可持續理念下退役風電的設計研究

摘要：通過優化葉片回收流程，攻克當前退役風電葉片回收難度大、利用率低的難題。基于可持續設計理論，通過采用“末端治理+源頭干預+共享服務”的綜合策略方法，構建一個系統化高效的風電葉片回收處理模式。結合移動工廠與共享平臺的方式，構建線上線下一體化的退役葉片回收模式，減少回收過程中材料與資金消耗，實現高效、經濟回收效果。整合葉片回收的各方資源，全面優化回收流程，兼顧綠色可持續回收與經濟效益，從而推動葉片回收系統的順利落地與實施。

關鍵詞：退役風電葉片；回收再利用；末端治理；源頭干預；共享服務

中圖分類號：TE41 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）23-0094-04

引言

風力發電是利用自然資源產生的一種清潔能源，在我國已得到廣泛應用。隨著風電裝機量的逐年攀升，大規模退役潮的到來已迫在眉睫。國家發展改革委等六部門聯合發布的《關于促進退役風電、光伏設備循環利用的指導意見》為退役風電設備的循環利用工作指明了方向[1]。該指導意見強調建立完善退役設備處理機制，并設定了到2030 年完成風電設備全流程循環利用技術體系建設的目標。當前，如何系統化回收處理退役風電葉片，實現其全生命周期的綠色化，已成為當前亟待解決的問題。

一、可持續設計理論與方法

（一）可持續設計理論

1980 年，自然保護國際聯盟（IUCN）首次提出可持續發展（Sustainable Development）概念。1987 年世界環境與發展委員會（WCED）發表了報告《我們共同的未來》，將持續發展定義為：能滿足當代人的需要，又不對后代人滿足其需要的能力構成危害的發展。可持續設計強調在生態哲學的指導下，將設計行為納入“人—機—環境”系統，以實現社會價值并保護自然價值[2]。

可持續設計在強調環境保護的同時，也在全面均衡地考慮經濟、道德準則以及社會影響。在風電葉片回收過程中，就需要綜合考慮回收成本、環境效益、社會效益等方面的因素。通過利用設計方法和技術手段的創新，以實現經濟效益與環境效益的雙贏，推動風電行業的可持續發展。除此之外，用戶需求和體驗也是可持續設計的關注點，在風電回收再利用過程當中，鼓勵用戶參與設計，并且加入用戶體驗設計。通過與用戶和相關方的緊密合作，共同推動風電葉片回收的進展，以實現資源的最大化利用。

（二）設計方法

綠色可持續循環回收是指貫穿產品全生命周期的環保理念。整個生命全周期強調“源頭干預”“末端處理”和“共享服務”3 個關鍵維度考慮[3]。從產品的前期規劃到中期生產，再到后期的回收再利用，每個階段都經過系統的分析。

在“源頭干預”階段，主要是項目開始時進行的預防和控制措施[4]。通常在產品設計的規劃、生產、運作等關鍵環節，會實施精準的措施，用以減少材料消耗、提升設備效率，從根本上降低后期可能對環境造成的污染和對資源的過度消耗[3]。

“末端治理”階段，主要針對的是事后處理，強調在問題或污染產生后，通過一系列工程技術和方法，對已經產生的污染進行治理和處置。

在“共享服務”階段，以服務共享為基礎，構建了一個靈活多變的服務選擇和服務導向系統。相較于單一個體，共享服務能夠匯聚更豐富的資源和服務優勢，為用戶提供更為全面和高效的服務體驗。

二、退役風電葉片現狀與問題

我國風電裝機量連續數年位居世界首位，在初期投入使用的風電機組即將陸續到達設計的使用年限。典型的風電使用壽命約為20年，據此測算，2023 年中國退役風電機組達到980 臺，裝機容量為54.6 萬千瓦，2025 年將達到1800 多臺，裝機容量為125 萬千瓦；到2030 年將超過3.4 萬臺，裝機容量約4500 萬千瓦。大約85% ～ 90% 的風電機組可以回收利用，其中包括塔筒、機艙、光伏等部件，已經做了系統可回收處理[5]。然而葉片是由玻璃纖維復合材料制成，其高昂的成本和技術的不成熟性限制了其廣泛應用。在實際操作中仍面臨諸多挑戰。

