文章來(lái)源：本文整理翻譯自歐洲化學(xué)工業(yè)委員會(huì)（Cefic）和歐洲復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)（EuCIA）、WindEurope推出的《Accelerating Wind Turbine Blade Circularity》，2020年5月。

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本報(bào)告由WindeEurope、Cefic和EuCIA通過(guò)一個(gè)關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片回收的跨部門協(xié)作平臺(tái)共同編制。本報(bào)告的目的在于：

• 1.描述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)和材料組成；

• 2.強(qiáng)調(diào)預(yù)期的復(fù)合材料廢棄物量，包括風(fēng)力渦輪機(jī)葉片廢棄物；

• 3.繪制歐洲管理復(fù)合材料廢棄物的現(xiàn)行條例；

• 4.介紹處理復(fù)合材料廢棄物的現(xiàn)有再循環(huán)和回收技術(shù)，以及使用復(fù)合材料廢棄物的創(chuàng)新應(yīng)用；

• 5.為研究和創(chuàng)新提供建議，以進(jìn)一步提高風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的循環(huán)設(shè)計(jì)。

本報(bào)告僅供一般信息使用，盡管其內(nèi)容是以最大誠(chéng)信原則提供的，并且基于當(dāng)前可用的最佳信息，但用戶應(yīng)自行承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)其完整性或準(zhǔn)確性不作任何陳述或保證，作者不承擔(dān)任何責(zé)任。

我們要感謝WindeEurope可持續(xù)發(fā)展工作組成員的專門審查和投入。

特別是：西門子Gamesa可再生能源、長(zhǎng)征風(fēng)電、TPI復(fù)合材料、GE可再生能源、MHI Vestas、Vattenfall、Vestas、Nordex、EDF Renuvelables、Engie和?rsted。

目錄

摘要

1. 導(dǎo)言

1.1 跨部門平臺(tái)

1.2 目標(biāo)

1.3 背景

2. 復(fù)合材料與風(fēng)能行業(yè)

2.1 引言

2.2 葉片結(jié)構(gòu)與材料組成 

2.3 葉片材料的未來(lái)趨勢(shì)

3. 市場(chǎng)前景

3.1 老化的陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

3.2 復(fù)合廢料：跨部門的挑戰(zhàn)

4. 立法背景

4.1 引言

4.2 復(fù)合材料廢棄物分類

4.3 現(xiàn)行法規(guī)

4.3.1 現(xiàn)有的法規(guī)激勵(lì)性措施——垃圾填埋禁令和稅收

4.3.2 現(xiàn)有的法規(guī)激勵(lì)性措施——生產(chǎn)者責(zé)任延伸

5. 廢棄葉片處理方法

5.1 廢棄物處理層級(jí)

5.1.1 前期預(yù)防

5.1.2 多次使用

5.1.3 調(diào)整用途

5.1.4 回收利用

5.1.5 填埋或焚燒處置

5.2 回收處理技術(shù)及技術(shù)成熟度

5.2.1 水泥共處理（水泥窯路線）

5.2.2 機(jī)械研磨

5.2.3 熱解

5.2.4 高壓電脈沖破碎

5.2.5 溶劑分解

5.2.6 流化床技術(shù)

5.3 總結(jié)

6. 將葉片回收提升到一個(gè)新的水平

附錄A.——公開(kāi)資助的項(xiàng)目

摘要

隨著風(fēng)電行業(yè)在全球范圍內(nèi)不斷增長(zhǎng)，以提供可再生能源，我們致力于推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，從而在產(chǎn)品生命周期內(nèi)減少對(duì)環(huán)境的影響。為此，WindeEurope（代表風(fēng)能行業(yè)）、Cefic（代表歐洲化工行業(yè)）和EuCIA（代表歐洲復(fù)合材料行業(yè)）創(chuàng)建了一個(gè)跨部門平臺(tái)，以推進(jìn)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片回收利用的方法，包括技術(shù)、工藝、廢物流管理，重新融入價(jià)值鏈和物流。

如今，大約85%到90%的風(fēng)力渦輪機(jī)總質(zhì)量可以回收利用[1]、[2]、[3]。風(fēng)力渦輪機(jī)的大部分部件——基礎(chǔ)、塔架和機(jī)艙中的部件——已經(jīng)建立了回收實(shí)踐。然而，由于風(fēng)力機(jī)葉片生產(chǎn)中使用的復(fù)合材料，使其回收利用面臨更大的挑戰(zhàn)。雖然存在各種回收葉片的技術(shù)，越來(lái)越多的公司提供復(fù)合回收服務(wù)，但這些解決方案尚未廣泛提供，成本也不具有競(jìng)爭(zhēng)力。

風(fēng)力渦輪機(jī)葉片由復(fù)合材料制成，通過(guò)允許更輕和更長(zhǎng)的葉片具有優(yōu)化的氣動(dòng)外形，提高風(fēng)能的性能。今天，全球有250萬(wàn)噸復(fù)合材料用于風(fēng)能領(lǐng)域[1]。WindeEurope估計(jì)，到2023年（4年），大約有14000個(gè)葉片可以退役，相當(dāng)于40000到60000噸。回收這些舊葉片是風(fēng)電行業(yè)的頭等大事。這就需要為拆卸、收集、運(yùn)輸、廢物管理和重新融入價(jià)值鏈提供后勤和技術(shù)解決方案。

復(fù)合材料回收不僅是風(fēng)電行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，也是跨行業(yè)的挑戰(zhàn)。到2025年，葉片廢料僅占熱固性復(fù)合材料廢料總量的10%。相對(duì)較低的復(fù)合葉片廢料使得僅基于此廢料流建立再循環(huán)業(yè)務(wù)具有挑戰(zhàn)性。需要所有綜合利用部門和當(dāng)局的積極參與，以制定成本效益高的解決方案和強(qiáng)大的歐洲價(jià)值鏈。

