目前，全球能源形勢復雜多變，國際能源機構（IEA，法國巴黎）將當前的氣候稱為“全球能源危機”，根據其《2022年世界能源展望》（World energy Outlook 2022）報告指出，由于疫情以及俄羅斯入侵烏克蘭帶來的其他挑戰等，為立法和減少碳排放等帶來緊張局勢并甚至造成了中斷。

雖然面臨當前的挑戰，但總體而言，能源仍然是復合材料的一個巨大且不斷增長的市場領域，因為這些材料長期以來一直用于各種與能源相關的應用，包括用于海上和陸上石油和天然氣鉆井的井口部件和管道、風力渦輪機葉片等。

雖然供應鏈面臨挑戰，但風能和可再生能源仍是復合材料的巨大市場

長期以來，風能市場一直是復合材料的最大消費領域。復合材料有時也用于制造其他類型可再生能源設備的結構件，例如水力發電和潮汐渦輪機的葉片。渦輪機葉片和風輪機機艙蓋通常使用玻璃纖維增強復合材料制成，隨著更長風輪機葉片的開發和建造，這種復合材料越來越多由碳纖維復合材料翼梁帽加固。根據全球風能理事會（Global Wind Energy Council，GWEC）發布的《2022年全球風能報告》，2021是全球風能行業有史以來第二好的年份，僅次于2020年，新增容量近94吉瓦(GW)，使全球風電總容量達到837吉瓦(GW)。

在政府和其他組織的激勵措施和倡議的推動下，全球范圍內對海上風電的興趣持續增長。GWEC報告稱，2021是海上風電的創紀錄的一年，新增海上風電容量21.1 GW。這項工作由中國牽頭，2021年中國新增海上風電裝機容量占比80%。在2022年第三季度美國海上風電季度市場報告中，美國海上風電商業網絡報告稱，新的聯邦政策、投資和州級的行動導致沿海州海上風電長期目標增加了58%。特別是加利福尼亞州宣布了到2045年部署25GW浮動海上風電的目標，新澤西州將其目標從2035年的7.5GW增加到2040年的11GW。

2022年，拜登政府在美國宣布的新舉措預計將進一步刺激海上風電的增長。例如，美國《通貨膨脹減少法案》（IRA）的一部分撥款數十億美元用于清潔能源，包括為海上風電制造業提供新的稅收抵免。此外，9月15日，美國能源部、內政部、商務部和運輸部宣布了在美國擴大海上風能的新舉措，包括海上浮式風力平臺的新開發，以及到2035年美國海上浮式風電容量達到15 GW的新目標。

此外，2021年美國第一個商業規模的海上風電場——葡萄園風電場獲批。這個位于馬薩諸塞州海岸的800-MW項目預計將配備62臺13-MW Haliade-X渦輪機（由美國馬薩諸塞波士頓通用電氣公司開發），并于2023年上線。2022年1月，紐約海岸的南福克風電項目獲得聯邦批準開始建設。

風電市場供應鏈挑戰

然而，到了2022年，風能行業也遇到了一些挑戰，例如原材料短缺和供應鏈延遲，以及在美國一些聯邦可再生電力生產稅收抵免（PTC）于2021年底到期，這些稅收抵免在前幾年一直在激勵了可再生能源計劃。

據全球風能公司報告，這些挑戰導致了負面影響。例如，在2022年第三季度新聞公告中，西門子Gamesa再生能源公司提到了其多個部門的財務虧損和重組，原因是“能源、原材料和物流成本的通脹、關鍵風力渦輪機部件的無法獲得、港口擁堵和供應延遲”。2022年10月，路透社報道了通用電氣公司（General Electric Co.）的裁員和公司重組計劃，理由是該公司陸上風電業務的成本上升和供應鏈延遲。

風能創新：更長的葉片，漂浮的海上風能

第一批大規模的商業風力發電場包括額定功率為1 MW或更小的渦輪機，通常配有玻璃纖維增強葉片，長度通常在10至15米之間。如今，海上渦輪機的額定功率通常為6至9MW，葉片長65-80米，并且越來越長，例如2021年維斯塔斯（丹麥Vestas）推出的15MW、115米長的V236-15.0兆瓦海上風機葉片。

2021年，維斯塔斯公司推出的V236-15.0-MW海上渦輪機擁有115.5米的葉片，據說每年可以生產80千兆瓦時（GWh）

根據2022年美國國家可再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）與勞倫斯·伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）以及美國能源部DOE合作對140多名風能專家進行的調查，預計到2035年，陸上風力渦輪機將達到130米。除了玻璃纖維復合材料葉片外，隨著風力渦輪機越來越大，葉片長度不斷增加，翼梁帽中的碳纖維加強件（作為風力渦輪機轉子葉片的加強構件）)已成為減少整體重量和增加葉片剛度以防止突然陣風襲擊塔架的有效方法。

此外，在海上風電領域，許多開發工作都與浮動海上風電平臺有關。漂浮在水面上的平臺使風能開發比許多安裝在淺水的固定基礎渦輪機更靠近海岸。在不同的開發階段有許多不同的浮動平臺概念，其中許多使用復合材料。例如，Gazelle Wind Power（愛爾蘭都柏林）平臺原型在2022年10月通過了幾項初步可行性測試，該平臺的特點是水上三腳架臂拴在海底。由美國能源部資助的美國大西洋計劃（Aerodynamic Turbines Lighter and Afloat with Nautical Technologies and Integrated Servo-control）于2019年啟動，其中包括12項研發工作，旨在推進海上浮式風電技術。

