风能行业应对再循环挑战

风力发电将在未来几十年的能源结构中,与其他可再生能源共同发挥关键作用。这一竞争日益激烈的能源领域正在成长,但是为了真正实现可持续发展,必须迅速找出解决风力发电挑战的方案,即如何在叶片使用寿命结束时有效实现回收利用。

即使在新冠疫情影响下,2021年,全球风力发电行业新增装机容量达到了93.6GW,2021年的增长率仅比创纪录的2020年低1.8%(数据来源:《2022年全球风能报告》)2021年全球累计风电装机容量达到837GW,每年二氧化碳排放减少约12亿余吨,相当于南美洲的年二氧化碳排放量。该增长是由中国和美国新设施建设所推动,中美两国的新装装置占75%。在积极的公共政策以及能效优化的推动下,预计这一发展势头将继续保持。据全球风能协会估计,新设施的建设速度将达到每年280 GW,以帮助实现到2050 年使平均温度上升“低于2 摄氏度”的目标。

叶片使用寿命结束的问题日益严重

然而,该行业的成功以及对环境的积极影响,目前受到了阻力。随着20 年前安装的第一批风力涡轮机使用寿命即将结束,如何管理废弃组件的问题变得越来越紧迫。

即使涡轮机85%~90%的部分能被有效回收(塔筒、机舱底座、主轴、齿轮箱等),如何管理使用寿命到期的叶片仍然是个问题,目前的叶片由复合材料制成,结合了热固性树脂(主要是环氧树脂),玻璃或碳纤维。研磨后的玻璃纤维叶片,目前仅可进行垃圾发电或水泥窑协同处理,但效益价值非常有限。

全球风力涡轮机组的年增长率

15%-20%

(全球风能协会)

Elium® 树脂开启了新时代

为打破这一僵局并建立一个真正可循环的行业,热塑性材料前景广阔,该材料可融化并在特性保持完好的情况下重复利用,这就是阿科玛Elium® 液态树脂的特性。这项突破性创新是全球最大风力发电和回收公司正在实施的工业化计划的核心。

 Elium® 复合材料

 可回收叶片:实现工业化前的最后一步

经过与世界市场上最大的制造商进行了10年的合作开发之后,阿科玛正朝着成功实现真正可循环风力发电迈进, 这也得益于Elium® 树脂基复合材料对制造100%可回收叶片的决定性贡献。法国的Zebra 项目是阿科玛最先进的合作伙伴项目之一,在此背景下,集团正处于制造和回收的验证阶段。首批62米长叶片于2021 年年底生产,计划于2024 年进行第一次调试。

 

Elium® 液态树脂与玻璃纤维结合,具备所有形成一种完全适合制造风力涡轮机叶片的复合材料的必要特性。它结合了轻量、机械强度和耐久性,价格与目前市场上主导的环氧热固性树脂相当。与目前基于环氧树脂复合材料的工艺相比,Elium® 液态树脂可在室温下使用、固化时间短,具有显著的工业和能源收益。最重要的是,Elium® 液态树脂可通过加热轻松解聚,从而允许在叶片使用寿命结束后完全回收叶片材料,从而促使真正的可回收涡轮机。在世界上,这是独一无二的创新。“为了让这一非凡潜力成为现实,我们面临的挑战是建立叶片生产和回收工业流程,并验证其技术和经济可行性。”Elium® 开发部负责人Guillaume Clédat解释道,“我们已经通过各种合作开发项目努力了数年,涉及到的领先合作伙伴包括风力涡轮机制造商、风力发电公司、回收利用运营商以及研究实验室。”

MA Study | 阿科玛通过用于复合材料的热塑性树脂推动100%可回收风力涡轮机发展

-第一个叶片

2021 年,作为Zebra 项目的一部分所生产的62米长的Elium® 树脂叶片

 

Elium® 树脂风力涡轮机叶片的生命周期-Zebra 项目合作伙伴

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不可循环的复合材料制成的风力涡轮机叶片填埋场(美国)

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Zebra 项目:

第一个62 米叶片

在付出大量努力将代表整个风电价值链的合作伙伴聚集在一起后,Zebra 工业化项目于2020 年9月启动。在42个月的时间里,阿科玛和玻璃纤维制造商欧文斯科宁一起,动员了风力涡轮机叶片的世界领先制造商LM Wind Power(通用电气子公司),风力发电厂运营商Engie和全球循环利用领导者SUEZ。Guillaume Clédat 表示:“通过实验室验证有关复合材料性能(疲劳强度、抗弯强度、抗拉强度、抗压强度),确认我们的材料满足涡轮叶片的所有技术要求。”在2021年12月和2022 年1月,经过几轮部件级实验后,合作伙伴通过使用Elium® 复合材料制造了首批两支62 米长叶片(每支6 吨树脂材料),在制造工艺验证方面具有里程碑意义。2023年还将制造一个用于海上风机的叶片。除了这些标志性成就外,项目旨在验证整个行业的技术经济平衡。Guillaume Clédat 解释道:“我们已经开发一种工艺,可完全回收树脂和玻璃纤维,回收后的材料可以在制造过程中重复使用。”其辅助工作包括回收生产过程中的废物。Zebra项目将持续到2023年中,阿科玛预计首批Elium® 复合材料涡轮机叶片将于2024年投入使用。目前,风力发电比以往任何时候都更欣欣向荣

MA Study | 阿科玛通过用于复合材料的热塑性树脂推动100%可回收风力涡轮机发展

原文始发于微信公众号(阿科玛创新材料):MA Study | 阿科玛通过用于复合材料的热塑性树脂推动100%可回收风力涡轮机发展

作者 808, ab