現(xiàn)有的歐洲廢物立法強(qiáng)調(diào)，必須發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高回收率，以處理不必要的廢物污染，提高資源利用效率。在國(guó)家一級(jí)，德國(guó)、奧地利、芬蘭和荷蘭禁止復(fù)合材料填埋。法國(guó)正在考慮在其監(jiān)管框架中引入一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的回收目標(biāo)，該目標(biāo)將于2020年更新。今后可能會(huì)有更多的準(zhǔn)則和立法的協(xié)調(diào)，這將更有效地促進(jìn)泛歐葉片廢物回收市場(chǎng)的發(fā)展。風(fēng)電行業(yè)目前正在制定一項(xiàng)關(guān)于拆除和退役風(fēng)力渦輪機(jī)的國(guó)際準(zhǔn)則的提案。

目前，復(fù)合材料廢棄物回收利用的主要技術(shù)是水泥協(xié)同處理。水泥聯(lián)合處理在商業(yè)上可用于處理大量廢物（盡管還不是在所有地區(qū)）。在這個(gè)過(guò)程中，礦物成分被重新用于水泥中。然而，玻璃纖維的形狀在加工過(guò)程中并沒(méi)有得到保持，從廢物層次的角度來(lái)看，這可能是不太可取的。WindEurope、Cefic和EuCIA大力支持通過(guò)開(kāi)發(fā)替代性回收技術(shù)來(lái)增加和改進(jìn)復(fù)合材料廢棄物的回收利用，這些技術(shù)可以產(chǎn)生更高價(jià)值的回收利用物，并可以生產(chǎn)新的復(fù)合材料。替代熱回收或化學(xué)回收技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化，可能會(huì)為建筑與施工、運(yùn)輸、海洋和風(fēng)力發(fā)電等行業(yè)提供復(fù)合材料，并為使用壽命終止提供額外的解決方案。

歐洲需要投入更多的研究和創(chuàng)新，以使復(fù)合材料回收技術(shù)多樣化和規(guī)?；_(kāi)發(fā)可循環(huán)利用的新型高性能材料，并設(shè)計(jì)方法以增強(qiáng)葉片的循環(huán)利用和回收能力。同時(shí)，必須更廣泛地利用現(xiàn)有的處理途徑，如水泥聯(lián)合處理，以處理當(dāng)前的廢物流。最后，還應(yīng)提高對(duì)與材料選擇和不同廢棄物處理方法相關(guān)的環(huán)境影響的科學(xué)認(rèn)識(shí)（生命周期評(píng)估）。

1. 導(dǎo)言

風(fēng)能是歐洲能源結(jié)構(gòu)中越來(lái)越重要的一部分。第一代風(fēng)力渦輪機(jī)現(xiàn)在開(kāi)始接近使用壽命，并被現(xiàn)代渦輪機(jī)所取代?；厥张f葉片是我們的首要任務(wù)，與化學(xué)和復(fù)合材料行業(yè)合作將使我們能夠以最有效的方式做到這一點(diǎn)。

-Giles Dickson，WindEurope首席執(zhí)行官

化工行業(yè)在向循環(huán)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過(guò)程中起著決定性的作用，它投資于新材料的研發(fā)，使風(fēng)力渦輪葉片更可靠、更實(shí)惠、更可回收。創(chuàng)新源于合作，我們期待著共同努力，推進(jìn)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的回收利用。

-Marco Mensink， Cefic總干事

風(fēng)能行業(yè)一直在使用復(fù)合材料方面處于最前沿，因?yàn)樗鼈儗?duì)可持續(xù)能源的生產(chǎn)起到了重要作用。通過(guò)這次合作，我們希望樹(shù)立一個(gè)偉大的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，最終也將幫助其他行業(yè)的客戶，例如船舶，建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。

-Roberto Frassine，EuCIA總裁

1.2 目標(biāo)

該報(bào)告的目的是介紹在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中使用的復(fù)合材料的回收利用狀況。 該報(bào)告基于一系列調(diào)查結(jié)果，目的在于：

• 1.描述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)和材料組成；

• 2.重點(diǎn)介紹復(fù)合材料廢棄物的預(yù)期量，包括風(fēng)力渦輪機(jī)葉片廢物；

• 3.介紹有關(guān)歐洲復(fù)合材料廢棄物的現(xiàn)行法規(guī)；

• 4.描述了用于處理復(fù)合材料廢棄物的現(xiàn)有回收和回收技術(shù)，以及使用復(fù)合材料廢棄物的創(chuàng)新應(yīng)用；

• 5.為研究和創(chuàng)新提供建議，以進(jìn)一步增強(qiáng)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的循環(huán)，包括新材料和可回收利用的設(shè)計(jì)。

該報(bào)告提供了有關(guān)該主題的相關(guān)實(shí)用信息，并促進(jìn)了復(fù)合材料葉片廢物的可持續(xù)管理。 對(duì)此主題的研究正在進(jìn)行中，隨之而來(lái)的挑戰(zhàn)是與時(shí)俱進(jìn)。 如果您還有其他意見(jiàn)，請(qǐng)通過(guò)Sustainability-Platform@windeurope.org通知我們。

1.3 背景

圖1、歐洲年度總安裝量

資料來(lái)源：WindEurope

考慮到以下因素，未來(lái)將有越來(lái)越多的風(fēng)力渦輪機(jī)退役：

• 1.風(fēng)力渦輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)使用壽命約為20-25年，現(xiàn)在某些風(fēng)力渦輪機(jī)的使用壽命可以延長(zhǎng)到35年；

