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旧风机被新风机替代,旧风机何去何从并不是一个容易回答的问题。这个问题的解决与否,同样会影响到风机退役市场的良性发展。
一般情况下,风电机组中85%部件是可以被回收或者再利用的,包括钢材、铜线、电子器件、齿轮和轴承等。大的回收难题在于叶片,叶片中的玻璃纤维和聚合物基质则很难被重新利用。
偏偏叶片又是风电机组中个头大的部件,现在叶片的长度都接近百米。现阶段,针对叶片的处置办法分为三种:将叶片拆解,用于市政建设领域;将叶片打碎,回收后添加到建筑材料当中,增强其材料性能;通过化学方式,将叶片所用的复合材料分解后进行回收利用。
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风机叶片通常含有纤维增强材料、塑料聚合物、夹心材料和涂层,随着叶片尺寸的变大,叶片生产所需的材料数量也在不断增长。据估计,每1kW的新装装机容量就需要10千克叶片材料。因此一台7.5MW的风机约需要75吨的叶片材料。风机叶片的使用寿命大约为20-25年。因此如何处理废弃叶片就成了问题。据推测,每年要处理的纤维复合材料重量将达到20.4亿吨以上。风电行业相对来讲是一个新兴行业,在风机叶片的实际处理方面经验很少,尤其是海上风力发电机。
将退役的风机叶片消减成较小的碎片或颗粒,可用于提高建筑和相关行业的产品性能的潜力很大。先将风电机组叶片切碎成手掌大小的碎片,然后再提炼并加工成新的型复合材料。经过测试发现,新材料可以与许多木质复合材料相媲美。回收后的叶片可以用于不同的途径,从地砖到塑料路面障碍。
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小块的叶片后被切成鹅卵石大小的小块,水泥厂可以将这些小块与其他材料混合,放入水泥窑炉中。从风机叶片被拆到地面,到在水泥厂被完全处理,可能只需要几周的时间。
通过水泥窑协同处理,叶片回收的净值效果在所有回收类别当中脱颖而出。与传统水泥制造业相比,叶片回收使水泥生产中的二氧化碳排放量减少27%,耗水量减少13%。此外,通过回收每7吨重的风机叶片,可使水泥窑避免消耗近5吨煤、2.7吨二氧化硅、1.9吨石灰石和近1吨额外的矿产原料。在很大程度上,由于避免了煤炭消耗,这种叶片回收还对人类健康、生态系统质量和资源消耗等产生了净正面环境效益。回收叶片材料生产出的水泥与传统方法生产的水泥具有同样的特性及性能,符合所有适用的建筑标准。
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风轮的设计目的是为了利用流动的空气的动能而得到带动发电机旋转的机械能;螺旋浆的设计目的是为了克服地心引力而利用空气的浮力。风轮本体的运动性质是叶片控制轮轴旋转,风机叶片是主动、轮轴是被动;螺旋桨本体的运动性质是与风轮恰恰相反,是轮轴控制叶片旋转,轮轴是主动的,叶片是被动。
这两种机械的设计目的不同,距离轴心越远的点的运行轨迹周长越长。因此,在风轮迎风旋转时,距离轴心越近的点的线速度越低,距离轴心越远的点的线速度越高,这种风轮旋转时的圆周运动特性,所以说,叶片形状应该越靠近轴心处越窄,距离轴心越远处应该越宽。即风机叶片每一点的宽度应与这个点的线速度相吻合,叶片顶部越宽其获得的风能也将越大,风的利用率也会提高。
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