欧盟实现可再生能源发展和脱碳目标的

核心是海上风电。实现这些目标就要以必的速度建设并连接风力发电场，这本身就是一项艰巨的任务。而目标实现之后，还会出现大批破旧报废风力机叶片的处理问题。目前来看，这些叶片或被送去填埋，或进行其他处理，但处理过程会排放二氧化碳、危循环经济。

2023 年 1 月，欧盟就到 2050 年海上可再生能源部署达成远大的新长期目标，并就2030 年和 2040 年实现中期目标达成一致。

根据欧盟委员会的计算，到 21 世30 年代末，欧洲将需要新增约 111GW 海上可再生能源发电装机容量，这几乎2020 年 11 月欧盟《海上可再生能源战略（EU Off-shore Renewable Energy Strategy）最低 60GW 设定目标的两倍。2030 年后到 2040 年海上可再生能源发电装机容量新增 215 至 248GW，到 2050 年新增 281 354GW。

此项艰巨的任务以 2021 年 16.4GW 为基数。为应对气候变化的挑战，每年将数千台风力机连接起来本身就是一项重大挑战。然而，随着时间的推移，涡轮机报废带来的环境影响也将成为一个值得关注的问题，尤其是关停风电场风机叶片的处理，现在被作是一个迫在眉睫的环境问题。

为解决这个问题，西门子歌美飒（SiemenGamesa）于 2021 年 9 月推出了名为 RecyclableBlad的可回收叶片。仅在 10 个月后，该项技术的世界个商业可回收叶片就应用于德国Kaskasi 海上风电场。

德 国 Kaskasi 风 电 场 运 行 的 名 义 功 率 327MW，在增压模式下，最大装机容量为 342MW，可以为德国 40 多万户家庭提供绿色电力。Kaskasi 有 38 台 SG 8.0-167 DD 海上风力涡轮机，风机叶片长度为 81 米。该项目使用了可回收叶片，叶片材料可回收用于生产新产品，因而将进一步显著减少二氧化碳排放。

可回收叶片是历时约五年持续研发的结果。

Mænnchen 在解释其背后构想时表示，“风力涡轮机叶片由非常坚固的复合材料制成，难以分解，因此其后续的处理需要消耗大量能源或使用昂贵的应用程序。这也是选择填埋叶片的原因。有人会质疑为什么到现在还没有更好的解决方案，因为我们的行业才刚刚起步，仍然非常年轻。”

Aditya Birla 的研发团队与西门子歌美飒的技术团队密切合作，利用公司的 Recyclamine 专利技术，开发了一种新型的可回收环氧树脂系统。

从本质上讲，可回收叶片使用的就是可回收树脂系统，回收的叶片材料 ( 树脂、玻璃纤维和木材等 ) 可以重复使用或用作他途，叶片材料如此形成完整的系统循环。在设计时，这种树脂的反应速度被降低，从而提高了可加工性，并且相比传统材料而言，其固化时间更短，有助于降低风力轮机叶片的制造周期。

重要的是，可回收叶片的生产工艺与标准刀片相同，都是基于西门子歌美飒现有的IntegralBlade 制造工艺。这意味着新树脂系统不会增加相关的实施风险。

Mænnchen 是一个多学科团队的一员，该团队在早期阶段致力于研究可回收叶片技术。在解其工作原理时，他表示：“叶片的复合材料由 3D 矩阵化学结构构成，这种结构使所有物质聚合在一起，非常坚固。我们使用的技术是引入一种新的“键连”，使聚合物主链只能在特定条件下分离，而这些条件很容易实现。”

将普通的醋酸温度提高到80℃就可以激活“键连”，以分离复合材料的基体。

Mænnchen 说：“利用普通产品和众所周知的化学物质来打破复合材料这种微小的连接是一项技术创新。从根本上说，就是拆下叶片，切成块，放在一盆酸中，煮上3 至 4 小时。听起来很简单，操作起来也不难，但要真正实现这一点是需要大量研发工作的……”

尽管风电行业仅占复合废料的 10%，但欧洲的风电项目开发商还是迅速采并推动了这项技术。

在 Kaskasi 项目正常运行之后不久，德国莱茵集团（RWE）再次选用了西门子歌美飒的可回收叶片应用于英国东海岸 Sofia 海上风电项目。该项目共有 100 台 SG14-222 DD 海上风力涡轮机，其中 44 台安装了 108 米长的可回收叶片，是该型叶片的首次安装。

