可持续理念下退役风电的设计研究

摘要：通过优化叶片回收流程，攻克当前退役风电叶片回收难度大、利用率低的难题。基于可持续设计理论，通过采用“末端治理+源头干预+共享服务”的综合策略方法，构建一个系统化高效的风电叶片回收处理模式。结合移动工厂与共享平台的方式，构建线上线下一体化的退役叶片回收模式，减少回收过程中材料与资金消耗，实现高效、经济回收效果。整合叶片回收的各方资源，全面优化回收流程，兼顾绿色可持续回收与经济效益，从而推动叶片回收系统的顺利落地与实施。

关键词：退役风电叶片；回收再利用；末端治理；源头干预；共享服务

中图分类号：TE41 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2024）23-0094-04

引言

风力发电是利用自然资源产生的一种清洁能源，在我国已得到广泛应用。随着风电装机量的逐年攀升，大规模退役潮的到来已迫在眉睫。国家发展改革委等六部门联合发布的《关于促进退役风电、光伏设备循环利用的指导意见》为退役风电设备的循环利用工作指明了方向[1]。该指导意见强调建立完善退役设备处理机制，并设定了到2030 年完成风电设备全流程循环利用技术体系建设的目标。当前，如何系统化回收处理退役风电叶片，实现其全生命周期的绿色化，已成为当前亟待解决的问题。

一、可持续设计理论与方法

（一）可持续设计理论

1980 年，自然保护国际联盟（IUCN）首次提出可持续发展（Sustainable Development）概念。1987 年世界环境与发展委员会（WCED）发表了报告《我们共同的未来》，将持续发展定义为：能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。可持续设计强调在生态哲学的指导下，将设计行为纳入“人—机—环境”系统，以实现社会价值并保护自然价值[2]。

可持续设计在强调环境保护的同时，也在全面均衡地考虑经济、道德准则以及社会影响。在风电叶片回收过程中，就需要综合考虑回收成本、环境效益、社会效益等方面的因素。通过利用设计方法和技术手段的创新，以实现经济效益与环境效益的双赢，推动风电行业的可持续发展。除此之外，用户需求和体验也是可持续设计的关注点，在风电回收再利用过程当中，鼓励用户参与设计，并且加入用户体验设计。通过与用户和相关方的紧密合作，共同推动风电叶片回收的进展，以实现资源的最大化利用。

（二）设计方法

绿色可持续循环回收是指贯穿产品全生命周期的环保理念。整个生命全周期强调“源头干预”“末端处理”和“共享服务”3 个关键维度考虑[3]。从产品的前期规划到中期生产，再到后期的回收再利用，每个阶段都经过系统的分析。

在“源头干预”阶段，主要是项目开始时进行的预防和控制措施[4]。通常在产品设计的规划、生产、运作等关键环节，会实施精准的措施，用以减少材料消耗、提升设备效率，从根本上降低后期可能对环境造成的污染和对资源的过度消耗[3]。

“末端治理”阶段，主要针对的是事后处理，强调在问题或污染产生后，通过一系列工程技术和方法，对已经产生的污染进行治理和处置。

在“共享服务”阶段，以服务共享为基础，构建了一个灵活多变的服务选择和服务导向系统。相较于单一个体，共享服务能够汇聚更丰富的资源和服务优势，为用户提供更为全面和高效的服务体验。

二、退役风电叶片现状与问题

我国风电装机量连续数年位居世界首位，在初期投入使用的风电机组即将陆续到达设计的使用年限。典型的风电使用寿命约为20年，据此测算，2023 年中国退役风电机组达到980 台，装机容量为54.6 万千瓦，2025 年将达到1800 多台，装机容量为125 万千瓦；到2030 年将超过3.4 万台，装机容量约4500 万千瓦。大约85% ～ 90% 的风电机组可以回收利用，其中包括塔筒、机舱、光伏等部件，已经做了系统可回收处理[5]。然而叶片是由玻璃纤维复合材料制成，其高昂的成本和技术的不成熟性限制了其广泛应用。在实际操作中仍面临诸多挑战。

