从年处理量7000吨的废弃风力涡轮机叶片热解工厂中回收能源和纤维的技术经济评估

《Bioresource Technology Reports》：Techno-economic assessment of energy and fibres recovery from 7000 ton/year waste wind turbine blades pyrolysis plant

风力涡轮机叶片（WTB）热解回收工艺的技术经济分析，比较了玻璃纤维/环氧树脂（WB/GE）、玻璃纤维/不饱和聚酯树脂（WB/GP）、碳纤维/环氧树脂（WB/CE）、碳纤维/不饱和聚酯树脂（WB/CP）四种复合材料的回收效益。结果表明含碳纤维的WB/CE和WB/CP方案NPV达17.86万欧元/年，IRR高达865%，而WB/GE和WB/GP的回本周期为4.2-6.8年，NPV较低。研究构建了年产7000吨的整合式热解回收工厂模型，涵盖预处理（粉碎）和后处理（筛分、清洗、氧化）全流程，发现电力补偿需求介于3%-100%，碳纤维复合材料的经济可行性最优。

　　

萨米·优素福（Samy Yousef）

立陶宛考纳斯工业大学机械工程与设计学院生产工程系，LT-51424，考纳斯，立陶宛

摘要

风能占全球可再生能源供应的10%，因此产生了大量的废弃风力涡轮机叶片（WTB），而这些叶片在管理和回收方面存在严重不足。最近，人们开发了热解技术，并结合了研磨预处理和后处理方法（筛分、清洗和氧化），成功地将WTB成分回收为能源产品（油、气体和炭）以及研磨纤维。所采用的方法在环境性能方面表现出高效率，但其技术经济性（TEA）分析尚未完成，这需要进一步研究以便未来进行规模化应用。基于此，本研究旨在对提出的方法进行TEA分析，将该方法整合成一个年处理能力为7000吨的WTB热解回收工厂，并评估其20年的使用寿命。分析对象为含有75%纤维和25%树脂的WTB，具体类型包括玻璃纤维/环氧树脂（WB/GE）、玻璃纤维/不饱和聚酯树脂（WB/GP）、碳纤维/环氧树脂（WB/CE）和碳纤维/不饱和聚酯树脂（WB/CP）。分析采用了三个财务指标：净现值（NPV）、内部收益率（IRR）和折现回收期（DPP）。用于TEA分析的技术数据来自小型热解工厂的实际实验结果，并根据所需容量进行了放大。结果显示，从气体中获得的电力不足以维持WTB热解回收工厂的运行，因此需要额外补充电力，补充量在3%（WB/CP）到100%（WB/GP）之间。NPV分析表明，盈亏平衡点分别在4.2至6.8年内实现（WB/GE和WB/GP的盈利能力为27万欧元），而WB/CE和WB/CP的盈利能力高达1786万欧元。IRR结果显示，投资WB/GE和WB/GP回收项目的年均回报率分别为28%和865%。因此，WTB热解回收工厂在回收含碳纤维的WTB方面具有较高的经济性能。

引言

近年来，风能在欧盟（EU）受到了广泛关注，作为一种可再生、可持续且清洁的能源，对于构建100%可再生能源系统和实现2050年零排放目标具有重要意义（https://www.europarl.europa.eu/factsheets/en/sheet/70/nopeusrajoitukset-euroopassa, n.d.; Battaglia et al., 2022）。为此，欧盟要求电力供应商到2030年将其42.5%的电力来自可再生能源。为此，需要在2024至2030年间安装260吉瓦的新风力发电设施（Wang et al., 2025; https://windeurope.org/intelligence-platform/product/wind-energy-in-europe-2023-statistics-and-the-outlook-for-2024-2030/, n.d.）。最近的地缘政治冲突也增加了对风能的依赖，旨在确保能源来源的多样化和减少对化石燃料的依赖，从而降低排放（Kuzemko et al., 2024; Thompson, 2022; Hille and Angerpointner, 2025）。所有这些因素导致全球电力生产能力大幅增加。目前全球在运行的风力涡轮机数量超过27万台，平均输出功率约为3兆瓦，且随着上述原因的推动，其部署趋势持续增长（Majewski et al., 2022）。尽管取得了这些成就，但由于风力涡轮机的使用寿命较短（通常少于25年），制造商面临诸多挑战（Beauson et al., 2022），这产生了大量废弃物，尤其是废弃风力涡轮机叶片（WTB）。预计到2030年，欧盟地区的WTB废弃量将达到5.7亿吨，第一代风力涡轮机已经开始退役（Deeney et al., 2025; https://environment.ec.europa.eu/news/more-circular-less-carbon-chemical-recycling-holds-promise-wind-turbine-blade-waste-2023-10-19_en#:~:text=By%202030%2C%20an%20estimated%20570%20million%20tonnes%20%28Mt%29,after%20prevention%2C%20preparation%20for%20re-use%2C%20recycling%20and%20recovery, n.d.）。WTB由纤维增强聚合物树脂（FRP）复合材料构成，其中玻璃纤维和碳纤维是最常用的纤维类型，环氧树脂和不饱和聚酯树脂是最常用的树脂（Chen et al., 2019; Yousef et al., 2023a）。这种FRP结构不可生物降解且回收性较差，因此填埋是最安全的处理方式（Nagle et al., 2020）。如今，许多法律要求制造商停止将废弃物填埋，因为这既无用又占用大量土地。因此，制造商开始回收这些材料以供后代使用（Cheng et al., 2023）。

