Ветроэнергетика в переходный период: переработка как возможность, а не проблема – Что на самом деле происходит с ветряными турбинами после того, как они перестают работать? – Изображение: Xpert.Digital
От ветряной турбины до детской площадки: гениальная вторая жизнь старых лопастей ротора
Развенчание мифа о ветроэнергетике: почему старые лопасти ротора больше не являются проблемой отходов
Этот вопрос волнует как сторонников, так и критиков ветроэнергетики. Примерно через 20-25 лет ветротурбины достигают конца своего экономического срока службы. Переработка большинства компонентов уже относительно проста – сталь, медь и бетон можно перерабатывать с использованием отработанных процессов. Основная проблема заключается в лопастях ротора, которые изготовлены из композитных материалов, которые трудно разделить.
Какое количество лопастей роторов необходимо переработать в Германии?
Германия столкнулась со значительной волной вывода из эксплуатации ветряных турбин. На рубеже 2020/2021 года 20-летняя льготная программа в рамках Закона о возобновляемых источниках энергии (EEG) закончилась примерно для 5200 ветряных турбин, а к концу 2025 года к ней должны быть выведены еще 8000 турбин. По оценкам экспертов отрасли, к 2030 году потребуется демонтировать около 25 000 лопастей роторов, что соответствует примерно 400 000 тоннам материала.
Эти материалы в основном состоят из стекловолокнистого армированного пластика (GFRP), прочного, но технически сложного в переработке композитного материала. Лопасти ротора составляют лишь около 5 процентов от общей массы ветряной турбины, в то время как до 90 процентов других компонентов уже могут быть возвращены в существующие циклы переработки.
Какие конкретные процессы переработки уже существуют?
В отрасли разработаны четыре основных направления переработки отходов, некоторые из которых уже внедрены в промышленном масштабе:
Механотермический процесс использует цементные заводы в качестве площадок для переработки отходов. Такие компании, как Holcim, уже успешно внедрили подобные концепции. В этом процессе сначала измельчаются лопасти ротора; стекловолокно заменяет заполнители, а компоненты смолы обеспечивают энергию для процесса производства цемента. Этот метод уже масштабируем в промышленном масштабе и экономически обоснован.
До недавнего времени цементный завод Holcim GmbH в Легердорфе, Шлезвиг-Гольштейн, использовал измельченные лопасти ветряных турбин в качестве альтернативного топлива. Такая термическая переработка снижает выбросы CO2 за счет замены ископаемого топлива. Использование 1000 тонн переработанного стекловолоконного армированного пластика (FRP) позволяет сэкономить до 450 тонн угля, 200 тонн мела и 200 тонн песка.
Как работает химическая переработка лопастей ротора?
Процессы химической переработки, такие как пиролиз и сольволиз, все еще находятся в стадии разработки, но демонстрируют многообещающие результаты. Эти процессы разделяют композитные материалы на основные компоненты, что позволяет извлекать стекловолокно и смолы.
Пиролиз особенно подходит для отделения волокон от термореактивных полимерных матриц. В этом процессе толстостенные волокнистые композитные структуры лопаток ротора обрабатываются при высоких температурах в инертной атмосфере. После соответствующей обработки полученные волокна могут быть повторно использованы в промышленных целях.
В рамках исследовательского проекта RE_SORT разрабатываются новые технологии пиролиза, специально предназначенные для толстостенных волоконно-композитных конструкций с толщиной стенок до 150 мм, таких как лопасти роторов. Помимо переработанных волокон, получаемые в результате пиролиза масла и газы могут также использоваться в промышленности.
Что означает "проектирование с учетом возможности вторичной переработки" для современных лопастей роторов?
Ветроэнергетическая отрасль уже работает над лопастями роторов, которые по своей сути подлежат вторичной переработке для будущих турбин. Компания Siemens Gamesa разработала решение под названием RecyclableBlade, которое доступно для коммерческого использования с 2022 года.
В этих перерабатываемых лезвиях RecyclableBlades используется специальная смоляная технология, позволяющая полностью извлекать материалы по истечении срока их службы. Погружение в слабый кислотный раствор приводит к растворению смолы при повышенных температурах, что позволяет отделять стекловолокно, смолу, древесину и металл для повторного использования в других отраслях промышленности.
Первый коммерческий морской проект с использованием этих перерабатываемых лопастей ротора был реализован в 2022 году на ветроэлектростанции Каскаси в Германии. Компания RWE, оператор проекта, в настоящее время также использует 132 перерабатываемые лопасти в проекте в Софии.
Какую роль играет компания Vestas в экономике замкнутого цикла?
Компания Vestas применяет системный подход к достижению своей цели – созданию безотходных турбин к 2040 году. Компания работает над двумя параллельными инициативами: DecomBlades для существующих лопастей роторов и CETEC для разработки решений в области экономики замкнутого цикла в будущем.
