退役风电光伏设备的危害与回收

苏勇

（新疆大学 历代西北边疆治理研究中心，新疆 乌鲁木齐 830046）

进入21 世纪以来，我国风电和光伏产业发展进入了快车道。截至2022 年年末，我国风电累计装机量达370 吉瓦，光伏累计装机容量达390 吉瓦，连续15 年保持世界第一。但在风电光伏快速发展的背后，是我国风电光伏设备即将迎来退役潮——21 世纪初期投入使用的设备即将达到设计使用寿命的终点，风电设备到2025年前后迎来首批退役潮，光伏组件到2030 年前后也将进入密集退役期。面对大规模的风电光伏设备退役，如何做到高效、低碳、成本合理地回收利用，将是考验我国新能源产业发展的难题。在“双碳”背景下，可再生能源行业特别是风电光伏产业的绿色低碳发展将成为全社会关注的焦点。因此，亟须厘清我国退役风电光伏设备回收困境，分析不当回收过程中所产生的环境风险，为建立高效、低碳的回收利用体系提供支撑。

1 退役风电光伏设备回收困境

我国风电光伏产业规模大，在退役潮即将来临之际，大规模的设备退役为高效、低碳的回收利用带来了巨大挑战。当前，相关回收利用产业发展刚刚起步，在技术标准、环保工艺、经济性等方面还存在较大的困境。

1.1 企业回收意愿不强，经济性上存在难题

2023 年8 月，国家发展改革委等六部门出台了《关于促进退役风电、光伏设备循环利用的指导意见》（以下简称《指导意见》）。《指导意见》从绿色设计、规范回收、高质量利用和无害化处理等方面构筑了退役风电光伏设备循环利用体系。《指导意见》的出台，为当前退役风电光伏设备的循环利用提供了强有力的指引。但就现实实践而言，面对近在咫尺的设备集中退役潮，业内对于如何高效低碳回收处理这些设备，尚缺乏可行的技术方案，回收利用还处于起步阶段。一方面，退役设备的规模较大，回收难度高、成本高。一个装机总容量20 万千瓦的风电场，退役后的风机叶片总重量就高达2 400 吨。而且，风电、光伏发电场多位于荒漠、戈壁、高山、海上等自然条件恶劣、交通运输条件较差的区域，不仅运输难度大，而且运输成本高，使得部分回收企业望而却步。另一方面，回收利用技术不成熟及产业链不完整影响了回收利用的经济性。我国目前尚未建立起完善的固体废物回收利用体系，风机叶片、光伏板等上游制造产业生态设计水平不足，致使下游回收利用产业与上游设计制造产业脱节，加大了循环利用的成本，使得回收利用难以实现大规模产业化。同时，退役设备中的热固性复合材料降解流程复杂，目前的热处理技术难以实现高效低碳回收利用，致使很多材料无法有效提取，容易造成资源浪费。

1.2 回收利用商业模式不成熟，不当处置将加大环境风险

退役风电光伏设备中有价值的原材料含量高，回收潜力巨大。如晶体硅光伏组件，其中玻璃、钢、铝及半导体材料的比重就达到90%左右，还有大约1%的贵金属[1]。如果这些材料及金属能够得到全面的回收，不仅能够减少资源浪费，还能再利用到生产领域，大大减少生产制造过程中的碳排放。但是，因目前的回收利用商业模式不成熟，使得退役风电光伏设备中的原材料价值难以体现。在现实中，很多的废旧风电光伏设备都被小作坊收走，因其缺少相应的回收利用能力，不仅造成了资源的浪费，还会加大处理中的环境风险。一般来说，小作坊对收购来的废旧风电光伏设备，如果还具备一定发电能力的，会通过闲鱼、淘宝等平台售卖，或是通过固体废物贸易的方式低价转卖到非洲、中东等地；对于已经完全没有发电能力但外观较好的组件，会卖给相关企业或个人进行次级利用，如搭建雨棚等；对于完全报废的组件，会将其中容易拆解下来的线缆、边框、接线盒等先拆下来卖掉，再分离玻璃、金属等材料，对于其他难以分离的，则直接进行填埋。风电光伏废弃组件中含有重金属等有害物质，如晶体硅中含有铅，薄膜电池中含有镉，处置不当将会造成严重的水、空气和土壤污染。从某种程度上看，以小作坊为主力的回收体系，就如同是“打游击”，他们无固定工作场所，甚至无固定分离设备，增加了监管的难度。另外，小作坊进入这一市场后，不仅相互抬价，还会囤积货物，对正规回收企业造成了较大影响。通常，正规回收企业需要足够的废旧组件才能实现批量化处理，才能更好地降本增效和优化工艺及技术。

