2022 年可再生能源用復(fù)合材料市場展望

長期以來，風(fēng)能市場一直被視為玻璃纖維增強 復(fù)合材料（以及越來越多的碳纖維復(fù)合材料）的全 球最大市場，因為大型渦輪機和更長的風(fēng)葉片的開 發(fā)，需 要更高性能、更輕重晶的材料。
隨著世界各國政府和組織努力實現(xiàn)新的、更嚴格的減排和可再生能源目標，特別是海上風(fēng)能和其他類型的可再生能源，無論是在研發(fā)實驗室還是在開發(fā)中的新項目中都在繼續(xù)增長。
根據(jù)全球風(fēng)能理事會( GWEC ) 2021 年9 月發(fā)布的年度全球海上風(fēng)電報告 ，2020年海上風(fēng)電容量穩(wěn)步增長， 全球裝機容最為 61 GW, 其中以中國市場占比最高。然而，GWEC 指出， 海上風(fēng)電需要以更快地速度增長才能達到碳排放目標。
根據(jù)美國清潔能源協(xié)會( ACP , 前身為美國風(fēng)能協(xié)會AWEA ) 提供數(shù)據(jù)， 在美國， 太陽能發(fā)電在其可再生能源中占據(jù)最大的容量份額 ( 54% ), 其次是陸上風(fēng)電( 23% )、海上風(fēng)電( 14% ) 和電池儲能 ( 9% )。目前，根據(jù)ACP 2021年第二季度的報告，美國清潔電力總運營容措超過180216 MW, 與 2020 年同期相比，今年上半年清潔電力新增量增長了
17%。
在海上風(fēng)電方面， 美國喬 ．拜登總統(tǒng)計劃到
2030年部署30 GW 的海上風(fēng)電（比美國目前運營的一個海上風(fēng)電場的30 MW 有所增加 ）。2021年5 月， 拜登政府還批準了美國水域的第一個大型海上風(fēng)電項目 馬薩諸塞州沿海的800 MW 葡萄園風(fēng)能項目。ACP 報告預(yù)計到 2026年，14 個項目的海上風(fēng)電運行容鼠將達到9112 MW 。
此外， 據(jù)《紐約時報》報道， 拜登在 10 月13 B 宣布了一項計劃，計劃在美國幾乎整個海岸線上開發(fā)大型風(fēng)力發(fā)電廠， 這是政府第一項利用海上渦輪機發(fā)電的長期戰(zhàn)略。
風(fēng)力渦輪機的規(guī)模也在不斷增加。二十多 年