Проект CETEC (Circular Economy for Thermosets Epoxy Composites) разрабатывает метод химической переработки, который расщепляет эпоксидные смолы на основные компоненты. Эти компоненты затем могут быть повторно использованы в производстве новых лопастей роторов, создавая таким образом полностью замкнутую систему.
В настоящее время турбины Vestas подлежат вторичной переработке на 85 процентов. Планируется увеличить степень вторичной переработки лопаток до 50 процентов к 2025 году и до 100 процентов к 2030 году.
Какие существуют креативные подходы к вторичной переработке?
Помимо промышленных процессов переработки, появляются инновационные проекты апсайклинга, которые напрямую преобразуют списанные лопасти роторов в новые изделия. Голландская компания BladeMade перерабатывает лопасти роторов в элементы уличной мебели, детские площадки, автобусные остановки и инфраструктуру.
В этих областях применения используются уникальные свойства лопастей ротора: они чрезвычайно прочны, устойчивы к атмосферным воздействиям, вандалоустойчивы и имеют оригинальный дизайн. Одну лопасть ротора можно разрезать на сегменты для различных целей – самая прочная часть используется в качестве несущей конструкции, кончик – в качестве скамейки, а закругленные секции – в качестве цветочных горшков.
Например, 200 лопастей ротора можно использовать для строительства одного километра шумозащитного барьера. Такие проекты позволяют сократить выбросы CO2 до 90 процентов по сравнению с традиционными материалами и обеспечивают лопастям ротора дополнительный срок службы от 50 до 100 лет.
Какой объем материала фактически теряется в результате истирания?
Абразивное истирание лопастей ротора — часто обсуждаемая тема, но его последствия поддаются контролю. По данным Института Фраунгофера IWES, эрозия приводит к потере примерно от 0,1 до 5 кг материала на одну лопасть ротора в год, в зависимости от местоположения, покрытия и ветровой нагрузки.
Эти показатели сопоставимы с другими техническими системами – шина грузовика теряет около 2 кг материала на каждые 10 000 км пробега. Морские установки подлежат особенно строгим экологическим нормам, включая документацию и регулярные проверки.
Институт Фраунгофера IWES разрабатывает методы испытаний для оценки различных систем покрытий и работает над оптимизацией пленок и красок для минимизации потерь, связанных с эрозией, при одновременном улучшении аэродинамических свойств.
Новинка: Патент из США – установка солнечных электростанций до 30% дешевле и на 40% быстрее и проще – с пояснительными видеороликами!
Новинка: Патент из США – Установка солнечных электростанций до 30% дешевле и на 40% быстрее и проще – с пояснительными видеороликами! - Изображение: Xpert.Digital
В основе этого технологического прогресса лежит преднамеренный отказ от традиционного зажимного крепления, которое было стандартом на протяжении десятилетий. Новая, более экономичная и быстрая система крепления решает эту проблему с помощью принципиально иной, более интеллектуальной концепции. Вместо зажима модулей в определенных точках, они вставляются в непрерывную, специально разработанную опорную направляющую и надежно фиксируются на месте. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение всех сил – будь то статические нагрузки от снега или динамические нагрузки от ветра – по всей длине рамы модуля.
Более подробная информация здесь:
Почему Германия является мировым лидером в области переработки ветровой энергии?
Какие стандарты и нормы регулируют переработку ветровой энергии?
Стандарт DIN SPEC 4866 стал первым единым стандартом для экологичной разборки и переработки ветротурбин. Этот стандарт был разработан в 2020 году 25 экспертами из промышленности, науки и государственных учреждений и определяет требования ко всему процессу разборки.
Ассоциация RDRWind eV (Индустрия модернизации, демонтажа и переработки ветротурбин) инициировала этот стандарт и в настоящее время работает над полным стандартом DIN, а также над знаком качества для процессов демонтажа. Это призвано обеспечить прозрачность и сопоставимость в отношении качества, требований безопасности и экологической безопасности.
Как развивается инфраструктура переработки отходов?
Инфраструктура переработки отходов постоянно расширяется. Такие компании, как neocomp GmbH в Бремене, уже эксплуатируют заводы по измельчению отходов мощностью до 120 000 тонн стеклопластика в год. Эти заводы легко справляются с образующимися объемами и уже перерабатывают около 30 000 тонн в год.
Европейские инициативы, такие как проект DecomBlades, объединяют опыт по всей цепочке создания стоимости. Десять партнеров проекта работают вместе над коммерциализацией устойчивых технологий переработки лопаток роторов.
Что именно происходит с переработанными материалами?
Переработанные материалы находят разнообразное применение. Стекловолокно, полученное в результате механической переработки, используется в качестве заменителя песка в производстве цемента, а органические компоненты служат заменителем угля. Эти методы совместной переработки напрямую заменяют ископаемое сырье.
Процессы химической переработки позволяют получать продукцию более высокого качества. Восстановленные волокна после соответствующей обработки могут быть повторно использованы в композитных материалах. Пиролизные масла используются в качестве химического сырья, а пиролизные газы — для производства энергии.
