这是一个系列的四篇博客之一，探讨当前清洁能源技术回收的挑战和机遇。请参阅介绍性的文章，以及其他有关太阳能电池板而且储能电池．特别感谢杰西卡·加西亚他是UCS 2020年夏季中西部清洁能源政策研究员，以支持研究并共同撰写这些帖子。
风力涡轮机的尺寸和数量都有所增加，以满足清洁能源的容量需求
现代风力发电将动能(运动)能从风转化为机械能。这是通过转动大型玻璃纤维叶片来实现的，然后旋转发电机来发电。众所周知，风力涡轮机可以安装在岸上，也可以安装在海上。
风能是预计到2050年在美国继续增长。最新的风能技术市场报告劳伦斯伯克利国家实验室的一项研究发现，风能价格处于历史最低水平，2019年，美国公用事业规模发电量的7.3%来自风能风．在这篇博客文章中，我们将研究陆基风力涡轮机和存在但尚未广泛应用于涡轮叶片的回收机会。
来源:伯克利实验室电力市场与政策(https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)
随着时间的推移，风力涡轮机的设计不断发展，在尺寸和效率上都有所增加，最终导致了更大的发电能力。今天商业涡轮机的主要设计是水平轴风力涡轮机由一个转子和三个玻璃纤维叶片连接到一个轮毂组成，轮毂本身连接到一个安装在铁塔上的中心部件(机舱)。各种其他机械和混凝土基础也包括在现代风力涡轮机的设计，其中包括超过8000个零件每一个涡轮机。
美国现有的风力涡轮机叶片平均大约50米长，或大约164英尺(大约一个美国足球场的宽度)。和最近的趋势为了在更大的涡轮机和更高的塔上使用更长的叶片来增加电力产量，一些最大如今生产的叶片长度可达60-80米。
资料来源:伯克利实验室，风能技术数据更新:2020版，第37页。请注意，转子直径(在这里显示米)略超过两倍的长度的叶片
图片来源:James Gignac
就耐用性而言，风力涡轮机的平均寿命约为25年。大约85%的涡轮机部件材料，如钢、铜线、电子产品和齿轮，可以回收或重复使用。但叶片的不同之处在于，它们由玻璃纤维(一种复合材料)组成，重量轻，效率高，但仍然足够耐用，可以抵御风暴。叶片材料的混合性质使得将塑料从玻璃纤维中分离出来，再循环成一种可行的玻璃纤维材料变得困难，而且叶片所需的强度也意味着它们在物理上也具有挑战性。
使用过的风力涡轮机叶片现在在哪里结束?
当涡轮机在使用结束阶段退役时，或者当风力发电场在被称为重新供电的过程中升级时，风力涡轮机叶片需要处理或回收。重新供电包括保持相同的地点，经常维护或重用风力涡轮机的主要基础设施，但升级为更大容量的涡轮机。叶片可能会被更现代、更大的叶片所取代。不管怎样，一旦不再需要玻璃纤维叶片，就会对风能的最终使用构成最大的挑战。
虽然在退役或重新供电过程中，可以将叶片现场切割成几块，但这些碎片仍然很难运输，回收或处理成本很高。而切割超强叶片的过程需要巨大的设备，比如车辆安装线锯或diamond-wire类似于采石场使用的锯子。由于目前回收刀片的选择很少，绝大多数达到使用终点的刀片要么被储存在不同的地方，要么被送往垃圾填埋场。
的确,彭博社的绿色今年早些时候有报道称，风力涡轮机叶片被扔进了垃圾填埋场。即使废物流只代表一个一小部分但这显然不是一个理想的情况。随着风力涡轮机的退役或更换，需要更有创意的废旧叶片回收解决方案。
好消息是，一些开发替代品的努力正在进行中。美国两大公用事业公司，太平洋公司和中美能源公司例如，苹果公司最近宣布了与这家田纳西州公司合作的计划碳的河流回收一些公用事业用过的涡轮叶片，而不是填埋它们。碳河使用的技术得到了支持赠款资金由美国能源部提供，将用于分解和再利用使用过的涡轮叶片中的玻璃纤维。
图片:Flickr/Chuck Coker
玻璃纤维回收的新兴创新