（一）所處偏遠地區，運輸成本高

在我國，風電場主要集中分布在西北和東北等偏遠邊疆地區，這些區域地形錯綜復雜，道路蜿蜒曲折，為風電葉片的回收工作帶來了極大的挑戰。退役風電葉片尺寸龐大，長度動輒數十米，重量更是可達數噸，因此其運輸、處理和儲存無疑都是一項艱巨的任務。

（二）應用領域小，缺乏協同創新

目前，退役風電葉片經過機械回收再利用后，常被用作填料使用，如水泥、混凝土等產品中。也可用作3D 打印耗材，作為材料建造景觀花壇。此外，廢舊葉片經過簡單切割也可用于兒童樂園設施、公交候車廳等。雖然目前在積極探索廢舊葉片可能性，但其回收仍然停留傳統的回收再利用模式或低附加價值的再利用場景。這使得風電葉片回收在更大范圍內缺乏市場競爭力，難以在更多行業得到廣泛應用。并且目前回收只是上游材料回收企業孤立解決問題，缺乏不同行業的協同創新推動，使得葉片回收難以突破現有的局面，無法開發出更具有創新性和實用性的應用方案。

（三）回收經濟效益低，商業模式尚未形成

退役風電在前期回收流程當中，葉片供應方通過單一方式向需求企業提供葉片原材料，如圖1 所示。并且，運輸和處理費用占據大部分成本，回收再利用的利潤低下。而后期市場需求不足，行業也未能形成產業化。導致葉片回收成為投資高、回收收益少的行業現狀，降低了企業的投資熱情。同時廢舊葉片也缺乏完整的回收產業鏈，沒有成熟的商業模式支撐業務發展，制約了風電回收再利用的規模化發展和經濟效益的提升。

三、退役風電葉片系統回收的設計實踐

在加快實現碳達峰碳中和目標的政策導向下，面對即將到來的退役風電高峰，積極應對葉片規模化回收，實現資源循環利用，成為當前主要任務。實踐案例在可持續設計理念基礎上，設計出《ANT退役風電葉片系統化處理移動工廠》方案。以退役葉片為設計對象，通過“源頭處理”“末端治理”“共享服務”的設計策略，采用5G網絡技術+ 現場協作方式，形成退役葉片系統化回收模式。

（一）基于“源頭干預”的移動工廠設計

在風電葉片前期回收過程中，運輸和加工環節占據了大量的人力和物力成本，因此，在“源頭干預”方法策略下，采用創新的回收方式——將工廠的加工設備直接搬運到現場進行處理[6]，不僅可以保留工廠加工的核心功能，還能減少葉片運輸的成本和時間。為確保移動工廠運作，需要配備先進的現場加工設施，以及多種選擇的切割方案，以滿足后續企業的再加工需求。

1. 現場加工設備的設計。現場處理的設施有智能切割機、粉碎機和運輸車輛等，如圖2、3 所示。主體設備是智能切割機和智能粉碎機，主要協作現場工作人員進行切割、粉碎處理。其主要功能為：

（1）現場工作人員利用操控手柄，遠程操控智能切割設備，將拆卸下來的葉片，按照需求切割成小段或者小片。

（2）切割成片狀的葉片，再利用智能粉碎機將葉片再次粉碎，該機器采用全自動粉碎技術，無需人工值守即可高效將葉片再次細化。機器還配備緊急停止按鈕，確保在任何緊急情況下能夠迅速、安全地停止工作。

（3）當現場葉片處理任務完成后，智能切割機和粉碎機利用底部配置的履帶輪胎，迅速轉移到下一個工作地點，繼續高效執行任務。

在外觀造型方面，使用系統設計方法，對智能切割機和粉碎機進行深入研究，首先，使用半包裹長方體造型作為基礎造型，在滿足設備的功能性基礎上，增加產品科技未來感。在切割機前部分，設計了伸縮臂，確保切割工作的流暢性和準確性。在粉碎機部分，通過在出料口加裝加強筋，有效提升設備在運作過程中的穩定性。

