lopatky větrných turbín nemusí skončit na skládkách

Toto je jeden ze čtyř blogů v sérii zkoumajících současné výzvy a příležitosti pro recyklaci technologií čisté energie. Viz úvodní příspěvek, stejně jako další položky o solárních panelech a bateriích pro ukládání energie. Zvláštní poděkování patří Jessice Garcii, UCS v létě 2020 Midwest Clean Energy Policy Fellow, za podporu výzkumu a spoluautorství těchto příspěvků.

větrné turbíny se zvětšily co do velikosti a množství, aby splnily požadavky na čistou energetickou kapacitu

moderní větrná energie přeměňuje kinetickou (pohybovou) energii z větru na mechanickou energii. K tomu dochází otáčením velkých lopatek ze skleněných vláken, které pak otáčejí generátorem za účelem výroby elektřiny. Větrné turbíny, jak jsou známy, mohou být umístěny napobřeží nebo na moři.

předpokládá se, že větrná energie bude v USA do roku 2050 nadále růst. Nejnovější zpráva o trhu s větrnými technologiemi, kterou připravila Národní laboratoř Lawrence Berkeley, zjistila, že ceny větrné energie jsou na minimech všech dob a pro rok 2019 pocházelo 7, 3 procenta výroby elektřiny v USA z větru. V tomto blogu, budeme zkoumat pozemní větrné turbíny a možnosti recyklace, které existují, ale dosud nejsou široce implementovány pro lopatky turbíny.

konstrukce větrných turbín se postupem času vyvíjely, aby se zvýšila velikost a účinnost, což nakonec vedlo k větší výrobní kapacitě. Princip konstrukce komerčních turbín dnes jsou horizontální osy větrné turbíny sestávající z rotoru se třemi laminátovými lopatkami připevněnými k náboji, který je sám připojen k centrálnímu kusu (gondole), který je namontován na ocelové věži. Různé další stroje a betonové základy jsou také zahrnuty v moderním designu větrných turbín, které zahrnují více než 8000 dílů na turbínu.

lopatky větrných turbín ve stávající americké flotile v průměru kolem 50 metrů na délku, nebo asi 164 stop (přibližně šířka amerického fotbalového hřiště). A s nedávnými trendy používat delší lopatky na větších turbínách a vyšších věžích ke zvýšení výroby elektřiny, několik největších lopatek vyrobených dnes dosahuje délky 60-80 metrů.

pokud jde o trvanlivost, větrné turbíny vydrží v průměru asi 25 let. Asi 85 procent materiálů turbínových komponent—jako je ocel, měděný drát, Elektronika a ozubení—lze recyklovat nebo znovu použít. Čepele se však liší, protože jsou vyrobeny ze skleněných vláken (kompozitní materiál), aby byly lehké pro účinnost, ale stále dostatečně odolné, aby odolaly bouřím. Smíšená povaha materiálu čepele ztěžuje oddělení plastů od skleněných vláken k recyklaci na funkční materiál ze skleněných vláken-a síla potřebná pro čepele znamená, že jsou také fyzicky náročné na rozlomení.

kde nyní končí použité lopatky větrných turbín?

lopatky větrných turbín vyžadují likvidaci nebo recyklaci, jsou-li turbíny vyřazeny z provozu na konci použití nebo jsou-li větrné elektrárny modernizovány v procesu známém jako repowering. Repowering zahrnuje udržování stejného místa a často údržbu nebo opětovné použití primární infrastruktury pro větrné turbíny, ale modernizaci turbínami s větší kapacitou. Čepele mohou být nahrazeny modernějšími a obvykle většími čepelemi. Ať tak či onak, sklolaminátové čepele, jakmile již nejsou potřeba, představují největší výzvu k úvahám o ukončení používání větrné energie.

i když je možné řezat nože na několik kusů na místě během procesu vyřazení z provozu nebo repoweringu, kusy jsou stále obtížné a nákladné na přepravu k recyklaci nebo likvidaci. A proces řezání extrémně silných lopatek vyžaduje obrovské vybavení, jako jsou drátěné pily namontované na vozidle nebo pily s diamantovým drátem podobné tomu, co se používá v lomech. Protože v současné době existuje tak málo možností recyklace lopatek, drtivá většina těch, které dosáhnou konce použití, je buď skladována na různých místech,nebo odváděna na skládky.

Bloomberg Green na začátku tohoto roku informoval o likvidaci lopatek větrných turbín na skládkách. I když odpadový proud představuje jen nepatrný zlomek našeho komunálního tuhého odpadu, rozhodně to není ideální situace. Vzhledem k tomu, že větrné turbíny jsou vyřazovány z provozu nebo nahrazovány, vzniká potřeba kreativnějších recyklačních řešení použitých lopatek.

dobrou zprávou je, že probíhá určité úsilí o vývoj alternativ. Dva velké nástroje v USA, PacificCorp a MidAmerican Energy, například, nedávno oznámily plány na spolupráci se společností Tennessee Carbon Rivers na recyklaci některých nástrojů vynaložených na turbínové lopatky místo jejich skládkování. Technologie používaná Carbon Rivers je podporována grantovým financováním amerického ministerstva energetiky a bude použita k rozebrání a opětovnému použití skelných vláken z použitých lopatek turbíny.

vznikající inovace v recyklaci skelných vláken

zatímco kompozitní povaha lopatek turbín ze skelných vláken je činí notoricky obtížnými ve fázi ukončení použití, zájem o hledání alternativ může také vyvolat kreativitu a inovace. Například, partnerství zahrnující nás, Irsko, a univerzity v Severním Irsku zvané Re-wind vyvinuly některé zajímavé nápady na stavební projekty pro opětovné použití a opětovné použití čepelí ze skleněných vláken. Patří mezi ně použití vyřazených lopatek v inženýrských projektech jako součást konstrukcí nebo věží elektrického vedení, nebo střechy pro nouzové nebo cenově dostupné bydlení. V Severním Irsku Re-wind také zvažuje jejich pilotování pro použití v Mostech pro pěší podél greenways.

