國際能源署（IEA）2025年3月發(fā)布的《全球能源評估報告》顯示，2024年全球能源需求同比增長2.2%，這一增速達到近十年平均水平的兩倍。這一顯著增長主要受到四大因素的驅(qū)動：極端天氣條件下制冷用電需求激增、全球工業(yè)生產(chǎn)復(fù)蘇帶來的電力消耗增加、交通運輸領(lǐng)域電氣化進程加速，以及人工智能數(shù)據(jù)中心爆發(fā)式擴張帶來的巨大能耗。值得注意的是，雖然各類能源包括化石燃料和清潔能源的需求都在增長，但可再生能源和核能貢獻了全球新增電力供應(yīng)的80%，并首次在全球總發(fā)電量中占比達到40%這一里程碑。

在這場能源轉(zhuǎn)型浪潮中，復(fù)合材料憑借其獨特的性能優(yōu)勢正在發(fā)揮關(guān)鍵作用。這類材料具有輕量化、高強度、耐腐蝕等顯著特點，使其成為支撐多種清潔能源技術(shù)的理想選擇。特別是在風(fēng)電領(lǐng)域，復(fù)合材料已經(jīng)成為不可或缺的關(guān)鍵材料。現(xiàn)代風(fēng)電葉片主要由玻璃纖維增強塑料（GFRP）制成，而作為主要承力結(jié)構(gòu)的梁帽（spar cap）則越來越多地采用碳纖維復(fù)合材料（CFRP），這種設(shè)計不僅提高了葉片的整體剛度，還顯著增強了其抗疲勞性能，使現(xiàn)代風(fēng)機能夠適應(yīng)更惡劣的運行環(huán)境并延長使用壽命。

全球風(fēng)能理事會（GWEC）2025年4月發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2024年全球新增風(fēng)電裝機容量達到117吉瓦（GW），與創(chuàng)紀(jì)錄的2023年基本持平。這一成績來之不易，因為風(fēng)電行業(yè)在過去一年中面臨著多重挑戰(zhàn)：全球利率持續(xù)上升增加了融資成本，通貨膨脹推高了原材料價格，供應(yīng)鏈壓力導(dǎo)致關(guān)鍵部件交付延遲，貿(mào)易壁壘和關(guān)稅政策增加了跨國業(yè)務(wù)難度，以及部分地區(qū)政治不確定性帶來的投資風(fēng)險。盡管如此，風(fēng)電行業(yè)仍然保持了強勁的發(fā)展勢頭，這充分證明了其在全球能源轉(zhuǎn)型中的重要地位。

從區(qū)域分布來看，中國繼續(xù)領(lǐng)跑全球風(fēng)電市場，緊隨其后的是美國、德國、印度和巴西等國家。GWEC報告顯示，雖然北美、拉丁美洲和歐洲地區(qū)的新增裝機量較2023年有所下降，但亞太地區(qū)仍保持了7%的同比增長，而非洲和中東地區(qū)更是實現(xiàn)了驚人的107%增長，其中埃及和沙特阿拉伯是主要的推動力量。特別值得關(guān)注的是，在全球前十大風(fēng)電整機制造商中，中國企業(yè)已經(jīng)占據(jù)六席，包括金風(fēng)科技、遠景能源、明陽智能等行業(yè)巨頭。這些中國企業(yè)不僅主導(dǎo)著國內(nèi)市場，還正在積極拓展歐洲等海外市場。其余四家則為歐洲的維斯塔斯、西門子歌美颯、Nordex和美國的GE Vernova，顯示出全球風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)已經(jīng)形成了中、歐、美三足鼎立的競爭格局。

