退役風電光伏設備的危害與回收

蘇勇

（新疆大學 歷代西北邊疆治理研究中心，新疆 烏魯木齊 830046）

進入21 世紀以來，我國風電和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入了快車道。截至2022 年年末，我國風電累計裝機量達370 吉瓦，光伏累計裝機容量達390 吉瓦，連續(xù)15 年保持世界第一。但在風電光伏快速發(fā)展的背后，是我國風電光伏設備即將迎來退役潮——21 世紀初期投入使用的設備即將達到設計使用壽命的終點，風電設備到2025年前后迎來首批退役潮，光伏組件到2030 年前后也將進入密集退役期。面對大規(guī)模的風電光伏設備退役，如何做到高效、低碳、成本合理地回收利用，將是考驗我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難題。在“雙碳”背景下，可再生能源行業(yè)特別是風電光伏產(chǎn)業(yè)的綠色低碳發(fā)展將成為全社會關注的焦點。因此，亟須厘清我國退役風電光伏設備回收困境，分析不當回收過程中所產(chǎn)生的環(huán)境風險，為建立高效、低碳的回收利用體系提供支撐。

1 退役風電光伏設備回收困境

我國風電光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模大，在退役潮即將來臨之際，大規(guī)模的設備退役為高效、低碳的回收利用帶來了巨大挑戰(zhàn)。當前，相關回收利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展剛剛起步，在技術標準、環(huán)保工藝、經(jīng)濟性等方面還存在較大的困境。

1.1 企業(yè)回收意愿不強，經(jīng)濟性上存在難題

2023 年8 月，國家發(fā)展改革委等六部門出臺了《關于促進退役風電、光伏設備循環(huán)利用的指導意見》（以下簡稱《指導意見》）?！吨笇б庖姟窂木G色設計、規(guī)范回收、高質(zhì)量利用和無害化處理等方面構(gòu)筑了退役風電光伏設備循環(huán)利用體系?！吨笇б庖姟返某雠_，為當前退役風電光伏設備的循環(huán)利用提供了強有力的指引。但就現(xiàn)實實踐而言，面對近在咫尺的設備集中退役潮，業(yè)內(nèi)對于如何高效低碳回收處理這些設備，尚缺乏可行的技術方案，回收利用還處于起步階段。一方面，退役設備的規(guī)模較大，回收難度高、成本高。一個裝機總?cè)萘?0 萬千瓦的風電場，退役后的風機葉片總重量就高達2 400 噸。而且，風電、光伏發(fā)電場多位于荒漠、戈壁、高山、海上等自然條件惡劣、交通運輸條件較差的區(qū)域，不僅運輸難度大，而且運輸成本高，使得部分回收企業(yè)望而卻步。另一方面，回收利用技術不成熟及產(chǎn)業(yè)鏈不完整影響了回收利用的經(jīng)濟性。我國目前尚未建立起完善的固體廢物回收利用體系，風機葉片、光伏板等上游制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)設計水平不足，致使下游回收利用產(chǎn)業(yè)與上游設計制造產(chǎn)業(yè)脫節(jié)，加大了循環(huán)利用的成本，使得回收利用難以實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。同時，退役設備中的熱固性復合材料降解流程復雜，目前的熱處理技術難以實現(xiàn)高效低碳回收利用，致使很多材料無法有效提取，容易造成資源浪費。

1.2 回收利用商業(yè)模式不成熟，不當處置將加大環(huán)境風險

退役風電光伏設備中有價值的原材料含量高，回收潛力巨大。如晶體硅光伏組件，其中玻璃、鋼、鋁及半導體材料的比重就達到90%左右，還有大約1%的貴金屬[1]。如果這些材料及金屬能夠得到全面的回收，不僅能夠減少資源浪費，還能再利用到生產(chǎn)領域，大大減少生產(chǎn)制造過程中的碳排放。但是，因目前的回收利用商業(yè)模式不成熟，使得退役風電光伏設備中的原材料價值難以體現(xiàn)。在現(xiàn)實中，很多的廢舊風電光伏設備都被小作坊收走，因其缺少相應的回收利用能力，不僅造成了資源的浪費，還會加大處理中的環(huán)境風險。一般來說，小作坊對收購來的廢舊風電光伏設備，如果還具備一定發(fā)電能力的，會通過閑魚、淘寶等平臺售賣，或是通過固體廢物貿(mào)易的方式低價轉(zhuǎn)賣到非洲、中東等地；對于已經(jīng)完全沒有發(fā)電能力但外觀較好的組件，會賣給相關企業(yè)或個人進行次級利用，如搭建雨棚等；對于完全報廢的組件，會將其中容易拆解下來的線纜、邊框、接線盒等先拆下來賣掉，再分離玻璃、金屬等材料，對于其他難以分離的，則直接進行填埋。風電光伏廢棄組件中含有重金屬等有害物質(zhì)，如晶體硅中含有鉛，薄膜電池中含有鎘，處置不當將會造成嚴重的水、空氣和土壤污染。從某種程度上看，以小作坊為主力的回收體系，就如同是“打游擊”，他們無固定工作場所，甚至無固定分離設備，增加了監(jiān)管的難度。另外，小作坊進入這一市場后，不僅相互抬價，還會囤積貨物，對正規(guī)回收企業(yè)造成了較大影響。通常，正規(guī)回收企業(yè)需要足夠的廢舊組件才能實現(xiàn)批量化處理，才能更好地降本增效和優(yōu)化工藝及技術。