• 2.重新供電的機(jī)會(huì)不斷增加，即用更新，更高效的模型替換舊模型，可使風(fēng)電場(chǎng)的電力輸出增加2倍。

1990年代安裝的許多風(fēng)力渦輪機(jī)的功率為幾百千瓦，輪轂高度在60m以下。如果用更高，功率更大的渦輪機(jī)代替，則能源收益的增加可能是可觀的。確實(shí)，對(duì)歐洲100多個(gè)供電項(xiàng)目的分析表明，平均而言，渦輪機(jī)的數(shù)量減少了三分之一，而風(fēng)電場(chǎng)的容量卻翻了一番以上[7]。

如果各國(guó)能夠?yàn)樵絹?lái)越多的舊風(fēng)力渦輪機(jī)提供動(dòng)力，那么到2023年，約有14,000個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片將退役[4]，相當(dāng)于40,000-60,000噸。

風(fēng)能工業(yè)致力于促進(jìn)更循環(huán)的經(jīng)濟(jì)并確定支持這種經(jīng)濟(jì)的方式。 為了在生命周期方法中最大化風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境效益，需要一種可持續(xù)的方法來(lái)處理風(fēng)力渦輪機(jī)的使用壽命（圖2）。為此，風(fēng)電行業(yè)正在積極尋找可以利用從風(fēng)電場(chǎng)退役的材料和設(shè)備的行業(yè)和部門。風(fēng)力行業(yè)希望與他們合作，以提高風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的可循環(huán)性，包括通過(guò)開(kāi)發(fā)新的更易于回收的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料。

圖2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的生命周期

資料來(lái)源：WindEurope

2. 復(fù)合材料與風(fēng)能行業(yè)

退役期間地基的處理因國(guó)而異。在一些國(guó)家基礎(chǔ)需要拆除。去除后的基礎(chǔ)中的混凝土可以回收為骨料，用于建筑材料或道路建設(shè)。在其他國(guó)家，地基可能會(huì)部分或全部留在原地，如果拆除會(huì)導(dǎo)致更大的環(huán)境影響，或者如果土地所有者已指定這樣做。

風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的回收利用更具挑戰(zhàn)性，這主要是由于其生產(chǎn)中使用了復(fù)合材料。盡管存在可用于回收葉片的各種技術(shù)（請(qǐng)參閱第5章），但這些解決方案尚未廣泛使用且具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。本節(jié)介紹渦輪葉片的結(jié)構(gòu)和材料組成，重點(diǎn)介紹可回收性。它還探討了旨在提高葉片可循環(huán)性的葉片設(shè)計(jì)和材料成分的未來(lái)趨勢(shì)。

2.2 葉片結(jié)構(gòu)與材料組成

1.增強(qiáng)纖維，如玻璃纖維和碳纖維。玻璃纖維是風(fēng)力機(jī)葉片復(fù)合構(gòu)件中的主要增強(qiáng)材料。碳纖維也用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片（在翼梁中），但程度較低。與玻璃纖維相比，碳纖維具有更高的強(qiáng)度和剛度，具有許多優(yōu)點(diǎn)，但其較高的單位體積成本是在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)進(jìn)一步部署的關(guān)鍵障礙。玻璃纖維和碳纖維的混合物也存在。

2.聚合物基質(zhì)，例如熱固性樹(shù)脂，如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、乙烯基酯、聚氨酯或熱塑性塑料。

3.夾芯，例如巴沙木或泡沫，例如聚氯乙烯（PVC）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）泡沫；

4.結(jié)構(gòu)粘合劑，如環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯（PUR）；

5.涂層，如聚酯（UPR）、聚氨酯（PUR）；

6.金屬，如銅或鋁布線（防雷系統(tǒng)）、鋼螺栓。

圖3、風(fēng)電葉片的通用橫截面

資料來(lái)源：TPI復(fù)合材料

纖維和聚合物的組合（也稱為復(fù)合材料）代表了葉片材料成分的大部分（60-70％的增強(qiáng)纖維和30-40％的聚合物基體重量）。在許多方面，復(fù)合材料是有利的，因?yàn)樗鼈儯?/span>

• 1.在相對(duì)較低的密度（高強(qiáng)度重量比）下結(jié)合高抗拉強(qiáng)度的特性，以承受機(jī)械載荷要求并在空氣動(dòng)力學(xué)方面達(dá)到最佳性能；

• 2.提供抗疲勞，耐腐蝕，導(dǎo)電和導(dǎo)熱的特性，這對(duì)于預(yù)期的使用壽命（20至30年）很重要；

• 3.提供設(shè)計(jì)和制造方面的靈活性，可以優(yōu)化葉片的空氣動(dòng)力學(xué)形狀，從而提高渦輪效率；

• 4.實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量，從而降低能源成本。

  
  

目前，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片由基于熱固性聚合物的復(fù)合材料制成。這些聚合物在不可逆過(guò)程中發(fā)生交聯(lián)。在抗疲勞性和機(jī)械強(qiáng)度方面，交聯(lián)是獲得所需性能的關(guān)鍵要求。

與熱固性塑料不同，熱塑性塑料不進(jìn)行交聯(lián)。因此，熱塑性塑料可以熔化，因此更容易以簡(jiǎn)單的形狀和組件回收。它們具有更容易回收的潛力，盡管葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜性使其很難。此外，與熱固性塑料相比，處于可比較價(jià)格范圍的熱塑性塑料的機(jī)械性能，耐用性和可加工性目前限制了它們?cè)谌~片中的應(yīng)用。

2.3 葉片材料的未來(lái)趨勢(shì)