在色彩方面，設備主體采用黑色和銀色作為設備的主色調，凸顯設備的高端科技感。當設備處于運作狀態時，藍色指示燈會自然亮起，而設備出現故障時，則會亮起紅色指示燈。

2. 增加切割方案。實踐操作中，可根據客戶的不同需求，提供兩種處理方案。一種是使用切割機將葉片切成一段或條狀，然后直接進行現場打包裝箱運輸。另一種方案則是將切成條狀的葉片放入粉碎機進行粉碎，得到粉末后再進行打包處理，如圖4 所示。

（二）基于“共享服務”的回收服務設計

葉片回收的共享服務階段，就是將“源頭干預”“末端處理”銜接起來，形成系統化回收體系的過程。通過構建共享服務平臺[7]，為“源頭干預”的供應方和“末端處理”的需求方提供了交流和合作的服務體系，從而促進經濟循環，實現資源高效利用。

1. 利益相關者分析。為構建一個高效的回收服務平臺，需要關注于葉片回收從前期拆卸到后期再應用的整個流程當中，探究在該流程當中涉及的利益相關者的需求。通過專家訪談和實地調研，總結出相關核心利益者，如圖5 所示。

其核心利益者主要包括葉片處理方和需求企業，葉片處理方的主要需求是將處理后的葉片材料轉化為經濟收入，確保回收工作的經濟效益和可持續性；而需求企業則是收購性價比高、品質優良的葉片材料，以便后續的再設計加工。物流公司則通過運輸葉片材料和設施設備獲取利潤；對于終端運營商，其需求是通過經營管理服務平臺獲取收入。

2. 回收系統流程。基于“共享服務”策略，建立第三方服務平臺，構建新的葉片回收流程。其回收流程可以分為信息流、材料流和經濟流3 部分[8]。如圖6 所示，在信息流方面：需求企業通過App 瀏覽商品并進行下單，葉片處理方通過平臺所發布的信息發送給工作人員進行現場處理。材料流方面：葉片處理方在現場通過切割設備，并在現場進行打包處理后，通過物流運輸到需求企業。在經濟流方面：主要支出部分為現場處理工人的薪水，App 運營費用以及投放媒體廣告費用。而收入部分主要來源于需求企業訂單。

通過這種操作流程建立起新的供應方、應用平臺和需求方的關系，將產品與服務融合在一起。資源整合，形成完整的葉片回收體系產業鏈。

3. 服務藍圖。基于前期利益相關者和系統流程綜合分析，構建出服務藍圖，如圖7 所示。整個服務藍圖分為前端和后臺兩個部分，前端主要是客戶、葉片供應方。客戶瀏覽葉片材料，并且下單，葉片供應方接收任務，確保葉片材料及時供應，并上架下架相關產品。后臺主要是物流運輸和平臺運營，進行運輸工作和后臺的運作管理。在這個系統當中，將整個流程利益相關者緊密連接起來，形成一個高效、完整的產業回收鏈。

4. 退役風電葉片回收App 設計。通過“ANT”應用程序，回收企業可以獲取葉片的地址、尺寸、切割方式等詳細信息，從而進行精準購買。同時，運營商也能通過這一應用程序，上架葉片材料，與客戶進行實時溝通，并隨時查看訂單與訂購狀態，確保回收流程的順暢進行。

“ANT”應用程序整體分為兩大部分。一部分是用戶操作界面，包括“首頁”“回收用途”“消息”“購物車”和“我的”五大模塊。在“首頁”，用戶可以瀏覽到各種葉片材料商品的詳細信息，通過簡單的點擊操作，就能選擇自己所需的尺寸、數量和地址。而“回收用途”模塊則為用戶展示了國內外以及相關比賽通過葉片制作的實際案例，為用戶提供了豐富的參考和啟示。此外，“消息”模塊為用戶與用戶、用戶與客服之間的溝通和咨詢提供了便利；“購物車”模塊方便用戶將心儀的產品加入購物車，隨時進行購買和查找；“我的”模塊則集中展示了用戶的訂單信息、地址管理、售后服務等內容，方便用戶隨時查看和管理自己的賬戶，如圖8 所示。