前，當(dāng)?shù)谝粋€大規(guī)模商業(yè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)上線時，風(fēng)電場由額定功率為 l MW 或以下的渦輪機組成，帶有玻璃纖維增強葉片， 長度通常在10- 15 米之間。
如今， 淘上 6- 9 MW 的渦輪機， 葉片長度為 65- 80米，已成為標準。2021 年， 維斯塔斯宣布其15 MW 、115 米長的葉片 V236 用于海上風(fēng)電， 第一臺預(yù)計將于 2022 年安裝。隨著渦輪機的發(fā)展， 復(fù)合材料也越來越多地融入到其他組件中， 例如Suzlon Group（印度浦那）針對大型渦輪機的優(yōu)化復(fù)合材料機艙蓋設(shè)計。
此外，隨著風(fēng)力渦輪機變得越來越大，葉片長度不斷增加，翼梁帽中的碳纖維加固（作為風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的加固構(gòu)件）已成為一種有效的方 式， 可以減輕總體重 屈，增加葉片剛度，以防突然陣風(fēng)時塔架撞擊。
風(fēng)葉開發(fā)的新的研究工作包括使用增材制造(AM, 3D 打?。┯糜陲L(fēng)葉模具或最終使用的風(fēng)葉部件，例如來自美國緬囚大學(xué)先進結(jié)構(gòu) 和復(fù)合材料中心( UMAN – ASCC ) 正在進行的項目， 使用基千生物材料的 3D 打印風(fēng)葉模具； 美國橡樹嶺國家實驗室 ( ORNL )、通用電氣業(yè)務(wù)部門和其他部門正在進行的直接3D 打印風(fēng)葉尖端的項目。
然而，隨 著時間的推移， 風(fēng)力渦輪機葉片會磨損或老化，必須更換。作為回應(yīng) ，該 行業(yè)正越來越多地討論如何處理退役復(fù)合材料渦輪葉片的解決方 案，尤其是如何回收退役復(fù)合材料渦輪葉片。幾家 風(fēng)電行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者巳經(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Gamesa 在2021 年7 月宣布，其目標是重新設(shè)計其所有渦輪機，以確保到 2040年100% 的可回收渦輪機市場。丹麥0rsted A/S千 2021年6 月宣布其計劃回收或再利用其在全球范圍內(nèi)退役的所有海上風(fēng)電葉片。維斯塔斯表示， 到2040年，該公 司將生產(chǎn)零廢物風(fēng)力渦輪機。通用電氣可再生能源公司）已與威立雅北美公司合作， 回收通用電氣美國陸上渦輪機的風(fēng)葉。
學(xué)術(shù)機構(gòu)和企業(yè)也在推動風(fēng)力葉片回收的研 究和開發(fā)。2021 年，該 領(lǐng)域新公布的研究項目和財團包括CETEC ( 熱固性環(huán)氧復(fù)合材料循環(huán)經(jīng)濟 ）倡議； 由 10 個合作伙伴組成的Decom Blades 財團； Aker Offshore Wind (Lysaker, 挪威 ）、Aker Horizons
（挪威）和斯特拉斯克萊德大學(xué)（蘇格蘭 ）之間關(guān)于
GFRP 風(fēng)力葉片回收開發(fā)的諒解備忘錄( MoU ); 以及 GE Renewable Energy 和LafargeHolcim 之間的合作伙伴關(guān)系（瑞士楚格）探索將風(fēng)力葉片材料回收 成水泥等建筑材料。
許多研發(fā)工作也將重點放在使風(fēng)機葉片本 身更加可回收上。例如，2021 年9 月7 日，西 門 子
Gamesa 宣布推出可回收葉片，該 產(chǎn)品據(jù)稱是世界上第一款可回收的風(fēng)機葉片， 可用于海上商業(yè)用 途?？苫厥杖~片使用了 一種新的樹脂配方，以便于回收工作。
有的也正在探索重新調(diào)整整個葉片結(jié)構(gòu)的用 途， 而不是將組件分解到其他地方重新使用。例如，波蘭公司Anmet 已開發(fā)出將風(fēng)葉重新用作人行

天橋甚至家具的方法。在其他渦輪機部件上使用可回收或更可持續(xù)的材料的工作也正在進行。例如， Greenboats GmbH( 德國不來梅）、Sicomin ( 法國馬蒂格斯堡 ）和Bcomp ( 瑞士弗里堡）的合作伙伴Greenboats GmbH 建造天然纖維復(fù)合材料短艙的項目是2021 年JEC 創(chuàng)新獎的最終入圍者。
還有其他可再生能源部門也在使用復(fù)合材料 的， 例如一種很有前途的海洋能源技術(shù)是波浪能轉(zhuǎn)換器( WEC ), 該設(shè)備利用海浪運動發(fā)電。2021 年， CorPower ocean(瑞典斯德哥爾摩）建造了其纖維纏繞玻璃纖維增強復(fù)合材料( GFRP ) 的第一個全尺寸原型，浮標形狀的 WEC , 該公司希望到 2025 年將其擴大到工業(yè)規(guī)模的海洋能源農(nóng)場。
其他復(fù)合材料密集型可再生能源技術(shù)包括潮沙渦輪機葉片，或淡水水力發(fā)電渦輪機葉片，如Kinetic NRG( 澳大利亞黃金海岸）開發(fā)的螺旋形設(shè)計。2021 年設(shè)計、制造、檢測公司EireComposites、全球海洋可再生能源解決方案公 司ORPC 和愛爾蘭國立戈爾韋大學(xué)啟動了一個項目，以開發(fā)和銷售由全回收碳制成的潮沙渦輪機笚纖維復(fù)合材料。
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