除了提高廢物收集效率和合并廢物量外，高投資成本和能源需求似乎是更大范圍地實(shí)施和擴(kuò)大新型復(fù)合材料回收技術(shù)的普遍限制（請(qǐng)參閱第5章）。目前正在進(jìn)行多個(gè)項(xiàng)目，以通過(guò)減少相同數(shù)量材料所需的處理時(shí)間以及增加過(guò)程的材料產(chǎn)量來(lái)提高能源效率。

這將轉(zhuǎn)化為較低的成本，并允許更可接受的能源使用，同時(shí)不抵消回收材料的好處。但是，為了使回收技術(shù)更加有效和可持續(xù)，這些技術(shù)的開(kāi)發(fā)需要與材料開(kāi)發(fā)相結(jié)合[10]。

材料創(chuàng)新應(yīng)努力對(duì)葉片的生產(chǎn)，維護(hù)，使用壽命和環(huán)境足跡產(chǎn)生積極影響。歐洲技術(shù)平臺(tái)表明，葉片材料的研究是重要的研究領(lǐng)域[1]，[11]，并將可持續(xù)性和循環(huán)利用作為一個(gè)戰(zhàn)略問(wèn)題[12]。

表1、風(fēng)力渦輪機(jī)葉片材料研究領(lǐng)域

3. 市場(chǎng)前景

西班牙塔里法El Cabrito重新供電項(xiàng)目。2018年完成。拆卸時(shí)已經(jīng)25年了，同樣輸出容量的渦輪機(jī)減少了87%。                      資料來(lái)源：ACCIONA

圖4、歐洲陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的使用年限

資料來(lái)源：WindEurope

3.2 復(fù)合廢料：跨部門的挑戰(zhàn)

預(yù)計(jì)來(lái)自風(fēng)能行業(yè)的復(fù)合材料廢棄物數(shù)量將繼續(xù)增加（圖5）。但是，風(fēng)能行業(yè)產(chǎn)生的復(fù)合材料廢棄物遠(yuǎn)少于其他行業(yè)。根據(jù)EuCIA的估計(jì)，到2025年風(fēng)能將產(chǎn)生66000噸熱固性復(fù)合材料廢棄物。這僅占熱固性復(fù)合材料廢棄物估計(jì)總量的10％（不到熱固性塑料和熱塑性塑料相結(jié)合的估計(jì)復(fù)合廢物總量的5％）。其他復(fù)合材料廢棄物產(chǎn)生部門是建筑和建筑，電氣和電子，運(yùn)輸，海洋，生產(chǎn)廢料，航空，消費(fèi)以及罐管部門。

圖5、復(fù)合廢物產(chǎn)生–行業(yè)趨勢(shì)（千噸/年）

關(guān)鍵假設(shè)：風(fēng)力復(fù)合材料的平均壽命為20年。風(fēng)力復(fù)合材料商業(yè)應(yīng)用的第一年預(yù)測(cè)是從2000年開(kāi)始。該分析基于JEC提供的復(fù)合材料全球生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并假設(shè)全球復(fù)合材料生產(chǎn)量與全球復(fù)合材料消費(fèi)量相同（僅基于熱固性塑料）。它進(jìn)一步假設(shè)，由于歐洲（包括土耳其）的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值為22%，歐洲的復(fù)合材料消費(fèi)量占全球復(fù)合材料消費(fèi)量的22%。某些細(xì)分市場(chǎng)的外推是不確定的，因此總路線的外推不超過(guò)2025年。

資料來(lái)源：EuCIA，2020

復(fù)合材料回收是一個(gè)跨行業(yè)的挑戰(zhàn)，而不僅僅是風(fēng)能行業(yè)的挑戰(zhàn)。 實(shí)際上，復(fù)合風(fēng)電葉片廢料使建立基于這種廢料流的回收業(yè)務(wù)成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。 所有使用復(fù)合材料的部門必須共同努力，為復(fù)合材料廢物的總量找到具有成本效益的解決方案和價(jià)值鏈。 如上所述，風(fēng)能行業(yè)已經(jīng)與Cefic和EuCIA合作。

4. 立法背景

4.2 復(fù)合材料廢棄物分類

• 07 02 13，來(lái)自有機(jī)化學(xué)過(guò)程的廢塑料；

• 10 11 03，來(lái)自熱處理的廢玻璃纖維材料；

• 10 11 12，廢玻璃，但不包括 10 11 11 來(lái)自熱處理的；

• 10 11 99，熱處理沒(méi)有另行規(guī)定的廢物；

• 12 01 05，對(duì)金屬和塑料進(jìn)行成型和物理機(jī)械表面處理后產(chǎn)生的塑料屑和金屬屑。

國(guó)家主管部門需要確保將正確且適用的法規(guī)應(yīng)用于葉片廢料。 這將確保有效的單獨(dú)收集和分類，并有助于確定適當(dāng)授權(quán)的廢物處理方案。 擁有可以提供大量單一清潔復(fù)合材料的廢物流，可以提高所選廢物處理方案的效率。 但是，如上所述，復(fù)合材料廢棄物通常被分類為塑料廢物。 因此，它可能會(huì)與其他類型的塑料混合。 具有不同的廢物分類也可能會(huì)限制整個(gè)歐洲的回收復(fù)合材料市場(chǎng)的潛力。

4.3 現(xiàn)行法規(guī)

在國(guó)家一級(jí)，有四個(gè)國(guó)家在其廢物立法中明確提到復(fù)合材料廢棄物：德國(guó)、奧地利、荷蘭和芬蘭。這些國(guó)家禁止將復(fù)合材料填埋或焚化（請(qǐng)參閱下面的國(guó)家案例研究）。法國(guó)正在考慮在其監(jiān)管框架中引入風(fēng)力渦輪機(jī)的回收目標(biāo)（將于2020年更新）[15]。

