【封面策划】风光设备循环利用:补强绿色转型短板
策划/本刊编辑部 执笔/本刊记者 王伟
构建风电、光伏设备循环利用体系已经迫在眉睫。
一个直接的任务是,相关部门给出的2025年目标——集中式风电场、光伏发电站退役设备处理责任机制基本建立,退役风光设备循环利用相关标准规范进一步完善,资源循环利用关键技术取得突破。
应如何看待这一产业的战略意义与现实状况?该怎样加快构建退役风光设备循环利用体系?
循环利用是必然选择,也是一个新的增长点,将孕育出产业升级的竞争力。做好这篇文章,既可以开启“第二矿山”、确保产业链供应链安全,又可以让新能源产业的绿色底色叠加上循环利用的亮色。
如今,政策体系已粗具规模,与新能源产业快速发展相比,即将到来的设备大规模退役的压力不容忽视:相关政策框架尚需细化以打通行业堵点,专用核心技术仍然面临经济性挑战,统一的回收网络、物流体系尚未建立,商业价值尚缺乏足够吸引力……
在产业链上各方努力下,应对之策正在达成共识、逐渐落地,畅通链条、构建体系、打造平台成为重要抓手。产业界正在政策指引下,通过科技研发提升再利用资源产品的附加值,借助商业模式探索应用新场景。
2025年即将到来,新能源产业需提前布局,坚持经济效益和环境效益统一的原则 ,打好政策、技术和商业模式的组合拳。这需要产业链上各方携手构建覆盖绿色设计、规范回收、高值利用、无害处置等环节的风电和光伏设备循环利用体系,补齐产业链绿色低碳循环发展短板,加强产业循环利用的基础,让新能源产业更为“风光”,更有力地推动经济社会发展全面绿色转型。
绿色低碳的中国新能源产业,正在探索一条材料循环发展的道路。
自2025年起,我国在多年位居风电、光伏装机容量世界第一的同时,也将迎来“退役潮”的压力。以风机20年、光伏面板20~25年寿命计算,中国能源研究会的数据显示,我国2025年将迎来第一批1800多台、装机容量1.25吉瓦的风机退役小高峰,到2030年,年退役风机规模将超过3.4万台、装机容量达到45吉瓦。国际可再生能源署的报告预计,中国退役光伏组件到2030年将达到150万吨、2040年为700万吨、2050年为2000万吨。11月20日,一份由艾伦·麦克阿瑟基金会与清华大学环境学院循环经济产业研究中心联合撰写的研究报告预计,中国到2050年将累计产生高达2300万吨废弃风机叶片和8800万吨废弃太阳能光伏组件。
退役风光设备实现循环利用,具有多重效益,不仅可以实现资源利用效率最大化、减少矿产资源开采量,还可以降低环境污染风险,实现全生命周期绿色发展,市场前景更是被看好。
中国物资再生协会发布的《中国再生资源回收行业发展报告(2024)》显示,我国近期退役风光设备循环利用产业规模将超百亿元。
值得关注的是,退役风光设备具有资源性和环境危害的双重属性,对高值利用技术的要求较高。尚处起步阶段的循环利用工作,面临缺乏技术、成本较高和商业模式不成熟等难题,同时还有产业链和机制的堵点需要疏通。
面对即将到来的“退役潮”,在政策指引下,产业界迈出重要一步。10月18日,中国资源循环集团有限公司在天津正式挂牌成立。该公司致力于搭建全国性、功能性资源回收再利用平台,带动形成一批循环经济领域精深加工产业集群。退役新能源器件回收利用是其主营业务之一,提升再利用资源产业链后端产品的附加值、拓展应用领域更是其主要任务。
补短板:打通堵点才能畅通链条
如何补齐退役风光设备循环利用的短板?
