废旧热固性复合材料绿色回收利用关键技术研究——以风电行业废弃风叶片为例

废旧热固性复合材料绿色回收利用关键技术研究——以风电行业废弃风叶片为例

李洋龙

新疆金风科技股份有限公司 新疆 乌鲁木齐 830001

摘要：本文针对风电行业废弃风电叶片等废旧热固性复合材料环境污染现状、回收利用技术存在的问题进行了分析研究，探索了破解风电行业退役风电叶片环境污染及回收、利用、处理等问题的关键技术路线，对构建风电行业完整的绿色循环经济体系所需的新型循环经济技术、清洁生产和环境保护实用技术进行了有益探索。

关键词：废旧热固性复合材料；绿色回收；利用；风电叶片

中图分类号: 文献标识码：A

1 引言

以风电行业废弃风电叶片为代表的热固性复合材料，广泛应用于风电、航空、交通、化工、轻工、机械、电子、水利、汽车、家电和军事等各个领域。因其难以降解、回收处理流程复杂，以风电叶片为代表的热固性复合材料的回收处理及高值化利用问题长期以来一直没有得到很好的解决，研究经济、环保的热固性材料产业化循环利用技术成为废弃热固性复合材料处理的迫切需要。

2 国内外废弃热固性复合材料处理技术难点和问题分析

热固性复合材料因其具有重量轻、强度高、耐腐蚀和耐候性好等特点，应用领域日益广泛。以风电行业为例测算，随着风电技术的发展，风电机组叶片长度逐渐增长，以便捕获更多的风能。除了风电行业，据不完全计算，我国各行各业还有数千万吨的废弃热固性复合材料制品等待被回收处理，但仍存在以下问题亟待解决^[1]。

2.1 回收处理难、生态环境影响大。由于热固性复合材料难以降解、回收处理流程复杂，欧美国家一般先进行集中存放，等有了先进且经济的方式再进行处理，小部分采用焚烧发电处理；国内目前按普通固废掩埋方式进行处置，这种处理方式对生态环境影响较大。

2.2 循环利用、高值化技术匮乏。废旧热固性复合材料循环处理及高值化利用尚无有效方法，再利用过程中的肢解、粉碎、分离等环节的工艺技术亟待研发。

2.3 回收产业链缺乏系统性。如风机叶片由复合材料制成、黏合剂粘接而成。目前的风力风机机叶片通常是由在聚合物基质中的玻璃或碳纤维加强的。该复合设计主要为了达到最优的空气动力学性能和轻量的耐久性，不是专为可回收性设计的。缺乏系统性的产业链设计，上游产业（产品）的循环设计水平不足，生产工艺未能突破技术瓶颈，致使下游产业（产品）循环设计无法实现，下游与上游产业（产品）循环设计脱节，难以实现产业（产品）循环和可持续发展。

2.4 缺乏统一规范的生产技术标准。行业内相关企业在自身制造水平提升及相关设计和评价过程中，缺乏统一、规范的技术规范标准，导致行业对循环高值化的认识不统一，制造水平提升慢、效率低、效果差^[2]。

3 以风电叶片为代表的废弃热固性复合材料处理关键技术路线

为了破解目前废弃热固性复合材料回收处理面临的困境，本文提出了以风电叶片为代表的热固性复合材料产品基于全生命周期循环高值化设计和回收再利用的技术体系，其研究与建设内容包括可回收热固性复合材料制造关键工艺研究、热固性复合材料回收处理关键工艺研究、热固性复合材料废料再应用关键工艺研究、项目应用及推广等方面。

与传统的风电叶片退役处置流程相比，风电叶片退役的绿色回收处理流程研究基于高效率热固性复合材料自动化肢解技术、破碎与分离技术、高目数与气流磨技术、拓扑交联活化技术在内的一系列先进回收处理工艺的开发，能在达到高回收效率的同时，取得良好的环境效益和经济效益。基于FRP束状物综合再利用技术研究和粉料再利用技术研究，回收后的材料经过加工处理可以被用于各类市政基础设施建设的原材料生产中^[3]。

