復(fù)合材料長(zhǎng)期以來(lái)一直用于與能源相關(guān)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用,如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和石油和天然氣開采中的各種部件。復(fù)合材料的新材料和創(chuàng)新也有助于為下一代能源提供動(dòng)力,包括海上風(fēng)能、工業(yè)太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)和基于衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池陣列、河流和海洋能源系統(tǒng),以及綠色氫運(yùn)輸管道。
國(guó)際能源署(IEA,法國(guó)巴黎)在其2025年3月發(fā)布的最新《全球能源評(píng)論》中指出,2024年全球能源需求將增長(zhǎng)2.2%(幾乎是過(guò)去十年平均水平的兩倍),主要原因是制冷、工業(yè)、交通電氣化以及人工智能數(shù)據(jù)中心的增長(zhǎng)對(duì)電力的需求增加。
盡管IEA報(bào)告稱全球范圍內(nèi)所有燃料和技術(shù)(可再生能源、石油、天然氣、煤炭、核能)的需求都有所增長(zhǎng),但2024年全球發(fā)電量增長(zhǎng)的80%來(lái)自可再生能源和核能,這是清潔能源首次占總發(fā)電量的40%。
許多能源和發(fā)電技術(shù)都是通過(guò)復(fù)合材料以各種方式實(shí)現(xiàn)的,本文中提及的雖然并不全面,但也總結(jié)了部分能源領(lǐng)域中復(fù)合材料的前景和最新技術(shù)應(yīng)用。
一、風(fēng)能市場(chǎng)和復(fù)合材料創(chuàng)新
風(fēng)力渦輪機(jī)領(lǐng)域是復(fù)合材料的核心應(yīng)用場(chǎng)景,每個(gè)葉片均大量使用玻璃纖維,而用于加固翼梁帽的碳纖維用量也呈增長(zhǎng)趨勢(shì),部分風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙結(jié)構(gòu)同樣采用復(fù)合材料制造。
根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)(GWEC)今年 4 月發(fā)布的《2025 年全球風(fēng)能報(bào)告》,2024 年全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá) 117 吉瓦(GW),與創(chuàng)紀(jì)錄的 2023 年基本持平。盡管風(fēng)電行業(yè)面臨利率上升、通貨膨脹、供應(yīng)鏈壓力、貿(mào)易壁壘及政治不確定性等多重挑戰(zhàn),仍實(shí)現(xiàn)了顯著發(fā)展。
從區(qū)域格局看,2024 年中國(guó)在全球風(fēng)電裝機(jī)容量中位居首位,緊隨其后的是美國(guó)、德國(guó)、印度和巴西。報(bào)告顯示,北美、拉丁美洲和歐洲的新增裝機(jī)量較 2023 年有所下降,但亞太地區(qū)同比增長(zhǎng)7%,以埃及和沙特阿拉伯為代表的非洲及中東地區(qū)增幅高達(dá) 107%,展現(xiàn)出 “創(chuàng)紀(jì)錄的增長(zhǎng)”態(tài)勢(shì)。
根據(jù)路透社2024年7月的報(bào)道中指出,全球十大風(fēng)力渦輪機(jī)制造商中,中國(guó)企業(yè)占據(jù)六席(金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源、溫德利、明陽(yáng)、三一和東方電氣),其生產(chǎn)的渦輪機(jī)主要供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng),同時(shí)正逐步拓展歐洲等海外市場(chǎng)。其他上榜企業(yè)包括歐洲的維斯塔斯(Vestas)、西門子歌美颯(Siemens Gamesa)、Nordex,以及美國(guó)的通用電氣 Vernova。
印度 Stratview Research 公司在 2024 年 11 月的行業(yè)研討會(huì)上提到,風(fēng)電葉片翼梁帽目前是印度碳纖維復(fù)合材料的最大應(yīng)用領(lǐng)域,且需求持續(xù)攀升,預(yù)計(jì)到 2030 年將實(shí)現(xiàn)一倍以上的增長(zhǎng)。