如果設(shè)計(jì)合理且正確實(shí)施，則垃圾填埋禁令或稅收可以推動(dòng)改變工業(yè)慣例。他們可以勸阻處置，并刺激更多的循環(huán)解決方案。

在將復(fù)合材料廢棄物的回收成本與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片廢棄物的垃圾掩埋稅水平進(jìn)行比較時(shí)，某些國(guó)家的稅收水平被認(rèn)為太低，無(wú)法觸發(fā)向更多循環(huán)利用的實(shí)質(zhì)性改變。

會(huì)員國(guó)使用了垃圾掩埋禁令和/或稅收來(lái)鼓勵(lì)避免對(duì)不同類型的廢棄物進(jìn)行垃圾掩埋。

德國(guó)：2009年開(kāi)始實(shí)施一項(xiàng)禁止直接填埋有機(jī)物總含量高于5%的廢物的禁令?？紤]到葉片包含有機(jī)部分（由于樹(shù)脂將玻璃纖維粘合在一起），不能填埋。為了應(yīng)對(duì)這一法規(guī)限制，開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)解決方案，用于處理大量玻璃纖維增強(qiáng)聚合物廢物，稱為“水泥窯路線”或水泥共處理。在德國(guó)北部建立了一個(gè)水泥協(xié)同處理廠，該廠每年使用約15,000噸復(fù)合材料廢棄物，其中10,000噸來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。該工廠的總產(chǎn)能為30,000噸/年。成本約為150歐元/噸（入場(chǎng)費(fèi)）。

荷蘭：根據(jù)《國(guó)家廢物管理計(jì)劃》的第三版，“原則上”禁止對(duì)復(fù)合材料廢棄物進(jìn)行填埋。但是，如果替代處理的成本高于200歐元/噸，則風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商可以從“豁免”中受益。根據(jù)WindEurope進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查，在荷蘭，機(jī)械回收風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的成本在500-1,000歐元/噸之間，包括現(xiàn)場(chǎng)預(yù)切割，運(yùn)輸和加工。機(jī)械回收本身的成本在150-300歐元/噸之間。這意味著仍然要進(jìn)行填埋。

無(wú)論此類法規(guī)是否影響復(fù)合材料廢棄物，風(fēng)電行業(yè)都力求避免按照歐盟廢棄物等級(jí)（圖6）填埋處理葉片廢棄物。它正與其他復(fù)合材料用戶一起積極尋找回收替代品。

生產(chǎn)者責(zé)任延伸（EPR）是一項(xiàng)政策，已被其他部門用來(lái)推動(dòng)工業(yè)實(shí)踐的變革。生產(chǎn)者對(duì)消費(fèi)后產(chǎn)品的處理或處置負(fù)有重大的財(cái)務(wù)和/或物質(zhì)責(zé)任。例如，根據(jù)《廢棄電氣和電子設(shè)備指令》（2012/19/EU），目前電子和電氣設(shè)備存在EPR。自2014年以來(lái)，光伏行業(yè)也采取了類似的計(jì)劃。

英國(guó)：光伏循環(huán)分銷商回收計(jì)劃（DTS）已獲得政府的全面認(rèn)證，使英國(guó)分銷商（即任何為私人家庭銷售光伏電池板的組織）能夠以合理的成本，通過(guò)全面的支持系統(tǒng)履行其收集和回收義務(wù)。這意味著任何經(jīng)銷商必須有一個(gè)程序，以收回光伏廢物。分銷商可以選擇建立自己的免費(fèi)回收操作或加入光伏循環(huán)分銷商回收計(jì)劃。

在其他行業(yè)，EPR是通過(guò)使用環(huán)境產(chǎn)品聲明（EPD）來(lái)考慮的。這些聲明提供了有關(guān)材料組成和生命周期評(píng)估的信息，還可以提供結(jié)構(gòu)拆卸和回收選項(xiàng)。例如，在建筑和建筑部門建立了環(huán)保署的使用。有一個(gè)歐洲標(biāo)準(zhǔn)描述了這些文件的“核心規(guī)則”（UNE EN 15804:2012+A1:2014建筑工程可持續(xù)性-環(huán)境產(chǎn)品聲明-建筑產(chǎn)品類別的核心規(guī)則）。

在法國(guó)和德國(guó)，已經(jīng)討論了風(fēng)電行業(yè)的EPR（見(jiàn)下文國(guó)家案例研究）。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片是非常大的結(jié)構(gòu)，因此，與電池、計(jì)算機(jī)和光伏電池板不同，它們不太可能與當(dāng)?shù)?/span>/城市廢物流混合。這已經(jīng)在WEEE指令中得到認(rèn)可，因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)被視為“大型固定安裝”。

法國(guó)：公正和生態(tài)過(guò)渡部委托進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)循環(huán)利用的研究。該報(bào)告于2019年10月發(fā)布，建議引入葉片EPR[16]。EPR責(zé)任已經(jīng)存在于14個(gè)領(lǐng)域，包括報(bào)廢車輛、報(bào)廢船舶、輪胎和未使用的醫(yī)療藥品。

2020年2月10日通過(guò)的新《循環(huán)經(jīng)濟(jì)法》將環(huán)保責(zé)任延伸至玩具、香煙、醫(yī)療用紡織品和建材等新產(chǎn)品。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片不包括在這個(gè)新的清單中。認(rèn)為風(fēng)力機(jī)葉片的EPR對(duì)提高葉片的循環(huán)利用率是無(wú)效的。相反，當(dāng)局和業(yè)界的共同努力被認(rèn)為更有可能取得成功。

德國(guó)：UBA（聯(lián)邦環(huán)境局）委托開(kāi)展了一項(xiàng)關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)退役和廢物管理的研究。研究結(jié)果提出建議在德國(guó)建立有效的拆卸系統(tǒng)[3]。這一假設(shè)除其他外，還可能包括原始設(shè)備制造商（OEM）產(chǎn)品責(zé)任的特定要素，包括：

