Вітрова енергетика в перехідному періоді: переробка як можливість, а не проблема – що насправді відбувається з вітровими турбінами після того, як вони більше не працюють? – Зображення: Xpert.Digital
Від вітрової турбіни до дитячого майданчика: геніальна друга кар'єра старих лопатей ротора
Розвінчано міф про вітроенергетику: чому старі лопаті ротора більше не є проблемою відходів
Це питання хвилює як прихильників, так і критиків вітроенергетики. Приблизно через 20-25 років вітрові турбіни досягають кінця свого терміну служби. Переробка більшості компонентів вже є відносно простою – сталь, мідь і бетон можна переробляти за допомогою встановлених процесів. Основна проблема полягає в лопатях ротора, які виготовлені з композитних матеріалів, які важко розділити.
Яку кількість лопатей ротора потрібно переробити в Німеччині?
Німеччина зіткнулася зі значною хвилею виведення з експлуатації вітрових турбін. На рубежі 2020/2021 років 20-річний «зелений» тариф згідно із Законом про відновлювані джерела енергії (EEG) закінчився приблизно для 5200 вітрових турбін, а до кінця 2025 року планується демонтувати ще 8000 турбін. За оцінками галузі, до 2030 року потрібно буде демонтувати близько 25 000 лопатей ротора, що відповідає приблизно 400 000 тонн матеріалу.
Ці матеріали здебільшого складаються зі склопластику (GFRP) – міцного, але технічно складного композитного матеріалу для переробки. Лопаті ротора становлять лише близько 5 відсотків від загальної ваги вітрової турбіни, тоді як до 90 відсотків інших компонентів вже можна повернути до встановлених циклів переробки.
Які конкретні процеси переробки вже існують?
У галузі розроблено чотири основні шляхи переробки, деякі з яких вже налагоджені в промислових масштабах:
Механіко-термічний процес використовує цементні заводи як місця переробки. Такі компанії, як Holcim, вже впровадили успішні концепції. У цьому процесі лопаті ротора спочатку подрібнюються; скляні волокна замінюють заповнювачі, а компоненти смоли забезпечують енергією процес виробництва цементу. Цей метод вже є промислово масштабованим та економічно обґрунтованим.
Донедавна цементний завод Lägerdorf компанії Holcim GmbH у Шлезвіг-Гольштейні використовував подрібнені лопаті вітрових турбін як замінник палива. Така термічна переробка зменшує викиди CO2, замінюючи викопне паливо. Використання 1000 тонн переробленого склопластику (FRP) може заощадити до 450 тонн вугілля, 200 тонн крейди та 200 тонн піску.
Як працює хімічна переробка лопатей ротора?
Процеси хімічної переробки, такі як піроліз та сольволіз, все ще перебувають у стадії розробки, але демонструють багатообіцяючі підходи. Ці процеси розділяють композитні матеріали на їхні основні компоненти, що дозволяє відновлювати скловолокна та смоли.
Піроліз особливо підходить для відділення волокон від термореактивних полімерних матриць. У цьому процесі товстостінні волокнисті композитні структури лопатей ротора обробляються за високих температур в інертній атмосфері. Після відповідної обробки відновлені волокна можна повторно використовувати в промисловому застосуванні.
Дослідницький проект RE_SORT розробляє нові технології піролізу спеціально для товстостінних волокнистих композитних конструкцій з товщиною стінок до 150 мм, таких як ті, що використовуються в лопатках ротора. Окрім перероблених волокон, отримані піролізні олії та гази також можуть бути використані в промисловості.
Що означає «проектування для переробки» для сучасних лопатей ротора?
Вітрова енергетика вже працює над лопатями ротора, які принципово придатні для переробки, для майбутніх турбін. Siemens Gamesa розробила рішення під назвою RecyclableBlade, яке комерційно доступне з 2022 року.
Ці леза RecyclableBlades використовують спеціальну технологію смоли, яка дозволяє повністю відновлювати матеріали після закінчення терміну їхнього терміну служби. Занурення в слабкий розчин кислоти призводить до розчинення смоли за підвищених температур, що дозволяє розділяти скловолокно, смолу, деревину та метал для повторного використання в інших галузях промисловості.
Перший комерційний офшорний проект з використанням цих лопатей ротора, що підлягають переробці, був реалізований у 2022 році на вітровій електростанції Каскасі в Німеччині. RWE, оператор, зараз також використовує 132 лопаті RecyclableBlades у проекті в Софії.
Яку роль відіграє Vestas у циркулярній економіці?
Vestas застосовує системний підхід до своєї мети – безвідходних турбін до 2040 року. Компанія працює над двома паралельними ініціативами: DecomBlades для існуючих лопатей ротора та CETEC для майбутніх рішень для циркулярної економіки.
Проект CETEC (Циркулярна економіка для термореактивних епоксидних композитів) розробляє метод хімічної переробки, який розщеплює епоксидні смоли на основні компоненти. Їх потім можна повторно використовувати у виробництві нових лопатей ротора, створюючи повністю циклічну систему.
