政府主導(dǎo)的碳排放減排目標和以可再生能源為重點的倡議,如歐洲的REPowerEU和美國的《通脹削減法案》(IRA),也激勵人們從化石燃料轉(zhuǎn)向可再生能源。根據(jù)上述報告,自2020年以來,清潔能源的投資增長了40%;而根據(jù)2023年10月發(fā)布報告,到2023年底,可再生能源發(fā)電量將增加500吉瓦(GW)以上,這是一個新的記錄,報告里也指出,新增的發(fā)電量以太陽能為首。
在美國,總部位于美國華盛頓特區(qū)的美國清潔電力協(xié)會(American Clean Power Association, ACP)在其最新的2023年第三季度《清潔能源季度市場報告》中稱,目前清潔電力容量已超過243GW,占總發(fā)電量的16%。與國際能源署類似,ACP報告稱太陽能目前在可再生能源裝置和正在開發(fā)的項目中都處于領(lǐng)先地位。在風能方面,大約15%的項目將集中在陸上風電,12%集中于海上風電。
總部位于比利時布魯塞爾的全球風能理事會(GWEC)在其《2023年全球風能報告》中列舉了未來幾十年風能的預(yù)計增長以及該行業(yè)面臨的挑戰(zhàn),包括通貨膨脹和高能源成本、新冠肺炎疫情結(jié)束后能源供應(yīng)鏈緊張、航運和物流瓶頸等。
盡管面臨上述諸多挑戰(zhàn),GWEC報告稱,2022年全球風電裝機容量接近78吉瓦,達到了有記錄以來的第三高。GWEC在其更有針對性的《2023年全球海上風電報告》指出,2022年是有史以來新增海上風電裝機量第二高的一年,以中國為首,全球裝機量為8.8吉瓦。
2023年,全球行業(yè)制造商還發(fā)布了許多與復(fù)合材料風電葉片和短艙生產(chǎn)有關(guān)的新進展,主要包括如下:
法國通用電氣可再生能源公司延長了與美國風電葉片制造商TPI Composites公司的供應(yīng)協(xié)議,并同意在TPI位于墨西哥華雷斯的工廠增加四條新的葉片生產(chǎn)線。
丹麥維斯塔斯公司公布了新的合作伙伴關(guān)系,如簽署了一份諒解備忘錄作為烏克蘭基輔DTEK Tyligulska風電項目的一部分,將在烏克蘭再建造384兆瓦。此外公司在美國還獲得了新的重新供電訂單。
西班牙西門子歌美颯可再生能源公司宣布計劃在美國紐約建造一座新的海上機艙制造廠。 全球各大制造商也推出了幾種新的風電葉片設(shè)計,如西門子歌美颯的SG 4.4-164大容量渦輪機和中國明陽智能能源的18-MW MySE 18.X-28X海上風電葉片,具有140米長的葉片。2023年10月,第一臺GE13-MW Haliade-X海上風力渦輪機,經(jīng)過3年的測試,開始在英國海岸的Dogger Bank風電場發(fā)電。
明陽最新的MySE 18.X-28X具有140米長的葉片,超過了此前2021年在MySE 16.0-242平臺上推出的118米長的風葉
許多國家也宣布了海上風電的新戰(zhàn)略。例如,2023年4月,美國能源部宣布發(fā)布其海上風能戰(zhàn)略,全面總結(jié)了其為實現(xiàn)當前美國政府的目標所做的努力,即到2030年部署30吉瓦的海上風能,并使美國在2050年前實現(xiàn)110吉瓦或更多的目標。
一些新的海上開發(fā)項目包括在美國紐約海岸建造130兆瓦的South Fork風電場,在羅德島海岸批準了丹麥Örsted和美國Eversource的704兆瓦Revolution Wind項目,計劃中的奧蘭能源島項目旨在整合歐洲的海上風電和氫氣生產(chǎn),西門子歌美颯公司在波蘭海岸宣布的1.5吉瓦海上項目等等。
在過去的幾年里,暴露出來的另一個挑戰(zhàn)是風力渦輪機葉片在其使用壽命結(jié)束(EOL)或由于重新供電項目而退役時需要更可持續(xù)的解決方案。目前,整個風電葉片供應(yīng)鏈中的公司正在開發(fā)許多解決方案。一般來說,解決方案包括在風葉的EOL對風葉材料進行機械或化學回收,或者在某些情況下,將整個風葉重新用于其他用途,并努力設(shè)計使風葉本身更具可回收性。
