《Sustainable Production and Consumption》：Critical assessment of the scope and applicability of circularity indicators for the sustainable life cycle management of wind turbine blades
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风电机组叶片全生命周期管理中的循环经济指标适用性评估及未来研究方向。通过系统文献综述筛选出13个关键指标，材料效率适用于设计至中期阶段，碳足迹公式适用于终端处理，但存在材料复合特性考虑不足的局限性，未来需整合安装运维阶段、材料性能参数及实证案例分析。
Marta Diez Viera|Eva Sevigné-Itoiz|Joan Manuel F. Mendoza
蒙德拉贡大学，工程学院，力学与工业生产系，Loramendi 4号，蒙德拉贡，20500，吉普斯夸省，西班牙
摘要
风力涡轮机的退役预计将产生大量的复合材料叶片（WTB）废弃物，这些废弃物需要得到妥善处理，以避免对环境产生负面影响。尽管人们对适用于WTB的可持续生命周期管理（LCM）策略越来越感兴趣，但循环性指标仍很少被用于支持决策过程。本研究通过评估循环性指标在WTB-LCM路径、阶段和过程中的适用范围和实际可行性来填补这一空白。研究人员对158篇经过同行评审的论文进行了系统性的文献回顾，识别出120个循环性指标，并使用三个互补的矩阵（扩展的RACER、循环复合材料设计和风能行业特定标准）对这些指标进行了筛选。最终选出了13个被认为与风能行业最相关的指标。虽然没有一个指标能够全面涵盖所有阶段和维度的循环性，但“材料效率指标”被认定为适用于生命周期的初期和中期阶段，而“碳足迹公式”则被认为最适合生命周期的末端阶段。然而，这两个指标在实践中都存在一定的局限性，因为它们都没有完全涵盖复合材料特有的质量参数，如纤维降解、树脂相容性或重新整合到高价值应用中的潜力。基于这些发现，研究提出了未来研究的三个主要方向：(i) 开发涵盖被忽视的生命周期阶段的循环性指标，例如安装、运行和维护；(ii) 将材料质量参数（如纤维完整性和树脂相容性）纳入新指标的设计中；(iii) 分析实证案例研究，以确定在WTB的LCM过程中可以实现的最大循环性能，从而支持循环创新的发展。这些领域对于推进更全面的系统级评估和支持可持续能源转型策略至关重要。
引言
欧盟（EU）设定了实现碳中和的目标，计划到2030年和2050年分别用可再生能源（RES）满足其32%和48%的电力需求（欧盟委员会，2024年）。在此背景下，风能是增长最快的可再生能源之一，欧盟希望将其装机容量从2023年的18.3吉瓦增加到2030年的393吉瓦（占95%），再到2050年的1300吉瓦（占98%）（WindEurope，2025年）。
然而，风力涡轮机（WTs）的运行寿命相对较短（20-25年），特别是在其生命周期末端（EoL）管理WTB时面临诸多困难（Diez-Ca?amero和Mendoza，2023年）。WTB由多种材料组成，包括玻璃纤维和/或碳纤维、热固性复合材料、轻木和/或泡沫，以及多种涂层和金属（Mishnaevsky等人，2017年）。这种复杂性，加上WTs日益增大的尺寸和重量，以及热固性复合材料的不可逆性，使得其回收在技术和经济上都极具挑战性（Kazemi等人，2021年）。
因此，WTB的可持续生命周期管理（LCM）已成为行业专家、研究人员和政策制定者关注的重点领域，被视为循环创新的关键方向（Mendoza等人，2022年）。据估计，到2025年，WTB废弃物量可能达到66,000吨（Wind Europe，2020年），而到2030年仅在欧盟境内就可能达到570百万吨（Liu和Barlow，2017年）。一些欧盟国家，如德国或芬兰（Chatziparaskeva等人，2022年），已经禁止将WTB填埋，以促进基于循环经济（CE）战略的可持续选择（Konietzko等人，2020年）以及所谓的R解决方案（拒绝、减少、再利用、修复、翻新、重新制造、重新利用、回收、回收、再开采）（Reike等人，2022年）。
实施CE策略以实现WTB的可持续LCM可以最大限度地减少资源开采，并有效管理即将产生的废弃物流，从而减少环境影响（Diez-Ca?amero和Mendoza，2023年）。这可以通过以下方式实现：i) 缩小资源循环（减少材料消耗）；ii) 延长资源循环（延长产品和材料的寿命）；iii) 关闭资源循环（回收材料）；iv) 重新生成资源流（保持代际可持续性）（Konietzko等人，2020年；Mendoza等人，2022年）。因此，评估替代性的循环和可持续WTB-LCM方法（特别是关注设计、制造废弃物和EoL管理）已成为学术界和工业界研究的兴趣点，这也是欧盟CE行动计划（循环经济行动计划，2025年）框架内的一个重要议题。
部分摘录
现状
Mishnaevsky等人（2017年）研究了WTB中使用的材料（玻璃纤维、碳纤维和混合复合材料），包括它们的性能、制造方法以及运行过程中的降解挑战。他们强调了自动化制造的必要性，以降低成本、提高质量，并在保持可持续性和结构完整性的同时应对尺寸增加带来的挑战。Bonou等人（2016年）提出了一个生态设计框架。
研究方法
采用了三步法，如图1所示。
第一步是定义WTB-LCM路径，以表征每个生命周期阶段、过程以及资源流入和流出的技术、经济、环境和社会方面（见第3.1节）。同时（第二步），通过系统性的文献回顾识别循环性指标，然后使用预定义的标准评估矩阵进行筛选，并将其分类为不同的可持续性类别。
WTB-LCM路径的表征
下表1概述了不同阶段的资源流动情况，更多详细信息请参见附录S4中的表S8。
能源消耗是决定工业过程经济成本和生命周期环境影响的关键因素，因为它与资源消耗和温室气体排放相关（Sharif等人，2019年）。因此，理解能源使用与环境及经济影响之间的关系对于开发...
结论
本研究系统地评估了循环性指标在WTB-LCM中的适用范围和可行性，涵盖了从设计到EoL管理的整个过程。分析包括了多种循环策略，如再利用、重新赋能、机械回收、热回收和化学回收，以及共处理。研究还表征了每个阶段的资源流动，并应用了一组基于RACER、复合材料和风能行业标准的预先选定的循环性指标。
论文
CRediT作者贡献声明
Marta Diez Viera：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，可视化，方法论研究。Eva Sevigné-Itoiz：撰写 – 审稿与编辑，监督。Joan Manuel F. Mendoza：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，方法论研究，资金获取，概念化。
未引用的参考文献
Bocken等人，2016
Butenegro等人，2021
Calvo-Flores等人，2018
Cooper等人，2015
欧盟委员会，2020
欧盟委员会，2023
Goddin等人，2015
Jensen，2018
Jensen等人，2020
Joustra，2022
Mattsson，无日期
Mishnaevsky，2021
Muzyka等人，2023
Page等人，2021
Ramaswamy等人，2025
Rathore和Panwar，2023
Roy，2017
Sakellariou，2018
Saltelli等人，2008
Schmid等人，2018
SciSpace，2025
SGRE，2019
Sommer等人，2020
Sommer和Walther，2021
Walzberg等人，2023
Wilting等人，2009
风能
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能会影响本文所述的工作。
致谢
本研究由欧盟资助。然而，所表达的观点仅代表作者本人，并不一定反映欧盟或CINEA的观点。欧盟或资助机构对此不承担任何责任。协议编号：101096425 - EoLO-HUBs - HORIZON-CL5-2022-D3-01。