1.3 行業(yè)高效循環(huán)再生技術缺失，集中處理能力不足

當前，風電和光伏組件制造商并未將固體廢棄物處理納入行業(yè)發(fā)展的整體規(guī)劃之中，存在因末端處置能力受限，反向制約行業(yè)可持續(xù)發(fā)展等問題。同時，這些制造企業(yè)在碳排放核算中并未將退役產(chǎn)品處理的碳排放納入，存在整個行業(yè)碳排放被低估的問題，最終可能會影響“雙碳”目標的實現(xiàn)[2]。正是因為制造企業(yè)未能將廢舊設備處理納入其產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，使得整個行業(yè)對于高效循環(huán)再生技術研發(fā)投入不足，進而增加了回收利用的成本和難度。從循環(huán)利用角度看，退役風電光伏設備中的有價元素含量低且分散，多以合金形式存在，加上前端設計和生產(chǎn)沒有考慮到回收問題，增加了其回收的技術難度。如光伏電池中的貴金屬含量約為1%，且與玻璃等成分結(jié)合在一起，高效分離的難度大，小作坊回收體系更加難以分離。與此類似，風機葉片也通常采用雙相玻璃鋼結(jié)構(gòu)，其中的纖維成分也難以有效分離。在缺少高效回收利用技術的前提下，很多原材料無法實現(xiàn)資源化再利用，填埋和焚燒就成為處理的托底手段。

生態(tài)環(huán)境部自2019 年以來出臺了系列文件，要求各地合理評估廢舊風電光伏設備產(chǎn)生量和處理能力匹配情況，制定回收利用發(fā)展規(guī)劃，提高集中處理能力。但在當時，風電光伏設備退役潮尚未顯現(xiàn)，各地在固體廢物循環(huán)利用發(fā)展規(guī)劃中并未將廢舊風電光伏設備納入其中，這就導致了現(xiàn)有集中處理能力不足，降低了回收利用效率。另外，因各地固體廢物處理和利用能力存在差異，廢舊風電光伏設備產(chǎn)生量大的西南、西北地區(qū)固體廢物處理利用能力低，使其回收利用的短板問題更加突出。

2 退役風電光伏設備不當處理的環(huán)境風險

2.1 增加碳排放

風電、光伏發(fā)電是通過風能、太陽能等自然資源產(chǎn)生清潔電力，是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和低碳減排的重要手段。但是，在推進風電、光伏發(fā)展中，還必須要考慮風電光伏項目全生命周期內(nèi)的碳排放問題。數(shù)據(jù)顯示，風電場全生命周期中約有14%的碳排放來自運輸、安裝、維護及退役設備處理等環(huán)節(jié)。風機葉片的材料主要是鋼、鋁、銅及樹脂等，這些原材料在生產(chǎn)過程中本身就會產(chǎn)生大量的碳排放，如果能夠采取合理的回收方式則可以減少碳排放。光伏組件生產(chǎn)過程亦是如此，其主要的物料鋁、銀、硅片、玻璃、銅等在生產(chǎn)過程中同樣會產(chǎn)生大量碳排放。按照生態(tài)環(huán)境部核算的工業(yè)產(chǎn)品碳排放數(shù)據(jù)，一個1.5 兆瓦、葉片長度35～45 米的風機，如果能100%實現(xiàn)回收，可以減少600 噸的碳排放，相當于開車行駛500 萬千米所產(chǎn)生的碳排放量[3]。可見，如果能夠?qū)崿F(xiàn)風電機組主要材料的回收利用，可以從源頭上減少風機葉片生產(chǎn)及回收過程中所產(chǎn)生的碳排放。同樣地，1 千瓦光伏板生產(chǎn)過程會產(chǎn)生428.8 千克的碳排放，如果組件能夠100%回收利用，則可以減少428.8 千克的碳排放。1 千瓦發(fā)電量需要4 塊光伏板，每塊組件重19.8 千克，共重79.2 千克，按照上述數(shù)據(jù)，1 噸廢棄的光伏組件如果能得到全面回收，大約可以減少5.41 噸的碳排放。