虽然玻璃纤维涡轮叶片的复合材料性质使其在使用结束阶段难以处理，但寻找替代品的兴趣也可以激发创造力和创新。例如，一个涉及美国、爱尔兰和北爱尔兰大学的合作伙伴关系Re-wind为玻璃纤维叶片的再利用和再利用开发了一些有趣的土木工程项目想法。其中包括在土木工程项目中使用退役叶片作为电力线结构或塔的一部分，或用于应急或经济适用房的屋顶。在北爱尔兰，Re-wind公司也在考虑在绿道沿线的人行天桥上试用。
在垃圾层次结构的更低层，更多的回收选择开始出现。代表欧盟风能产业的wineurope正在与欧洲化学工业委员会(Cefic)和欧洲复合材料工业协会(EuCIA)合作开发新方法重复使用叶片材料。这些组织估计14000年仅在欧洲，风力涡轮机叶片将在未来几年内退役。2020年5月，该财团投产加速风力涡轮机叶片圆度，这是一份全面的报告，详细介绍了风力涡轮机生命周期的设计、研究和技术解决方案。
复合材料回收的一个关键考虑因素是，与填埋处理相比，确保回收过程具有净积极的结果。一个例子来自德国，在那里，将涡轮叶片回收成水泥的概念大约在十年前通过一个在德国建造的工厂首次提出伙伴关系建筑材料公司HolcimAG的业务部门gecycling和Zajons公司之间的合作。
这种回收方式涉及到对处理供应链的控制，包括在退役现场将涡轮叶片锯成更小的碎片，以减少运输物流和成本。通过用回收的叶片替代水泥原材料的生产，再加上使用有机残留物产生的沼气代替煤炭作为燃料，这一过程有望实现100%的循环利用，并减少水泥协同加工过程中的二氧化碳排放。
其他技术，如机械回收，溶解法和热解法也是如此正在开发的，这将理想地为行业提供更多的选择，以便在玻璃纤维叶片达到使用终点时处理它们。
另一种创造性的回收选择是生产可用于木工应用的颗粒或板。2019年，全球玻璃纤维解决方案公司开始生产一种名为EcoPoly丸并将很快额外推出一个面板版本。这些产品通过从叶片到最终产品的射频识别(RFID)跟踪，被认证为从退役的风力涡轮机叶片回收。EcoPoly颗粒可以转化为各种产品，如仓库托盘，地板材料，或停车场护柱。根据其需求预测，全球玻璃纤维解决方案预计它在德克萨斯州和爱荷华州的两家工厂每年都能加工6000到7000个叶片。
解决叶片回收问题的另一种方法是关注前端部件——叶片是由什么制成的。更多的研究和开发正在寻求使用热塑性树脂而不是玻璃纤维或碳纤维风力涡轮机叶片。这种材料可能更容易回收，也更便宜。
最后，增加对退役涡轮叶片的额外使用应用的创新的目标需要有足够的市场需求来激励能够回收叶片的设施的创造。除了这一挑战之外，美国还缺乏关于涡轮叶片使用终止考虑的政策，这进一步导致了在垃圾填埋场作为固体废物储存或处置的现状。
实现风力发电机系统的100%可循环利用
如上所述，目前在最近的垃圾填埋场处理风力涡轮机叶片的成本较低，而不是在有限数量的有效处理设施中进行回收所需的长途运输。此外，该行业目前缺乏监管压力或市场激励，无法充分开发其他终端选择。
实现更循环经济的两种方法是加强风力涡轮机供应链上的沟通，以及雄心勃勃的目标。例如，Vestas Wind Systems A/S，一家风力涡轮机设计、制造和全球安装公司，宣布了一项大胆的承诺产生零废物到2040年的风力涡轮机。该公司计划通过与供应链上的合作伙伴密切合作，在未来20年提高可回收性，最终避免对其产品进行任何焚烧或填埋，从而实现这一目标。风能产业公司之间需要更多这样的合作伙伴关系，以帮助填补空白，并使风能系统100%可回收。
此外，美国各州应考虑制定政策机制，推动替代解决方案的市场发展，例如增加生产者的责任，而不是将风力涡轮机叶片扔进垃圾填埋场。各州还可以考虑如何支持区域回收基础设施的建设，特别是在风力发电占比较大的州，如德克萨斯州或爱荷华州，以解决风力涡轮机叶片的最终使用阶段。