國(guó)際能源署（IEA）2025年3月發(fā)布的《全球能源評(píng)估報(bào)告》顯示，2024年全球能源需求同比增長(zhǎng)2.2%，這一增速達(dá)到近十年平均水平的兩倍。這一顯著增長(zhǎng)主要受到四大因素的驅(qū)動(dòng)：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(lái)的電力消耗增加、交通運(yùn)輸領(lǐng)域電氣化進(jìn)程加速，以及人工智能數(shù)據(jù)中心爆發(fā)式擴(kuò)張帶來(lái)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(zhǎng)，但可再生能源和核能貢獻(xiàn)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(dá)到40%這一里程碑。

在這場(chǎng)能源轉(zhuǎn)型浪潮中，復(fù)合材料憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)正在發(fā)揮關(guān)鍵作用。這類材料具有輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕等顯著特點(diǎn)，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?，F(xiàn)代風(fēng)電葉片主要由玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）制成，而作為主要承力結(jié)構(gòu)的梁帽（spar cap）則越來(lái)越多地采用碳纖維復(fù)合材料（CFRP），這種設(shè)計(jì)不僅提高了葉片的整體剛度，還顯著增強(qiáng)了其抗疲勞性能，使現(xiàn)代風(fēng)機(jī)能夠適應(yīng)更惡劣的運(yùn)行環(huán)境并延長(zhǎng)使用壽命。

全球風(fēng)能理事會(huì)（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(jī)容量達(dá)到117吉瓦（GW），與創(chuàng)紀(jì)錄的2023年基本持平。這一成績(jī)來(lái)之不易，因?yàn)轱L(fēng)電行業(yè)在過(guò)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(jià)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(guó)業(yè)務(wù)難度，以及部分地區(qū)政治不確定性帶來(lái)的投資風(fēng)險(xiǎn)。盡管如此，風(fēng)電行業(yè)仍然保持了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)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(lái)看，中國(guó)繼續(xù)領(lǐng)跑全球風(fēng)電市場(chǎng)，緊隨其后的是美國(guó)、德國(guó)、印度和巴西等國(guó)家。GWEC報(bào)告顯示，雖然北美、拉丁美洲和歐洲地區(qū)的新增裝機(jī)量較2023年有所下降，但亞太地區(qū)仍保持了7%的同比增長(zhǎng)，而非洲和中東地區(qū)更是實(shí)現(xiàn)了驚人的107%增長(zhǎng)，其中埃及和沙特阿拉伯是主要的推動(dòng)力量。特別值得關(guān)注的是，在全球前十大風(fēng)電整機(jī)制造商中，中國(guó)企業(yè)已經(jīng)占據(jù)六席，包括金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源、明陽(yáng)智能等行業(yè)巨頭。這些中國(guó)企業(yè)不僅主導(dǎo)著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，還正在積極拓展歐洲等海外市場(chǎng)。其余四家則為歐洲的維斯塔斯、西門子歌美颯、Nordex和美國(guó)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(jìng)爭(zhēng)格局。

技術(shù)創(chuàng)新是推動(dòng)風(fēng)電行業(yè)持續(xù)發(fā)展的核心動(dòng)力。在海上風(fēng)電領(lǐng)域，中國(guó)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(jī)容量最大的26兆瓦（MW）海上風(fēng)機(jī)，據(jù)測(cè)算，在10米/秒的風(fēng)速條件下，單臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量可達(dá)1億千瓦時(shí)，能夠滿足5.5萬(wàn)戶家庭的全年用電需求。明陽(yáng)智能也在2024年8月完成了其18-20兆瓦海上風(fēng)機(jī)平臺(tái)MySE18.X-20MW的首臺(tái)安裝，該平臺(tái)年發(fā)電量預(yù)計(jì)可達(dá)8000萬(wàn)千瓦時(shí)。更令人矚目的是，明陽(yáng)智能已經(jīng)著手研發(fā)22兆瓦的更大容量機(jī)型，繼續(xù)推動(dòng)海上風(fēng)電技術(shù)的邊界。這些超大容量機(jī)組的研發(fā)離不開(kāi)復(fù)合材料的進(jìn)步，以明陽(yáng)智能的MySE292機(jī)型為例，其143米長(zhǎng)的葉片采用了亨斯邁公司獨(dú)家供應(yīng)的碳纖維織物作為增強(qiáng)材料。