在退役風電光伏組件回收和處理過程中，通過焚燒方式處理是產(chǎn)生大量碳排放的主要原因。特別是風機葉片，其成分主要是環(huán)氧樹脂和玻璃纖維組成的復合材料，如果采用焚燒方式處理，將產(chǎn)生大量的碳排放。以環(huán)氧樹脂為例，焚燒1 噸環(huán)氧樹脂，能產(chǎn)生2.53 噸的碳排放。如果葉片材料是酚醛樹脂，焚燒一噸可以產(chǎn)生2.48 噸的碳排放。

2.2 造成資源浪費

如前所述，因當前退役風電光伏設備回收體系不完善、高效回收技術缺失及回收能力不足，使得推進退役設備綜合利用的成本高且效益低，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化難以實現(xiàn)，進而造成回收商采用簡單粗暴的方法進行處理利用，造成了資源的大量浪費。首先，退役風電光伏組件中的金屬材料如果不能完全回收利用，按照當下退役趨勢，每年將會造成幾十噸、幾百噸的鋼、銅等金屬材料浪費。其次，物理回收方式簡單粗暴，將造成再次利用的效能下降。如對廢舊的風電光伏組件采取機械化處理進行二次利用，會導致金屬、玻璃、碳纖維受到一定損傷，致使可獲得的材料強度下降，只能進行次級利用。通過焚燒方式處理廢棄組件，通過其有機成分燃燒獲取能量，可以實現(xiàn)一定程度的能量回收，但其中有些復合材料并不能充分燃燒，將成為無法利用的廢物，只能進行填埋處理，必將占用土地資源，污染地下水及土壤。

2.3 造成環(huán)境污染

當前，風機葉片回收后通常會采用露天堆放、填埋、焚燒及粉碎再塑等形式進行處理，而這些處理方法本身就會帶來環(huán)境污染問題。風機葉片中的玻璃纖維占比約55%，樹脂和膠占比約30%，其他材料占比15%。一個1.5兆瓦的風機，退役時將會產(chǎn)生11.55 噸廢棄玻璃纖維和6.3 噸的樹脂和膠，以此推算，到2040 年將會累計產(chǎn)生大約220 萬噸的廢棄玻璃纖維和120 萬噸的廢棄樹脂和膠[4]。通常而言，玻璃纖維、樹脂和膠在常態(tài)下具備不溶及不熔特征，直接堆放將占用大量土地，在長期堆放的情況下，甚至還會改變土地的形狀。如果碾碎填埋，玻璃纖維微小顆粒和樹脂微小顆粒會進入地下水和土壤之中，造成地下水和土壤污染。

同時，玻璃纖維和樹脂在破損過程中還容易產(chǎn)生粉塵，如果細小的纖維和粉塵進入人體肺部而不能主動排出，則會刺激人體肺部組織形成結(jié)節(jié)、纖維包裹，甚至出現(xiàn)“塵肺”。此外，長時間接觸玻璃纖維，還會刺激支氣管等部位，引起支氣管炎和哮喘。樹脂雖然具備一定的熱值，但燃燒過程中會產(chǎn)生有害有毒氣體，造成嚴重的大氣污染。特別是燃燒設備與燃燒方式、過程不相匹配時，還會有爆炸的風險。燃燒后的灰燼中含有大量的難以分解、易揮發(fā)的有機低分子污染物，將會帶來二次污染。

光伏組件如果不能妥善回收處理，同樣也會帶來較大的污染隱患。廢棄晶體硅光伏組件直接填埋會造成較為嚴重的土壤污染。組件中所含的銀、銅等重金屬元素會通過理化作用逐漸進入土壤和地下水之中，造成土壤和地下水污染，進而通過生物富集方式危害人體健康。以銅為例，在自然環(huán)境中，銅污染多集中在植物的根部，損傷植物根系細胞質(zhì)膜，進而對植物產(chǎn)生毒害作用。另外，長期存在于土壤中的重金屬能夠改變土壤微生物的種群類型及數(shù)量，對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成威脅。如果采用焚燒的方式處理光伏板，其釋放出來的二氧化硫、氟化氫等有害物質(zhì)對人體呼吸系統(tǒng)會造成強烈刺激，嚴重者還會危害腎臟健康。需要特別注意的是，直接堆放而未經(jīng)處理的光伏組件還會容易造成嚴重的光污染，會損害人的視網(wǎng)膜、虹膜等，提升白內(nèi)障的發(fā)病率，加速人的失眠和神經(jīng)衰弱等癥狀。

