12月初,国家能源集团龙源电力新疆公司达坂城风电二场,155台老旧风机缓缓停止转动,结束了20余年的服役生涯。
在空中转动时,硕大的风机是捕风高手,带来源源不断的财富,退役后却成了企业的“包袱”。
12月21日,国家能源局公布的最新数据显示,2023年,风光总装机量突破10亿千瓦,在电力新增装机中的主体地位更加巩固。
值得一提的是,在总装机量快速增长的同时,专业机构预计,自2025年起,我国将迎来风机退役高峰期。预计到2030年,累计将有超过3万台机组达到退役年限,退役装机容量达4473万千瓦,由此带来的固体废弃物规模将达94.79万吨。
退役风机该何去何从,已成为我国风电产业发展必须迈过的一道槛。
摆在风电企业面前的一道必答题
2006年被视为我国风电规模化发展的起点。
这一年,我国新增风电装机量达133.7万千瓦,超过此前全部装机量总和。此后,我国风电发展驶入快车道。截至2022年底,风力发电累计并网规模达3.96亿千瓦,发电量占社会总发电量的8.6%。
按照陆上风机20年的使用寿命估算,预计在2025至2030年间,我国会出现第一波风机退役高峰。来自中国风能协会(CWEA)的数据显示,2023年我国退役风机装机量约为10万千瓦,2025年将增至50万千瓦。到2030年,累计有4473万千瓦风机进入退役期。
由于早期风电技术发展尚不充分,单台机组装机容量较小,长时间运行后发电效率下降较快。为提升风能资源利用效率,今年6月,国家能源局印发《风电场改造升级和退役管理办法》,鼓励并网运行超过15年或单台机组容量小于1.5兆瓦的风电场开展改造升级。在业界看来,这一以大容量、高效率机组替换小容量、低效率机组的“以大代小”政策,让一批风机提前走向退役。
不只是中国,风机大规模退役也是全球主要风电市场共同面临的问题。
欧洲是全球发展最早、规模最大的风电市场之一。欧洲风电行业机构发布的最新数据显示,到2023年,欧洲约有4000台风机面临退役。到2030年,装机容量达78吉瓦的风电机组运行年限将超过20年,进入退役期。
美国电力研究所的一项研究也显示,未来30年,美国风机叶片的报废总量将超过210万吨。
早期退役规模不大时,退役风机尤其是其叶片部分的处理方式往往是掩埋或焚烧,如英国、欧盟等国家及地区的企业常常采用此类方式。
去年3月,彭博社曾报道称,美国怀俄明州多座陆上风电场退役。风机拆解后,超过1000个报废的风机叶片堆积在空地上,叶片被切成数段后,就地堆积填埋。
显然,这种处理方法无法应对未来大规模的风机“退役”潮。
甘肃省酒泉市的一家风机制造企业负责人告诉科技日报记者,以总装机规模20万千瓦、单台风机容量5兆瓦、单个叶片重20吨的风电场为例,风机全部退役后,仅叶片总重量就达2400吨。如果将其平铺摆放,占地面积比3个足球场还大。而全国类似规模的风电场比比皆是。如果采用堆放、填埋或焚烧等处理方式,不仅占用大量土地资源、造成资源浪费,也会给环境带来一定影响。
如何用低成本将退役风机剩余价值最大化,把“包袱”转化为财富,成为摆在所有风电企业面前的一道必答题。
叶片回收处理技术经济性有待提高
风机的可回收比例其实并不低。一台风机大致可被拆解为几个部分,即塔筒、叶片、机舱及发电机等机电设备。
“理论上,风机可回收比例有可能达到100%。”中国物资再生协会风光设备循环利用专委会主任程刚齐告诉记者,风机不同部位有着不同的回收处理方式。例如,风机塔筒是金属材质,可按照废旧金属进行回收处理;发电机、轴承等设备作为成熟的机电产品,也有完善的回收处理流程。风机中处理起来最棘手的部件,当属叶片。
目前国内最大的风机叶片生产企业——中材科技风电叶片股份有限公司(以下简称中材叶片)研发总监李成良告诉记者,风机叶片是典型的热固性复合材料。目前绝大多数风机叶片由玻璃纤维、芯材、环氧树脂等材料,采用真空灌注加热固化工艺制成。用这一方法制成的叶片质量轻、强度高。“但它有一个显著缺点,一旦加工成型后,材料结构非常稳固,只能在高温等条件下降解,所以回收处理起来困难重重。”李成良说。