• 1.關(guān)于葉片材料組成的信息和標(biāo)簽義務(wù)；

• 2.單獨(dú)處理，以確?；厥瘴锖吞娲剂系馁|(zhì)量；

• 3.高質(zhì)量回收或保證處置安全的義務(wù)；

• 4.包括制造商的知識(shí)和適應(yīng)產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)變化的加工技術(shù)；

• 5.處置過(guò)程中處置成本和組織義務(wù)的相關(guān)分配。

然而，該報(bào)告也強(qiáng)調(diào)了以下挑戰(zhàn)，反對(duì)引入葉片的具體產(chǎn)品責(zé)任：

• 1.許多風(fēng)力渦輪機(jī)制造商在歐洲各地都很活躍。德國(guó)有可能實(shí)施單獨(dú)的監(jiān)管，但與歐盟內(nèi)部市場(chǎng)的基本理念相悖；

• 2.所收集數(shù)據(jù)的格式和儲(chǔ)存地點(diǎn)（制造商、經(jīng)營(yíng)者、當(dāng)局）以及競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)性；

• 3.葉片的使用壽命長(zhǎng)是個(gè)人產(chǎn)品責(zé)任的障礙；

• 4.關(guān)于[玻璃纖維增強(qiáng)聚合物/碳纖維增強(qiáng)聚合物]的處置選擇的討論也擴(kuò)展到由這種材料制成的其他產(chǎn)品，可能必須更具體地針對(duì)材料流動(dòng)而不是產(chǎn)品。

目前，德國(guó)還沒(méi)有關(guān)于這一問(wèn)題的立法倡議。UBA正在進(jìn)行另一項(xiàng)關(guān)于“開(kāi)發(fā)葉片退役和回收標(biāo)準(zhǔn)”的研究。這項(xiàng)研究將從2020年開(kāi)始，為期20個(gè)月。

5. 廢棄葉片處理方法

處理層級(jí)

圖6、可持續(xù)葉片廢棄物處理的層次等級(jí)

資料來(lái)源：ETIPWind 

風(fēng)力發(fā)電行業(yè)致力于按照廢物等級(jí)進(jìn)行可持續(xù)的廢物管理。第一步是在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)替代零部件來(lái)預(yù)防葉片浪費(fèi)。例如：

• 1.減量，從而減少需回收的材料； 

• 2.降低故障率，延長(zhǎng)設(shè)計(jì)使用壽命；測(cè)試和認(rèn)證在這里起著至關(guān)重要的作用。在現(xiàn)場(chǎng)看到的葉片故障并不總是在測(cè)試階段發(fā)生的，因?yàn)閷?duì)于大型葉片（>50米），過(guò)去的標(biāo)準(zhǔn)不是最新的。最新的測(cè)試和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，如DNVGL-ST-0376和即將到來(lái)的IEC 61400-5，有著更好的設(shè)計(jì)潛力；

• 3.設(shè)計(jì)易于升級(jí)現(xiàn)有葉片到新的型式，例如分段/模塊化葉片。但是這些目前并不是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

5.1.2 多次使用

在需要廢物處理之前，葉片應(yīng)該盡可能長(zhǎng)時(shí)間地使用和重復(fù)使用。為了盡可能接近理論設(shè)計(jì)使用壽命，需要將葉片進(jìn)行例行維護(hù)和保養(yǎng)。為了延長(zhǎng)葉片使用壽命，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查和葉片調(diào)試后的維護(hù)工作，必須對(duì)葉片進(jìn)行“剩余使用壽命評(píng)估”（一種使用SCADA數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)類型進(jìn)行疲勞負(fù)荷分析的方法）。這可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)某些區(qū)域的修復(fù)和加固。DNV-GL已經(jīng)制定了延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)壽命的標(biāo)準(zhǔn)（DNVGL-ST-0262）。而且，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）目前正在為風(fēng)能資產(chǎn)的壽命管理和壽命延長(zhǎng)制定標(biāo)準(zhǔn)（IEC TS 61400-28）。現(xiàn)在有一些歐洲和北美公司已經(jīng)建立了銷售翻新渦輪機(jī)和組件的業(yè)務(wù)。

5.1.3 調(diào)整用途

重新調(diào)整用途是廢棄物處理層次結(jié)構(gòu)中的下一步。這意味著將部分現(xiàn)有的葉片重新用于不同的應(yīng)用，通常其價(jià)值要低于原始葉片。例如：

• 1.重復(fù)使用葉片用于游樂(lè)場(chǎng)或街道長(zhǎng)椅等[17]-[20]；

• 2.葉片的特定結(jié)構(gòu)部件也可以重新用于建筑結(jié)構(gòu)，例如自行車停放處[21]， 橋梁（丹麥，尚未建造）[22]，人行道，建筑再利用[23]等。

但是，迄今為止這些重新使用的示例只是示范項(xiàng)目，這些示范項(xiàng)目不太可能成為未來(lái)預(yù)期的大規(guī)模解決方案。

 游樂(lè)場(chǎng)                                                                     公園長(zhǎng)凳

以A29葉片為主要梁的人行天橋概念設(shè)計(jì)，Re-Wind研究項(xiàng)目[24]