GWEC 預(yù)測(cè),未來(lái)風(fēng)電行業(yè)的復(fù)合平均增長(zhǎng)率(CAGR)為 8.8%,這意味著到 2030 年全球裝機(jī)容量將新增981吉瓦。但GWEC主席喬納森?科爾(Jonathan Cole)強(qiáng)調(diào):“我們的發(fā)展速度仍顯不足 —— 若要實(shí)現(xiàn) 2030 年裝機(jī)容量翻三倍的關(guān)鍵目標(biāo)(以推動(dòng)全球脫碳進(jìn)程),風(fēng)能裝機(jī)率需持續(xù)增長(zhǎng),而非保持穩(wěn)定或下降。我們必須繼續(xù)努力,加快推進(jìn)步伐。”
風(fēng)力渦輪機(jī)技術(shù)的研究與創(chuàng)新
為支撐行業(yè)增長(zhǎng),風(fēng)力渦輪機(jī)葉片技術(shù)領(lǐng)域正開展諸多創(chuàng)新,涵蓋制造方法優(yōu)化、材料革新及更高效高容量的設(shè)計(jì)研發(fā)。
葉片長(zhǎng)度直接影響風(fēng)能捕獲量。盡管近年受供應(yīng)鏈和財(cái)務(wù)因素制約出現(xiàn) “停滯”,但全球風(fēng)電原始設(shè)備制造商持續(xù)推出大容量陸上及海上風(fēng)力渦輪機(jī),配套葉片亦不斷加長(zhǎng)。
全球風(fēng)能理事會(huì)(GWEC)數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張尤為迅猛。截至2024年底,已有 6 家中國(guó)原始設(shè)備制造商推出20兆瓦以上海上風(fēng)力渦輪機(jī)。其中,東方電氣(廣東)于2024 年11月宣布完成首臺(tái) 26 兆瓦海上風(fēng)力渦輪機(jī)生產(chǎn),這是目前全球已建成的最大型海上風(fēng)力渦輪機(jī)。該機(jī)型在10米/秒風(fēng)速下,單臺(tái)年清潔發(fā)電量可達(dá)1億千瓦時(shí),能滿足 5.5 萬(wàn)戶家庭的年度用電需求。
廣東明陽(yáng)智能能源有限公司計(jì)劃于 2024 年8月在中國(guó)海南安裝首臺(tái)18-20兆瓦海上風(fēng)力渦輪機(jī) MySE18.X-20MW,該平臺(tái)預(yù)計(jì)年發(fā)電量達(dá) 8000 萬(wàn)千瓦時(shí)。公司透露,目前正研發(fā)更大的22兆瓦渦輪機(jī)。丹陽(yáng)市恒神股份有限公司已成為明陽(yáng)超大型海上風(fēng)力渦輪機(jī)平臺(tái) MySE292 的143米長(zhǎng)葉片獨(dú)家碳纖維織物供應(yīng)商。
為與中國(guó)競(jìng)爭(zhēng),西班牙薩穆迪奧的西門子歌美颯已在丹麥安裝一臺(tái)21兆瓦海上渦輪機(jī)原型機(jī)。與此同時(shí),GWEC數(shù)據(jù)顯示,丹麥奧胡斯的維斯塔斯 V236-15.0MW 型號(hào)全球確認(rèn)訂單已超6吉瓦。
陸上渦輪機(jī)也在向大型化發(fā)展,葉片長(zhǎng)度不斷增加。例如,中國(guó)風(fēng)電葉片制造商三一新能源(北京)宣布 2024年將推出 131 米長(zhǎng)的 SY1310A 風(fēng)電葉片。消息稱,這些葉片將用于該公司10兆瓦陸上渦輪機(jī),后續(xù)可能適配其已公布的15兆瓦渦輪機(jī) —— 據(jù)稱這將是迄今開發(fā)的最大陸上渦輪機(jī)。
據(jù)悉,這些葉片采用玻璃纖維預(yù)絎縫技術(shù)、碳纖維復(fù)合材料翼梁帽、大型復(fù)合材料葉片長(zhǎng)距離自動(dòng)灌注技術(shù)及葉片后緣盲膠嵌件3D設(shè)計(jì)制造,并使用聚氨酯結(jié)構(gòu)件以提升可回收性。GWEC 還提及,德國(guó)漢堡的 Nordex、丹麥奧胡斯的Vestas及德國(guó)奧里希的Enercon,過(guò)去幾年在陸上機(jī)型方面均有新型升級(jí)動(dòng)作。
風(fēng)電技術(shù)中生物基材料的應(yīng)用示范