Процесс Siemens Gamesa RecyclableBlade позволяет даже восстанавливать материалы в их первоначальном качестве. Разделенные компоненты – смола, стекловолокно и древесина – могут быть использованы в новых изделиях, таких как корпуса или кожухи мониторов, без потери качества.
Какие проблемы остаются?
Несмотря на достигнутый прогресс, проблемы остаются. Процессы химической переработки все еще находятся на стадии пилотных и масштабируемых испытаний и должны доказать свою промышленную жизнеспособность. Экономическая целесообразность различных процессов в значительной степени зависит от региональной инфраструктуры и цен на сырье.
Морские установки создают дополнительные логистические проблемы, поскольку лопасти ротора сначала необходимо доставить на берег. Координация между различными заинтересованными сторонами – от операторов установок и компаний по выводу из эксплуатации до предприятий по переработке отходов – требует стандартизированных процессов.
Как будет развиваться переработка отходов в будущем?
Тенденция явно движется в сторону экономики замкнутого цикла. Такие производители, как Siemens Gamesa и Vestas, поставили перед собой обязательные цели по полной переработке турбин – Siemens Gamesa к 2040 году, Vestas также к 2040 году.
Ведутся исследования новых материалов на основе возобновляемых ресурсов. Ученые работают над созданием легких биоматериалов из конопляных волокон и масла семян конопли для будущих лопастей роторов. Это может коренным образом упростить переработку отходов.
Европейское агентство по окружающей среде работает над общеевропейским запретом на захоронение лопастей роторов на свалках, который потребует повторного использования, переработки или утилизации всех выведенных из эксплуатации лопастей. Это создаст дополнительные стимулы для инновационных решений в области переработки.
Какие экономические аспекты имеют значение?
Переработка отходов превращается из фактора затрат в бизнес-возможность. Такие компании, как Holcim, используют проект BLADES2BUILD для освоения новых источников сырья и одновременного сокращения выбросов CO2. Предсказуемые цены на утилизацию обеспечивают операторам предприятий уверенность в планировании.
Проекты по вторичной переработке демонстрируют, что высококачественные продукты можно создавать из того, что считается отходами. Например, компания BladeMade может производить 5 процентов от общего объема своей продукции, включающей детские площадки, автобусные остановки и уличную мебель, из переработанных лопастей роторов.
Как Германия выглядит на международном уровне?
Германия играет ведущую роль в переработке ветровой энергии. Стандарт DIN SPEC 4866 считается международным эталонным стандартом и доступен на английском языке. Немецкие научно-исследовательские институты, такие как Fraunhofer IWES и IFAM, разрабатывают передовые технологии переработки.
Германия лидирует в Европе по развитию ветроэнергетики – в первой половине 2025 года здесь было установлено 2,2 гигаватта новых ветротурбин, больше, чем в любой другой европейской стране. Это создает как большую потребность в переработке отходов, так и более сильный импульс для инноваций.
Что это означает для будущего ветроэнергетики?
Эти разработки показывают, что ветровая энергия не только экологична во время эксплуатации, но и может быть ответственно использована после завершения работ. Сочетание проверенных процессов рекуперации тепловой энергии, новых технологий химической переработки, инновационных подходов к вторичной переработке и полностью перерабатываемых новых разработок предлагает комплексное решение.
В отрасли активно инвестируются средства в исследования и разработки, разрабатываются стандарты, а нормативно-правовая база развивается в направлении экономики замкнутого цикла. То, что сейчас считается проблемой, все чаще превращается в возможность для новых бизнес-моделей и цепочек создания стоимости.
Таким образом, ветроэнергетика демонстрирует, как отрасль может активно брать на себя ответственность за весь жизненный цикл продукта, создавая как экологические, так и экономические выгоды. Лопасти ротора, таким образом, перестают быть проблемой отходов и становятся ценным сырьем для будущего.
Посмотрите, эта небольшая деталь позволяет сэкономить до 40% времени установки и снизить затраты до 30%. Она разработана в США и запатентована.
НОВИНКА: Готовые к установке солнечные системы! Это запатентованное нововведение значительно ускоряет реализацию вашего проекта по установке солнечных батарей
Суть инновации ModuRack заключается в отказе от традиционного зажимного крепления. Вместо зажимов модули вставляются и удерживаются на месте с помощью непрерывной опорной направляющей.
Более подробная информация здесь:
Ваш партнер по развитию бизнеса в сфере фотовольтаики и строительства
От промышленных солнечных электростанций на крышах до солнечных парков и крупных солнечных автостоянок
☑️ Язык ведения нашего бизнеса — английский или немецкий
☑️ НОВИНКА: Переписка на вашем родном языке!
Konrad Wolfenstein
Я и моя команда будем рады быть вашими личными консультантами.
Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму здесь просто позвонив по номеру +49 7348 4088 965. Мой адрес электронной почты wolfenstein@xpert.digital:или
Я с нетерпением жду начала нашего совместного проекта.