Наразі 85% турбін Vestas придатні для переробки. Планується, що до 2025 року рівень переробки лопатей буде збільшено до 50%, а до 2030 року – до 100%.
Які креативні підходи до апсайклінгу існують?
Окрім промислових процесів переробки, з'являються інноваційні проекти апсайклінгу, які безпосередньо перетворюють виведені з експлуатації лопаті ротора на нові види обладнання. Голландська компанія BladeMade перетворює лопаті ротора на вуличні меблі, дитячі майданчики, автобусні зупинки та інфраструктуру.
Ці застосування використовують унікальні властивості лопатей ротора: вони надзвичайно міцні, стійкі до погодних умов, вандалозахищені та мають особливий дизайн. Одну лопать ротора можна розрізати на сегменти для різних застосувань – найміцніша секція використовується як несуча конструкція, кінчик як лавка, а закруглені секції як кашпо.
Наприклад, для будівництва шумозахисного бар'єру довжиною один кілометр можна використати 200 лопатей ротора. Ці проекти дозволяють заощадити до 90 відсотків викидів CO2 порівняно з традиційними матеріалами та продовжити термін служби лопатей ротора на 50-100 років.
Скільки матеріалу насправді втрачається через стирання?
Стирання лопатей ротора – це часто обговорювана тема, але його вплив є контрольованим. За даними Fraunhofer IWES, ерозія призводить до втрати матеріалу приблизно від 0,1 до 5 кг на одну лопатку ротора на рік, залежно від розташування, покриття та вітрового навантаження.
Ці значення можна порівняти з іншими технічними системами – вантажна шина втрачає близько 2 кг матеріалу на кожні 10 000 км пробігу. Офшорні установки підлягають особливо суворим екологічним нормам, включаючи документацію та регулярні перевірки.
Fraunhofer IWES розробляє методи випробувань для оцінки різних систем покриттів та працює над оптимізованими плівками та фарбами, щоб мінімізувати втрати, пов'язані з ерозією, одночасно покращуючи аеродинамічні властивості.
Нове: Патент зі США – Встановлюйте сонячні парки до 30% дешевше та на 40% швидше й простіше – з пояснювальними відео!
Нове: Патент із США – Встановлюйте сонячні парки до 30% дешевше та на 40% швидше й простіше – з пояснювальними відео! - Зображення: Xpert.Digital
В основі цього технологічного прогресу лежить навмисний відхід від традиційного кріплення за допомогою затискачів, яке було стандартом протягом десятиліть. Нова, більш ефективна з точки зору часу та витрат система кріплення вирішує цю проблему за допомогою принципово іншої, більш інтелектуальної концепції. Замість затискання модулів у певних точках, вони вставляються в суцільну опорну рейку спеціальної форми та надійно фіксуються. Така конструкція гарантує, що всі сили, що виникають — будь то статичні навантаження від снігу чи динамічні навантаження від вітру — рівномірно розподіляються по всій довжині каркаса модуля.
Детальніше про це тут:
Чому Німеччина є світовим лідером у переробці енергії вітру
Які стандарти та норми регулюють переробку енергії вітру?
Завдяки DIN SPEC 4866 галузь створила свій перший єдиний стандарт для сталого демонтажу та переробки вітрових турбін. Ця специфікація була розроблена у 2020 році 25 експертами з промисловості, науки та державних установ і визначає вимоги до всього процесу демонтажу.
RDRWind eV (Галузева асоціація з модернізації, демонтажу та переробки вітрових турбін) ініціювала цей стандарт і зараз працює над повним стандартом DIN, а також знаком якості для процесів демонтажу. Це має на меті забезпечити прозорість та порівнянність щодо якості, вимог безпеки та екологічної сумісності.
Як розвивається інфраструктура переробки?
Інфраструктура переробки постійно розширюється. Такі компанії, як neocomp GmbH у Бремені, вже експлуатують подрібнювальні установки потужністю до 120 000 тонн відходів склопластику на рік. Ці установки можуть легко обробляти утворені обсяги та вже переробляють приблизно 30 000 тонн щорічно.
Європейські ініціативи, такі як проект DecomBlades, об'єднують досвід по всьому ланцюжку створення вартості. Десять партнерів проекту працюють разом над комерціалізацією технологій сталого перероблення лопатей ротора.
Що саме відбувається з переробленими матеріалами?
Перероблені матеріали мають різноманітне застосування. Скловолокно, отримане з механічної переробки, використовується як замінник піску у виробництві цементу, тоді як органічні компоненти служать замінником вугілля. Ці методи спільної переробки безпосередньо замінюють викопну сировину.
Процеси хімічної переробки виробляють продукцію вищої якості. Відновлені волокна після відповідної обробки можна повторно використовувати у виробництві волокнистих композитів. Піролізні олії використовуються як хімічна сировина, а піролізні гази можна використовувати для виробництва енергії.
