Утилизация лопастей ветрогенераторов (ветряков): альтернативные способы по рециклингу лопастей, почему во многих странах это большая проблема, что делают из переработанных лопастей от турбин

Лопасти ветрогенераторов изготавливаются из композитных материалов на основе стеклопластика и эпоксидных смол, которые практически не поддаются традиционной переработке из-за сложной структуры и химической стойкости. Во многих странах утилизация стала острой проблемой: к 2050 году накопится до 2,5 млн тонн отходов, а Евросоюз с 2025 года запретит захоронение лопастей на полигонах. Альтернативные методы включают измельчение на цементных заводах как заменитель клинкера, пиролиз для получения технического углерода и вторичное использование в строительстве (ландшафтные элементы, мостовые конструкции). В России переработка лопастей пока не налажена — отходы временно складируются на специализированных площадках в ожидании развития технологий рециклинга.

Ветроустановки вызывают противоречивые эмоции у многих людей, специалистов, несмотря на то, что используются достаточно давно. С одной стороны, они приносят пользу – позволяют реализовать экологические программы по добыче энергии, а с другой – это источник шума, опасность для птиц. Нужно разобраться, как осуществляется утилизация лопастей ветрогенераторов, в чем заключается проблема. Это позволит найти решение для безопасной переработки.

История возникновения ветряных мельниц. Как получение чистой энергии стало началом утилизационного коллапса

Применение ветра интересовало людей с незапамятных времен. Они рассматривали разные способы, т. к. еще тысячелетия назад многие понимали, что это облегчит жизнь. Сначала ветер применяли, чтобы качать воду, молоть зерно (900 год до н. э.), позднее строили ветряные мельницы (первое тысячелетие нашей эры). Ветроэнергетика же стала развиваться полтора столетия назад. Первая турбина появилась в Шотландии. Тогда ее высота не превышала 10 м, а целью было обеспечение энергией дома профессора Джеймса Блита, разработчика технологии.

Буквально следом появилась первая турбина в США. Причем ее назначение было таким же, что и в случае с шотландской разработкой. Истории известно еще несколько подобных случаев: позднее к гонке присоединилась Франция и Дания.

Уже в 1908 г. на территории последней функционировало 92 электрогенерирующих систем, а ближе к середине прошлого века в США было запущено массовое производство ветрогенераторов.

Вскоре размеры установок стали невообразимыми: длина одной только лопасти составляла 23 м, а мощность турбины составляла более 1 МВт. Сегодня и эти параметры изменились. Установки ветрогенератора стали еще больше. Есть устройства, которые раскручиваются благодаря ротору, а не лопастям, но и они тоже крупногабаритные.

Вот только в гонке за электрификацией территорий и объектов, в стремлении найти более экономичный способ получения энергии забыли о будущем, когда придет время проводить обслуживание, ремонт и замену основных комплектующих. Такой момент настанет через 20 лет – это средний срок службы турбины. Причем проблему создали именно крупногабаритные части конструкции – лопасти из композитных материалов. Основные причины коллапса в сфере экологии:

• лопасти не принимают на свалку: специалисты выступают против того, чтобы отправлять лопасти ветрогенераторов на полигоны, свалки для дальнейшего захоронения, что обусловлено не опасением токсичного воздействия (запчасти турбин не оказывают такого влияния, считаются безопасными), а нецелесообразным использованием территорий под данный вид мусора, потому что его количество будет стремительно расти;
• лопасти плохо горят и портят фильтры: из-за сложностей логистики захоронение затруднено, решением могло стать сжигание таких изделий, но тип материалов не позволяет это реализовать в полной мере, т. к. приходится иметь дело со стекловолокном, углеволокном, полиуретаном, эпоксидной смолой, мало того, что они слабо горят, но отмечается и закупоривание очистительных установок;
• лопасти не делятся на компоненты: они изготавливаются преимущественно из смешанных компонентов, как, например, стекловолокно, их переработка возможна, но затруднена необходимостью дополнительного оснащения участков специальным, сложным оборудованием для разделения материалов на востребованные компоненты.