為替代眾多應(yīng)用(包括風(fēng)能技術(shù))中傳統(tǒng)的化石燃料基材料,多種源自植物或其他天然來(lái)源的聚合物和纖維已被開發(fā)出來(lái)。例如,NREL 已發(fā)表了關(guān)于開發(fā)一種被其稱為 “生物質(zhì)衍生” 樹脂的研究,該樹脂昵稱 “聚酯共價(jià)適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)”(PECAN),專門用于風(fēng)電葉片制造。PECAN 據(jù)稱為糖基來(lái)源,可通過(guò)化學(xué)工藝回收,且性能已被證明與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)樹脂相當(dāng)。研究人員通過(guò)制造 9 米長(zhǎng)的原型葉片測(cè)試了該樹脂的可制造性。在歐盟,EOLIAN 是一個(gè)為期 3.5 年的多合作伙伴項(xiàng)目,于 2024 年 6 月啟動(dòng),目標(biāo)是開發(fā)新一代智能、可持續(xù)的風(fēng)機(jī)葉片,具有更長(zhǎng)的使用壽命、更高的可靠性和可持續(xù)性。EOLIAN 葉片預(yù)計(jì)可修復(fù)、可回收,并集成傳感器以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM),包括將可回收的 vitrimer 樹脂與天然玄武巖纖維結(jié)合,替代玻璃纖維。
替代風(fēng)能系統(tǒng)
值得一提的是,除了傳統(tǒng)渦輪機(jī)外,其他基于風(fēng)能的能源系統(tǒng)也在開發(fā)中,包括所謂的空中風(fēng)能(AWE)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)使用系留在地面站的風(fēng)箏或無(wú)人機(jī),以螺旋或 “8” 字形軌跡運(yùn)動(dòng),捕捉高空風(fēng)能。愛(ài)爾蘭戈?duì)栱f的復(fù)合材料技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(CTL)是參與這一領(lǐng)域研究的公司之一,其開展的 “愛(ài)爾蘭空中風(fēng)能風(fēng)箏”(HAWK)項(xiàng)目由愛(ài)爾蘭可持續(xù)能源管理局(SEAI)資助。在 HAWK 項(xiàng)目中,CTL 及其合作伙伴正致力于解決 AWE 開發(fā)和認(rèn)證中的挑戰(zhàn),包括材料、產(chǎn)品安全 / 法規(guī)、技術(shù)可行性以及開發(fā)有效的供應(yīng)鏈。
二、太陽(yáng)能應(yīng)用中的復(fù)合材料技術(shù)進(jìn)展與多元場(chǎng)景實(shí)踐
1.聚光太陽(yáng)能發(fā)電廠(CSP)的高溫難題與陶瓷基復(fù)合材料(CMC)的解決方案
聚光太陽(yáng)能發(fā)電廠(CSP)的核心原理是通過(guò)鏡面定日鏡匯聚陽(yáng)光,加熱熔鹽以儲(chǔ)存能量。然而,其運(yùn)行中產(chǎn)生的超 700°C 高溫會(huì)導(dǎo)致金屬等傳統(tǒng)材料性能下降,成為技術(shù)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。
非營(yíng)利研究機(jī)構(gòu)SRI(美國(guó)加利福尼亞州門洛帕克)長(zhǎng)期致力于陶瓷基復(fù)合材料(CMC)的研發(fā),目前正參與美國(guó)能源部(DOE)項(xiàng)目,優(yōu)化 CMC 在太陽(yáng)能與儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用。
傳統(tǒng) CMC 生產(chǎn)依賴聚合物滲透熱解(PIP)工藝,需重復(fù) 10 次以上循環(huán)才能獲得致密材料,耗時(shí)數(shù)周甚至數(shù)月。而 SRI 開發(fā)的新工藝采用功能化苯并惡嗪前體樹脂負(fù)載陶瓷顆粒,與碳纖維結(jié)合后,預(yù)陶瓷坯體僅需一次熱解即可形成足夠致密的 CMC,生產(chǎn)周期縮短至3-5 天,成本降低 50%,且材料更耐高溫、熔鹽腐蝕及磨損。
2.輕量化太陽(yáng)能電池板的復(fù)合材料創(chuàng)新
在便攜場(chǎng)景(如屋頂、船舶、衛(wèi)星)中,太陽(yáng)能電池板的輕量化至關(guān)重要,以下為典型案例:
Solarge 與 EconCore 的合作
荷蘭企業(yè) Solarge 與 EconCore 于 2023 年推出全復(fù)合材料蜂窩太陽(yáng)能電池板,采用圓形蜂窩夾層結(jié)構(gòu),可將屋頂太陽(yáng)能裝置重量減輕65%,兼具輕量化與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
Levante 的再生碳纖維技術(shù)
意大利初創(chuàng)公司 Levante 開發(fā)了集成再生碳纖維(rCF)、熱塑性塑料和硅電池的便攜式太陽(yáng)能電池板,2024 年底推出標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品線,兼顧便攜性與耐用性。其歐盟資助項(xiàng)目還計(jì)劃引入生物基樹脂和曲面設(shè)計(jì),適配汽車車頂?shù)惹鎴?chǎng)景。
