复合材料终端市场: 可再生能源（2022年）

长期以来，风能一直被认为是世界上最大的玻璃纤维增强复合材料市场。因为更大的涡轮机和更长的风电叶片的开发，需要更高性能、更轻重量的材料，碳纤维复合材料市场也在被逐步占领。

随着世界各国政府和组织推动新的和更严格的减排和可再生能源目标，以海上风能为首的可再生能源，在研发实验室和筹备的新项目中增长态势强劲。

根据全球风能理事会（Global Wind Energy Council，GWEC）在今年9月发布的年度全球海上风电报告中强调，2020年海上风电产能稳步增长，全球安装量为6.1吉瓦，中国作为主导，贡献了大部分的产能。然而，GWEC指出，要达到既定的碳排放目标，海上风电需要更快的增长。

美国清洁能源协会表示（American Clean Power Assn，ACP），在美国，太阳能发电在筹备中的可再生能源规划中占比最大，为54%，其次是陆上风电（23%）、海上风电（14%）和电池存储（9%）。同时，根据ACP的2021年第二季度报告，目前美国有超过180吉瓦的总运行清洁能源容量，今年上半年的清洁能源新增量与2020年同期相比增长了17%。

在海上风能方面，美国总统拜登计划到2030年部署30吉瓦的海上风能（高于目前美国运行中的一个30兆瓦的海上风电场）。2021年5月，拜登政府还批准了美国海域的第一个大型海上风电项目--位于马萨诸塞州沿海800兆瓦的葡萄园风能项目。ACP报告称，预计到2026年，14个项目共9112兆瓦的海上风能设备将投入使用。

此外，据《纽约时报》报道，10月13日，拜登宣布，将计划沿着美国几乎整个海岸线开发大规模的风力发电场，作为政府第一个用海上涡轮机发电的长期战略。

重新构想更长的风电叶片

风力涡轮机的尺寸也在继续增加。20多年前，第一个大规模的商业风力发电上线时，风电场仅由额定功率为1兆瓦或更小的涡轮机组成，玻璃纤维增强的叶片通常在10至15米长。今天，海上6至9兆瓦的涡轮机，其叶片长65-80米，已成为标准。2021年，维斯塔斯宣布其15兆瓦、115米长的叶片V236-15.0兆瓦用于海上风电。第一台预计将在2022年安装。随着涡轮机的发展，复合材料也越来越多地被纳入其他部件中，如苏兹兰集团（Suzlon Group）为大型涡轮机优化的复合材料机舱盖设计。

此外，随着风力涡轮机越来越大，叶片长度不断增加，作为风力涡轮机转子叶片的加固部件，改用碳纤维加固的叶片大梁已成为减少整体重量和增加叶片刚度的有效方法，可以防止在突如其来的大风中发生塔架撞击。

风电叶片增材制造的创新之处

风电叶片开发的新研究工作包括应用增材制造（Additive Manufacturing,AM）于风电叶片模具或最终使用的风电叶片部件中。缅因大学先进结构和复合材料中心（University of Maine Advanced Structures and Composites Center，UMaine ASCC）已率先开展了生物基材料3D打印风电叶片模具的项目。橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratories，ORNL）、通用电气可再生能源公司和其他机构也在进行直接3D打印风电叶片尖端的项目。

回收和再利用风机叶片

该图提供了在全球、美国和欧洲至2019年现有安装的风机叶片最大和最小吨位的估计。最大的估计是基于最短15年的服役寿命，以及较高14吨/兆瓦的叶片转换系数。最小的估计是基于最长30年的服役寿命，以及较低10吨/兆瓦的叶片转换系数。预测结果是基于叶片总质量

然而，随着时间的推移，风力涡轮机叶片会磨损或老化，因此必须进行更换。作为回应，行业内部有越来越多的讨论，关于如何处理、回收叶片废料。几个风能行业的领导者已经宣布计划逐步采用完全可回收的叶片和涡轮机。例如，西门子歌美飒在2021年7月宣布，它的目标是重新设计所有的涡轮机，确保到2040年实现100%的可回收涡轮机市场。Ørsted A/S在2021年6月宣布，计划回收或再利用其全球范围所有退役后的海上风电叶片。维斯塔斯表示，它们将在2040年前生产出零废弃的风力涡轮机，而通用电气可再生能源公司已与威立雅北美公司（Veolia North America，VNA）合作，回收通用电气在美国的陆上风机叶片。

整个风力涡轮机供应链必须承担起责任，管理已达到服役期限的叶片，并制定解决方案。如果不这样做，将不可避免地招致政府的监管，而监管可能不太考虑企业的感受。

风力发电叶片的回收也是一个学术机构和公司都在推进的研发领域。2021年，在这一领域新宣布的研究项目包括热固性环氧树脂复合材料的循环经济（Circular Economy for Thermoset Epoxy Composites，CETEC）倡议，探索将风机叶片材料回收为水泥等建筑材料。

另外，也有机构在探索对整个叶片结构的再利用，而不是将部件分解到其他地方再利用。回收公司Anmet已经开发了将风电叶片重新利用为人行桥甚至是家具的方法。

复合材料在其他可再生能源技术中的应用

还有其他可再生能源部门也采用了复合材料。例如，在某些波浪能转换器（Wave Energy Converters，WEC）在海洋能源技术发展中的应用前进广阔，是一种利用海浪的运动来发电的装置。2021年，CorPower Ocean建造了其纤维缠绕的玻璃钢复合材料的第一个全尺寸浮标形状的波浪能转换器原型，该公司希望在2025年之前将其扩大为工业规模的海洋能源场。其他复合材料密集型（Composites-Intensive）的可再生能源技术包括潮汐涡轮机叶片、淡水水电涡轮机叶片，如Kinetic NRG开发的螺旋形设计。