Статистика: в каких странах наиболее распространены ветроустановки

Статистика составляется не по количеству ветрогенераторов, а по их производительности. Это объясняет, почему некоторые страны Европы не вошли в рейтинг, как, например, Дания. Она активно использует отработанные части турбин для других целей, например, в качестве шумопоглощающего барьера на автомагистралях. Как формируется рейтинг стран, которые наиболее эффективно используют ветроустановки:

Принцип работы ветроустановки. Технические характеристики

Глядя на устройство турбин, многие понимают суть их функционирования. Она сводится к использованию кинетической энергии ветра. На следующем этапе ее необходимо неоднократно преобразовывать, чтобы получить требуемый результат. Принцип работы ветроустановок заключается в обеспечении условий для получения кинетической энергии, что достигается путем создания крутящего момента: лопасти захватываются ветром, начинают движение, вместе с ними вращается и ость, соединенная с генератором, а он уже способствует выработке электрического тока с частотой, соответствующей той, что и в комнатных розетках.

Технические характеристики ветрогенераторных установок отличаются, зависят от конструкции, модели. Но отмечают ряд параметров, которые являются основными для всех агрегатов такого типа:

• параметры лопасти ветрогенератора (высота, м), а также диаметр ветроколеса;
• скорость вращения ротора, об./мин.;
• электрические параметры: номинальное напряжение и мощность;
• высота мачты, м;
• характеристики генератора: его тип, частота и ток;
• уровень шума – как правило, установки ВЭС издают шум среднего уровня (до 55 дБ);
• номинальный ток и напряжение;
• характеристики АКБ: их количество и емкость (Ач).

Какие вещества выделяются при горении лопастей и чем они опасны

Вследствие износа материалов возникает необходимость в утилизации ветряков. Этот метод неидеальный, имеет свои недостатки, но все же к нему продолжают иногда прибегать ввиду ускорения переработки крупногабаритных частей турбин, вместе с тем сокращается площадь свалок. Если сжигать лопасти ветрогенераторов, высвобождаются вещества:

Величина вредных выбросов при эксплуатации ВЭУ

Когда ветрогенераторные установки начали применяться, одной из главных целей был ввод в эксплуатацию оборудования, которое обеспечивает возможность получения экологических источников энергии. Но на деле вышло иначе – невозможно создать технологию, которая бы не способствовала образованию остаточных материалов или высвобождению хоть сколько-нибудь малой доли вредных веществ. Что касается ВЭУ, такое оборудование в меньшей мере вредит здоровью людей и природе, все высвобождаемые вещества делят с учетом процентного соотношения на группы в зависимости от источника их появления:

• лопасти – 20%;
• башня – 25%;
• гондола – 13%;
• редуктор, вторичный вал – 10%;
• ступица – 5%;
• ремонтные работы, обслуживание устройства – 5%;
• кабельная линия в пределах объекта – 8%;
• выведение оборудования из эксплуатации, монтаж, система охлаждения и трансформатор, относящийся к площадке – менее 1% на каждый из факторов.

Огонь и лед: как находятся альтернативные варианты утилизации лопастей

Прежде чем утилизировать лопасти от ветрогенератора, необходимо определить наиболее подходящий вариант. Рассматривают альтернативные способы:

• процесс сольволиза: так называется процесс обменного разложения между веществами – растворителем и растворенным, но этот метод может использоваться в отношении части материалов, из которых состоят ВЭУ, т. к. не все они подвержены растворению в агрессивной среде;
• пиролиз лопастей: при этом происходит сжигание материалов, подверженных воздействию высоких температур, но реализуется он в особых условиях – вакуумной среде, специальной печи, а образующийся остаток используется для разных целей, одна из них – добавление в состав цемента, но можно и закопать на объекте для захоронения отходов, в этом случае рециклинг будет невозможен, но зато сократится площадь свалок;
• механическая рециркуляция: учитывая, что лопасти состоят из многокомпонентных материалов, их сложно рассортировать после переработки, поэтому стали использовать метод механической утилизации, позволяющий применять полученное сырье для производства пластмассы или нового композитного материала, но сначала нужно измельчить лопасти до образования мелких гранул.