（一）所处偏远地区，运输成本高

在我国，风电场主要集中分布在西北和东北等偏远边疆地区，这些区域地形错综复杂，道路蜿蜒曲折，为风电叶片的回收工作带来了极大的挑战。退役风电叶片尺寸庞大，长度动辄数十米，重量更是可达数吨，因此其运输、处理和储存无疑都是一项艰巨的任务。

（二）应用领域小，缺乏协同创新

目前，退役风电叶片经过机械回收再利用后，常被用作填料使用，如水泥、混凝土等产品中。也可用作3D 打印耗材，作为材料建造景观花坛。此外，废旧叶片经过简单切割也可用于儿童乐园设施、公交候车厅等。虽然目前在积极探索废旧叶片可能性，但其回收仍然停留传统的回收再利用模式或低附加价值的再利用场景。这使得风电叶片回收在更大范围内缺乏市场竞争力，难以在更多行业得到广泛应用。并且目前回收只是上游材料回收企业孤立解决问题，缺乏不同行业的协同创新推动，使得叶片回收难以突破现有的局面，无法开发出更具有创新性和实用性的应用方案。

（三）回收经济效益低，商业模式尚未形成

退役风电在前期回收流程当中，叶片供应方通过单一方式向需求企业提供叶片原材料，如图1 所示。并且，运输和处理费用占据大部分成本，回收再利用的利润低下。而后期市场需求不足，行业也未能形成产业化。导致叶片回收成为投资高、回收收益少的行业现状，降低了企业的投资热情。同时废旧叶片也缺乏完整的回收产业链，没有成熟的商业模式支撑业务发展，制约了风电回收再利用的规模化发展和经济效益的提升。

三、退役风电叶片系统回收的设计实践

在加快实现碳达峰碳中和目标的政策导向下，面对即将到来的退役风电高峰，积极应对叶片规模化回收，实现资源循环利用，成为当前主要任务。实践案例在可持续设计理念基础上，设计出《ANT退役风电叶片系统化处理移动工厂》方案。以退役叶片为设计对象，通过“源头处理”“末端治理”“共享服务”的设计策略，采用5G网络技术+ 现场协作方式，形成退役叶片系统化回收模式。

（一）基于“源头干预”的移动工厂设计

在风电叶片前期回收过程中，运输和加工环节占据了大量的人力和物力成本，因此，在“源头干预”方法策略下，采用创新的回收方式——将工厂的加工设备直接搬运到现场进行处理[6]，不仅可以保留工厂加工的核心功能，还能减少叶片运输的成本和时间。为确保移动工厂运作，需要配备先进的现场加工设施，以及多种选择的切割方案，以满足后续企业的再加工需求。

1. 现场加工设备的设计。现场处理的设施有智能切割机、粉碎机和运输车辆等，如图2、3 所示。主体设备是智能切割机和智能粉碎机，主要协作现场工作人员进行切割、粉碎处理。其主要功能为：

（1）现场工作人员利用操控手柄，远程操控智能切割设备，将拆卸下来的叶片，按照需求切割成小段或者小片。

（2）切割成片状的叶片，再利用智能粉碎机将叶片再次粉碎，该机器采用全自动粉碎技术，无需人工值守即可高效将叶片再次细化。机器还配备紧急停止按钮，确保在任何紧急情况下能够迅速、安全地停止工作。

（3）当现场叶片处理任务完成后，智能切割机和粉碎机利用底部配置的履带轮胎，迅速转移到下一个工作地点，继续高效执行任务。

在外观造型方面，使用系统设计方法，对智能切割机和粉碎机进行深入研究，首先，使用半包裹长方体造型作为基础造型，在满足设备的功能性基础上，增加产品科技未来感。在切割机前部分，设计了伸缩臂，确保切割工作的流畅性和准确性。在粉碎机部分，通过在出料口加装加强筋，有效提升设备在运作过程中的稳定性。

