長期以來，風能一直被認為是世界上最大的玻璃纖維增強復合材料市場。因為更大的渦輪機和更長的風電葉片的開發(fā)，需要更高性能、更輕重量的材料，碳纖維復合材料市場也在被逐步占領(lǐng)。

隨著世界各國政府和組織推動新的和更嚴格的減排和可再生能源目標，以海上風能為首的可再生能源，在研發(fā)實驗室和籌備的新項目中增長態(tài)勢強勁。

根據(jù)全球風能理事會（Global Wind Energy Council，GWEC）在今年9月發(fā)布的年度全球海上風電報告中強調(diào)，2020年海上風電產(chǎn)能穩(wěn)步增長，全球安裝量為6.1吉瓦，中國作為主導，貢獻了大部分的產(chǎn)能。然而，GWEC指出，要達到既定的碳排放目標，海上風電需要更快的增長。

美國清潔能源協(xié)會表示（American Clean Power Assn，ACP），在美國，太陽能發(fā)電在籌備中的可再生能源規(guī)劃中占比最大，為54%，其次是陸上風電（23%）、海上風電（14%）和電池存儲（9%）。同時，根據(jù)ACP的2021年第二季度報告，目前美國有超過180吉瓦的總運行清潔能源容量，今年上半年的清潔能源新增量與2020年同期相比增長了17%。

在海上風能方面，美國總統(tǒng)拜登計劃到2030年部署30吉瓦的海上風能（高于目前美國運行中的一個30兆瓦的海上風電場）。2021年5月，拜登政府還批準了美國海域的第一個大型海上風電項目--位于馬薩諸塞州沿海800兆瓦的葡萄園風能項目。ACP報告稱，預計到2026年，14個項目共9112兆瓦的海上風能設(shè)備將投入使用。

此外，據(jù)《紐約時報》報道，10月13日，拜登宣布，將計劃沿著美國幾乎整個海岸線開發(fā)大規(guī)模的風力發(fā)電場，作為政府第一個用海上渦輪機發(fā)電的長期戰(zhàn)略。

重新構(gòu)想更長的風電葉片

風力渦輪機的尺寸也在繼續(xù)增加。20多年前，第一個大規(guī)模的商業(yè)風力發(fā)電上線時，風電場僅由額定功率為1兆瓦或更小的渦輪機組成，玻璃纖維增強的葉片通常在10至15米長。今天，海上6至9兆瓦的渦輪機，其葉片長65-80米，已成為標準。2021年，維斯塔斯宣布其15兆瓦、115米長的葉片V236-15.0兆瓦用于海上風電。第一臺預計將在2022年安裝。隨著渦輪機的發(fā)展，復合材料也越來越多地被納入其他部件中，如蘇茲蘭集團（Suzlon Group）為大型渦輪機優(yōu)化的復合材料機艙蓋設(shè)計。

此外，隨著風力渦輪機越來越大，葉片長度不斷增加，作為風力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的加固部件，改用碳纖維加固的葉片大梁已成為減少整體重量和增加葉片剛度的有效方法，可以防止在突如其來的大風中發(fā)生塔架撞擊。

風電葉片增材制造的創(chuàng)新之處

風電葉片開發(fā)的新研究工作包括應用增材制造（Additive Manufacturing,AM）于風電葉片模具或最終使用的風電葉片部件中。緬因大學先進結(jié)構(gòu)和復合材料中心（University of Maine Advanced Structures and Composites Center，UMaine ASCC）已率先開展了生物基材料3D打印風電葉片模具的項目。橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratories，ORNL）、通用電氣可再生能源公司和其他機構(gòu)也在進行直接3D打印風電葉片尖端的項目。

回收和再利用風機葉片

該圖提供了在全球、美國和歐洲至2019年現(xiàn)有安裝的風機葉片最大和最小噸位的估計。最大的估計是基于最短15年的服役壽命，以及較高14噸/兆瓦的葉片轉(zhuǎn)換系數(shù)。最小的估計是基于最長30年的服役壽命，以及較低10噸/兆瓦的葉片轉(zhuǎn)換系數(shù)。預測結(jié)果是基于葉片總質(zhì)量

然而，隨著時間的推移，風力渦輪機葉片會磨損或老化，因此必須進行更換。作為回應，行業(yè)內(nèi)部有越來越多的討論，關(guān)于如何處理、回收葉片廢料。幾個風能行業(yè)的領(lǐng)導者已經(jīng)宣布計劃逐步采用完全可回收的葉片和渦輪機。例如，西門子歌美颯在2021年7月宣布，它的目標是重新設(shè)計所有的渦輪機，確保到2040年實現(xiàn)100%的可回收渦輪機市場。?rsted A/S在2021年6月宣布，計劃回收或再利用其全球范圍所有退役后的海上風電葉片。維斯塔斯表示，它們將在2040年前生產(chǎn)出零廢棄的風力渦輪機，而通用電氣可再生能源公司已與威立雅北美公司（Veolia North America，VNA）合作，回收通用電氣在美國的陸上風機葉片。

整個風力渦輪機供應鏈必須承擔起責任，管理已達到服役期限的葉片，并制定解決方案。如果不這樣做，將不可避免地招致政府的監(jiān)管，而監(jiān)管可能不太考慮企業(yè)的感受。

風力發(fā)電葉片的回收也是一個學術(shù)機構(gòu)和公司都在推進的研發(fā)領(lǐng)域。2021年，在這一領(lǐng)域新宣布的研究項目包括熱固性環(huán)氧樹脂復合材料的循環(huán)經(jīng)濟（Circular Economy for Thermoset Epoxy Composites，CETEC）倡議，探索將風機葉片材料回收為水泥等建筑材料。

另外，也有機構(gòu)在探索對整個葉片結(jié)構(gòu)的再利用，而不是將部件分解到其他地方再利用。回收公司Anmet已經(jīng)開發(fā)了將風電葉片重新利用為人行橋甚至是家具的方法。

復合材料在其他可再生能源技術(shù)中的應用

還有其他可再生能源部門也采用了復合材料。例如，在某些波浪能轉(zhuǎn)換器（Wave Energy Converters，WEC）在海洋能源技術(shù)發(fā)展中的應用前進廣闊，是一種利用海浪的運動來發(fā)電的裝置。2021年，CorPower Ocean建造了其纖維纏繞的玻璃鋼復合材料的第一個全尺寸浮標形狀的波浪能轉(zhuǎn)換器原型，該公司希望在2025年之前將其擴大為工業(yè)規(guī)模的海洋能源場。其他復合材料密集型（Composites-Intensive）的可再生能源技術(shù)包括潮汐渦輪機葉片、淡水水電渦輪機葉片，如Kinetic NRG開發(fā)的螺旋形設(shè)計。