西門子歌美颯公司于2021年率先將其可回收葉片推向海上風電市場,并于2022年7月在德國安裝了首批葉片。同年,該公司還為陸上風電項目推出了一款新的可回收葉片??苫厥杖~片使用環(huán)氧樹脂與印度Aditya Birla公司的可回收胺固化劑制成,這使樹脂在葉片EOL時更容易與纖維分離。2023年2月擬在英國海岸附近的RWE索非亞風電場安裝132個可回收葉片。
2023年,更多的原始設(shè)備制造商公布了葉片可持續(xù)發(fā)展計劃,并承諾實現(xiàn)更可持續(xù)的風電葉片制造和退役。例如,2023年2月維斯塔斯風電系統(tǒng)公司宣布,它正在與合作伙伴CETEC、挪威Stena Recycling以及美國Olin合作,使用CETEC的化學工藝從葉片中回收纖維和環(huán)氧樹脂。6月,維斯塔斯公司還宣布與丹麥弗雷德里克斯的Örsted公司建立可持續(xù)發(fā)展合作伙伴關(guān)系,旨在通過回收復(fù)合葉片材料和回收鋼材采購凈零風電場。
新的合作項目也在不斷推出。2023年2月,通過整體方法從風葉行業(yè)智能拆卸、分揀和回收玻璃纖維增強復(fù)合材料(簡寫:REFRESH)項目啟動,這是一個為期48個月的歐盟資助合作計劃,旨在開發(fā)一種新的循環(huán)方法來拆卸和回收玻璃纖維復(fù)合材料風電葉片。此外,由歐盟共同資助的EoLO HUBs項目是一個為期48個月的新項目,匯集了18個合作伙伴,專注于拆卸葉片、推進熱解和溶劑解技術(shù)以及開發(fā)回收纖維的處理方法。
此外,更多專注于風電葉片回收的公司不斷涌現(xiàn)。新公布的公司包括位于美國愛荷華州錫達拉皮茲的REGEN Fiber,該公司旨在回收用于混凝土和砂漿行業(yè)的風葉材料;以及丹麥的Continuum Composites Recycling,該公司開發(fā)了一種將回收的葉片材料轉(zhuǎn)化為室內(nèi)建筑市場面板的方法。
為了應(yīng)對風能市場各方面的挑戰(zhàn)和增長,進入該領(lǐng)域的研發(fā)計劃和初創(chuàng)公司的數(shù)量也在持續(xù)增長,從而帶來了新的創(chuàng)新。例如,為了加快海上風力發(fā)電機組的部署,荷蘭Tree Composites公司開發(fā)了一種玻璃纖維復(fù)合材料接頭,用于將風力發(fā)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的鋼管構(gòu)件連接在一起。該公司聲稱,這項技術(shù)可以取代資源繁重的焊接,顯著減少運營前的排放,并將基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)能力提高100%。

2023年,全球領(lǐng)域公司取得的新進展還包括如下方面:
美國能源部(DOE)為與風電葉片制造項目相關(guān)的各種項目提供了總計3000萬美元的資金,其中包括由美國普渡大學復(fù)合材料制造模擬中心(CMSC)領(lǐng)導(dǎo)的一個項目,該項目旨在使用大幅面碳纖維增強熱塑性3D打印來實現(xiàn)風電葉片模具的自動化制造。
美國初創(chuàng)公司Xenecore利用其熱塑性微球技術(shù)開發(fā)了碳纖維復(fù)合材料、單體結(jié)構(gòu)、扇形風葉的原型設(shè)計。
美國風能科學、技術(shù)和研究中心與風電葉片制造商TPI Composites的一個合作項目,旨在使用數(shù)字智能優(yōu)化風電葉片制造。
