łopaty turbin wiatrowych nie muszą lądować na składowiskach

jest to jeden z czterech blogów z serii badającej aktualne wyzwania i możliwości recyklingu czystych technologii energetycznych. Zapoznaj się z wpisem wprowadzającym, a także innymi wpisami na temat paneli słonecznych i akumulatorów energii. Specjalne podziękowania dla Jessiki Garcii, stypendystki UCS w dziedzinie polityki Czystej energii 2020, za wsparcie badawcze i współautorstwo tych postów.

turbiny wiatrowe zwiększyły rozmiar i ilość, aby spełnić wymagania dotyczące czystej energii

Nowoczesna energia wiatrowa przekształca energię kinetyczną (ruchową) z wiatru w energię mechaniczną. Dzieje się tak poprzez obracanie dużych łopatek z włókna szklanego, które następnie obracają generator w celu wytworzenia energii elektrycznej. Turbiny wiatrowe, jak wiadomo, mogą być zlokalizowane na lądzie lub na morzu.

przewiduje się, że energia wiatrowa będzie nadal rosła w USA do 2050 roku. W najnowszym raporcie rynku technologii wiatrowych przygotowanym przez Lawrence Berkeley National Laboratory stwierdzono, że ceny energii wiatrowej są najniższe w historii, a w 2019 r. 7,3 proc.produkcji energii elektrycznej na skalę przemysłową w USA pochodziło z wiatru. W tym poście na blogu zbadamy lądowe turbiny wiatrowe i możliwości recyklingu, które istnieją, ale nie są jeszcze szeroko stosowane w przypadku łopatek turbin.

projekty turbin wiatrowych ewoluowały w miarę upływu czasu, aby zwiększyć rozmiar i wydajność, co ostatecznie doprowadziło do zwiększenia mocy wytwórczej. Podstawową konstrukcją turbin komercyjnych są obecnie turbiny wiatrowe o osi poziomej składające się z wirnika z trzema łopatkami z włókna szklanego przymocowanymi do piasty, która sama jest przymocowana do centralnego elementu (gondoli) zamontowanego na stalowej wieży. Różne inne Maszyny i fundamenty betonowe są również uwzględnione w nowoczesnej konstrukcji turbin wiatrowych, które obejmują ponad 8000 części na turbinę.

łopaty turbin wiatrowych w istniejącej flocie amerykańskiej mają średnio około 50 metrów długości, czyli około 164 stóp (w przybliżeniu szerokość boiska piłkarskiego w USA). W związku z najnowszymi trendami w stosowaniu dłuższych łopatek na większych turbinach i wyższych wieżach w celu zwiększenia produkcji energii elektrycznej, kilka największych produkowanych dziś łopatek osiąga 60-80 metrów długości.

pod względem trwałości turbiny wiatrowe wytrzymują średnio około 25 lat. Około 85 procent materiałów składowych turbin-takich jak stal, drut miedziany, Elektronika i przekładnia—można poddać recyklingowi lub ponownie wykorzystać. Ale ostrza są różne, ponieważ składają się z włókna szklanego (materiał kompozytowy), aby być lekkim dla wydajności, a jednocześnie wystarczająco wytrzymałym, aby wytrzymać burze. Mieszany charakter materiału ostrza sprawia, że oddzielanie tworzyw sztucznych od włókien szklanych w celu recyklingu w wykonalny Materiał Z włókna szklanego jest trudne—a wytrzymałość potrzebna do ostrzy oznacza, że są one również fizycznie trudne do rozerwania.

gdzie teraz kończą się używane łopaty turbin wiatrowych?

łopaty turbin wiatrowych wymagają utylizacji lub recyklingu, gdy turbiny są wycofywane z eksploatacji na etapie zakończenia użytkowania lub gdy farmy wiatrowe są modernizowane w procesie znanym jako repowering. Repowering obejmuje utrzymanie tego samego miejsca i często utrzymanie lub ponowne wykorzystanie podstawowej infrastruktury dla turbin wiatrowych, ale modernizację o turbiny o większej mocy. Ostrza można zastąpić bardziej nowoczesnymi i typowo większymi ostrzami. Tak czy inaczej, łopatki z włókna szklanego, gdy nie są już potrzebne, stanowią największe wyzwanie dla kwestii związanych z zakończeniem użytkowania energii wiatrowej.