衛(wèi)星太陽(yáng)能電池陣列的復(fù)合材料應(yīng)用
Kerberos Engineering:使用 TeXtreme 0/90 編織碳纖維鋪展絲束織物制造可展開衛(wèi)星太陽(yáng)能陣列,資源消耗減少 90%,鋪層精度與堅(jiān)固性顯著提升。
Airborne Aerospace:2024 年 12 月宣布為 MDA Space 的 Aurora 衛(wèi)星 Sparkwing 太陽(yáng)能陣列提供 200 余塊高精度復(fù)合基板,單陣列光伏面積超 30 平方米,機(jī)翼結(jié)構(gòu)由復(fù)合材料支架支撐。
NASA ACS3 太陽(yáng)帆:采用柔性聚合物與碳纖維吊桿系統(tǒng),可折疊發(fā)射并展開,利用光子能量推動(dòng)航天器,計(jì)劃 2024 年夏季發(fā)射。
3.核心突破與趨勢(shì)
高溫材料革新:SRI 的 CMC 工藝突破傳統(tǒng)制造瓶頸,為 CSP 的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供材料支撐。
輕量化與可持續(xù)性:再生碳纖維、生物基樹脂等材料的應(yīng)用,推動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)向便攜化、環(huán)保化發(fā)展。
航天場(chǎng)景延伸:復(fù)合材料在衛(wèi)星陣列與太陽(yáng)帆中的應(yīng)用,展現(xiàn)了其在極端環(huán)境下的性能優(yōu)勢(shì),拓展了太空能源領(lǐng)域的可能性。
三、河流、潮汐和波浪能技術(shù)
如今,有多種河流或潮汐渦輪技術(shù)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化或正在開發(fā)中,其中許多技術(shù)采用復(fù)合支柱、翼型或其他復(fù)合材料,以實(shí)現(xiàn)最高效率和耐用性。其中之一是英國(guó)布里斯托爾 Proteus Marine Renewables 公司的AR1100潮汐渦輪機(jī),該公司于2025年3月宣布,該渦輪機(jī)在日本鳴門海峽成功開發(fā),可產(chǎn)生1.1兆瓦的清潔能源。據(jù)說(shuō),AR1100潮汐渦輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是帶有三個(gè)復(fù)合葉片的水平軸轉(zhuǎn)子,旨在潮汐流中實(shí)現(xiàn)最佳效率。
另一個(gè)例子是美國(guó)緬因州波特蘭的 Ocean Renewable Power Co.(ORPC),該公司制造用于河流的流體動(dòng)力發(fā)電機(jī),稱為RivGen系統(tǒng),由合作伙伴美國(guó)俄亥俄州米亞米斯堡的 Hawthorn Composites制造的玻璃纖維復(fù)合支柱和碳纖維復(fù)合翼型提供支持。該公司已安裝多個(gè)商業(yè)系統(tǒng),為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供清潔能源,并繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
ORPC 同時(shí)正在開發(fā)和測(cè)試下一代系統(tǒng),包括其技術(shù)的海洋版本,首先通過(guò)歐盟資助的 CRIMSON 項(xiàng)目,在該項(xiàng)目中建造并測(cè)試了一個(gè)帶有 5 米翼型的系統(tǒng),并繼續(xù)由貝爾法斯特女王大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的名為 X - Flow 的項(xiàng)目。2024 年 11 月,ORPC 宣布其位于愛(ài)爾蘭都柏林的站點(diǎn)已成功將一臺(tái)海洋流體動(dòng)力渦輪機(jī)部署到北愛(ài)爾蘭的斯特蘭福德湖潮汐測(cè)試場(chǎng)。X - Flow 項(xiàng)目的下一階段將包括在一系列運(yùn)行條件下對(duì)渦輪機(jī)進(jìn)行測(cè)試和監(jiān)控。
2025年4月,ORPC 愛(ài)爾蘭合作伙伴愛(ài)爾蘭戈?duì)栱f的éireComposites宣布,它將與ORPC 和戈?duì)栱f大學(xué)的先進(jìn)可持續(xù)制造與材料工程(ASMME)小組一起,領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)新的TidalHealth 項(xiàng)目,旨在將 CFRP(碳纖維增強(qiáng)聚合物)潮汐渦輪機(jī)翼型與3D打印光纖傳感器集成,實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)的連續(xù)健康監(jiān)測(cè)(SHM)。