鉴于当前形势，WTB回收技术包括机械、化学和热处理方法（Leon, 2023）。机械处理是最简单的方法，主要用于减小尺寸，即将WTB切割并研磨成粉末，用于增强复合材料和建筑材料（Khalid et al., 2023; Tao Liu et al., 2025; P?awecka et al., 2021; Jasińska and Dutkiewicz, 2025）。化学处理方法可以释放纯度较高的纤维，但由于使用多种有毒化学物质溶解树脂部分，存在诸多问题（Muzyka et al., 2023; Yang et al., 2023）。而热解处理方法在回收能源产品和纤维的数量和质量方面最为高效，且不会产生二次废弃物（Yang et al., 2022; Xu et al., 2022; Zhang et al., 2024; Royuela et al., 2024）。在此方法中，WTB的树脂部分在温和温度（<600°C）下水解为酚类物质（对于环氧树脂和不饱和聚酯树脂）。关于热解过程与WTB后处理的结合经济性能，目前文献中尚未进行研究。技术经济性（TEA）分析是评估传统和新兴技术经济可行性的常用工具，有助于确定它们是否适合未来升级和投资，以及识别整个系统中最有效的工艺，并确定回收产品的价格和入门费用（Diaz et al., 2024）。TEA还可以提供关于未来就业机会和税收收入的初步信息，从而促进国家GDP的增长，进而影响经济表现（Longwen et al., 2022）。虽然也有研究评估了其他方法（如Sproul et al. (2024)和Zhang et al. (2025)）的WTB回收经济性能，但这些研究主要关注 landfill、焚烧、共处理和机械处理等方法的的经济效益。结果表明，机械处理方法具有显著的经济优势，回收费用约为0.15欧元/千克，可降低25%的入门成本。尽管尚未针对WTB的热解进行专门研究，但已有文献探讨了类似组成的FRP复合材料的热解TEA（Dong et al., 2018; Wang et al., 2013）。研究表明，热解在回收能源方面具有巨大潜力，同时还能从多种废弃物（如生物质、塑料废弃物、城市固体废弃物等）中获取能量（Denzel C. Makepa et al., 2023; Lubongo et al., 2022; Deng et al., 2023）。然而，目前尚未在大规模实际应用中充分验证热解方法的经济性能。大多数研究仅关注实验室规模的可行性或材料质量和可扩展性，未能充分考虑未来的收入。因此，需要开展全面研究以验证其在工业层面的经济性能，填补这一知识空白，并评估热解是否是WTB管理的可行和可持续方案。本研究旨在通过包含热解及其他预处理和后处理工艺的工业回收线，研究将WTB转化为能源和纤维产品的TEA性能。

部分摘录

回收工厂选址与WTB分析

选择欧盟地区作为回收工厂的选址，因为该地区依赖风能，预计到2030年WTB废弃量将达到5.7亿吨（https://environment.ec.europa.eu/news/more-circular-less-carbon-chemical-recycling-holds-promise-wind-turbine-blade-waste-2023-10-19_en#:~:text=By%202030%2C%20an%20estimated%20570%20million%20tonnes%20%28Mt%29,after%20prevention%20preparation%20for%20re-use%20recycling%20and%20recovery, n.d.）。实际上，目前尚无

经济分析

WTB的废弃物管理由第三方提供，以确保其安全处置并减少环境影响。为此，WTB生产者需向废弃物管理供应商（本研究中为回收工厂的所有者）支付费用。利用所开发的工厂对WTB进行回收可产生增值的能源产品和回收纤维，这通常会带来正面的经济效益。

年度费用分析

劳动力成本、固定成本和电力是该技术中的主要费用项目，其在WTB/Pyro工厂使用寿命期间的分布如图4所示。其中，劳动力成本（434,645欧元/年）最高，其次是WTB成本（359,058欧元/年）和固定成本（204,113欧元/年），而水费（13,696欧元/年）最低。这些费用在所有方案中都是固定的。电力也被视为一项费用开支

结论

这是首次对年处理能力为7000吨的工业规模WTB热解回收工厂进行系统性的技术经济性（TEA）分析，并区分了四种典型的复合材料系统。该研究涵盖了与运输、入场费、税收等相关的大部分经济和技术因素，非常贴近工业实际情况。热解工厂（WTB/Pyro工厂）结合了预处理（研磨）和后处理工艺

作者贡献声明

萨米·优素福（Samy Yousef）： 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、可视化展示、验证、监督、软件开发、资源协调、项目管理、方法论制定、资金筹集、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

该项目获得了立陶宛研究委员会（LMTLT）的资助，协议编号为S-MIP-23-118。