另一部分則是管理員操作界面，如圖9 所示，同樣分為“交易”“商品管理”“物流”“客戶管理”和“設置”五大模塊。在“交易”模塊中，管理員可以查看已交易的訂單信息，管理用戶的評價；在“商品管理”模塊中，可以發布新的風電葉片材料商品，并對出售中的商品進行管理；在“物流”模塊中，則能實時追蹤物流信息，查看物流狀態，并進行物流運費的設置；在“客戶管理”模塊中，運營人員負責退款、售后以及咨詢回收等相關事宜；而“設置”模塊里包括商家信息、認證信息、資料修改等基礎設置功能，方便管理員對應用程序進行日常維護和更新。

（三）基于“末端處理”的快閃店設計

雖然初步加工后的材料會交由客戶進一步處理，但鑒于公眾對退役葉片材料應用領域的認知尚淺，普及與示范工作也需要加快進程。我國風電葉片長達40 米，每段葉片的寬度和形狀各有特點，因此在利用過程中必須充分考慮每段的獨特性，實施分段處理策略。

1. 設計思路。快閃店由于其臨時性和短期性的特點，在搭建時通常采用易拆卸、模塊化或可循環使用的材料，而退役風電葉片材料，憑借其堅固耐用、可回收再利用的特性，與快閃店需求完美契合。在選取材料方面，截取葉片3 ～ 15 米段不規則部分，將其直線切割分成兩部分，再清除內部多余支撐結構。在搭建方面，將處理完的葉片材料進行拼接搭建，加兩根承重立柱固定搭建材料。并切割側面材料開窗門，頂部加裝太陽能板，最后進行組合焊接，如圖10 所示。

2. 方案展示。整個快閃店將風電葉片材料與玻璃材料結合，利用玻璃透明性提升店內的曝光度，如圖11。入口區域設置品牌標志和展板，介紹展覽主題。寬敞的內部可布置多個展臺，周圍環繞的燈帶為整個快閃店內部增添了氛圍。而在快閃店內部展示當中，通過視頻或者海報形式，向公眾介紹快閃店搭建過程和環保理念，讓更多人了解風電葉片材料及其在環保事業中的重要作用，同時傳達出綠色可持續發展的核心價值觀。

結論

本文圍繞風電葉片回收現狀展開深入研究，針對當前葉片回收中存在的產業鏈不完整、企業積極性低、回收利用經濟效益低下等問題，提出了基于可持續設計理論的解決方案。通過實施“源頭干預”“末端治理”和“共享服務”的綜合策略，形成系統回收體系。為退役風電葉片轉化為具有實用價值的產品和空間帶來了新的可能性。

以多學科融合方法，用設計學的視角解決風電回收問題，為風電葉片回收再利用提供了新的解決思路和方法。同時也豐富可持續設計理論的應用實踐，為未來進一步完善風電回收產業鏈，實現經濟循環，共同創造具有更高利用價值的可持續產品，提供了較為科學的探索與參考。

參考文獻

[1]國家發展改革委等部門關于促進退役風電、光伏設備循環利用的指導意見[J].再生資源與循環經濟，2023，16（09）：1-2.

[2]董治年，李杰，李葉.董治年：可持續設計是一種兼具理想主義色彩與強烈社會責任意識的創新設計思潮[J].設計，2023，36（24）：30-35.

[3]鄭雨薇.多邊協同可持續發展：德國飲料包裝押金退款系統設計研究[J].裝飾，2023（07）：85-89.

[4]張應韜.面向沙漠徒步驢友的戶外產品可持續設計研究——以沙漠集水器為例[J].設計，2023，36（24）：100-103.

[5]胡靜怡，楊紹鵬.加快建立風電和光伏機組回收利用體系促進退役設備高效循環利用[J].中國經貿導刊，2024（01）：27-29.

[6]渡邊誠，山娜，王浩晨，等.從社會設計向可持續出發[J].設計，2022，35（24）：60-63.

[7]王俊靈，胡藝帆，陳文靜.基于可持續設計視角的社區共享五金工具服務系統設計[J].工業設計，2022（04）：89-91.

[8]安大地，虞心依.基于公眾參與的社區可持續設計研究與實踐——以RPET再生品設計為例[J].包裝工程，2024，45（06）：308-316.