Утилизация лопастей от ветряков народными средствами и способами будущего

Многие специалисты, несмотря на затруднения при переработке лопастей ветряков, уверены, что такие запчасти могут применяться для других целей, раз уж их не рекомендуется оставлять на полигонах или специальных кладбищах для постоянного хранения. При этом не нужно использовать огонь и лед, есть и более подходящие способы:

• организация детских игровых площадок: один из способов применения лопастей – сооружение различных конструкций, которые бы имели важность с точки зрения развития инфраструктуры, обустройства различных объектов, изготовление детских площадок – один из вариантов, при этом тот факт, что материалы очень медленно разлагаются, является преимуществом, что позволит долго эксплуатировать конструкции;
• шумоподавительные барьеры на автомагистралях Дании: нужными свойствами облагает стекловолокно, этот материал способен поглощать звуки, причем делает это намного лучше, чем минеральная вата;
• The European Technology & Innovation Platform on Wind Energy – вторсырье: компания предложила новый способ, позволяющий проводить утилизацию ветряных лопастей, получая при этом сырье, пригодное для повторного применения, для его реализации необходимо измельчить отходы, причем, если нужно, процедура выполняется заново, на выходе получают множество волокон, их вводят в состав разной продукции, за счет этого продлевают срок ее эксплуатации (так поступают с полимерными досками, поддонами, отделочными материалами);
• Global Fiberglass Solution – переработка: успешный стартап позволил найти альтернативный способ утилизации лопастей, при этом не требуется выполнять сжигание отходов, производить их сортировку, выделяют лишь одно направление деятельности американской компании – прессование лопастей с целью получения другой продукции, например, плит с древесноволокнистой структурой.

На что идут переработанные лопасти от ветрогенераторов

Чтобы не загрязнять атмосферу и почву планеты, компании стремятся разработать и внедрить эффективные способы утилизации лопастей. Распространенный вариант – получение вторсырья и его применение для изготовления новой продукции:

• пеллеты для строительной отрасли;
• композитный материал для создания ограждений;
• изготовление железнодорожных шпал;
• применение материала, полученного путем измельчения лопастей, для производства новых аналогичных изделий, которые в дальнейшем могут использоваться на ветроустановках;
• применение измельченных отходов в качестве добавки при производстве строительных материалов, например, цемента и др., но важно помнить, что максимальное количество таких компонентов не может превышать 40% от общей массы.

Утилизируемый материал безопасен, не способствует высвобождению токсичных веществ, но вместе с тем он не является чистым – содержит добавки, т. к. первичное сырье невозможно рассортировать по типу компонентов.

Где располагаются полигоны для захоронения лопастей

Уже стали появляться свидетельства того, как компании утилизируют лопасти – закапывают под слоем грунта. При этом нельзя будет использовать данную территорию для других нужд, а еще отмечают низкую скорость разложения материалов в почве. Сколько лет займет их полный цикл восстановления, пока невозможно сказать, но одно известно точно – до того момента пройдет не один век. Многие сознательно идут на такие риски. Полигоны, куда свозятся лопасти, находятся на территории многих стран.

В каких странах запрещены «кладбища лопастей» и почему страны уверены, что это вредит здоровью и экологии

Учитывая, насколько остро стоит вопрос захоронения крупногабаритных отходов, которые сложно разобрать на компоненты, некоторые страны уже отказались от такой идеи. К ним относится Австрия, Германия, Нидерланды и Финляндия. Причем проблема утилизации лопастей ветрогенераторов решится быстро, когда будет введен общий запрет на захоронение таких отходов.

Новость: созданы первые в мире перерабатываемые лопасти для ветрогенераторов

Количество опасных отходов ежегодно растет. Предполагается, что уже к началу 2050 года лопасти ветрогенератора могут стать чуть ли не главной проблемой, т. к. к тому времени общее их количество составит 200 тыс. ед. Компания Siemens Gamesa, производящая сегодня такие изделия, уверенными шагами движется, чтобы решить данную проблему – она разработала технологию утилизации на основе растворителя. Используют слабокислый раствор, позволяющий разрушить межмолекулярные связи смол.

