沒有強制處理的情況下,只要不劃算,企業(yè)的積極性就會大大下降。”中國能源研究會能源與環(huán)境專委會秘書長王衛(wèi)權(quán)說。

  西部一家退役風機回收處理企業(yè)負責人給記者算了一筆賬:根據(jù)風電場的不同地理位置和基礎(chǔ)設(shè)施條件,拆除、運輸一臺風機的費用,最低為30萬元左右,最高可能達百萬元。

  退役風機的金屬塔筒、機電設(shè)備等可以競價回收,抵消部分拆除成本,但較難處置的葉片則成為“燙手山芋”。“目前葉片處置費的業(yè)內(nèi)行情價在800—2000元/噸之間,具體多少還要看葉片的數(shù)量、狀況等。”程剛齊說。

  王衛(wèi)權(quán)坦言,大多數(shù)業(yè)主在10多年前開發(fā)陸上風電時,基本沒有考慮過廢舊風機回收處理的成本。

  根據(jù)《指導意見》,集中式風電和光伏發(fā)電企業(yè)應(yīng)依法承擔退役新能源設(shè)備處理責任。但在某葉片回收企業(yè)負責人看來,企業(yè)不僅要花錢買葉片,退役后還要額外花一筆錢來處置葉片,相當于兩頭付費,處置積極性不高。

  由于退役風機回收處理問題目前剛剛顯現(xiàn),拆解一臺或者報廢一臺機組究竟要多少錢,如今行業(yè)尚無定論。

  金風科技有關(guān)負責人提到,對退役機組的回收價值缺乏行之有效的評估辦法。如果以廢舊金屬的市場回收價格來看,目前退役機型整體評估殘值高于市場需求價值,這影響了回收企業(yè)參與其中的積極性。

  此外,發(fā)電企業(yè)多為國有企業(yè),退役風機回收處置涉及國有資產(chǎn)交易流轉(zhuǎn),既要高效流暢,又要規(guī)范合理,還需要摸索出更加行之有效的產(chǎn)業(yè)運行模式。

  記者在采訪中了解到,目前不少企業(yè)對退役后的風機主要采取在合適地點暫時存放的方式,這一方面在短期內(nèi)避免了切割分解、長距離運輸?shù)葐栴},另一方面也期待在相關(guān)產(chǎn)業(yè)進一步成熟后能夠降低處理成本,甚至帶來一定收益。

  如何進一步降低退役風機回收利用成本,提升企業(yè)的積極性?秦海巖建議,首先要明確責任主體,并盡快完善落實行業(yè)標準、技術(shù)規(guī)范、認證體系等,建立起合理的商業(yè)模式。例如,國家對規(guī)?;a(chǎn)線建設(shè)進行預算內(nèi)資金支持,逐步建立綜合利用產(chǎn)品綠色認證體系,并給予稅收政策優(yōu)惠。

  金風科技有關(guān)負責人也建議,可將優(yōu)惠的綠色金融服務(wù)引入風電機組資源化處置產(chǎn)業(yè)鏈條當中,提供資金便利,提升企業(yè)積極性。有條件的地方可制定退役風電機組循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)專項支持政策。

  12月19日,國家發(fā)展改革委政策研究室副主任、新聞發(fā)言人李超在解讀《指導意見》時表示,國家發(fā)展改革委將會同有關(guān)部門持續(xù)落實《指導意見》明確的各項任務(wù),統(tǒng)籌現(xiàn)有資金渠道,加大對相關(guān)重點項目建設(shè)的支持力度,引導金融機構(gòu)為符合條件的相關(guān)項目提供融資便利;支持重點地區(qū)建設(shè)風電光伏設(shè)備循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),探索區(qū)域協(xié)同回收利用模式,培育風電光伏設(shè)備循環(huán)利用央企“領(lǐng)跑者”。

  值得一提的是,今年4月至10月,全國政協(xié)人口資源環(huán)境委員會圍繞“加快建立新能源產(chǎn)業(yè)再生資源回收利用體系”開展了一系列調(diào)查研究。近日,全國政協(xié)召開雙周協(xié)商座談會,圍繞“加快建立新能源產(chǎn)業(yè)再生資源回收利用體系”協(xié)商議政。參加全國政協(xié)雙周協(xié)商座談會的多位委員提到,在新能源產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展的現(xiàn)狀和設(shè)備即將面臨大規(guī)模退役的形勢下,加快建設(shè)退役設(shè)備回收利用體系至關(guān)重要。

  “雙碳”目標下,如何實現(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)鏈綠色閉環(huán)發(fā)展,仍需科技界、產(chǎn)業(yè)界等共同探索,交出一份綠色低碳發(fā)展的高質(zhì)量答卷。


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