Процес Siemens Gamesa RecyclableBlade дозволяє навіть відновлювати матеріали в їх первісній якості. Відокремлені компоненти – смолу, скловолокно та деревину – можна використовувати в нових продуктах, таких як корпуси або корпуси моніторів, без втрати якості.
Які виклики залишаються?
Незважаючи на прогрес, проблеми залишаються. Процеси хімічної переробки все ще перебувають на стадії пілотного та масштабного впровадження і повинні довести свою промислову життєздатність. Економічна життєздатність різних процесів значною мірою залежить від регіональної інфраструктури та цін на сировину.
Офшорні установки створюють додаткові логістичні труднощі, оскільки лопаті ротора спочатку необхідно транспортувати на берег. Координація між різними зацікавленими сторонами – від операторів станцій та компаній з виведення з експлуатації до компаній з переробки – вимагає стандартизованих процесів.
Як розвиватиметься переробка в майбутньому?
Тенденція явно рухається до циркулярної економіки. Такі виробники, як Siemens Gamesa та Vestas, встановили для себе обов'язкові цілі щодо повністю перероблюваних турбін – Siemens Gamesa до 2040 року, Vestas також до 2040 року.
Досліджуються нові матеріали на основі відновлюваних ресурсів. Вчені працюють над легкими біоматеріалами, виготовленими з конопляних волокон та конопляної олії для майбутніх лопатей ротора. Це може принципово спростити переробку.
Європейське агентство з охорони навколишнього середовища працює над загальноєвропейською забороною на захоронення лопатей ротора, що вимагатиме повторного використання, переробки або відновлення всіх виведених з експлуатації лопатей. Це створить додаткові стимули для інноваційних рішень з переробки.
Які економічні аспекти є актуальними?
Переробка відходів перетворюється з фактора витрат на бізнес-можливість. Такі компанії, як Holcim, використовують проект BLADES2BUILD для залучення нових джерел сировини, одночасно зменшуючи викиди CO2. Передбачувані ціни на утилізацію забезпечують операторам заводів впевненість у плануванні.
Проєкти з апсайклінгу демонструють, що високоякісні продукти можна створювати з того, що вважається відходами. Наприклад, BladeMade може виробляти 5 відсотків від загального обсягу виробництва дитячих майданчиків, автобусних зупинок та вуличних меблів з перероблених лопатей ротора.
Як Німеччина виглядає на міжнародному рівні?
Німеччина відіграє піонерську роль у переробці енергії вітру. DIN SPEC 4866 вважається міжнародним еталонним стандартом і доступний англійською мовою. Німецькі дослідницькі установи, такі як Fraunhofer IWES та IFAM, розробляють передові технології переробки.
Німеччина є лідером у Європі за розширенням вітроенергетики – у першій половині 2025 року тут було встановлено нові вітрові турбіни потужністю 2,2 гігавати, що більше, ніж у будь-якій іншій європейській країні. Це створює як більшу потребу в переробці, так і посилення інноваційного імпульсу.
Що це означає для майбутнього вітроенергетики?
Ці розробки показують, що вітрова енергетика не лише безпечна для клімату під час експлуатації, але й може бути відповідально керована після її використання. Поєднання усталених процесів термічної рекуперації, нових технологій хімічної переробки, інноваційних підходів до апсайклінгу та повністю перероблюваних нових розробок пропонує комплексне рішення.
Галузь активно інвестує в дослідження та розробки, встановлюються стандарти, а регуляторна база розвивається в напрямку циркулярної економіки. Те, що зараз вважається викликом, дедалі більше перетворюється на можливість для нових бізнес-моделей та ланцюгів створення вартості.
Таким чином, вітрова енергетика є прикладом того, як промисловість може проактивно брати на себе відповідальність за весь життєвий цикл продукту, створюючи як екологічні, так і економічні переваги. Таким чином, лопаті ротора більше не є проблемою відходів, а стають цінною сировиною для майбутнього.
Дивіться, ця маленька деталь заощаджує до 40% часу на встановлення та коштує до 30% менше. Вона виготовлена в США та запатентована.
НОВИНКА: Готові до встановлення сонячні системи! Ця запатентована інновація значно пришвидшує будівництво ваших сонячних панелей
Суть інновації ModuRack полягає у відході від традиційного кріплення за допомогою затискачів. Замість затискачів модулі вставляються та утримуються на місці за допомогою безперервної опорної рейки.
Детальніше про це тут:
Ваш партнер з розвитку бізнесу в галузі фотоелектрики та будівництва
Від промислового даху PV до сонячних парків до більших сонячних паркувальних місць
☑ Наша ділова мова - англійська чи німецька
☑ Нове: листування на вашій національній мові!
Konrad Wolfenstein
Я радий бути доступним вам та моїй команді як особистого консультанта.
Ви можете зв’язатися зі мною, заповнивши тут контактну форму або просто зателефонуйте мені за номером +49 89 674 804 (Мюнхен) . Моя електронна адреса: Вольфенштейн ∂ xpert.digital
Я з нетерпінням чекаю нашого спільного проекту.
