【風電】風能領域的挑戰與機遇：復合材料風電葉片的新進展
政府主導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向可再生能源。根據上述報告，自2020年以來，清潔能源的投資增長了40%；而根據2023年10月發布報告，到2023年底，可再生能源發電量將增加500吉瓦(GW)以上，這是一個新的記錄，報告里也指出，新增的發電量以太陽能為首。
在美國，總部位于美國華盛頓特區的美國清潔電力協會（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的項目中都處于領先地位。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計增長以及該行業面臨的挑戰，包括通貨膨脹和高能源成本、新冠肺炎疫情結束后能源供應鏈緊張、航運和物流瓶頸等。
盡管面臨上述諸多挑戰，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，全球行業制造商還發布了許多與復合材料風電葉片和短艙生產有關的新進展，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公司的供應協議，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線。
丹麥維斯塔斯公司公布了新的合作伙伴關系，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，經過3年的測試，開始在英國海岸的Dogger Bank風電場發電。
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略。例如，2023年4月，美國能源部宣布發布其海上風能戰略，全面總結了其為實現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110吉瓦或更多的目標。
一些新的海上開發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，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是風力渦輪機葉片在其使用壽命結束(EOL)或由于重新供電項目而退役時需要更可持續的解決方案。目前，整個風電葉片供應鏈中的公司正在開發許多解決方案。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。可回收葉片使用環氧樹脂與印度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，更多的原始設備制造商公布了葉片可持續發展計劃，并承諾實現更可持續的風電葉片制造和退役。例如，2023年2月維斯塔斯風電系統公司宣布，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公司建立可持續發展合作伙伴關系，旨在通過回收復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智能拆卸、分揀和回收玻璃纖維增強復合材料（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，旨在開發一種新的循環方法來拆卸和回收玻璃纖維復合材料風電葉片。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以及開發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。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的風葉材料；以及丹麥的Continuum Composites Recycling，該公司開發了一種將回收的葉片材料轉化為室內建筑市場面板的方法。
為了應對風能市場各方面的挑戰和增長，進入該領域的研發計劃和初創公司的數量也在持續增長，從而帶來了新的創新。例如，為了加快海上風力發電機組的部署，荷蘭Tree Composites公司開發了一種玻璃纖維復合材料接頭，用于將風力發電機組基礎結構中的鋼管構件連接在一起。該公司聲稱，這項技術可以取代資源繁重的焊接，顯著減少運營前的排放，并將基礎結構的生產能力提高100%。
2023年，全球領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合材料制造模擬中心（CMSC）領導的一個項目，該項目旨在使用大幅面碳纖維增強熱塑性3D打印來實現風電葉片模具的自動化制造。
美國初創公司Xenecore利用其熱塑性微球技術開發了碳纖維復合材料、單體結構、扇形風葉的原型設計。
美國風能科學、技術和研究中心與風電葉片制造商TPI Composites的一個合作項目，旨在使用數字智能優化風電葉片制造。
由德國Fraunhofer制造技術和先進材料研究所IFAM領導的OptiBlade項目開發了一種柔性可拉伸、可成型的脫模膜，旨在實現更快、無脫模劑的風電葉片制造。
除了風力葉片，許多公司正在開發或研究基于風箏的風能系統，其中一些使用復合材料。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，旨在開發一種用于海上復合材料風力葉片鋪設的自動化預成型機器人系統。
在可再生能源領域，風力渦輪機葉片可能是復合材料的最大終端應用市場，但復合材料材料也用于其他可再生能源應用，如水力發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合材料箔驅動，該公司已經安裝了幾個商業系統，為偏遠地區提供清潔能源，有望繼續擴大生產規模，同時還在開發下一代潮汐系統。
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合材料開發潮汐流渦輪機系統，目標是實現成本效益高、可靠的潮汐能發電。
開發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合材料產品取代了玻璃。
雖然可再生能源的應用正在增長，但石油和天然氣等傳統化石燃料仍然是世界大部分地區的主導能源。與許多其他工業應用一樣，復合材料固有的耐腐蝕性和重量輕，使得復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等公司在熱塑性復合材料管材(TCP)的開發和認證方面處于領先地位，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?？松梨诘暮贤?，以及其用于深水采氣管線或跳線的TCP管道的DNV資質認證。而Magma Global則繼續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型管的業務范圍，包括2023年11月宣布與英國Element Materials Technology延長合作關系。
熱塑性復合材料管（TCP）被成功用于海上石油和天然氣鉆井作業
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型的關鍵組成部分，在運輸綠色氫氣方面有應用。例如，2023年，Strohm宣布參與荷蘭政府資助的OFFSET項目，該項目正在開發一個工業規模的浮動綠色氫和氨項目，并將使用Strohm的TCP進行氫運輸。