3 國外退役風電光伏組件回收利用的相關經(jīng)驗

3.1 加大政策引導

歐洲是全球發(fā)展風電最早，也是全球最大的風電市場之一。數(shù)據(jù)顯示，到2024 年年末，預計將有1.4 萬個風機葉片面臨退役。為了應對大規(guī)模的退役潮，減少環(huán)境風險，歐洲多國政府出臺了積極的環(huán)保政策。德國、奧地利、荷蘭、芬蘭等四國明確規(guī)定，禁止以填埋的方式處理風機葉片等復合材料。歐洲風能協(xié)會也發(fā)出倡議，到2025 年在歐盟范圍內(nèi)禁止使用填埋等方法處理退役風機葉片，并呼吁政府部門加大回收利用支持力度。

針對退役光伏組件回收處理問題，歐盟于2012 年出臺、2014 年生效的《關于報廢電子電氣設備指令》（2012/19/EC）中規(guī)定，將廢棄光伏組件回收處理納入這一指令中，明確了回收主體及其責任、回收方式、回收效率等，并列明了具體的時間表。按照這一指令的要求，凡在歐盟地區(qū)銷售的光伏組件必須遵守各國法律對固體廢物處理的要求，所有的光伏組件均要加入這一指令確定的認證標識體系，否則不得進入歐盟市場。德國在2015 年依照這一指令，修訂了《電子電氣法》，細化了光伏組件生產(chǎn)商、經(jīng)銷商的權(quán)責義務，要求制造商、分銷商在光伏組件投放市場前必須在歐盟指令平臺上進行注冊，平臺會根據(jù)光伏組件的尺寸大小進行分類，明確不同的退役處理模式。例如B2C 模式下的退役組件應放到城市垃圾回收點進行集中收集，B2B 模式下的退役組件應由制造商承擔回收責任。

美國的加利福尼亞、北卡羅來納、亞利桑那、得克薩斯等州也出臺法律，將廢棄風電光伏組件納入到通用廢棄物管理體系之中。其中，北卡羅來納州眾議院2019 年通過相關法案，要求州環(huán)境管理委員會出臺退役風電光伏組件實施細則，解決風電光伏設備退役回收利用問題。

3.2 創(chuàng)新回收利用商業(yè)模式

創(chuàng)新回收商業(yè)模式，不僅能夠提高回收利用效率，還能為風電光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來新的商機。歐美發(fā)達國家在風電光伏回收利用商業(yè)模式創(chuàng)新方面，主要有三種形式：第一種是由制造商主導回收利用體系。制造企業(yè)相較于一般回收企業(yè)而言，在技術、信息和市場方面均占有優(yōu)勢。通過由制造企業(yè)主導回收利用體系，能夠有效提高廢棄組件的拆解效率，同時還能實現(xiàn)與發(fā)電企業(yè)的良好合作。在歐洲，風機、光伏組件制造企業(yè)主導的回收體系占到了回收體系的半數(shù)以上。第二種是由專業(yè)化的機構(gòu)主導回收利用體系。2007 年，歐盟成立了PV CYCLE 公司，這是一家專門從事廢舊晶體硅光伏組件和回收利用的機構(gòu)，并聯(lián)合世界各大物流企業(yè)建立回收網(wǎng)絡。通過會員制形式，全球范圍內(nèi)的制造商、分銷商、行業(yè)協(xié)會均可以成為其會員，繳納一定會費后，該機構(gòu)就可以協(xié)助會員進行光伏組件的回收和后續(xù)處理。該機構(gòu)在歐洲范圍內(nèi)設立了數(shù)百個回收點，從2010 年開始運營至今已經(jīng)累計回收處理了6 萬噸的廢舊晶體硅組件，僅2021 年就處理了1.7 萬噸。第三種是應用端多領域協(xié)同模式。此種模式是擴大回收利用范圍，促進回收與多元利用的協(xié)同，從而擴大市場容量，提高廢舊組件的循環(huán)利用價值。在歐美國家，一些大型的風機制造企業(yè)通過與建筑、環(huán)境等企業(yè)合作的方式，對風機葉片進行回收，粉碎后將其添加到建筑材料中，如添加到水泥里。在荷蘭，廢棄的風機葉片還被用來打造特色兒童樂園，制作城市公共座椅等。

