【風電】國內首套可回收熱固性樹脂風機葉片成功下線

 近日,央視《新聞直播間》對鹽城射陽"國內首套可回收風機葉片成功下線"新聞進行了報道。

 

株洲時代新材料科技股份有限公司射陽工廠堆場,長長的風電葉片整齊排列。日前,全國首套可回收風電葉片從這里出發運往風場。這套82米長的可回收熱固性樹脂葉片TMT82順利發貨,標志著我國在風電行業退役葉片循環利用技術上的重大突破。

 

據射陽中車風電葉片工程有限公司工藝副經理梁冰介紹:這是我國首套可回收熱固性樹脂的風電葉片。

 

 

 

 

在全球可再生能源需求日益增長的背景下,風力發電是能源結構轉型重要支柱之一。然而,隨著風電設施的廣泛應用,退役風力渦輪葉片的處理問題逐漸浮出水面。這些葉片由玻璃纖維、碳纖維等復合材料制成,具備耐久性、輕量化特性,但在生命周期結束后,卻因其難以降解,對環境構成挑戰。過去,對退役葉片業內普遍采用焚燒或填埋處置手段,即便是采用物理破碎的方法,產生的樹脂粉末、短纖維等產物附加值低,應用場景極為有限,無法從根本上解決退役葉片處置問題,導致碳排放加劇。

 

數據顯示,2025年至2030年,我國將出現第一波風機退役高潮,龐大的退役葉片規模,對技術創新提出迫切要求。為解決這一難題,行業內一直在進行項目攻關。TMT82葉型創新性采用可逆化學鍵樹脂體系,在保持傳統環氧樹脂力學性能的基礎上,通過定向化學解聚技術實現“樹脂—纖維”高效分離,從而達到葉片材料回收的目的。

 

“風電葉片材料中,玻璃纖維、碳纖維是骨架,樹脂為血液,融入葉片全身。”株洲時代新材料公司風電產品事業部開發中心工程師黃逸舟解釋說,傳統葉片采用的環氧樹脂,像一款強力膠將各個零部件黏住,難以拆解回收,而新型葉片每個零部件都可以拆卸。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TMT82型葉片已具備批量生產能力,這是否標志著退役風電葉片帶來的環保難題已得到解決?黃逸舟說,葉片廠商研發生產的每一款產品都需要市場來檢驗,新技術帶來的成本增加,有可能會導致購買方望而卻步。

 

盡管新產品會帶來風險挑戰,但可回收葉片前景廣闊。“可回收熱固性樹脂葉片退役時的固廢量將大幅減少,規避有毒有害氣體排放,相較傳統葉片,單支TMT82型葉片全生命周期碳足跡可減少27噸以上。”省社科院區域現代化研究院副院長程俊杰建議,在“雙碳”戰略和歐盟碳關稅實施背景下,企業應加大針對退役葉片可循環利用技術的研發,地方政府也應加大支持力度,推動新能源行業科技創新和產業創新融合發展。

 

作為全省、全國重要的風電產業集聚地,鹽城海上風電整機產能約占全國的40%以上,葉片產能約占全國20%,已成為全球海上風電裝備綜合產能最大的基地之一。射陽在鹽城最早規劃布局零碳產業園區,已有中國中車、遠景能源等風電行業龍頭企業落戶。

 

風電葉片回收難在哪里?

 

大型風電葉片回收的難點集中于材料不可逆性、技術經濟性、產業鏈協同與政策缺失四維矛盾。

 

01材料特性帶來的根本難題

01熱固性樹脂的化學穩定性

風電葉片常用的環氧樹脂,在固化后會形成穩固的三維交聯結構。這種結構中的化學鍵能頗高,以 C-O 鍵為例,鍵能大約在 360 kJ/mol,C-N 鍵能約為 305 kJ/mol 。如此高的鍵能使得常規的物理或化學手段很難將其破壞。并且,玻纖或者碳纖維與樹脂之間借助化學偶聯劑形成了高強度的界面,其剪切強度大于 30 MPa。在進行機械分離時,由于界面結合力強,極易造成纖維斷裂,斷裂后的纖維長度往往小于 5 mm,這極大地影響了纖維的性能和后續使用。

02復合材料異質性

風電葉片是多種材料的復合體,其中包含玻纖、碳纖維、芯材泡沫以及粘接膠等。當對這些材料進行混合回收時,會導致回收產物的純度較低。以芯材 PET 泡沫為例,它與樹脂混雜后,需要額外進行分選,這一過程會使成本增加 30% 以上。不同材料的物理和化學性質差異較大,使得在回收過程中難以采用統一的處理方法,進一步加大了回收難度。