1.3 行业高效循环再生技术缺失，集中处理能力不足

当前，风电和光伏组件制造商并未将固体废弃物处理纳入行业发展的整体规划之中，存在因末端处置能力受限，反向制约行业可持续发展等问题。同时，这些制造企业在碳排放核算中并未将退役产品处理的碳排放纳入，存在整个行业碳排放被低估的问题，最终可能会影响“双碳”目标的实现[2]。正是因为制造企业未能将废旧设备处理纳入其产业发展规划中，使得整个行业对于高效循环再生技术研发投入不足，进而增加了回收利用的成本和难度。从循环利用角度看，退役风电光伏设备中的有价元素含量低且分散，多以合金形式存在，加上前端设计和生产没有考虑到回收问题，增加了其回收的技术难度。如光伏电池中的贵金属含量约为1%，且与玻璃等成分结合在一起，高效分离的难度大，小作坊回收体系更加难以分离。与此类似，风机叶片也通常采用双相玻璃钢结构，其中的纤维成分也难以有效分离。在缺少高效回收利用技术的前提下，很多原材料无法实现资源化再利用，填埋和焚烧就成为处理的托底手段。

生态环境部自2019 年以来出台了系列文件，要求各地合理评估废旧风电光伏设备产生量和处理能力匹配情况，制定回收利用发展规划，提高集中处理能力。但在当时，风电光伏设备退役潮尚未显现，各地在固体废物循环利用发展规划中并未将废旧风电光伏设备纳入其中，这就导致了现有集中处理能力不足，降低了回收利用效率。另外，因各地固体废物处理和利用能力存在差异，废旧风电光伏设备产生量大的西南、西北地区固体废物处理利用能力低，使其回收利用的短板问题更加突出。

2 退役风电光伏设备不当处理的环境风险

2.1 增加碳排放

风电、光伏发电是通过风能、太阳能等自然资源产生清洁电力，是实现能源转型和低碳减排的重要手段。但是，在推进风电、光伏发展中，还必须要考虑风电光伏项目全生命周期内的碳排放问题。数据显示，风电场全生命周期中约有14%的碳排放来自运输、安装、维护及退役设备处理等环节。风机叶片的材料主要是钢、铝、铜及树脂等，这些原材料在生产过程中本身就会产生大量的碳排放，如果能够采取合理的回收方式则可以减少碳排放。光伏组件生产过程亦是如此，其主要的物料铝、银、硅片、玻璃、铜等在生产过程中同样会产生大量碳排放。按照生态环境部核算的工业产品碳排放数据，一个1.5 兆瓦、叶片长度35～45 米的风机，如果能100%实现回收，可以减少600 吨的碳排放，相当于开车行驶500 万千米所产生的碳排放量[3]。可见，如果能够实现风电机组主要材料的回收利用，可以从源头上减少风机叶片生产及回收过程中所产生的碳排放。同样地，1 千瓦光伏板生产过程会产生428.8 千克的碳排放，如果组件能够100%回收利用，则可以减少428.8 千克的碳排放。1 千瓦发电量需要4 块光伏板，每块组件重19.8 千克，共重79.2 千克，按照上述数据，1 吨废弃的光伏组件如果能得到全面回收，大约可以减少5.41 吨的碳排放。

在退役风电光伏组件回收和处理过程中，通过焚烧方式处理是产生大量碳排放的主要原因。特别是风机叶片，其成分主要是环氧树脂和玻璃纤维组成的复合材料，如果采用焚烧方式处理，将产生大量的碳排放。以环氧树脂为例，焚烧1 吨环氧树脂，能产生2.53 吨的碳排放。如果叶片材料是酚醛树脂，焚烧一吨可以产生2.48 吨的碳排放。

2.2 造成资源浪费

如前所述，因当前退役风电光伏设备回收体系不完善、高效回收技术缺失及回收能力不足，使得推进退役设备综合利用的成本高且效益低，大规模产业化难以实现，进而造成回收商采用简单粗暴的方法进行处理利用，造成了资源的大量浪费。首先，退役风电光伏组件中的金属材料如果不能完全回收利用，按照当下退役趋势，每年将会造成几十吨、几百吨的钢、铜等金属材料浪费。其次，物理回收方式简单粗暴，将造成再次利用的效能下降。如对废旧的风电光伏组件采取机械化处理进行二次利用，会导致金属、玻璃、碳纤维受到一定损伤，致使可获得的材料强度下降，只能进行次级利用。通过焚烧方式处理废弃组件，通过其有机成分燃烧获取能量，可以实现一定程度的能量回收，但其中有些复合材料并不能充分燃烧，将成为无法利用的废物，只能进行填埋处理，必将占用土地资源，污染地下水及土壤。