歐洲風(fēng)電企業(yè)也在積極應(yīng)對(duì)來(lái)自中國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)壓力。西門子歌美颯在丹麥測(cè)試了21兆瓦海上風(fēng)機(jī)原型機(jī)，而維斯塔斯的V236-15.0MW機(jī)型已經(jīng)獲得超過(guò)6吉瓦的全球訂單。在陸上風(fēng)電領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)同樣明顯。中國(guó)制造商三一重能推出的SY1310A機(jī)型配備了131米長(zhǎng)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(zhǎng)距離自動(dòng)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(guò)去幾年推出了升級(jí)版的陸上風(fēng)電機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(tuán)開(kāi)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(jì)：使用干碳纖維布通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂灌注成型來(lái)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(shí)現(xiàn)了更均勻的材料分布，降低了開(kāi)裂和分層的風(fēng)險(xiǎn)，還因?yàn)槭褂酶煞椢锒叱杀緝?yōu)勢(shì)。2025年1月，該原型葉片成功通過(guò)了IEC61400-5:2020標(biāo)準(zhǔn)的最終驗(yàn)證測(cè)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(diǎn)。TPI復(fù)合材料公司與德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校合作開(kāi)展了一項(xiàng)研究項(xiàng)目，旨在通過(guò)基于物理信息的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)優(yōu)化風(fēng)電葉片的固化工藝。該項(xiàng)目利用模具中的多區(qū)溫控系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)模擬和優(yōu)化固化過(guò)程，在保證力學(xué)性能的同時(shí)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(chǎng)模擬與車間實(shí)際固化動(dòng)力學(xué)之間的鴻溝"。該項(xiàng)目獲得了美國(guó)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(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的研究人員則在探索機(jī)器人技術(shù)在葉片制造中的應(yīng)用。雖然機(jī)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(cè)試由Orbital Composites公司提供的機(jī)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(dòng)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(hù)領(lǐng)域，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用也在快速推進(jìn)，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(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的防雷擊保護(hù)（LSP）技術(shù)，他們制造了一個(gè)6.5英尺長(zhǎng)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€(gè)葉片表面，從而減少局部損傷。ORNL設(shè)計(jì)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(guò)常規(guī)工藝進(jìn)行加工，并且完全可回收。目前，該實(shí)驗(yàn)室正在推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。

在海上風(fēng)電領(lǐng)域，新型漂浮式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)不斷涌現(xiàn)。荷蘭TouchWind公司與We4Ce合作開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的單葉片漂浮式風(fēng)機(jī)TW6，其玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂轉(zhuǎn)子采用傾斜自升式設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)使其能夠承受高達(dá)250公里/小時(shí)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(jí)），同時(shí)預(yù)計(jì)商業(yè)版本的發(fā)電成本將顯著低于傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)，且具有更高的發(fā)電效率。TouchWind聲稱，這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)特別適合深海區(qū)域的風(fēng)電開(kāi)發(fā)，為海上風(fēng)電的進(jìn)一步發(fā)展開(kāi)辟了新途徑。

可持續(xù)材料研發(fā)也取得重要進(jìn)展。NREL開(kāi)發(fā)了一種名為"PolyEster Covalently Adaptable Network"（PECAN）的生物質(zhì)衍生樹(shù)脂，這種材料以糖類為原料，性能與標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)脂相當(dāng)，但具有更好的可回收性。研究人員通過(guò)制造一個(gè)9米長(zhǎng)的原型葉片驗(yàn)證了其加工性能。在歐洲，名為EOLIAN的跨企業(yè)合作項(xiàng)目于2024年6月啟動(dòng)，計(jì)劃用3.5年時(shí)間開(kāi)發(fā)新一代智能可持續(xù)風(fēng)電葉片。該項(xiàng)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(shù)脂，并集成結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)傳感器，目標(biāo)是延長(zhǎng)葉片使用壽命并提高可靠性。