丹麥奧爾堡的自行車棚

圖7、重新使用葉片的示例

資料來(lái)源：Superuse Studios, Re-Wind and Port of Aalborg, Denmark

5.1.4 回收利用

如果無(wú)法重新調(diào)整用途，則下一個(gè)選擇是回收利用。回收利用是指葉片成為具有相同或不同功能用途的新產(chǎn)品或新材料?；厥绽眯枰茉春推渌Y源，以便將葉片的廢棄物轉(zhuǎn)化為其他材料?；厥仗幚硎侵冈谌コ锌稍俅问褂玫膯为?dú)成分后，將廢棄物轉(zhuǎn)化為燃料或熱能。第5.2節(jié)描述了現(xiàn)有的復(fù)合材料廢棄物回收利用技術(shù)?，F(xiàn)在越來(lái)越多的公司提供復(fù)合材料回收利用服務(wù)。地區(qū)相關(guān)活躍的回收公司的指示性清單，您可以與WindEurope聯(lián)系咨詢。

a）FiberEUse –基于報(bào)廢的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的再利用，大規(guī)模展示新的循環(huán)經(jīng)濟(jì)價(jià)值鏈

整流罩工具支持（汽車），Maier

現(xiàn)代城市家具，DesignAustria   

浴室家具，Novellini

資料來(lái)源：FiberEUse (H2020-CIRC-01-2016-2017, GA no 730323) 

b）將來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的機(jī)械回收纖維作為短增強(qiáng)纖維添加到混凝土中

                         預(yù)制混凝土樂(lè)高積木                                                                                 預(yù)制混凝土沙井模塊

新澤西預(yù)制混凝土路障

資料來(lái)源：Courtesy of TECNALIA

c）隔音屏障 

圖8、基于再生葉片復(fù)合材料的產(chǎn)品示例（演示項(xiàng)目）

資料來(lái)源：Miljoskarm

5.1.5 填埋或焚燒處置

通過(guò)填埋或焚燒處理葉片而不進(jìn)行能量回收的方式，這是最不受歡迎的廢物處理方法，因?yàn)闆](méi)有材料或能量回收。

5.2 回收處理技術(shù)及技術(shù)成熟度

目前回收復(fù)合材料廢料的主要技術(shù)是通過(guò)水泥協(xié)同加工，也稱水泥窯路線。復(fù)合材料也可以通過(guò)機(jī)械研磨、熱（熱解、流化床）、熱化學(xué)（溶劑分解）或機(jī)電（高壓脈沖破碎）處理技術(shù)或這些技術(shù)的組合來(lái)回收或提取。這些技術(shù)雖然在不同的技術(shù)成熟度水平上可用，但是并非所有技術(shù)都在工業(yè)規(guī)模上可用。如下面將描述每種現(xiàn)有處理方法的技術(shù)成熟度水平（TRL）[1]。不同回收技術(shù)對(duì)纖維質(zhì)量（長(zhǎng)度、強(qiáng)度、剛度特性）的影響也各不相同，從而影響再生纖維的應(yīng)用。

風(fēng)電行業(yè)正在推動(dòng)回收技術(shù)的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，為所有復(fù)合材料使用部門提供額外的壽命終結(jié)解決方案。因此，風(fēng)電行業(yè)參與了許多研發(fā)項(xiàng)目（見(jiàn)附錄A）。

以下將分別介紹這些回收技術(shù)。

5.2.1 水泥共處理（水泥窯路線）

在水泥協(xié)同處理中，玻璃纖維作為水泥混合物（水泥熟料）的一部分被回收。聚合物基質(zhì)作為該過(guò)程的燃料（也稱為廢棄物衍生燃料）燃燒，從而減少了水泥產(chǎn)品的碳足跡。水泥協(xié)同處理為復(fù)合材料廢棄物提供了可靠且可放大的途徑。它也有一個(gè)簡(jiǎn)單的供應(yīng)鏈。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可以在拆卸地點(diǎn)附近分解，從而便于運(yùn)輸至加工設(shè)施。雖然它在成本效益和效率方面非常有前途，但在這一過(guò)程中，玻璃的纖維形狀消失，因此不能再應(yīng)用于其他復(fù)合材料的制備。

5.2.2 機(jī)械研磨

機(jī)械研磨由于其高效、低成本和低能耗而成為一種常用技術(shù)。但是，此方法卻大大降低了回收材料的價(jià)值。用此方法回收的產(chǎn)品，短纖維和基體粉末可以分別用作增強(qiáng)材料或填充材料。對(duì)于在熱固性復(fù)合材料中的應(yīng)用，通常作為填充材料，由于機(jī)械性能的下降，填充材料的摻入量極為有限（小于10%）。對(duì)于在熱塑性復(fù)合材料中的應(yīng)用，通常作為增強(qiáng)材料，纖維成分的變化和樹(shù)脂顆粒的污染等對(duì)增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂的制造速度和熱塑性樹(shù)脂的質(zhì)量有負(fù)面影響。如果分離和拆卸過(guò)程得到升級(jí)，負(fù)面影響可以最小化，再生纖維的再利用一直可以用到完全沒(méi)有保留價(jià)值的情況。

5.2.3 熱解

熱解是一種熱回收技術(shù)，它以灰分的形式回收纖維，以碳?xì)浠衔锏男问交厥諛?shù)脂基體。盡管在各種工業(yè)化回收技術(shù)中，熱解是對(duì)再生纖維價(jià)值損失最小的，但仍然存在價(jià)值損失。樹(shù)脂基體被制成氣或油，用作燃料或化學(xué)品。纖維表面常因高溫而受損，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。熱解需要很高的投資和運(yùn)行成本[25]。

經(jīng)濟(jì)可行性取決于從基體獲得的化學(xué)品的規(guī)模和再利用價(jià)值。到目前為止，這種回收技術(shù)只對(duì)碳纖維經(jīng)濟(jì)可行。然而，由于葉片中碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的用量還很少，目前尚未大規(guī)模實(shí)施。隨著下一代巨型葉片的發(fā)展，輕量化和機(jī)械性能的要求將提高碳纖維復(fù)合材料的使用量，市場(chǎng)容量可能會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)。