加强全生命周期管理、聚焦回收环节、畅通循环利用链条是关键,这需要打通技术、资金和商业模式等堵点。
政策层面,近年来多项促进风光设备循环利用产业链条畅通的举措不断发布。
2021年,国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》。2022年,工业和信息化部等部门联合印发《关于加快推动工业资源综合利用的实施方案》《工业领域碳达峰实施方案》。2023年8月,国家发展改革委等部门联合发布《关于促进退役风光设备循环利用的指导意见》,对我国风电、光伏领域退役设备循环利用工作作出全面、系统部署,要求积极构建覆盖绿色设计、规范回收、高值利用、无害处置等环节的风电和光伏设备循环利用体系,补齐风电、光伏产业链绿色低碳循环发展最后一环,并提出到2025年和2030年的具体目标。2024年2月,国务院办公厅印发《关于加快构建废弃物循环利用体系的意见》,提出建立健全风电和光伏发电企业退役设备处理责任机制。同年8月,国家发展改革委办公厅、国家能源局综合司印发《能源重点领域大规模设备更新实施方案》,对推进风光设备更新和循环利用作出明确部署。
中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩认为,现有政策框架填补了风电场改造升级和退役管理政策的空白,但未来退役风电设备回收政策体系尚需细化,比如,可加快出台“纤维复合材料固体废物分类管理指南”等政策,建立多层次的技术规范、行业标准、评价准则等,并结合税收优惠、绿色标志优先等举措,鼓励企业合力推进相关工作。
对于集中式风电和光伏发电的退役设备,需建立更为清晰的管理责任机制。9月23日,国家发展改革委副主任赵辰昕在新闻发布会上表示,要强化生产者责任延伸,支持企业建设回收废旧产品的逆向物流体系,推进退役风电光伏、动力电池等高效利用。这被视为在风电和光伏发电企业退役设备处理责任机制基础上的补强举措。
对于更为复杂的分布式光伏组件回收难题,辽宁大学副校长李宇鹏建议借鉴汽车报废回收的方式,探索推进建立年检制度,制定报废标准。中国绿色供应链联盟光伏专委会秘书长吕芳认为,分布式光伏回收模式缺乏已有的经验,建议在分布式光伏发展较早的地区开展光伏回收模式和机制的研究及示范。
产业层面,科技创新、资金支持和商业模式培育被视为制约退役风光设备高效循环利用的难点堵点。
目前退役风电机组、光伏组件的回收技术研究仍处于初期阶段,面临着较多的难题。其中,退役风电机组面临的问题包括拆解处理环节环境风险交织叠加、回收成本高、废物资源化程度有限、配套环境管理政策供给不足等;退役光伏组件面临的问题则覆盖回收的技术、流程和效率,以及再利用场景拓展和整体经济性等方面。
工信部赛迪研究院节能与环保研究所所长赵卫东建议相关主管部门加快研究制定新能源废旧设备回收处理方向的管理办法,为应对早期退役、故障设备的处置问题以及报废高峰期来临提前做好应对举措。
在运输环节,退役风光设备处理涉及危废、固废和复合材料等类型,目前尚存废旧设备跨省转移困难。赵卫东表示,根据相关法律规定,转移固体废物出省(自治区、直辖市)行政区域贮存、处置的,应当分别经移出地和接受地审批,需解决现实中存在的审批时间长、规范性不够等问题。
在金融支持方面,中国社会科学院金融研究所投融资研究中心副主任陈经伟的建议是,将着力点放在此技术开发、重大项目和产业示范项目上,给予贷款贴息、资本金入股、资金补助以及政策性补贴等支持,解决企业融资难、融资贵的问题。
强基础:要硬核技术也要打造平台
如何让千亿元级别的市场既可观又可享?
退役风光设备实现高值利用的基础是过硬的技术,也需要拓宽思维。在这一领域,已有先行者在探索新思路。
11月20日,拥有光伏组件彩色化与高价值回收综合利用技术的新源劲吾(北京)科技有限公司的股份被中国资环集团子公司华润环保收购。新源劲吾利用退役光伏组件开发了“全彩光伏自发电标识标牌”系列产品。标准单片全彩组件功率达190瓦,日工作5小时可发电1千瓦时。应用场景主要包括美丽乡村振兴、城市升级夜间亮化工程等领域。
在风电领域,金风科技正在尝试让废旧风机叶片沿“就地回收→就地破碎→粉筛配料→固废3D打印→制成成品”路径形成完整的、规模化的配套产业链。在光伏领域,今年9月,天合光能宣布,通过循环利用拆解废弃光伏组件回收得到的材料,成功制造出全球首块全回收再生光伏组件。经测试,该光伏组件转化效率达20.7%,功率超过645瓦。
退役风机塔筒可以改造成太阳能小屋,叶片经过复杂处理后制备的材料可以通过3D 打印技术制成景观花坛;光伏组件可提炼出铜、铝、硅、银、镓、铟等多种材料,也可变身为自发电的站台广告牌、城市景观幕墙……
据专家介绍,目前退役风光设备循环利用技术研发应用仍处于起步阶段,现有研发资源和资金投入仍显不足。比如,光伏组件的高纯分离、稀有金属回收、复合材料回收和再生资源高值化利用等关键技术,仍面临多重创新和工艺难题。同时,核心装备的缺乏制约了材料整线回收工艺的研发,阻碍了高值回收商业模式的形成和发展。