由德國Fraunhofer制造技術(shù)和先進材料研究所IFAM領(lǐng)導(dǎo)的OptiBlade項目開發(fā)了一種柔性可拉伸、可成型的脫模膜,旨在實現(xiàn)更快、無脫模劑的風電葉片制造。
除了風力葉片,許多公司正在開發(fā)或研究基于風箏的風能系統(tǒng),其中一些使用復(fù)合材料。比如,Hibernian 機載風能風箏(Hibernian Airborne Wind Energy Kites,HAWK)是一個由愛爾蘭復(fù)合材料測試實驗室及其合作伙伴于2023年啟動的為期2年的項目。而為期3年的ALMA項目,包括西門子歌美颯、荷蘭Airborne和大學合作伙伴,旨在開發(fā)一種用于海上復(fù)合材料風力葉片鋪設(shè)的自動化預(yù)成型機器人系統(tǒng)。
在可再生能源領(lǐng)域,風力渦輪機葉片可能是復(fù)合材料的最大終端應(yīng)用市場,但復(fù)合材料材料也用于其他可再生能源應(yīng)用,如水力發(fā)電和潮汐渦輪機葉片,以及一些太陽能電池板組件。比如,美國海洋可再生能源公司(ORPC)制造了用于河流的水力發(fā)電機,稱為RivGen Systems,由合作伙伴Hawthorn Composites制造的玻璃纖維支柱和碳纖維復(fù)合材料箔驅(qū)動,該公司已經(jīng)安裝了幾個商業(yè)系統(tǒng),為偏遠地區(qū)提供清潔能源,有望繼續(xù)擴大生產(chǎn)規(guī)模,同時還在開發(fā)下一代潮汐系統(tǒng)。
在研究方面,英國政府的工程和物理科學研究委員會(EPSRC)于2023年6月宣布向一個名為CoTide(提供可擴展潮汐流能源的Co-design)的項目投資700萬英鎊。該項目旨在通過使用復(fù)合材料開發(fā)潮汐流渦輪機系統(tǒng),目標是實現(xiàn)成本效益高、可靠的潮汐能發(fā)電。
開發(fā)太陽能電池板的工作也在進行中,這些電池板得益于某些部件中使用了輕量化的復(fù)合材料。例如,在JEC World 2023上,荷蘭EconCore與合作伙伴Solarge展示了一塊重量輕65%的太陽能電池板,它用回收蜂窩和聚合物制成的復(fù)合材料產(chǎn)品取代了玻璃。
雖然可再生能源的應(yīng)用正在增長,但石油和天然氣等傳統(tǒng)化石燃料仍然是世界大部分地區(qū)的主導(dǎo)能源。與許多其他工業(yè)應(yīng)用一樣,復(fù)合材料固有的耐腐蝕性和重量輕,使得復(fù)合材料在各種井口保護部件、水力壓裂用壓裂塞、海上石油和天然氣管道等方面比金屬更受歡迎。
對于海上石油和天然氣管道,近年來,荷蘭Strohm和英國Magma Global等公司在熱塑性復(fù)合材料管材(TCP)的開發(fā)和認證方面處于領(lǐng)先地位,以取代海上管道中的金屬。2023年,Strohm宣布了多項用于海上石油管道的TCP跳線的新合同(包括與埃克森美孚的合同),以及其用于深水采氣管線或跳線的TCP管道的DNV資質(zhì)認證。而Magma Global則繼續(xù)擴大其用于海底石油和天然氣鉆井的碳纖維增強聚醚醚酮(PEEK)m型管的業(yè)務(wù)范圍,包括2023年11月宣布與英國Element Materials Technology延長合作關(guān)系。

熱塑性復(fù)合材料管(TCP)被成功用于海上石油和天然氣鉆井作業(yè)
除了石油和天然氣,像Strohm這樣的公司聲稱,TCP可以成為公司能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵組成部分,在運輸綠色氫氣方面有應(yīng)用。例如,2023年,Strohm宣布參與荷蘭政府資助的OFFSET項目,該項目正在開發(fā)一個工業(yè)規(guī)模的浮動綠色氫和氨項目,并將使用Strohm的TCP進行氫運輸。

English
簡體中文