2.3 造成环境污染

当前，风机叶片回收后通常会采用露天堆放、填埋、焚烧及粉碎再塑等形式进行处理，而这些处理方法本身就会带来环境污染问题。风机叶片中的玻璃纤维占比约55%，树脂和胶占比约30%，其他材料占比15%。一个1.5兆瓦的风机，退役时将会产生11.55 吨废弃玻璃纤维和6.3 吨的树脂和胶，以此推算，到2040 年将会累计产生大约220 万吨的废弃玻璃纤维和120 万吨的废弃树脂和胶[4]。通常而言，玻璃纤维、树脂和胶在常态下具备不溶及不熔特征，直接堆放将占用大量土地，在长期堆放的情况下，甚至还会改变土地的形状。如果碾碎填埋，玻璃纤维微小颗粒和树脂微小颗粒会进入地下水和土壤之中，造成地下水和土壤污染。

同时，玻璃纤维和树脂在破损过程中还容易产生粉尘，如果细小的纤维和粉尘进入人体肺部而不能主动排出，则会刺激人体肺部组织形成结节、纤维包裹，甚至出现“尘肺”。此外，长时间接触玻璃纤维，还会刺激支气管等部位，引起支气管炎和哮喘。树脂虽然具备一定的热值，但燃烧过程中会产生有害有毒气体，造成严重的大气污染。特别是燃烧设备与燃烧方式、过程不相匹配时，还会有爆炸的风险。燃烧后的灰烬中含有大量的难以分解、易挥发的有机低分子污染物，将会带来二次污染。

光伏组件如果不能妥善回收处理，同样也会带来较大的污染隐患。废弃晶体硅光伏组件直接填埋会造成较为严重的土壤污染。组件中所含的银、铜等重金属元素会通过理化作用逐渐进入土壤和地下水之中，造成土壤和地下水污染，进而通过生物富集方式危害人体健康。以铜为例，在自然环境中，铜污染多集中在植物的根部，损伤植物根系细胞质膜，进而对植物产生毒害作用。另外，长期存在于土壤中的重金属能够改变土壤微生物的种群类型及数量，对生态系统稳定性造成威胁。如果采用焚烧的方式处理光伏板，其释放出来的二氧化硫、氟化氢等有害物质对人体呼吸系统会造成强烈刺激，严重者还会危害肾脏健康。需要特别注意的是，直接堆放而未经处理的光伏组件还会容易造成严重的光污染，会损害人的视网膜、虹膜等，提升白内障的发病率，加速人的失眠和神经衰弱等症状。

3 国外退役风电光伏组件回收利用的相关经验

3.1 加大政策引导

欧洲是全球发展风电最早，也是全球最大的风电市场之一。数据显示，到2024 年年末，预计将有1.4 万个风机叶片面临退役。为了应对大规模的退役潮，减少环境风险，欧洲多国政府出台了积极的环保政策。德国、奥地利、荷兰、芬兰等四国明确规定，禁止以填埋的方式处理风机叶片等复合材料。欧洲风能协会也发出倡议，到2025 年在欧盟范围内禁止使用填埋等方法处理退役风机叶片，并呼吁政府部门加大回收利用支持力度。

针对退役光伏组件回收处理问题，欧盟于2012 年出台、2014 年生效的《关于报废电子电气设备指令》（2012/19/EC）中规定，将废弃光伏组件回收处理纳入这一指令中，明确了回收主体及其责任、回收方式、回收效率等，并列明了具体的时间表。按照这一指令的要求，凡在欧盟地区销售的光伏组件必须遵守各国法律对固体废物处理的要求，所有的光伏组件均要加入这一指令确定的认证标识体系，否则不得进入欧盟市场。德国在2015 年依照这一指令，修订了《电子电气法》，细化了光伏组件生产商、经销商的权责义务，要求制造商、分销商在光伏组件投放市场前必须在欧盟指令平台上进行注册，平台会根据光伏组件的尺寸大小进行分类，明确不同的退役处理模式。例如B2C 模式下的退役组件应放到城市垃圾回收点进行集中收集，B2B 模式下的退役组件应由制造商承担回收责任。

美国的加利福尼亚、北卡罗来纳、亚利桑那、得克萨斯等州也出台法律，将废弃风电光伏组件纳入到通用废弃物管理体系之中。其中，北卡罗来纳州众议院2019 年通过相关法案，要求州环境管理委员会出台退役风电光伏组件实施细则，解决风电光伏设备退役回收利用问题。