 

02技術瓶頸與工藝挑戰

01機械回收:低值化困局

機械回收主要是將葉片粉碎,然而這一過程會導致纖維性能退化嚴重。粉碎后的短玻纖長度通常小于 1 cm,其增強效率僅僅是原生纖維的 20 - 40% 。由這些短玻纖制成的再生復合材料,抗拉強度小于 100 MPa,而原生材料的抗拉強度則大于 500 MPa 。性能的大幅下降使得再生材料的應用場景極為受限,目前主要用于低端建材領域,如水泥填料。其經濟價值較低,每噸價格不足1000 元,遠遠無法覆蓋每噸約 2000 元的回收成本。

02熱解技術:能耗與纖維損傷

熱解技術要實現環氧樹脂的完全熱解,需要溫度高于 600℃,如此高溫使得能耗高達 5 - 8 kWh/kg,處理每噸葉片的成本超過 3000 元。在熱解過程中,玻纖的拉伸強度會下降 40 - 60%,從原本的 2400 MPa 降至 1000 - 1400 MPa 。碳纖維在高溫下表面容易發生氧化,導致其與樹脂的界面性能惡化,這不僅影響了纖維的回收質量,也限制了熱解技術在實際應用中的推廣。

03化學回收:工業化障礙

化學回收中的超臨界流體技術,例如使用超臨界甲醇,其設備投資超過 5000 萬元。而且在一些化學回收方法中,會用到貴金屬催化劑,像釕,價格高達 200 元 /g 以上,這極大地增加了回收成本。此外,化學回收過程中產生的酸性降解液,如硝酸,會產生含氮氧化物廢氣,對這些廢氣進行處理的成本會使整體回收成本增加 15 - 20% ,這些因素嚴重阻礙了化學回收技術的工業化進程。

04可回收樹脂技術:性能與成本平衡

動態共價樹脂,如 CDN,在耐濕熱性方面存在不足。當處于 80℃/95% RH 的環境下 48 小時后,其強度下降超過 20% 。熱塑性樹脂,像 Elium,雖然在可回收方面有優勢,但其粘度較高,在灌注過程中,時間比環氧樹脂長 30%,這導致生產效率降低,進而增加了生產成本,如何在性能與成本之間找到平衡是可回收樹脂技術面臨的關鍵難題。

 

03經濟性與產業鏈協同問題

01成本 - 收益倒掛

機械回收成本每噸約 2000 元,熱解回收成本每噸約 3000 元,化學回收成本每噸更是高達 5000 元 。而回收得到的再生材料收益卻不理想,玻纖粉每噸價格小于 1000 元,短碳纖維每噸價格在 1 - 2 萬元,均遠遠低于原生材料的價格,原生玻纖每噸約 4000 元,原生碳纖維每噸高達 15 萬元 ,這種成本與收益的倒掛使得回收企業面臨巨大的經濟壓力。

02市場需求不足

再生玻纖的應用場景有限,全球范圍內僅有 10% 的建材企業愿意接受再生玻纖,并且添加比例小于 15% ?;厥諛渲瑔误w需要重新合成,但是對其純度要求極高,需大于 99%,技術門檻過高,導致閉環利用困難,市場對回收材料的需求難以有效拉動。

03產業鏈割裂

在風電葉片回收產業鏈中,葉片制造商、風電場業主以及回收企業的責任主體劃分并不清晰。在中國,80% 的退役葉片仍然由業主自行處理,缺乏專業的回收渠道和技術。而且,從區域分布來看,中國西北地區如新疆,風電場較為集中,但回收企業大多分布在東部地區,這使得運輸成本占比超過 30%,嚴重影響了回收效率和經濟效益。

 

04政策與標準缺失

01法規執行力度不足

歐盟在 2016 年就禁止填埋風電葉片,然而各成員國的執行情況差異較大。德國的回收率超過 50%,而希臘仍然依賴填埋的方式處理退役葉片。在中國,目前還沒有強制的回收法規,2023 年僅有 30% 的退役葉片進入正規回收渠道,大量葉片沒有得到妥善處理。

 

02標準體系不完善

全球范圍內缺乏統一的再生材料認證標準,例如對于 “再生碳纖維”,其短纖維含量、表面活性等指標沒有明確的界定。在碳足跡計算方面,葉片全生命周期碳排放核算方法也未統一,這使得在參與碳交易市場時面臨諸多困難,無法通過碳交易激勵企業積極參與回收。