技術(shù)創(chuàng)新是推動風(fēng)電行業(yè)持續(xù)發(fā)展的核心動力。在海上風(fēng)電領(lǐng)域，中國企業(yè)的表現(xiàn)尤為突出。東方電氣在2024年11月宣布成功研制出全球單機容量最大的26兆瓦（MW）海上風(fēng)機，據(jù)測算，在10米/秒的風(fēng)速條件下，單臺機組年發(fā)電量可達1億千瓦時，能夠滿足5.5萬戶家庭的全年用電需求。明陽智能也在2024年8月完成了其18-20兆瓦海上風(fēng)機平臺MySE18.X-20MW的首臺安裝，該平臺年發(fā)電量預(yù)計可達8000萬千瓦時。更令人矚目的是，明陽智能已經(jīng)著手研發(fā)22兆瓦的更大容量機型，繼續(xù)推動海上風(fēng)電技術(shù)的邊界。這些超大容量機組的研發(fā)離不開復(fù)合材料的進步，以明陽智能的MySE292機型為例，其143米長的葉片采用了亨斯邁公司獨家供應(yīng)的碳纖維織物作為增強材料。

歐洲風(fēng)電企業(yè)也在積極應(yīng)對來自中國的競爭壓力。西門子歌美颯在丹麥測試了21兆瓦海上風(fēng)機原型機，而維斯塔斯的V236-15.0MW機型已經(jīng)獲得超過6吉瓦的全球訂單。在陸上風(fēng)電領(lǐng)域，風(fēng)機大型化趨勢同樣明顯。中國制造商三一重能推出的SY1310A機型配備了131米長的葉片，采用玻璃纖維預(yù)制縫合技術(shù)、碳纖維復(fù)合材料梁帽、大型復(fù)合材料葉片長距離自動灌注技術(shù)等創(chuàng)新工藝，并引入聚氨酯結(jié)構(gòu)件以提高可回收性。歐洲廠商如Nordex、維斯塔斯和Enercon也都在過去幾年推出了升級版的陸上風(fēng)電機組。

風(fēng)電葉片的梁帽材料正在經(jīng)歷重要革新。碳纖維增強聚合物（CFRP）復(fù)合材料梁帽因其更輕的重量和更高的剛度強度，正逐漸取代傳統(tǒng)的玻璃纖維復(fù)合材料。荷蘭技術(shù)供應(yīng)商We4Ce為印度蘇司蘭集團開發(fā)的2.5-3兆瓦轉(zhuǎn)子葉片原型采用了一種創(chuàng)新設(shè)計：使用干碳纖維布通過環(huán)氧樹脂灌注成型來制造梁帽，替代了傳統(tǒng)的拉擠成型工藝。這種新工藝不僅實現(xiàn)了更均勻的材料分布，降低了開裂和分層的風(fēng)險，還因為使用干法織物而更具成本優(yōu)勢。2025年1月，該原型葉片成功通過了IEC61400-5:2020標(biāo)準(zhǔn)的最終驗證測試，為這種新工藝的商業(yè)化應(yīng)用鋪平了道路。

制造工藝的優(yōu)化也是行業(yè)關(guān)注的重點。TPI復(fù)合材料公司與德克薩斯大學(xué)達拉斯分校合作開展了一項研究項目，旨在通過基于物理信息的機器學(xué)習(xí)算法來優(yōu)化風(fēng)電葉片的固化工藝。該項目利用模具中的多區(qū)溫控系統(tǒng)，通過實時模擬和優(yōu)化固化過程，在保證力學(xué)性能的同時縮短生產(chǎn)周期。TPI首席工程師Shaghayegh Rezazadeh博士指出，這種方法"彌合了確定性多物理場模擬與車間實際固化動力學(xué)之間的鴻溝"。該項目獲得了美國能源部能效與可再生能源辦公室的資助，其成果不僅適用于風(fēng)電行業(yè)，還可為其他復(fù)合材料制造領(lǐng)域提供參考。

美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員則在探索機器人技術(shù)在葉片制造中的應(yīng)用。雖然機器人已經(jīng)在葉片噴漆和拋光環(huán)節(jié)得到應(yīng)用，但NREL正在測試由Orbital Composites公司提供的機器人系統(tǒng)執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，包括葉片修整、打磨和研磨等。這些自動化技術(shù)不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還能顯著改善工作環(huán)境的安全性。在葉片維護領(lǐng)域，機器人技術(shù)的應(yīng)用也在快速推進，使得高空作業(yè)和損傷修復(fù)變得更加安全和高效。