在色彩方面，设备主体采用黑色和银色作为设备的主色调，凸显设备的高端科技感。当设备处于运作状态时，蓝色指示灯会自然亮起，而设备出现故障时，则会亮起红色指示灯。

2. 增加切割方案。实践操作中，可根据客户的不同需求，提供两种处理方案。一种是使用切割机将叶片切成一段或条状，然后直接进行现场打包装箱运输。另一种方案则是将切成条状的叶片放入粉碎机进行粉碎，得到粉末后再进行打包处理，如图4 所示。

（二）基于“共享服务”的回收服务设计

叶片回收的共享服务阶段，就是将“源头干预”“末端处理”衔接起来，形成系统化回收体系的过程。通过构建共享服务平台[7]，为“源头干预”的供应方和“末端处理”的需求方提供了交流和合作的服务体系，从而促进经济循环，实现资源高效利用。

1. 利益相关者分析。为构建一个高效的回收服务平台，需要关注于叶片回收从前期拆卸到后期再应用的整个流程当中，探究在该流程当中涉及的利益相关者的需求。通过专家访谈和实地调研，总结出相关核心利益者，如图5 所示。

其核心利益者主要包括叶片处理方和需求企业，叶片处理方的主要需求是将处理后的叶片材料转化为经济收入，确保回收工作的经济效益和可持续性；而需求企业则是收购性价比高、品质优良的叶片材料，以便后续的再设计加工。物流公司则通过运输叶片材料和设施设备获取利润；对于终端运营商，其需求是通过经营管理服务平台获取收入。

2. 回收系统流程。基于“共享服务”策略，建立第三方服务平台，构建新的叶片回收流程。其回收流程可以分为信息流、材料流和经济流3 部分[8]。如图6 所示，在信息流方面：需求企业通过App 浏览商品并进行下单，叶片处理方通过平台所发布的信息发送给工作人员进行现场处理。材料流方面：叶片处理方在现场通过切割设备，并在现场进行打包处理后，通过物流运输到需求企业。在经济流方面：主要支出部分为现场处理工人的薪水，App 运营费用以及投放媒体广告费用。而收入部分主要来源于需求企业订单。

通过这种操作流程建立起新的供应方、应用平台和需求方的关系，将产品与服务融合在一起。资源整合，形成完整的叶片回收体系产业链。

3. 服务蓝图。基于前期利益相关者和系统流程综合分析，构建出服务蓝图，如图7 所示。整个服务蓝图分为前端和后台两个部分，前端主要是客户、叶片供应方。客户浏览叶片材料，并且下单，叶片供应方接收任务，确保叶片材料及时供应，并上架下架相关产品。后台主要是物流运输和平台运营，进行运输工作和后台的运作管理。在这个系统当中，将整个流程利益相关者紧密连接起来，形成一个高效、完整的产业回收链。

4. 退役风电叶片回收App 设计。通过“ANT”应用程序，回收企业可以获取叶片的地址、尺寸、切割方式等详细信息，从而进行精准购买。同时，运营商也能通过这一应用程序，上架叶片材料，与客户进行实时沟通，并随时查看订单与订购状态，确保回收流程的顺畅进行。

“ANT”应用程序整体分为两大部分。一部分是用户操作界面，包括“首页”“回收用途”“消息”“购物车”和“我的”五大模块。在“首页”，用户可以浏览到各种叶片材料商品的详细信息，通过简单的点击操作，就能选择自己所需的尺寸、数量和地址。而“回收用途”模块则为用户展示了国内外以及相关比赛通过叶片制作的实际案例，为用户提供了丰富的参考和启示。此外，“消息”模块为用户与用户、用户与客服之间的沟通和咨询提供了便利；“购物车”模块方便用户将心仪的产品加入购物车，随时进行购买和查找；“我的”模块则集中展示了用户的订单信息、地址管理、售后服务等内容，方便用户随时查看和管理自己的账户，如图8 所示。