4 废弃热固性复合材料处理环境、经济效益分析及结论

废弃热固性复合材料回收利用技术的研究涉及国民经济的各个行业，包括热固性复合材料回收利用新产品和新技术开发、新技术推广应用、高新技术产业化、企业技术改造及技术进步、技术基础和重大工程建设、重大设备研制中引进消化、吸收国外新技术，或自主开发创新的技术等^[4]。通过废弃热固性复合材料绿色回收处理技术研究，可以实现重大科学技术创新、科学技术成果转化和产业化实践，创造显著的经济和环境效益，为推进国家现代化经济建设、保障国家生态环境安全做出重大贡献。

4.1 经济效益

开展以风电叶片为代表的工业用热固性复合材料循环高值回收技术自主研发工作，可以构建完整的热固性复合材料循环再生体系，引领行业技术革新，节约资源，进而推动我国循环经济的发展。以风电叶片的绿色回收处理为例，如果要求对风电叶片进行有偿的强制无害处理，则回收处理费用按3000元/吨计算（每套回收处理费用9万元）。每年处理量按2000套计算，无害处理收益为2000套×9万元/套＝1.8亿元；其回收处理成本为2000元/吨，即叶片回收处理年利润为2000套×3支/套×10吨/支×2000元/吨＝1.2亿元，毛利率为16%

^[5]。另外，据数据显示，我国复合材料产业每年将保持9%的增长幅度，退役热固性复合材料产量将达到300万吨/年，则本项目推广应用的绿色化处理收益为300万吨×5000元/吨＝150亿元，再加上近年来对我国各行各业已累计产生的数千万吨的复合材料制品进行绿色化处理的收益，其经济效益十分显著。

4.2 环境效益

对退役风电叶片进行再处理生产绿色新产品，符合全球发展趋势；采用经济、环保、高效的方法对以风电叶片为代表的热固性复合材料进行无害化产品、工艺设计和回收处理，过程中不会对环境造成二次污染，从而实现以废旧风电叶片为代表的热固性复合材料可持续发展模式，对我国各行各业累计产生的数千万吨的复合材料制品进行回收处理，从而防治其堆放、填埋对生态环境造成的潜在不良影响，具有十分显著的环境效益^[6]。

5 结语

以退役、废弃风电叶片为代表的热固性复合材料废弃量、退役量巨大，其回收处理是全球面临的巨大难题，尽快有效解决退役及废弃风电叶片循环利用难题已成为当务之急。近年来，我国有关部门对于循环经济的发展越来越重视，以退役、废弃风电叶片为代表的热固性复合材料的绿色回收利用是一项经济、环保的技术，在节约资源、避免对环境造成二次污染的同时，还能创造可观的经济效益。目前，汽车行业、电气行业、建材行业等已经开始着手制订热固性复合材料回收的技术规范和标准，下一步应当在其他行业继续开展研究及配套的技术标准制订，促进构建绿色循环经济体系。

参考文献：

[1]许冬梅,张兴林,荆涛.废旧热固性复合材料绿色回收利用关键技术研究——以风电行业废弃风叶片为例[J]. 环境保护,2019,47(20):54-56.

[2]傅程,朱雷,穆丹. 风电叶片典型失效案例分析[C]. 中国农业机械工业协会风力机械分会.第七届中国风电后市场交流合作大会论文集. 中国农业机械工业协会风力机械分会:中国农业机械工业协会风力机械分会,2020:30-34.

[3]薛浩鹏,刘孟,杜鸣心,曾明伍,罗洋.风电叶片接闪器腐蚀前后的雷击损伤机理仿真研究[J]. 天津科技,2020,47(08):47-50+54.

[4]常军委,吴彦波,宋伟,杨静浩,别春华.风电叶片玻璃纤维布的疲劳性能实验研究[J]. 天津科技,2020,47(08):13-15+18.

[5]于雪梅,朱晓华,刘卫生,冯立超,陈林洋.废弃风电叶片切割装置设计及破碎料的应用[J]. 工程塑料应用,2018,46(06):60-64.

[6]畅莹,冯立超,刘卫生,朱晓华,陈林洋,江海港,王晨.废弃FRP的高效破碎及在沥青中应用[J]. 中国设备工程,2017(02):170-171.