提高葉片的耐用性也是技術(shù)研發(fā)的重要方向。橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學(xué)家們開發(fā)了一種創(chuàng)新的防雷擊保護（LSP）技術(shù)，他們制造了一個6.5英尺長的玻璃纖維和定制導(dǎo)電碳纖維復(fù)合的葉片尖端原型。這種特殊的碳纖維能夠?qū)⒗纂娔芰烤鶆蚍稚⒌秸麄€葉片表面，從而減少局部損傷。ORNL設(shè)計的這種纖維不僅成本低廉，可以直接替代傳統(tǒng)葉片尖端的玻璃纖維，還能通過常規(guī)工藝進行加工，并且完全可回收。目前，該實驗室正在推進這項技術(shù)的商業(yè)化進程。

在海上風(fēng)電領(lǐng)域，新型漂浮式風(fēng)機設(shè)計不斷涌現(xiàn)。荷蘭TouchWind公司與We4Ce合作開發(fā)了一種獨特的單葉片漂浮式風(fēng)機TW6，其玻璃纖維/環(huán)氧樹脂轉(zhuǎn)子采用傾斜自升式設(shè)計。這種設(shè)計使其能夠承受高達250公里/小時的風(fēng)速（相當(dāng)于風(fēng)電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的最高風(fēng)級），同時預(yù)計商業(yè)版本的發(fā)電成本將顯著低于傳統(tǒng)風(fēng)機，且具有更高的發(fā)電效率。TouchWind聲稱，這種創(chuàng)新設(shè)計特別適合深海區(qū)域的風(fēng)電開發(fā)，為海上風(fēng)電的進一步發(fā)展開辟了新途徑。

可持續(xù)材料研發(fā)也取得重要進展。NREL開發(fā)了一種名為"PolyEster Covalently Adaptable Network"（PECAN）的生物質(zhì)衍生樹脂，這種材料以糖類為原料，性能與標(biāo)準(zhǔn)樹脂相當(dāng)，但具有更好的可回收性。研究人員通過制造一個9米長的原型葉片驗證了其加工性能。在歐洲，名為EOLIAN的跨企業(yè)合作項目于2024年6月啟動，計劃用3.5年時間開發(fā)新一代智能可持續(xù)風(fēng)電葉片。該項目將結(jié)合可回收的玻璃纖維和玄武巖天然纖維，使用可修復(fù)的vitrimer樹脂，并集成結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器，目標(biāo)是延長葉片使用壽命并提高可靠性。

除了傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)機，其他形式的風(fēng)能利用技術(shù)也在發(fā)展。空中風(fēng)電系統(tǒng)（AWE）就是其中之一，它通過系留風(fēng)箏或無人機在高空捕捉更強更穩(wěn)定的風(fēng)能。愛爾蘭復(fù)合材料技術(shù)實驗室（CTL）正在開展"HAWK"項目，研究解決AWE系統(tǒng)在材料選擇、產(chǎn)品安全認(rèn)證、技術(shù)可行性和供應(yīng)鏈建設(shè)等方面的挑戰(zhàn)。雖然這類技術(shù)仍處于早期發(fā)展階段，但為未來風(fēng)能利用提供了更多可能性。

隨著早期安裝的風(fēng)電機組陸續(xù)達到設(shè)計壽命，葉片回收問題日益凸顯。目前主要的回收方法包括機械粉碎、熱化學(xué)處理和化學(xué)溶解等。美國Regen Fiber公司在愛荷華州建立的工廠每年可處理3萬噸退役葉片，通過粉碎提取有用組分后制成建筑材料。丹麥Isodan公司則開發(fā)了集裝箱式的移動粉碎設(shè)備，可以直接在風(fēng)電場進行葉片處理。西班牙Acciona能源公司開發(fā)的WALUE工藝通過先粉碎后熱解的方式，分離出可再利用的纖維和樹脂油，這些材料已經(jīng)被用于制造運動鞋和沖浪板等產(chǎn)品。耶魯大學(xué)學(xué)生創(chuàng)立的WindLoop公司開發(fā)了一種基于"綠色化學(xué)原則"的工藝，據(jù)稱可以回收90%以上的葉片材料，并保留97%的材料價值。