除了傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)機(jī)，其他形式的風(fēng)能利用技術(shù)也在發(fā)展?？罩酗L(fēng)電系統(tǒng)（AWE）就是其中之一，它通過(guò)系留風(fēng)箏或無(wú)人機(jī)在高空捕捉更強(qiáng)更穩(wěn)定的風(fēng)能。愛(ài)爾蘭復(fù)合材料技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（CTL）正在開(kāi)展"HAWK"項(xiàng)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(lái)風(fēng)能利用提供了更多可能性。

隨著早期安裝的風(fēng)電機(jī)組陸續(xù)達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，葉片回收問(wèn)題日益凸顯。目前主要的回收方法包括機(jī)械粉碎、熱化學(xué)處理和化學(xué)溶解等。美國(guó)Regen Fiber公司在愛(ài)荷華州建立的工廠每年可處理3萬(wàn)噸退役葉片，通過(guò)粉碎提取有用組分后制成建筑材料。丹麥Isodan公司則開(kāi)發(fā)了集裝箱式的移動(dòng)粉碎設(shè)備，可以直接在風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行葉片處理。西班牙Acciona能源公司開(kāi)發(fā)的WALUE工藝通過(guò)先粉碎后熱解的方式，分離出可再利用的纖維和樹(shù)脂油，這些材料已經(jīng)被用于制造運(yùn)動(dòng)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(kāi)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(jià)值。

在歐盟范圍內(nèi)，多個(gè)合作研究項(xiàng)目正在推進(jìn)葉片回收技術(shù)。REFRESH項(xiàng)目利用區(qū)塊鏈技術(shù)追蹤整個(gè)回收價(jià)值鏈；DecomBlades項(xiàng)目建立了熱解和粉碎的中試設(shè)施；ZEBRA項(xiàng)目驗(yàn)證了使用Arkema公司可回收Elium樹(shù)脂制造的熱塑性復(fù)合材料葉片的可行性；ECORES WIND項(xiàng)目致力于開(kāi)發(fā)更易回收的樹(shù)脂體系；REWIND項(xiàng)目則專注于風(fēng)電系統(tǒng)退役后的拆解、檢測(cè)和再利用技術(shù)。這些項(xiàng)目顯示出行業(yè)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)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(shì)。Re-Wind Network組織在2022年用退役葉片在愛(ài)爾蘭建造了一座5米長(zhǎng)的人行橋。美國(guó)Canvus公司將舊葉片改造成長(zhǎng)椅、花盆等戶外家具，并邀請(qǐng)當(dāng)?shù)厮囆g(shù)家進(jìn)行彩繪創(chuàng)作。德國(guó)GP Renewables集團(tuán)則開(kāi)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(jì)劃用退役葉片作為停車場(chǎng)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(jià)值。

行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者也在積極推動(dòng)可回收葉片的發(fā)展。西門子歌美颯宣布計(jì)劃到2040年實(shí)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(tái)灣上緯公司達(dá)成合作，使用后者的EzCiclo可降解環(huán)氧樹(shù)脂。2024年，雙方進(jìn)一步深化合作，計(jì)劃到2026年實(shí)現(xiàn)所有供應(yīng)樹(shù)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(jì)劃為印度首個(gè)"完全可回收"風(fēng)電場(chǎng)提供樹(shù)脂材料。

挪威Ventum Dynamics公司與英國(guó)ExoTechnologies合作開(kāi)發(fā)的VX175屋頂風(fēng)機(jī)是另一個(gè)創(chuàng)新案例。這款專為工商業(yè)屋頂設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)采用了天然纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料"Danu"，據(jù)稱完全可回收。其獨(dú)特的導(dǎo)流罩設(shè)計(jì)可以捕捉各個(gè)方向的風(fēng)，預(yù)計(jì)年發(fā)電量可達(dá)3000-5000千瓦時(shí)。西班牙Aitiip技術(shù)中心發(fā)起的Blade2Circ項(xiàng)目則致力于開(kāi)發(fā)新一代高性能生物基復(fù)合材料葉片，進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

GWEC預(yù)測(cè)，按照當(dāng)前8.8%的年均增長(zhǎng)率，到2030年全球風(fēng)電裝機(jī)容量將再增加981吉瓦。然而，GWEC主席Jonathan Cole警告說(shuō)："我們的速度還不夠快。要實(shí)現(xiàn)2030年裝機(jī)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(jī)遇。在政策支持、技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求的多重推動(dòng)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(jiān)實(shí)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