西门子歌美飒表示，叶片在达到使用寿命上限时即可进入回收流程。

Mænnchen 证实，该工艺经过了测试，可保证可回收叶片在使用期限内不会到酸雨等环境的影响；汰换叶片很容易回收得到增强材料、芯材、塑料和金属部件且质量和价值不受损。

然而，Mænnchen 指出，回收设施的“流程设计”需要改进。他表示，“回过程完成后，纤维、芯材和热塑性材料是混杂在一起的。芯材和纤维可以拣选出来，

洗后用于其他目的。然后，热塑性材料必须经酸性溶液过滤。这一步骤可以通过离心机、溶剂和或其它不同的方式来完成。具体方法的应用取决于高效与否的判断，以及对回收设施的专业认知。”

他补充道，值得注意的一点是，可回收叶片的回收材料将会促成一个庞大的制造业，比如使用回收材料制造印刷电路板和消费性电子设备。

尽管与传统叶片相比，可回收叶片略有溢价，但西门子歌美飒指出，项目所者可以使用、销售可回收材料，同时也避免了废弃叶片填埋的费用，使溢价得以消除。如果风电行业要继续研发环保类创新的话，那么在拍卖中理应对一些因素给予奖励。西门子歌美飒认为，循环经济对可持续发展的未来至关重要，在决定项目中标的开发商时，不应该只考虑价格，也应考虑附加的质量标准，可回收性就是其中之一。

该公司表示，“如今，欧洲和世界各地大多数拍卖流程都只关注价格，这导致新产品很难如我们所愿迅速进入市场，因为新产品往往价格更高。然而，如果我们想为世界输送更多可持续产品，拍卖系统就必须对新产品的开发和制造所做出的努力表示肯定。”

随着欧洲海域海上风力发电场数量的增长，政策支持——鼓励技术创新、鼓励可持续发展的涡轮机技术——并不是唯一的挑战。西门子能源（Simens Energy）强调，实现 2030 年目标约需要 90 个海上可再生能源项目，其关键是发展Kaskasi等海上项目与陆上电网连接的并网技术。Kaskasi 风电场产生的三相电流被输送到 HelWinBeta 高压直流 (HVDC) 平台，该换流平台处于德国北HelWin2 HVDC 海上电网连接的中心。

HelWin2 换流站采用对称单极技术，直流传输电压为320 千伏，容量为 690MW。该换流站使用西门子能源公司的 HVDC PLUS 技术将交流电转换为直流电输送到岸。陆上的高压直流电站将电能转换回交流电，再送入电网。HVDC PLUS 是基于电压源 (VSC) 的模块化多电平换流(MMC) 技术。

在德国以外的地方，HVDC PLUS技术可以根据电压来提高输电容量。例如英国的传输电压为 420 千伏，该技术使输电容量超过 1.3GW。为了实现其雄心勃勃的海上风电目标，欧盟正在采用一种海上风电与陆上互联的新标准。展望未来，预计将会有越来越多的双极系统在更高电压等级下运行。

输电系统运营商 (TSOs)、TenneT 和 Amprion 已经采用新标准，规HVDC 海上平台的电压等级为 525 千伏，容量为 2GW。

西门子能源招标兼项目电网解决方案副总裁 Andreas Barth 指出：“们将依靠一条 HVDC 线路传输更多的电力。双极系统的最大优点是，如果一极出现故障，系统可将输送功率减半运行。这极大地提高了系统的用性，因为运营商不需要承担风电场完全脱离电网的风险。”

更高电压等级带来的挑战是需要更大的平台来支撑。然而，目前的点并不是优化设计以减小平台尺寸，而是采用标准化来建造相同尺寸的台，以加快构建计划。

2023 年 4 月，TSO 与四个合作伙伴签署了价值 300 亿欧元的合同，立志北海开发为可持续且独立的欧洲能源生产中心，此举将帮助欧盟实现其发展海上

风电的雄心壮志。

随着协议的签署，TenneT 由此完成了 2022 年 8 月启动的总共 14 个海上电网连接系统的海基和陆基换流站的合同授予过程。TenneT 在 3 月底授予了其中11 个系统，其中 8 个在荷兰，3 个在德国。在 4 月份的交易中，又增加了德的 3 个系统。这 14 个系统（功率 2GW）将在 2031 年之前实现电网连接。