Это способствует разделению материалов, из которого сделаны лопасти, на отдельные компоненты.

Вопрос-ответ

Как утилизируют лопасти ветрогенераторов в России?

Основная доля электроэнергии производится посредством природных ресурсов: газа, нефти, воды. Сегодня работает большое количество ТЭС, ГЭС, АЭС, которые уже обеспечивают возможность удерживать стоимость энергии на низком уровне. Разработка, а тем более утилизация ветрогенераторов (их лопастей), обходится дорого, поэтому данная отрасль развивается достаточно медленно. Это означает, что борьба за сохранность ресурсов и выбора способа утилизации таких отходов даже не началась, используются самые простые технологии переработки.

Сколько служит ротор от ветроустановки

Ротор – подвижная часть механизма. Когда говорят о сроках службы турбины, имеют в виду этот элемент конструкции. Он может служить до 20 лет, после чего считается обязательным проведение утилизации.

Как быстро заражается атмосфера и почва при разложении лопастей?

Лопасти изготовлены из композитных материалов, они не способствуют быстрому загрязнению природы, т. к. разлагаются крайне медленно. Вместе с тем такие отходы не могут заражать почву и атмосферу, т. к. не способствуют высвобождению токсичных веществ. Их принимают на утилизацию по причине износа, необходимости найти применение крупногабаритным отходам.

Принимают ли лопасти от ветряной мельницы на свалку?

Некоторое время назад отдельные страны приняли решение об отказе проведения захоронения турбин ветрогенераторов. Причина не в том, что они заряжают почву или атмосферу токсичными веществами. Проблема заключается в стремительном увеличении площадей свалок. Но во многих странах до сих пор считают правильным такой метод. Приводят один аргумент в его пользу – не разработаны технологии утилизации, а также нет возможности найти способ, как снизить затраты на вторичную переработку установок ветрогенераторов.

Почему литий так дорого утилизировать и как эту проблему можно решить?

Сегодня на утилизацию отправляют всего 5% литийионных батарей. Причина – высвобождение токсичных компонентов, высокие затраты на переработку. Чтобы решить вопрос, необходимо определить технологические цепочки, которые обеспечат правильное обращение с отходами в данной области. Пока что не всегда соблюдается алгоритм, позволяющий батарейкам попасть на объекты для переработки, когда же в ближайшем будущем ситуация изменится за счет увеличения электрокаров, придется быстрее решать данный вопрос.

Можно ли заново продлевать работу лопастей или их обязательно надо утилизировать?

У оборудования и материалов есть свой ресурс, что позволяет использовать их не дольше ограниченного периода. Если это условие не выполняется, увеличивается риск возникновения опасной ситуации, обрушения конструкций, ее поломки, чаще проводится ремонт, что увеличивает расходы на обслуживание агрегата.

Можно ли сжигать лопасти?

Технически сжигание возможно, однако этот метод не используется ввиду высвобождения токсичных компонентов. Рассматривают альтернативные способы: захоронение на спец. объектах, переработку или уничтожение в печах пиролиза.

Почему нельзя утилизировать лопасти ветрогенератора, выкинув на свалку?

Местные свалки, предназначенные для бытового мусора, неспособны вместить отходы таких размеров, как лопасти ветрогенератора. По этой причине используют альтернативные способы – захоронение на специальных объектах или переработку.

Видеоролик: как правильно утилизировать лопасть ветрогенератора

Измельчить и закопать – насколько заражена наша почва и к каким проблемам в будущем это может привести: ответ специалиста в области рециклинга и утилизации мусора

Бурцев О. П.

Специалист-эколог

Задать вопрос

В нынешних реалиях проще закопать лопасти ветрогенераторов. Но тогда возникнут споры насчет целесообразности использования земельных ресурсов. Уже есть фото и видео, как происходит захоронение таких отходов – зрелище масштабное. К тому же любой синтетический материал будет способствовать увеличению нагрузки на экологию. Выход – правильная утилизация, но пока и у этого способа много недостатков – высокие затраты на логистику и оборудование для переработки. В результате стоимость вторсырья получается слишком высокой.