从回收角度,退役风光设备涉及废物种类包括危废(风机内的油品以及光伏面板内的镉、铅、锡等重金属)、固废(风机的塔筒、齿轮,光伏边框)和复合材料(如碳纤维增强聚合物、玻璃纤维增强聚合物、氟碳聚合物)等,回收利用模式不尽相同。由此带来再生技术路线较多,且多属于跨界应用,适应性较差等问题。为此,进行专项技术攻关就成为新能源设备循环利用的基础和关键。
中国矿业大学经济管理学院教授张明的建议是,国家提供专项资金支持,重点解决大规模退役风电光伏设备及配套设施处理的技术、经济、环保问题,力争在退役潮到来之前在复合材料和硅材料等的提取方面取得突破。
《关于促进退役风光设备循环利用的指导意见》提出了退役风光设备循环利用的发展重点。一是明确循环利用的关键技术。支持发展设备寿命评估、关键部件延续和梯次利用、稀有金属回收提取等关键技术,加强标准规范建设。二是着力提高资源化利用价值。促进风光设备再利用、再制造和资源化,支持风电机组的基础、塔架和光伏的层压件、边框等再生利用,以及风机发电机、齿轮箱等零部件发展再制造。
实际情况是,“吃螃蟹者”的境况目前并不乐观。2021年,南通日弈新环保科技有限公司建成了一期产能为1万吨(约160兆瓦)/年的生产线,2022年实际产量不到2000吨,设备大部分时间处于闲置状态,盈利状况难言乐观。
致力于打造平台的中国资环集团被业界寄予厚望。挂牌以来,该公司不仅迅速展开了与多家企业的合作洽谈,而且在资源整合方面加大力度。国务院国资委官方网站显示,欧冶链金再生资源有限公司、华润环保科技有限公司、中节能(汕头)再生资源技术有限公司、湖南锂汇通新能源科技有限责任公司等4家公司已被收入中国资环集团麾下。今年11月举行的第二届中国国际供应链促进博览会上,华润环保还代表中国环资集团展出了资源回收业务的发展情况。
对于未来的创新发力点,中国资环集团党委书记、董事长刘宇在接受新华社采访时表示,将围绕资源的回收、分类、处理、再利用等关键技术开展攻关,破解多源固废协同处置、再生资源高值化利用等共性难题,大力推进数智技术、绿色技术多场景应用,探索碳资产管理、“AI+”等新的增长点,尽快掌握“独门绝技”,开拓资源循环利用的新途径和新应用,推动产业智能化、高端化发展。
更“风光”:构建体系需重视源头创新
如何让循环利用产业更有竞争力?
让新能源产业更加“风光”,需要“体系化”发力,需要全生命周期视野,更需要“从头入手”。专家表示,对于风光发电场站项目开发而言,需要从项目选址、设备选型到施工建设各环节都融入循环经济理念,努力优化资源利用。
循环利用体系的第一个环节就是绿色设计。目前,风光产品设计和制造阶段尚未融入轻量化、易拆解、易运输和易回收的循环设计理念。8月,国家发展改革委、市场监管总局、生态环境部联合发布的《关于进一步强化碳达峰碳中和标准计量体系建设行动方案(2024—2025年)的通知》提出,开展退役光伏设备、风电设备、动力电池回收利用标准研制,加大新能源产品设备的绿色设计标准供给,加快研究制定再生塑料、再生金属标准。
设计理念要先行。领先企业已基于循环经济理念设计产品,探索产品的可拆卸性、便于运输、耐用性和可回收性技术。例如,在风机领域,西门子歌美飒研发了一种100%由热塑性材料制成的叶片,使用寿命结束后可回收制造新叶片。
这需要生产者从材料、结构等设计层面重新思考,提早规划全生命周期的管理。对于目前晶硅光伏的标准设计“三明治”结构,中国科学院理论物理研究所特聘研究员陈应天认为,回收难题源自设计缺乏创新技术,光伏面板在最外层的沉重玻璃之下,即便只有单个硅片损坏,也会因为无法卸下修理,最终只能整片提前退役。他建议,从生产环节甚至设计阶段就改用更轻质的材料替代玻璃,这样不仅能减轻重量负担,还可以探索精准修理单块硅片的后处理模式。
大力发展循环经济已经从思路成为出路。近年来,政策层频频发力,产业界迅速行动。如今,发展循环经济已成为经济社会发展全面绿色转型的重要举措。中共中央、国务院印发的《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》明确对深入推进循环经济,推广资源循环型生产模式,大力发展资源循环利用产业等作出部署。中国物资再生协会风光设备循环利用专业委员会主任程刚齐认为,当前发展循环经济,无论是消费习惯还是产业基础都具备了绝佳的条件,大力推动风光设备循环利用恰逢其时,未来必将“风光无限”。
专家表示,相比于能源转型,与材料相关的转型之路还不够清晰。在可回收性方面,国际倡导光伏组件生态设计和生产制造要做到无氟、无铅、无肟,中国绿色供应链联盟光伏专委会秘书长吕芳认为,在这方面,中国企业已经实现技术领跑,先进者可以达到光伏组件95%以上的回收率(按重量计),并实现硅、铝、玻璃等材料回收至光伏产业链循环再利用。
未来的经济发展必将以可再生能源和资源为主导。循环利用技术和商业模式的突破,可以让新能源产业作为绿色发展的先行者,以能源的绿色转型、材料的循环利用,更有力地推动经济社会发展全面绿色转型。
(王晶对本文亦有贡献)