3.2 创新回收利用商业模式

创新回收商业模式，不仅能够提高回收利用效率，还能为风电光伏产业的发展带来新的商机。欧美发达国家在风电光伏回收利用商业模式创新方面，主要有三种形式：第一种是由制造商主导回收利用体系。制造企业相较于一般回收企业而言，在技术、信息和市场方面均占有优势。通过由制造企业主导回收利用体系，能够有效提高废弃组件的拆解效率，同时还能实现与发电企业的良好合作。在欧洲，风机、光伏组件制造企业主导的回收体系占到了回收体系的半数以上。第二种是由专业化的机构主导回收利用体系。2007 年，欧盟成立了PV CYCLE 公司，这是一家专门从事废旧晶体硅光伏组件和回收利用的机构，并联合世界各大物流企业建立回收网络。通过会员制形式，全球范围内的制造商、分销商、行业协会均可以成为其会员，缴纳一定会费后，该机构就可以协助会员进行光伏组件的回收和后续处理。该机构在欧洲范围内设立了数百个回收点，从2010 年开始运营至今已经累计回收处理了6 万吨的废旧晶体硅组件，仅2021 年就处理了1.7 万吨。第三种是应用端多领域协同模式。此种模式是扩大回收利用范围，促进回收与多元利用的协同，从而扩大市场容量，提高废旧组件的循环利用价值。在欧美国家，一些大型的风机制造企业通过与建筑、环境等企业合作的方式，对风机叶片进行回收，粉碎后将其添加到建筑材料中，如添加到水泥里。在荷兰，废弃的风机叶片还被用来打造特色儿童乐园，制作城市公共座椅等。

4 我国退役风电光伏设备回收利用路径创新

鉴于退役风电光伏设备高效回收利用难、处理过程中污染多发等问题，我国需要创新回收利用路径，采取多层次治理措施。

4.1 完善责任划分机制，改进回收利用商业模式

在“双碳”背景下，提高风电光伏回收及利用效率是减少环境污染和资源浪费的重要路径，但因现有的回收商业模式不成熟，使得回收成本居高不下。调查数据显示，正规光伏回收企业回收一块标准尺寸的光伏板总收益为56 元，但成本却要75 元[5]。回收不仅无法实现盈利，反而还要亏本，这是影响正规企业参与回收积极的主要原因。我国已经在废旧电器、电子产品等回收处理体系中确立了生产者责任延伸制度，即由生产者来承担回收处理责任。但目前废弃的风电光伏设备并未纳入这一责任体系中。《指导意见》中虽已明确了回收处理责任主体，集中式风电和光伏发电企业承担设备退役后的处理责任，合理规范退役设备资源化利用和处理。在此过程中，发电方企业应该加大与第三方专业化的回收企业合作，共同开发回收循环利用技术，建立明确的利益分享模式，不断推进回收利用商业模式走向成熟。然而，由生产企业承担回收处理责任或许更具技术优势，在未来的改革中可以考虑将退役风电光伏设备纳入生产者责任延伸制度体系中，为风电光伏产业全生命周期的绿色发展提供支持。

4.2 加大回收技术研发，减少回收处理环节环境风险

按照《指导意见》中的界定，退役新能源设备被列入固体废弃物范畴。退役的风电光伏设备规模大、材料组成复杂，循环利用价值高。加大回收技术的研发，推进回收处理的规范化，是新能源产业可持续发展的重要保障。以光伏为例，相关数据显示，到2030 年我国光伏组件原材料价值高达80 亿元，到2040 年，这一数据更是达到1 100 亿元[6]。当前，发电方企业、设备制造商企业、回收利用企业通过上下游协同，在回收利用技术改进方面取得了一定的进展，并在循环利用方面摸索出多样化的应用场景。但总体看，专业化的回收企业不多，商业模式不成熟，存在回收处理过程简单等问题。特别是小作坊进入回收市场后，大量的退役设备集中在个体户和小微企业手中，其通过数字平台构建回收网络，在运输中本身就存在环境污染。在回收环节，因没有采取相应的环保措施，容易将有害有毒物质渗透到水、土壤和大气中。随着《指导意见》的出台，这一市场乱象有望得到改观。未来，随着国家相关政策的持续出台，相关部门应当不断加大回收技术研发支持，加大技术应用和推广力度，规范市场运转，实现回收利用市场的正规化、高效化、低碳化发展。

4.3 加大回收利用环节资金支持，提高企业参与积极性

如前所述，当前正是因为退役风电光伏设备回收技术滞后，加上小作坊进入后扰乱了市场秩序，增大了回收利用成本，降低了正规企业参与回收的积极性。如果将生产者责任延伸制度引入到这一领域，会加大生产商生产成本，也会增加发电方的运营成本。风电、光伏属于新兴产业，本身的生产、运营成本就比较高，如果还要其增加额外投入，可能会影响到行业的可持续发展。因此，国家需要加大对设备使用方发电企业回收处理和循环利用的融资支持，减少发电企业回收处理的成本，更好地激励生产商、发电企业研发回收利用技术，实现“融资—技术—市场—收益”的正向循环，大力提升生产商、发电企业开展回收利用的积极性。