其中，西门子能源与 Dragados Offshore 组成的企业联合体获得了德BalWin3、LanWin4（均与 Wilhelmshaven 的陆上电网相连）和 LanWin2（与 Heide附近的电网相连）的合同订单。2022 年 12 月，他们还被 Amprion 授予合同，负责建造德国 BalWin1 和 BalWin2 海上电网连接项目的换流站。德国TSO允许企业联合体为其平台采用重复设计的方法，Barth对此评论道，“在授予合同的决策中，确保生产能力和更快的实施速度非常重要。重点是按部署目标按时完成电网连接。

Barth 强调，在相对较短的时间建设并连接换流平台的关键是实现标准化。他表示：“所有平台拥有相同设计是一个巨大的进步。我们所有平台都使用相同的设备，因此只需要为所有 2GW 标准的项目进行一次平台设计。此外，建立良好的伙伴关系可以加快项目的实施，所以我们将一与 Dragados Offshore 合作，逐一建德国北海的五个 2GW 项目。”

平台新标准的制定工作正在顺利进行。基于TenneT对平台的设计标准西门子能源在今年年初开始并优化了详细设计，以满足 Amprion 的要求。平台设计工作从系统设计开始，这是电网连接的基本设计。这涉及对近海电网的研究，以确定使用哪些涡轮机；以及对陆上网络的研究，以定电网连接到不同的陆上登陆点。这些网络研究为高压设备的设计提供依据。

Barth 补充道：“一旦变压器、换流器、电抗器、开关设备等的设计成，它们就会纳入平台和土木设计中，其中平台设计用于海上，土木设计于陆上。与 Dragados Offshore 合作成海上平台的最终设计是我们真正作的时刻。第一个平台的设计将花费更多的时间，因为必须经过深思熟虑。然而，后续平台的构建速度要快得多，因为它们基于相同的设计。所以我们有更多的时间开始土木设计，因为这不是关键环节，且只需要大约两年的时间就能建成。”

TenneT 与企业联合体签署的框架协议不仅有助于加快海上建设计划，而且在动荡的市场环境中为设备供应商提供了确定性。

Barth 表示：“如果我们需要建四五个平台，每次我们都必须预订材料和人力资源。此外，还需要与土木工程承包商、安装人员和运行人员合作。这种类型的框架协议使我们更加确定能够预订未来五个平台所需的资源。例如，我们可以在市场上更容预订到自升式驳船，并确保我们在要时获取必要的资源。”

Barth 强调，最终高压直流电网将不得不参照有几十年建设历史的交电网。“交流电网很简单，因为有现成的电网导则，且控制和保护机制已经设置好，等等。直流电网的情况却不一样，目前只涉及端对端送电。但这种情况一定会改变，因为我们建的是一种新型电网。”

目标是建成陆上和海上直流电网。虽然 2GW 的标准是用于端对端送电，但也需要为日后打造多端送枢纽做准备。Barth 表示：“下一步计划将多个海上平台，甚至陆上电网实现互联。这将为运营商提供更大的灵活性，因为电网互联不仅允许端对端送电，还允许电网多端送电。”

在 2GW 标准上的合作，对于终实现网状直流电网非常重要。“这需要输电系统运营商之间及 HVDC 供应商之间进行协调。如果他们各自持有不同的标准，那么网直流电网将永远无法正常运行。统一2GW 标准是向网状直流电网迈进的一步。这个标准为所有相关方提供更多的规划确定性，使每一方都能为下一步做好准备。统一的标准不仅要在德国境内推行，还要在德国与英国、法国、挪威、瑞典之间开展，这就味着要在国际范围内推行。这将允许电能的跨境交易，并使电能得到更有效的利用。”

对于当地风能资源的合理利用，至关重要的一点是该行业需要具备随时跨境输送风电的能力。

Barth 解释道：“例如，德国和英国有一个小时的时差。可能在下午 6点德国需要电能，但一个小时后英国

可能更需要。这就需要直流电网灵活地将电能从一端传输到另一端。”

最后，Barth 总结道：“建设直电网将是未来十年的巨大挑战，它要标准化、确定性、正确的监管计划和创新。”