Gazelle風力發電公司浮動海上風力渦輪機解決方案渲染圖

風電行業的其他研發工作繼續在新的或更高效的碳纖維復合材料翼梁帽、自動化制造方法、更高效的葉片設計等方面取得進展。

風機葉片的循環和再循環

在過去幾年中，除了堆放在垃圾填埋場之外，如何在其壽命終期（end of life ，EOL）處理退役的風力渦輪機葉片也一直是風能公司關注的焦點。風電葉片供應鏈上的公司正在開發許多解決方案。通常，這些解決方案涉及在EOL時對風電葉片中的材料進行機械或化學回收，或者在某些情況下，將整個風力葉片重新用于其他用途，并在設計上努力使風葉片本身更具可回收性。

2021年，西門子Gamesa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。2022年，該公司還為陸上風電項目推出了新的可回收葉片版本Recyclable Blade。可回收葉片采用環氧樹脂和Aditya Birla的可回收胺固化劑制成，使樹脂在葉片的EOL時更容易與纖維分離。

2021年西門子Gamesa推出了首款用于海上風電的可回收葉片，2022年推出了新的陸上風電款產品

此外，由IRT儒勒凡爾納研究中心(法國布格奈)領導的跨部門ZEBRA(零廢棄葉片研究)聯盟于2021年9月啟動，目標是開發完全可回收的風葉片。作為這42個月努力的一部分，LM風力發電公司(丹麥科靈)正在使用阿科瑪公司(德國科隆)的熱塑性Elium樹脂設計和制造兩個原型葉片。測試和驗證、自動化、回收方法和生命周期分析(LCA)也將是該計劃的一部分。

此外，2021年9月，由法國研究中心IRT Jules Vernes領導的跨行業ZEBRA（零Zero waste Blade ReseArch，零廢棄葉片研究）聯盟成立，目標是開發完全可回收的風電葉片。作為這項為期42個月的努力的一部分，丹麥LM Wind Power公司正在使用德國Arkema的熱塑性Elium樹脂設計和制造兩個原型葉片。后續的測試和驗證、自動化、回收方法和生命周期分析（LCA）也將是該計劃的一部分。

復合材料在其他可再生能源技術中的應用

還有其他可再生能源部門也采用復合材料。例如，一種有前途的海洋能源技術是波浪能轉換器（wave energy converters，WEC），它可以利用海浪運動來發電。2021，瑞典CorPower Ocean公司建造了第一個全尺寸的纖維纏繞玻璃纖維增強復合材料（GFRP）浮標狀WEC的原型，該公司希望到2025年將其擴大為工業規模的海洋能源農場。截至2022年10月，該公司已成功對許多系統部件進行了干態測試，并于2022年11月前將其第一個原型安裝在海上進行水中測試。

CorPower Ocean開發的復合材料密集型浮標形波浪能轉換器（WEC）技術旨在與海上風能協同工作

其他復合材料密集型可再生能源技術包括潮汐渦輪機的葉片，或淡水水力渦輪機葉片，如Kinetic NRG(澳大利亞黃金海岸)開發的螺旋形設計。2021年，設計、制造和測試公司ÉireComposites (Inverin, Galway, Ireland)、全球海洋可再生能源解決方案公司ORPC (Portland, Maine, usa)和愛爾蘭國立大學Galway (NUI, Galway)啟動了一個項目，開發和銷售由全回收碳纖維復合材料制成的潮汐渦輪機箔。

其他復合材料密集型可再生能源技術包括潮汐渦輪機葉片或淡水水力渦輪機葉片，如澳大利亞Kinetic NRG開發的螺旋形設計。2021，愛爾蘭設計、制造和測試公司Eire Composites、美國全球海洋可再生能源解決方案公司ORPC和愛爾蘭國立大學戈爾韋分校啟動了一個項目，開發和銷售由全回收碳纖維復合材料制成的潮汐渦輪機箔。

石油/天然氣應用中的復合材料

可再生能源應用是當今許多新聞的頭條，但石油和天然氣等化石燃料能源繼續引領世界許多地區的能源生產和消費。例如，根據美國能源信息管理局（EIA）發布的《2022年年度能源展望》，雖然可再生能源是2022年美國增長最快的能源，但預計到2050年，石油和天然氣仍是消耗量最大的能源。

多年來，碳纖維或玻璃纖維復合材料的耐腐蝕性促使其在各種石油和天然氣鉆井應用中作為傳統金屬的替代品，如井口保護組件、陸上水力壓裂（壓裂）應用中使用的碎片塞等。對于海上石油和天然氣管道，近年來，荷蘭Strohm和英國Magma Global Ltd.等公司率先開發和認證了熱塑性復合材料管（TCP），以取代海上管道中的金屬。世界各地已經宣布了幾個成功的資格認證和試點項目。除了石油和天然氣之外，最近Strohm等公司聲稱TCP可以成為公司能源轉型的關鍵組成部分，應用于運輸綠色氫氣。

油氣管道維修

此外，復合材料解決方案還可以作為現有管道修復的高效、耐腐蝕解決方案——類似于復合材料如何用作公用設施和民用基礎設施應用的修復或加固解決方案。

例如，美國QuakeWrap公司是一家30多年來一直提供各種GFRP和CFRP產品用于修復或加固樁、管道、墻壁或其他結構的公司。在CompositesWorld 2022年12月舉辦的技術交流中，QuakeWrap總裁Mo Ehsani介紹了該公司一種新技術，通過將碳纖維或玻璃纖維織物材料包裹在氣球狀設備周圍，然后將其發射到管道中，遠程應用和固化，無需挖出管道或以其他方式破壞該區域，便可實現管道修復。