dále v hierarchii odpadů se začínají objevovat další možnosti recyklace. WindEurope, zastupující větrný průmysl Evropské unie, spolupracuje s Evropskou radou chemického průmyslu (Cefic) a Evropskou asociací průmyslu kompozitů (EuCIA) na vývoji nových metod opětovného použití materiálů lopatek. Organizace odhadují, že jen v Evropě bude v příštích několika letech vyřazeno z provozu 14 000 lopatek větrných turbín. V květnu 2020 vytvořilo konsorcium akcelerující cirkulaci lopatek větrných turbín, komplexní zprávu, která podrobně popisuje návrh, výzkum a technická řešení zaměřená na životní cyklus větrných turbín.

klíčovým hlediskem pro recyklaci kompozitních materiálů je zajistit, aby proces recyklace měl čistý pozitivní výsledek ve srovnání s alternativou likvidace na skládkách. Jeden příklad pochází z Německa, kde byl koncept recyklace lopatek turbín do cementu poprvé vyvinut asi před deseti lety prostřednictvím závodu postaveného pod partnerstvím mezi Geocycle, obchodní jednotkou společnosti stavebních materiálů HolcimAG, a společností Zajons.

tato forma recyklace zahrnuje kontrolu likvidačního dodavatelského řetězce-včetně řezání lopatek turbíny na menší kousky v místě vyřazení z provozu, aby se snížila přepravní logistika a náklady. Tento proces slibuje 100% recyklaci a snížení emisí oxidu uhličitého ze společného zpracování cementu nahrazením výroby cementových surovin recyklovanými lopatkami a použitím bioplynu z organických zbytků místo uhlí jako paliva.

vyvíjejí se také další technologie, jako je mechanická recyklace, solvolýza a pyrolýza, které v ideálním případě poskytnou průmyslu další možnosti pro manipulaci s lopatkami ze skleněných vláken, když dosáhnou konce použití.

další možností kreativní recyklace jsou pelety nebo desky, které lze použít v truhlářských aplikacích. V roce 2019 začala společnost Global Fiberglass Solutions vyrábět produkt s názvem Ecopoly pelety v USA a brzy bude navíc vyrábět panelovou verzi. Tyto výrobky jsou certifikovány jako recyklované z vyřazených lopatek větrných turbín prostřednictvím sledování radiofrekvenční identifikace (RFID) od čepele ke konečnému produktu. Pelety EcoPoly lze přeměnit na různé produkty, jako jsou skladové palety, podlahový materiál nebo parkovací sloupky. Na základě svých prognóz poptávky společnost Global Fiberglass Solutions předpokládá, že bude schopna zpracovat 6,000 7,000 až XNUMX XNUMX lopatek ročně v každé ze svých dvou závodů v Texasu a Iowě.

přidaným přístupem k problému recyklace čepelí je zaměřit se na přední kus—z čeho jsou čepele vyrobeny. Další výzkum a vývoj zkoumá použití termoplastické pryskyřice místo skelných vláken nebo uhlíkových vláken pro lopatky větrných turbín. Materiál může být jednodušší a levnější recyklovat.

cílem zvýšení inovací směrem k dalším aplikacím použití pro vysloužilé lopatky turbín je mít dostatečnou poptávku na trhu, která by motivovala k vytvoření zařízení, která mohou lopatky recyklovat. Vedle této výzvy je nedostatek politiky v USA. pokud jde o úvahy o ukončení použití lopatek turbín, dále přispívat ke stávajícímu stavu skladování nebo odstraňování pevného odpadu na skládkách.

dosažení 100% recyklovatelnosti systémů větrných turbín

jak bylo uvedeno výše, v současné době je méně nákladné likvidovat lopatky větrných turbín na nejbližší skládce, spíše než často dálkové přepravy potřebné k recyklaci v omezeném počtu zařízení, která je mohou efektivně zpracovat. Odvětví navíc v současné době trpí nedostatkem regulačního tlaku nebo tržních pobídek k úplnému rozvoji dalších možností konečného použití.

dva přístupy k cirkulárnějšímu hospodářství jsou větší komunikace v dodavatelském řetězci větrných turbín a ambiciózní cíle. Například společnost Vestas Wind Systems A / S, konstrukční, výrobní a globální instalační společnost větrných turbín, oznámila odvážný závazek vyrábět větrné turbíny s nulovým odpadem do roku 2040. Společnost toho plánuje dosáhnout zvýšením recyklovatelnosti v příštích 20 letech úzkou spoluprací se svými partnery v dodavatelském řetězci, aby se v konečném důsledku zabránilo spalování nebo skládkování svých produktů. Je zapotřebí více takových partnerství mezi společnostmi větrného průmyslu, aby pomohla zaplnit mezeru a učinit systémy větrné energie 100% recyklovatelnými.

státy USA by také měly zvážit politické mechanismy, které by vedly k rozvoji trhu alternativních řešení, jako je zvýšená odpovědnost výrobců, kromě likvidace lopatek větrných turbín na skládkách. Státy by navíc mohly uvažovat o způsobech, jak podpořit výstavbu regionální recyklační infrastruktury-zejména ve státech s většími částmi větrné energie, jako je Texas nebo Iowa—, aby řešily fázi ukončení použití lopatek větrných turbín.

přečtěte si další blogy v této sérii, kde najdete úvod do technologií recyklace čisté energie a další informace o recyklaci solárních panelů a baterií pro ukládání energie.