另一部分则是管理员操作界面，如图9 所示，同样分为“交易”“商品管理”“物流”“客户管理”和“设置”五大模块。在“交易”模块中，管理员可以查看已交易的订单信息，管理用户的评价；在“商品管理”模块中，可以发布新的风电叶片材料商品，并对出售中的商品进行管理；在“物流”模块中，则能实时追踪物流信息，查看物流状态，并进行物流运费的设置；在“客户管理”模块中，运营人员负责退款、售后以及咨询回收等相关事宜；而“设置”模块里包括商家信息、认证信息、资料修改等基础设置功能，方便管理员对应用程序进行日常维护和更新。

（三）基于“末端处理”的快闪店设计

虽然初步加工后的材料会交由客户进一步处理，但鉴于公众对退役叶片材料应用领域的认知尚浅，普及与示范工作也需要加快进程。我国风电叶片长达40 米，每段叶片的宽度和形状各有特点，因此在利用过程中必须充分考虑每段的独特性，实施分段处理策略。

1. 设计思路。快闪店由于其临时性和短期性的特点，在搭建时通常采用易拆卸、模块化或可循环使用的材料，而退役风电叶片材料，凭借其坚固耐用、可回收再利用的特性，与快闪店需求完美契合。在选取材料方面，截取叶片3 ～ 15 米段不规则部分，将其直线切割分成两部分，再清除内部多余支撑结构。在搭建方面，将处理完的叶片材料进行拼接搭建，加两根承重立柱固定搭建材料。并切割侧面材料开窗门，顶部加装太阳能板，最后进行组合焊接，如图10 所示。

2. 方案展示。整个快闪店将风电叶片材料与玻璃材料结合，利用玻璃透明性提升店内的曝光度，如图11。入口区域设置品牌标志和展板，介绍展览主题。宽敞的内部可布置多个展台，周围环绕的灯带为整个快闪店内部增添了氛围。而在快闪店内部展示当中，通过视频或者海报形式，向公众介绍快闪店搭建过程和环保理念，让更多人了解风电叶片材料及其在环保事业中的重要作用，同时传达出绿色可持续发展的核心价值观。

结论

本文围绕风电叶片回收现状展开深入研究，针对当前叶片回收中存在的产业链不完整、企业积极性低、回收利用经济效益低下等问题，提出了基于可持续设计理论的解决方案。通过实施“源头干预”“末端治理”和“共享服务”的综合策略，形成系统回收体系。为退役风电叶片转化为具有实用价值的产品和空间带来了新的可能性。

以多学科融合方法，用设计学的视角解决风电回收问题，为风电叶片回收再利用提供了新的解决思路和方法。同时也丰富可持续设计理论的应用实践，为未来进一步完善风电回收产业链，实现经济循环，共同创造具有更高利用价值的可持续产品，提供了较为科学的探索与参考。

参考文献

[1]国家发展改革委等部门关于促进退役风电、光伏设备循环利用的指导意见[J].再生资源与循环经济，2023，16（09）：1-2.

[2]董治年，李杰，李叶.董治年：可持续设计是一种兼具理想主义色彩与强烈社会责任意识的创新设计思潮[J].设计，2023，36（24）：30-35.

[3]郑雨薇.多边协同可持续发展：德国饮料包装押金退款系统设计研究[J].装饰，2023（07）：85-89.

[4]张应韬.面向沙漠徒步驴友的户外产品可持续设计研究——以沙漠集水器为例[J].设计，2023，36（24）：100-103.

[5]胡静怡，杨绍鹏.加快建立风电和光伏机组回收利用体系促进退役设备高效循环利用[J].中国经贸导刊，2024（01）：27-29.

[6]渡边诚，山娜，王浩晨，等.从社会设计向可持续出发[J].设计，2022，35（24）：60-63.

[7]王俊灵，胡艺帆，陈文静.基于可持续设计视角的社区共享五金工具服务系统设计[J].工业设计，2022（04）：89-91.

[8]安大地，虞心依.基于公众参与的社区可持续设计研究与实践——以RPET再生品设计为例[J].包装工程，2024，45（06）：308-316.