另一種有前景的海洋能源技術(shù)是波浪能轉(zhuǎn)換器(WEC),這是一種利用海浪運(yùn)動(dòng)發(fā)電的裝置。各種類型的 WEC 已經(jīng)被開發(fā)出來(lái),其中許多概念的工作方式與水力渦輪機(jī)類似:一個(gè)柱狀、葉片狀或浮標(biāo)狀的裝置位于水面上或水下,捕捉海浪作用于裝置產(chǎn)生的能量。然后,該能量被傳遞到發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)化為電能。
一家廣泛使用復(fù)合材料技術(shù)的WEC開發(fā)商是瑞典斯德哥爾摩的 CorPower Ocean,該公司報(bào)告稱,自 2012 年成立以來(lái),已從公共和私人投資者那里獲得了9500萬(wàn)歐元的資金,并在瑞典、挪威、葡萄牙和蘇格蘭開展了業(yè)務(wù),計(jì)劃擴(kuò)展到美國(guó)。該公司已成功展示了四代浮標(biāo)式 WEC,目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。該公司目前正在開展多個(gè)項(xiàng)目,證明其 WEC 的抗風(fēng)暴能力和高效發(fā)電能力,包括其首個(gè)全尺寸 WEC 原型 C4,該原型于2021年部署進(jìn)行海洋試驗(yàn),其特點(diǎn)是由纖維纏繞 GFRP(玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)制造的直徑9米的球形船體。
四、復(fù)合材料在石油和天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用
復(fù)合材料固有的耐腐蝕性和輕質(zhì)特性,使其在多種井口保護(hù)部件、水力壓裂(fracking)用壓裂塞、海上油氣管道等領(lǐng)域逐步替代金屬材料。復(fù)合材料還可作為高效、耐腐蝕的解決方案,用于現(xiàn)有管道的修復(fù)。
近年來(lái),在海上油氣管道領(lǐng)域,荷蘭艾默伊登的 Strohm B.V. 公司(前身為 Airborne Oil & Gas)和英國(guó)樸茨茅斯的 Magma Global Ltd. 等企業(yè)已率先推動(dòng)熱塑性復(fù)合管(TCP)的開發(fā)與認(rèn)證,以替代海上管道中的金屬材料。2023年11月,Strohm 宣布其深水 TCP 出油管 / 跨接管技術(shù)通過(guò)挪威船級(jí)社(DNV)認(rèn)證,隨后在2024年多次宣布相關(guān)安裝項(xiàng)目和新合同。2025 年初,該公司報(bào)告稱與挪威斯托德的海底連接系統(tǒng)供應(yīng)商 Unitech Offshore 簽署了一項(xiàng)新諒解備忘錄(MOU),旨在開發(fā)端到端的海底跨接管連接解決方案——通過(guò)與 Strohm 的TCP端接頭集成,該方案不僅安裝更簡(jiǎn)便,還可實(shí)現(xiàn)無(wú)法蘭連接。此外,該公司還推出了TCP Designer,這是一款基于網(wǎng)絡(luò)的工具,可幫助客戶更快捷、輕松地設(shè)計(jì)定制化 TCP。
五、用于氫氣運(yùn)輸?shù)腡CP
各公司也在調(diào)整TCP以用于氫氣運(yùn)輸。例如,2024年2月,Strohm宣布其TCP已在德國(guó)Tüv-Süd完成了一項(xiàng)氫氣測(cè)試項(xiàng)目。
Hive Composites(英國(guó)拉夫堡)是一家專門為氫氣應(yīng)用開發(fā)TCP系統(tǒng)的公司。據(jù)CW的Stewart Mitchell報(bào)道,Hive Composites的TCP系統(tǒng)內(nèi)外層均采用高密度聚乙烯(HDPE)制成,并添加了玻璃纖維增強(qiáng)聚合物(GFRP)和其他專用阻隔材料。該系統(tǒng)可連續(xù)制造,長(zhǎng)度可達(dá)1.2公里,直徑為2至6英寸,設(shè)計(jì)工作壓力高達(dá)100巴。
Hive Composites 聲稱,TCP 在材料、制造和運(yùn)輸方面的全球變暖潛能值比同等鋼管低四倍以上,TCP 的運(yùn)營(yíng)和退役排放量約低 60-70%。
六、陶瓷基復(fù)合材料(CMC)助力核聚變