chociaż możliwe jest cięcie ostrzy na kilka części na miejscu podczas procesu likwidacji lub ponownego zasilania, elementy są nadal trudne i kosztowne w transporcie w celu recyklingu lub utylizacji. A proces cięcia niezwykle mocnych ostrzy wymaga ogromnego sprzętu, takiego jak piły samochodowe z drutu lub piły diamentowe podobne do tego, co jest używane w kamieniołomach. Ponieważ obecnie istnieje tak niewiele opcji recyklingu ostrzy, zdecydowana większość z tych, które kończą użytkowanie, jest składowana w różnych miejscach lub wywożona na wysypiska.

rzeczywiście, Bloomberg Green poinformował na początku tego roku o usuwaniu łopat turbin wiatrowych na składowiskach. Mimo że strumień odpadów stanowi tylko niewielką część odpadów komunalnych, nie jest to sytuacja idealna. Ponieważ turbiny wiatrowe są wycofywane lub wymieniane, pojawia się potrzeba bardziej kreatywnych rozwiązań w zakresie recyklingu zużytych łopat.

dobra wiadomość jest taka, że trwają wysiłki na rzecz opracowania alternatyw. Dwa duże przedsiębiorstwa użyteczności publicznej w USA, PacificCorp i MidAmerican Energy, na przykład, ogłosiły niedawno plany współpracy z firmą Carbon Rivers z Tennessee, aby poddać recyklingowi część zużytych łopat turbin zamiast ich składować. Technologia wykorzystywana przez Carbon Rivers jest wspierana poprzez finansowanie grantów przez amerykański Departament Energii i zostanie wykorzystana do rozbicia i ponownego wykorzystania włókna szklanego ze zużytych łopatek turbin.

pojawiające się innowacje w recyklingu włókna szklanego

podczas gdy kompozytowy charakter łopatek turbin z włókna szklanego sprawia, że radzenie sobie z nimi jest niezwykle trudne na etapie końcowego użytkowania, zainteresowanie znalezieniem alternatyw może również pobudzić kreatywność i innowacje. Na przykład partnerstwo z uniwersytetami w USA, Irlandii i Irlandii Północnej o nazwie Re-wind opracowało kilka interesujących pomysłów na projekty w zakresie inżynierii lądowej i wodnej w celu ponownego wykorzystania i zastosowania ostrzy z włókna szklanego. Obejmują one wykorzystanie wycofanych ostrzy w projektach inżynierii lądowej jako część konstrukcji linii energetycznych lub wież lub dachów dla awaryjnych lub niedrogich mieszkań. W Irlandii Północnej Re-wind rozważa również ich pilotowanie do wykorzystania w Mostach dla pieszych wzdłuż greenways.

w dalszej części hierarchii postępowania z odpadami zaczynają pojawiać się dodatkowe opcje recyklingu. WindEurope, reprezentująca Przemysł wiatrowy Unii Europejskiej, współpracuje z Europejską Radą przemysłu chemicznego (Cefic) i europejskim stowarzyszeniem przemysłu kompozytów (EuCIA) w celu opracowania nowych metod ponownego wykorzystania materiałów łopatkowych. Organizacje szacują, że w ciągu najbliższych kilku lat w samej Europie wycofanych zostanie 14 000 łopat turbin wiatrowych. W maju 2020 r. konsorcjum opracowało Accelerating Wind Turbine Blade circulation, kompleksowy raport, w którym szczegółowo opisano projektowanie, badania i rozwiązania techniczne koncentrujące się na cyklu życia turbiny wiatrowej.

kluczowe znaczenie dla recyklingu materiałów kompozytowych ma zapewnienie, że proces recyklingu ma pozytywny wynik netto w porównaniu z alternatywą usuwania na składowiskach. Jeden z przykładów pochodzi z Niemiec, gdzie koncepcja recyklingu łopatek turbin na cement została po raz pierwszy opracowana około dziesięć lat temu w zakładzie zbudowanym w ramach partnerstwa między Geocycle, jednostką biznesową HolcimAG i firmą Zajons.

ta forma recyklingu obejmuje kontrolę łańcucha dostaw usuwania—w tym cięcie łopatek turbiny na mniejsze części w miejscu likwidacji, aby zmniejszyć logistykę i koszty transportu. Proces ten gwarantuje 100-procentowy recykling i redukcję emisji dwutlenku węgla z cementowego wspólnego przetwarzania poprzez zastąpienie produkcji surowców cementowych recyklingowymi ostrzami, a także wykorzystanie biogazu z resztek organicznych zamiast węgla jako paliwa.

opracowywane są również inne technologie, takie jak recykling mechaniczny, solwoliza i piroliza, co idealnie zapewni przemysłowi dodatkowe opcje obsługi łopatek z włókna szklanego po ich zakończeniu.