5.2.4 高壓電脈沖破碎

高壓電脈沖破碎是一種利用電能將基體與纖維有效分離的機(jī)電回收技術(shù)。然而，只有短纖維可以從工藝中回收，獲得高質(zhì)量的纖維需要高水平的能量，這一問(wèn)題可以通過(guò)以更高的速率運(yùn)行來(lái)解決。與機(jī)械研磨相比，獲得的纖維質(zhì)量更高、纖維更長(zhǎng)且更清潔[25]。

5.2.5 溶劑分解

溶劑分解是一種化學(xué)處理，其中溶劑（水、醇和/或酸）用于在特定溫度和壓力下破壞樹(shù)脂大分子鍵。由于溶劑、溫度和壓力的選擇范圍廣，溶劑分解會(huì)產(chǎn)生許多可能性。與熱回收技術(shù)相比，溶劑分解法需要較低的溫度來(lái)降解樹(shù)脂，從而降低了纖維的降解率。用超臨界水溶解似乎是最有前途的技術(shù)，因?yàn)槔w維和樹(shù)脂都可以在不影響其機(jī)械性能的情況下回收。溶劑分解法易于放大，但投資和運(yùn)行成本很高，并且仍然處于相對(duì)降低的技術(shù)成熟度TRL。

到目前為止，只有碳纖維是通過(guò)溶劑分解回收的。然而，由于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的量較低，目前還沒(méi)有大規(guī)模實(shí)施。隨著下一代巨型渦輪發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料用量提高，市場(chǎng)容量可能相應(yīng)增長(zhǎng)。

5.2.6 流化床技術(shù)

該方法的獨(dú)特之處在于它可以處理混合材料（例如，涂漆的表面或泡沫芯），因此特別適合于對(duì)壽命報(bào)廢品的回收。

5.3 總結(jié)

上文指出，盡管存在各種技術(shù)來(lái)回收風(fēng)力發(fā)電葉片中的玻璃纖維和碳纖維，但這些技術(shù)仍未具有工業(yè)規(guī)模和成本競(jìng)爭(zhēng)力。在許多情況下，再生材料在價(jià)格上競(jìng)爭(zhēng)過(guò)原始材料。例如，原始玻璃纖維的價(jià)格1-2歐元/千克，這使得回收纖維成為獨(dú)立產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力相當(dāng)?shù)汀?/span>然而，預(yù)計(jì)將整個(gè)復(fù)合材料回收成不同化學(xué)品將是一條可行的途徑。這是基于對(duì)熱解油和通過(guò)氣化獲得的化學(xué)品的回收，氣化正在其他大容量部門和價(jià)值鏈（即塑料廢物）中進(jìn)行。

圖9、復(fù)合材料回收技術(shù)的估計(jì)相對(duì)成本和價(jià)值

資料來(lái)源：Bax & Company and ETIPWind

目前，復(fù)合材料廢棄物回收利用的主要技術(shù)是水泥協(xié)同處理。WindEurope、Cefic和EuCIA大力支持通過(guò)開(kāi)發(fā)替代回收技術(shù)來(lái)增加和改進(jìn)復(fù)合材料廢物的回收利用，這些技術(shù)可以產(chǎn)生更高價(jià)值的回收利用物（包括樹(shù)脂和纖維），并能夠生產(chǎn)新的復(fù)合材料。熱回收或化學(xué)回收技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化可能為復(fù)合材料使用部門（包括風(fēng)電行業(yè)）提供額外的壽命終止解決方案。

風(fēng)葉的最佳策略是結(jié)合設(shè)計(jì)、測(cè)試（根據(jù)最新標(biāo)準(zhǔn)減少維修和故障率）、維護(hù)、升級(jí)（例如加固）和適當(dāng)?shù)幕厥占夹g(shù)以確保材料在其整個(gè)使用壽命內(nèi)的最大價(jià)值得到恢復(fù)。它還應(yīng)系統(tǒng)地允許將材料用于相同或相似的目的（例如，允許聚合物基體恢復(fù)為單體，并避免在過(guò)程中損壞纖維）。充分了解設(shè)計(jì)過(guò)程中材料選擇的相關(guān)環(huán)境影響，以及通過(guò)生命周期評(píng)估在壽命結(jié)束時(shí)采用的不同廢物處理方法，也有助于確定適當(dāng)?shù)幕厥詹呗浴?/span>

6. 提升葉片回收利用水平

• 1.需要增加研究與創(chuàng)新（R＆I）資金，以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料回收技術(shù)的多樣化和規(guī)?；?。

• 2.研發(fā)資金還應(yīng)專用于開(kāi)發(fā)具有增強(qiáng)循環(huán)性的新型高性能材料（設(shè)計(jì)壽命更長(zhǎng)、重復(fù)使用/再利用以及“從中回收”的方法）。

• 3.還應(yīng)提高對(duì)與設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇材料以及報(bào)廢時(shí)使用不同廢物處理方法相關(guān)的環(huán)境影響的科學(xué)理解（生命周期評(píng)估）。

歐洲風(fēng)能技術(shù)平臺(tái)（ETIPWind）制作了有關(guān)葉片回收的小冊(cè)子[1]，該小冊(cè)子為政策制定者提供了R＆I建議，如下表所示。SUSCHEM的《戰(zhàn)略創(chuàng)新和研究議程》 [10]提供了進(jìn)一步的R＆I建議，尤其是在設(shè)計(jì)方法方面。

（全文完）

附錄A.——公開(kāi)資助的項(xiàng)目

附錄A.——出版物（略）

報(bào)告全文鏈接：

https://windeurope.org/wp-content/uploads/files/about-wind/reports/WindEurope-Accelerating-wind-turbine-blade-circularity.pdf

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