走好风机退役“最后一公里”,这家A股企业将3D打印引入风电市场 

3D打印应用 /[其他]
发布时间: 2022-08-19 11:12
到2025年,将迎来中国风电“退役潮”高峰,如何实现“绿色退出”是风电行业面前的一大难题。
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公开数据显示,2020年,我国退役叶片产生约900吨复合材料固体废物,而到2025年,这一规模预计接近5800吨,到2028年将进一步增长至7.4万吨,在不到十年间,退役叶片产生的固废规模增长超80倍。

风电叶片进行回收再造是风电产业链上的最后一环,也被视为整个风电绿色产业链的 ‘最后一公里’。2021年10月国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中,已明确提出“推进退役动力电池、光伏组件、风电机组叶片等新型产业废物循环利用”。

风机叶片等废弃物回收、循环利用正获得有关部门越来越高的关注。但是,目前风光设备再制造、再利用市场尚处于起步阶段,缺少成熟的商业模式,回收工艺和技术等方面尚在探索。
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典型风力涡轮机叶片上的复合材料应用

据资源了解,当前风机叶片材料由玻璃纤维增强的热固性树脂基复合材料构成,主要包括环氧树脂、玻璃纤维、轻木等。由于材料的化学过程不能逆向,一旦固化成型后,就不能再回收处理成为原材料被再次利用。而过去简单的堆放、填埋和焚烧的处理方式,又不符合环保和资源化利用的要求。

当退役风机叶片遇上了3D打印,将有更大的想象空间。

日前,在中国首个可再生能源“碳中和”智慧园区——金风科技亦庄智慧园区内,一组采用固废3D打印技术建造的景观花坛正式落成,为叶片回收利用开辟了新方向。
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使用退役涡轮叶片的回收固体废物进行3D打的花坛

这组花坛所应用的打印材料,取自内蒙古某风电场的退役风机叶片。这种打印材料含有叶片粉碎颗粒,借助3D打印机器人预制成型,成品花坛的叶片固废利用率达到30%以上。

这项技术可将风机叶片固废转化为3D打印的原材料,借助3D打印产业实现对叶片固废的规模化消纳,从而破解了退役风机叶片高值化利用的技术瓶颈,为批量无害化处置退役风机叶片探索出一条可行性和经济性兼顾的技术途径。

将风机叶片的粉碎颗粒添加到打印材料中,其技术难点就在于,如何在保证打印成品达到特定强度的前提下,最大限度地增加叶片固废的添加比例。
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风机叶片的粉碎颗粒(左)和玻璃纤维(右)

金风科技的研究人员通过不断调整各种原料的配比,以及风机叶片粉碎颗粒的粒径和级配(各级粒径颗粒的分配情况),进行了反复的实验和论证,最终确定了满足打印成品强度和叶片固废消纳要求的“黄金比例”,并制定出一系列适用于风机固废3D打印的材料体系。

据该公司表示,使用这种新型打印材料制成的成品,其力学性能、耐久性能和工作性能,均可达到常规建筑混凝土标准。通过调整风机叶片掺合料的比例,可以使打印材料的抗压强度分别达到或接近C30、C20和C15混凝土的强度等级。
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正在运输的风力涡轮机叶片

另一方面,由于风电项目大多分散在偏远地区,将粉碎后的再生物料转送到各地的成本占回收成本的很大一部分。因此,这项技术的另一个优势在于,可选择与风电场周边的建筑项目合作,借助移动式3D打印机器人,实现叶片固废的就近生产与消纳,减少长途运输成本。
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固废3D打印技术的应用案例

固废3D打印技术作为一种智能、环保、高效的新型建造方式,与传统的建筑施工工艺相比,特别是在建造异形构筑物时,具有免模板、省人工、节约材料、总成本低、设计自由度大、建造效率高、人员安全风险小等显著优势。

而目前混凝土3D打印材料的成本相比于传统建筑材料成本过高,通过把退役风机叶片再利用替换打印材料里面的砂或者部分胶凝材料,将能有效降低成本。

目前,国内风机叶片的循环利用仍处于小规模的、探索性的起步阶段,距离规模化和商业化尚远;但金风科技已经开了一个好头,叶片固废3D打印技术将更好的帮助风电企业走完风机退役后的“最后一公里”,形成一种可持续有效的商业模式。
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