根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)的數(shù)據(jù),2024 年全球新增核電裝機(jī)容量超過(guò) 7 吉瓦,較 2023 年增長(zhǎng) 33%。
人們對(duì)在核電站組件中使用陶瓷基復(fù)合材料(CMC)的興趣日益濃厚,尤其是為了滿足正在開發(fā)的下一代聚變反應(yīng)堆的高溫需求。《復(fù)合材料世界》(CW)的金杰·加德納(Ginger Gardiner)解釋道:“盡管核聚變發(fā)電還需數(shù)十年時(shí)間,但其潛力巨大 —— 每公斤燃料產(chǎn)生的能量是裂變(當(dāng)前核電站)的四倍,幾乎是燃燒石油或煤炭的四百萬(wàn)倍,而且不產(chǎn)生任何碳排放。”(參見(jiàn)《復(fù)合材料重塑能源》)
例如,英國(guó)國(guó)家復(fù)合材料中心(NCC,位于布里斯托爾)正在開發(fā)用于未來(lái)聚變反應(yīng)堆的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(SiC/SiC)。據(jù)報(bào)道,SiC/SiC 材料具有損傷容限高、抗輻射能力強(qiáng)的特點(diǎn),工作溫度可達(dá) 1600°C。其應(yīng)用有望使聚變反應(yīng)堆在更高溫度下運(yùn)行,從而提高熱效率,進(jìn)而提升商業(yè)可行性。
先進(jìn)核反應(yīng)堆中的燃料棒包殼、堆芯和堆芯結(jié)構(gòu)都是由GA-EMS的SiGA制造的,這是一種高科技CMC,可以承受目前反應(yīng)堆中使用的金屬部件的兩倍以上的溫度。
NCC 于 2023 年宣布,將其在該領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)投入到由英國(guó)原子能管理局(UKEA,位于阿賓登)領(lǐng)導(dǎo)的 HASTE-F 項(xiàng)目中,目標(biāo)是在 SiC/SiC 反應(yīng)堆組件的制造 scalability(可擴(kuò)展性)、可成型性和性能方面取得進(jìn)展。
在美國(guó),通用原子電磁系統(tǒng)公司(GA-EMS,位于加利福尼亞州圣地亞哥)也在開發(fā)碳化硅材料及碳化硅復(fù)合泡沫,用于核燃料棒包殼和聚變電廠的其他應(yīng)用。2024 年,該公司獲得了美國(guó)能源部科學(xué)辦公室的一份三年期合同,以開發(fā)這些材料的可擴(kuò)展、具成本競(jìng)爭(zhēng)力的制造路徑。
GA-EMS 報(bào)告稱,其 SiGA 高科技工程陶瓷基復(fù)合材料可制成復(fù)雜的平面、管狀和定制幾何形狀,且成品 SiGA 復(fù)合材料在高達(dá) 1600°C 以上的高溫輻照下仍能保持強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
2024 年 10 月,GA-EMS 宣布已實(shí)現(xiàn)一個(gè)項(xiàng)目里程碑,初步開發(fā)了四個(gè)數(shù)字孿生性能模型,以支持其技術(shù)并加速認(rèn)證和許可流程。2024 年 12 月,該公司報(bào)告稱,其 SiGA 燃料棒樣品在愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(INL,位于美國(guó)愛(ài)達(dá)荷瀑布)成功完成了第一輪測(cè)試。
此外,CW 的加德納還報(bào)道了德國(guó)格斯特霍芬的 BJS 陶瓷與 BJS 復(fù)合材料公司。該公司生產(chǎn)自有品牌的碳化硅纖維 Silafil,并將該纖維和碳纖維用 Silafil 陶瓷前體聚合物作為基體進(jìn)行滲透,以制造 Keraman 陶瓷基復(fù)合材料及零件。
盡管核聚變反應(yīng)堆在未來(lái)幾年可能還有很長(zhǎng)的路要走,但復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)在是、并將繼續(xù)是核能、可再生能源和傳統(tǒng)油氣能源應(yīng)用的關(guān)鍵推動(dòng)因素。作為復(fù)合材料先進(jìn)技術(shù)的展示平臺(tái)JEC展會(huì)是每一位復(fù)材人不可錯(cuò)過(guò)的國(guó)際盛會(huì),2026年中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)作為JEC官方合作伙伴,歡迎各位行業(yè)同仁與協(xié)會(huì)一起“走出去”,見(jiàn)證復(fù)合材料的先進(jìn)技術(shù)在能源行業(yè)的新應(yīng)用。