Inna kreatywna opcja recyklingu produkuje Pelety lub płyty, które mogą być używane w zastosowaniach stolarskich. W 2019 roku Global Fiberglass Solutions rozpoczęło produkcję produktu o nazwie Ecopoly Pellets w USA, a wkrótce dodatkowo wyprodukuje wersję Panelową. Produkty te są certyfikowane jako poddawane recyklingowi z wycofanych łopat turbin wiatrowych poprzez śledzenie identyfikacji radiowej (RFID) od łopaty do produktu końcowego. Pellet EcoPoly można przekształcić w różnorodne produkty, takie jak palety magazynowe, Materiały podłogowe lub słupki parkingowe. W oparciu o prognozy popytu, Global Fiberglass Solutions przewiduje możliwość przetwarzania od 6000 do 7000 ostrzy rocznie w każdym z dwóch zakładów w Teksasie i Iowa.

dodatkowym podejściem do kwestii recyklingu ostrzy jest skupienie się na pierwszym elemencie-z czego są wykonane ostrza. Dodatkowe badania i rozwój jest patrząc na stosowanie żywicy termoplastycznej zamiast włókna szklanego lub włókna węglowego do łopat turbin wiatrowych. Materiał może być łatwiejszy i tańszy do recyklingu.

w końcu cel zwiększenia innowacyjności w zakresie dodatkowych zastosowań dla wycofanych łopatek turbin wymaga posiadania wystarczającego popytu rynkowego, aby zachęcić do tworzenia obiektów, które mogą poddawać łopatki recyklingowi. Obok tego wyzwania jest brak polityki w USA. w odniesieniu do kwestii związanych z końcem użytkowania łopatek turbin, co dodatkowo przyczynia się do utrzymania status quo składowania lub unieszkodliwiania odpadów stałych na składowiskach.

osiągnięcie 100% możliwości recyklingu systemów turbin wiatrowych

jak wspomniano powyżej, obecnie mniej kosztowne jest pozbycie się łopat turbin wiatrowych na najbliższym wysypisku, a nie często transport dalekobieżny wymagany do recyklingu w ograniczonej liczbie obiektów, które mogą je skutecznie przetwarzać. Ponadto sektor ten cierpi obecnie z powodu braku presji regulacyjnej lub zachęt rynkowych do pełnego opracowania innych opcji wycofania z eksploatacji.

dwa podejścia do gospodarki o obiegu zamkniętym to większa komunikacja w łańcuchu dostaw turbin wiatrowych i ambitne cele. Na przykład Vestas Wind Systems A/S, globalna firma zajmująca się projektowaniem, produkcją i instalacją turbin wiatrowych, ogłosiła odważne zobowiązanie do produkcji turbin wiatrowych bez odpadów do 2040 roku. Firma planuje osiągnąć ten cel poprzez zwiększenie możliwości recyklingu w ciągu najbliższych 20 lat poprzez ścisłą współpracę ze swoimi partnerami w łańcuchu dostaw, aby ostatecznie uniknąć spalania lub składowania swoich produktów. Potrzeba więcej takich partnerstw między firmami z branży wiatrowej, aby wypełnić lukę i sprawić, że systemy energetyki wiatrowej będą w 100% poddawane recyklingowi.

ponadto Państwa Amerykańskie powinny rozważyć mechanizmy polityczne, które napędzają rozwój rynku alternatywnych rozwiązań, takich jak zwiększenie odpowiedzialności producentów, poza usuwaniem łopat turbin wiatrowych na składowiskach odpadów. Państwa mogłyby dodatkowo zastanowić się nad sposobami wspierania budowy regionalnej infrastruktury recyklingu-szczególnie w Stanach o większych częściach energii wiatrowej, takich jak Teksas lub Iowa—w celu rozwiązania etapu końcowego wykorzystania łopat turbin wiatrowych.

zapoznaj się z innymi blogami z tej serii, aby uzyskać wprowadzenie do technologii recyklingu czystej energii, a także dodatkowe informacje na temat recyklingu paneli słonecznych i akumulatorów do przechowywania energii.