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(guān)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。
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(guān)回收利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展剛剛起步,在技術(shù)標準、環(huán)保工藝、經(jīng)濟性等方面還存在較大的困境。
2023 年8 月,國家發(fā)展改革委等六部門出臺了《關(guān)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(shù)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(shù)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(shù)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。
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(lǐng)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(guān)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(shù)。
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(shù)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(shù)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(shù)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。
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。
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(shù)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。
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。
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(guān)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(guān)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。
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(shù)、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(lǐng)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。
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。
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?!吨笇б庖姟分须m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(shù),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(shù)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。
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(shù)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(guān)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(shù)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(guān)政策的持續(xù)出臺,相關(guān)部門應當不斷加大回收技術(shù)研發(fā)支持,加大技術(shù)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。
如前所述,當前正是因為退役風電光伏設備回收技術(shù)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(lǐng)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(shù),實現(xiàn)“融資—技術(shù)—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。