在歐盟范圍內(nèi)，多個合作研究項目正在推進葉片回收技術(shù)。REFRESH項目利用區(qū)塊鏈技術(shù)追蹤整個回收價值鏈；DecomBlades項目建立了熱解和粉碎的中試設(shè)施；ZEBRA項目驗證了使用Arkema公司可回收Elium樹脂制造的熱塑性復(fù)合材料葉片的可行性；ECORES WIND項目致力于開發(fā)更易回收的樹脂體系；REWIND項目則專注于風(fēng)電系統(tǒng)退役后的拆解、檢測和再利用技術(shù)。這些項目顯示出行業(yè)對可持續(xù)發(fā)展的堅定承諾。

除了技術(shù)回收，創(chuàng)意性的直接再利用也成為一種趨勢。Re-Wind Network組織在2022年用退役葉片在愛爾蘭建造了一座5米長的人行橋。美國Canvus公司將舊葉片改造成長椅、花盆等戶外家具，并邀請當(dāng)?shù)厮囆g(shù)家進行彩繪創(chuàng)作。德國GP Renewables集團則開發(fā)了葉片橋梁、戶外家具以及建筑用土工砌塊等多種產(chǎn)品。瑞典隆德市甚至計劃用退役葉片作為停車場的立面裝飾材料。這些創(chuàng)新應(yīng)用為退役葉片找到了新的存在價值。

行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者也在積極推動可回收葉片的發(fā)展。西門子歌美颯宣布計劃到2040年實現(xiàn)葉片100%可回收，并在2021年推出了首款可回收葉片RecyclableBlade。2022年，該公司與臺灣上緯公司達成合作，使用后者的EzCiclo可降解環(huán)氧樹脂。2024年，雙方進一步深化合作，計劃到2026年實現(xiàn)所有供應(yīng)樹脂的可回收性。2025年1月，上緯與印度Adani新能源公司簽署諒解備忘錄，計劃為印度首個"完全可回收"風(fēng)電場提供樹脂材料。

挪威Ventum Dynamics公司與英國ExoTechnologies合作開發(fā)的VX175屋頂風(fēng)機是另一個創(chuàng)新案例。這款專為工商業(yè)屋頂設(shè)計的風(fēng)機采用了天然纖維增強的熱塑性復(fù)合材料"Danu"，據(jù)稱完全可回收。其獨特的導(dǎo)流罩設(shè)計可以捕捉各個方向的風(fēng)，預(yù)計年發(fā)電量可達3000-5000千瓦時。西班牙Aitiip技術(shù)中心發(fā)起的Blade2Circ項目則致力于開發(fā)新一代高性能生物基復(fù)合材料葉片，進一步推動行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

GWEC預(yù)測，按照當(dāng)前8.8%的年均增長率，到2030年全球風(fēng)電裝機容量將再增加981吉瓦。然而，GWEC主席Jonathan Cole警告說："我們的速度還不夠快。要實現(xiàn)2030年裝機容量翻三倍的關(guān)鍵目標(biāo)（以滿足全球脫碳承諾），風(fēng)電安裝速度需要持續(xù)提升，而不是保持穩(wěn)定或下降。"這一表態(tài)凸顯了行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與機遇。在政策支持、技術(shù)進步和市場需求的多重推動下，復(fù)合材料將繼續(xù)在可再生能源革命中扮演關(guān)鍵角色，為全球能源轉(zhuǎn)型提供堅實的技術(shù)支撐。

參考資料：

1、HANNAH MASON, “Composites end markets: Energy (2025)”，Composites World, May 29 2025, https://www.compositesworld.com/articles/composites-end-markets-energy-(2025)

2、IEC, Global Energy Review” ,March 2025, https://www.iea.org/reports/global-energy-review-2025