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1、未来退役风电叶片的回收和利用98工程塑料应用2011年,第39卷,第6期未来退役风电叶片的回收和利用安宝山王慧军孙利(中国兵器工业集团第五三研究所,济南250031)(总装装甲兵驻济南地区军代室,济南250031)摘要概述了目前国内外风电行业的发展情况及叶片材料发展趋势,提出了现阶段复合材料叶片快速增长带来的未来退役叶片对环境不良影响的问题,并简要介绍了目前热固性树脂基复合材料的回收手段.关键词复合材料退役风电叶片回收风能资源是清洁的可再生能源,风力发电(简称风电)是新能源中技术最成熟,最具规模开发条件和商业化发展前景的可再生能源技术,具有较强的市场竞争力J.工业发达国
2、家已经充分认识到风电在调整能源结构,缓解环境污染等方面的重要性,对风电的开发给予了高度重视.2006年,风力发电为欧盟提供了3.5%的电力,丹麦超过2(】%的电力供应来自于风电,而我国的风电仅占能源比例的0.8%.2008年,全球新增风电装机2726.1万kW,累计装机总量达到12118.87万kW,增长率为29%.据((2008年全球风能报告》报道:2008年,美国新增风电装机达835.12万kW,累计装机容量达到2517万kW,增长率高达49.7%,无论是新增装机量还是装机总量均居世界第一.风能在发达国家已经逐步从"补充能源"向着"战略能源"方向发展.截至2009年
3、底,我国风电累计装机容量达到2510.4万kW,占全球的15.9%,居亚洲第一,世界第三,风电机组新增装机容量达到1300万kW,增长率达到106.4%,在全球新增市场中占34.7%,排名世界第一位,成为世界新增装机速度最快的国家之一J.从我国风电产业发展规划可以得知,国家发展和改革委员会规划风电发展目标是:2010年达4000万kW,2015年10000万kW,2020年达到20000万kW,我国的风电产业进入了快速增长的阶段.按目前发展趋势远超过预期,我国风电叶片市场容量估算见表1L3J.表1我国风电叶片需求预测分析预计累计新增风电折合i.5MW年份装机容量/装机容
4、量/叶片需求/叶片需求/万套万kW万kW厅套?年(平均)201040001500112011—l8ooO16500l11.12020由表1可看出,随着风电产业快速增长,风电叶片的应用和需求越来越大,这些叶片退役后给环境带来的污染不容忽视,与我国倡导的可持续发展的宗旨是违背的.国外对目前普遍采用的热固性树脂基复合材料退役叶片多采取堆积的方式处理,占用大量的土地资源,也对当地的环境造成极大的污染j.因此,需要风电叶片开发和应用者提前做好研究工作,一方面加快研制新型环保材料步伐,制备可持续发展的新型叶片,另一方面针对现役或未来很长一段时间热固性树脂基复合材料进行回收利用.1复
5、合材料风电叶片材料体系发展趋势1888年世界第一座风能发电机在美国俄亥俄州克利夫兰建造,叶片材料采用雪松制成.由于金属制造业不发达,早期的风机叶片都采用木材制备.随后的风电叶片材料采用了金属蒙皮叶片,铝合金叶片等.随着联网型风力发电机的出现,风电进入高速发展时期,传统材料的叶片在日益大型化的风力发电机上使用时某些性能已达不到要求,于是具有高比强度的复合材料叶片发展起来.现在,几乎所有的商业级叶片均采用复合材料为主体制造,风电叶片已成为复合材料的重要应用领域之一J.目前国内外复合材料叶片发展趋势为大型化,轻量化,高性能,低成本化和可持续发展的特点.最初,复合材料风电叶片采
6、用的是玻璃纤维(GF)增强不饱和聚酯树脂(UP)体系,直到目前这仍是大部分叶片采用的材料.但随着风电向功率大型化发展,叶片也在向大型化发展.现阶段,大部分的MW级叶片的长度超过30m,商业运行叶片的最大长度已达61.5m.传统的GF增强UP树脂体系已满足不了叶片大型化的要求,考虑材料的低成本化,现在出现了GF与碳纤维(CF)混杂复合材料结构,CF的引入不仅能提高风电叶片主承力部位的结构强度,对于风电叶片的轻量化也有着积极的意义.杨霜等探讨了CF的添加对于复合材料叶片的影响.22m以下的叶片采用GF,而大于42m的风电叶片则采用CF或CF与GF混杂纤维.无论是GF还是CF
7、增强复合材料都存在难以回收或回收成本高的问题,现在一些风电叶片设计者把目光放在了可回收利用材料风电叶片的开发上,目前主要的可回收材料包括热塑性复合材料和先进生物质复合材料.1.1热塑性复合材料叶片与热固性复合材料相比,热塑性复合材料具有可回收利用,质轻,耐冲击性能好,生产周期短等优点.如果采用热塑性复合材料叶片,每台大型风力发电机所用的叶片质量可以减少10%,耐冲击性能提高50%,制造周期至少降低30%,而且可以完全回收再利用.爱尔兰Gaoth风能公司与日本三菱重工和美国Cyclics收稿日期:2011.04-20安宝山,等:未来退役风电