4 我國退役風電光伏設備回收利用路徑創(chuàng)新

鑒于退役風電光伏設備高效回收利用難、處理過程中污染多發(fā)等問題，我國需要創(chuàng)新回收利用路徑，采取多層次治理措施。

4.1 完善責任劃分機制，改進回收利用商業(yè)模式

在“雙碳”背景下，提高風電光伏回收及利用效率是減少環(huán)境污染和資源浪費的重要路徑，但因現(xiàn)有的回收商業(yè)模式不成熟，使得回收成本居高不下。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，正規(guī)光伏回收企業(yè)回收一塊標準尺寸的光伏板總收益為56 元，但成本卻要75 元[5]?；厥詹粌H無法實現(xiàn)盈利，反而還要虧本，這是影響正規(guī)企業(yè)參與回收積極的主要原因。我國已經(jīng)在廢舊電器、電子產(chǎn)品等回收處理體系中確立了生產(chǎn)者責任延伸制度，即由生產(chǎn)者來承擔回收處理責任。但目前廢棄的風電光伏設備并未納入這一責任體系中。《指導意見》中雖已明確了回收處理責任主體，集中式風電和光伏發(fā)電企業(yè)承擔設備退役后的處理責任，合理規(guī)范退役設備資源化利用和處理。在此過程中，發(fā)電方企業(yè)應該加大與第三方專業(yè)化的回收企業(yè)合作，共同開發(fā)回收循環(huán)利用技術，建立明確的利益分享模式，不斷推進回收利用商業(yè)模式走向成熟。然而，由生產(chǎn)企業(yè)承擔回收處理責任或許更具技術優(yōu)勢，在未來的改革中可以考慮將退役風電光伏設備納入生產(chǎn)者責任延伸制度體系中，為風電光伏產(chǎn)業(yè)全生命周期的綠色發(fā)展提供支持。

4.2 加大回收技術研發(fā)，減少回收處理環(huán)節(jié)環(huán)境風險

按照《指導意見》中的界定，退役新能源設備被列入固體廢棄物范疇。退役的風電光伏設備規(guī)模大、材料組成復雜，循環(huán)利用價值高。加大回收技術的研發(fā)，推進回收處理的規(guī)范化，是新能源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。以光伏為例，相關數(shù)據(jù)顯示，到2030 年我國光伏組件原材料價值高達80 億元，到2040 年，這一數(shù)據(jù)更是達到1 100 億元[6]。當前，發(fā)電方企業(yè)、設備制造商企業(yè)、回收利用企業(yè)通過上下游協(xié)同，在回收利用技術改進方面取得了一定的進展，并在循環(huán)利用方面摸索出多樣化的應用場景。但總體看，專業(yè)化的回收企業(yè)不多，商業(yè)模式不成熟，存在回收處理過程簡單等問題。特別是小作坊進入回收市場后，大量的退役設備集中在個體戶和小微企業(yè)手中，其通過數(shù)字平臺構(gòu)建回收網(wǎng)絡，在運輸中本身就存在環(huán)境污染。在回收環(huán)節(jié)，因沒有采取相應的環(huán)保措施，容易將有害有毒物質(zhì)滲透到水、土壤和大氣中。隨著《指導意見》的出臺，這一市場亂象有望得到改觀。未來，隨著國家相關政策的持續(xù)出臺，相關部門應當不斷加大回收技術研發(fā)支持，加大技術應用和推廣力度，規(guī)范市場運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回收利用市場的正規(guī)化、高效化、低碳化發(fā)展。

4.3 加大回收利用環(huán)節(jié)資金支持，提高企業(yè)參與積極性

如前所述，當前正是因為退役風電光伏設備回收技術滯后，加上小作坊進入后擾亂了市場秩序，增大了回收利用成本，降低了正規(guī)企業(yè)參與回收的積極性。如果將生產(chǎn)者責任延伸制度引入到這一領域，會加大生產(chǎn)商生產(chǎn)成本，也會增加發(fā)電方的運營成本。風電、光伏屬于新興產(chǎn)業(yè)，本身的生產(chǎn)、運營成本就比較高，如果還要其增加額外投入，可能會影響到行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，國家需要加大對設備使用方發(fā)電企業(yè)回收處理和循環(huán)利用的融資支持，減少發(fā)電企業(yè)回收處理的成本，更好地激勵生產(chǎn)商、發(fā)電企業(yè)研發(fā)回收利用技術，實現(xiàn)“融資—技術—市場—收益”的正向循環(huán)，大力提升生產(chǎn)商、發(fā)電企業(yè)開展回收利用的積極性。