風(fēng)能在可再生能源領(lǐng)域繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位,并且一直是世界上最大的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料市場。隨著葉片越來越長,葉片制造商正在尋找在不犧牲性能的情況下減輕大型結(jié)構(gòu)重量的方法,也在使用碳纖維。風(fēng)電葉片仍然是復(fù)合材料的關(guān)鍵市場領(lǐng)域。 根據(jù)Acumen Research and Consulting 《全球行業(yè)分析,市場規(guī)模,機(jī)遇與預(yù)測,2017 – 2023年》的預(yù)測,全球風(fēng)力渦輪機(jī)復(fù)合材料市場的價(jià)值到2023年可能超過120億美元,并且預(yù)計(jì)到2023年將以9.6%的復(fù)合年增長率增長。
根據(jù)美國風(fēng)能協(xié)會(huì)的報(bào)告,在過去的10年中,美國的風(fēng)力發(fā)電量增加了近四倍,攀升至96,433兆瓦。在2019年第二季度,美國安裝了736兆瓦的新風(fēng)力發(fā)電能力。在今年上半年投產(chǎn)了1,577兆瓦,比2018年上半年增長了53%。 根據(jù)AWEA的“美國風(fēng)電行業(yè)2019年第二季度市場”數(shù)據(jù),截至2019年第二季度末,在建和處于開發(fā)階段的美國風(fēng)電項(xiàng)目已達(dá)到41,801兆瓦,同比增長10%。據(jù)AWEA稱,項(xiàng)目開發(fā)商在2019年第二季度簽署了1,962兆瓦的購電協(xié)議(PPA),全年貢獻(xiàn)了4,799兆瓦。 其中一些增長可能是由美國生產(chǎn)稅收抵免(PTC)推動(dòng)的,這是一項(xiàng)聯(lián)邦補(bǔ)貼,為風(fēng)電場運(yùn)營的前10年提供每千瓦時(shí)稅收抵免。當(dāng)前的PTC在2016年通過,并提供了2.3美分/千瓦時(shí)的信用額度。PTC信用額逐年遞增,直到2020年底到期。由于風(fēng)能行業(yè)有能力自行維持而不需補(bǔ)貼,因此PTC不太可能續(xù)簽。
至于美國的海上風(fēng)電,截至2018年底,海上風(fēng)電總管道超過25,000兆瓦。 全球風(fēng)能市場增長迅速,2018年增長了9.5%。根據(jù)AWEA的數(shù)據(jù),全球目前有591吉瓦的風(fēng)電場用于發(fā)電。根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)(GWEC)的《 2018年全球風(fēng)能報(bào)告》,新風(fēng)能為51.3吉瓦,2018年安裝了-陸上為46.8吉瓦,海上為4.5吉瓦。與2017年相比略有下降4.0%,但仍然是強(qiáng)勁的一年。GWEC表示,盡管某些市場起伏不定,但自2014年以來,每年的安裝量已超過50吉瓦。
中國在2018年繼續(xù)以21.2吉瓦的新風(fēng)電裝機(jī)容量引領(lǐng)海上風(fēng)電市場。2018年,陸上風(fēng)電的第二大市場是美國,為7.6吉瓦,目前陸上總裝機(jī)96吉瓦。至于海上風(fēng)電,中國在2018年首次安裝了1.8吉瓦的裝機(jī),其次是英國,其次是在2018年安裝了1.3吉瓦的裝機(jī)。在全球范圍內(nèi),海上風(fēng)電在整個(gè)風(fēng)電市場中的份額持續(xù)增長,到2018年,新安裝量為8%,占總安裝量的4%。 風(fēng)力渦輪機(jī)的尺寸也在繼續(xù)增加。二十多年前,當(dāng)?shù)谝慌笠?guī)模的商業(yè)風(fēng)力發(fā)電投入使用時(shí),風(fēng)力發(fā)電場包括額定功率為1兆瓦或更低的渦輪機(jī),其玻璃纖維增強(qiáng)葉片的長度在10至15米之間。如今,葉片長度為65-80米的6-9兆瓦海上風(fēng)機(jī)已成為常態(tài)。
2018年9月,三菱重工維斯塔斯(MHI Vestas)宣布其V164渦輪機(jī)平臺(tái)已達(dá)到10兆瓦的額定功率,成為第一臺(tái)商用雙位數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)。盡管10兆瓦的渦輪機(jī)要到2021年才能安裝,但2018年4月在蘇格蘭阿伯丁灣的Vattenfall的歐洲海上風(fēng)電部署中心(EOWDC)部署了8.8兆瓦的V164。高度為191米,每個(gè)葉片長80米。 2019年初,西門子Gamesa可再生能源公司(SGRE,西班牙Zamudio)推出了SG 10.0-193 DD,這是該公司的首臺(tái)10兆瓦以上海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)。它具有94米長的葉片(每個(gè)葉片的長度與一個(gè)足球場相同),提供29,300平方米的掃掠面積。據(jù)說一個(gè)SG 10.0-193 DD的年發(fā)電量足以為大約10,000個(gè)歐洲家庭供電。此外,西門子歌美颯正在丹麥的奧爾堡建造世界上最大的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片試驗(yàn)臺(tái)。該站點(diǎn)將能夠?qū)ο乱淮鶶GRE轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行全面測試,并有望在2019年底之前全面投入運(yùn)營。據(jù)報(bào)道,首批測試將在SG 10.0-193 DD的94米長葉片上進(jìn)行。
正在開發(fā)中的最大,功能最強(qiáng)大的風(fēng)力渦輪機(jī)是Haliade-X,它是由GE可再生能源公司(法國巴黎)開發(fā)的。Haliade-X 12 MW高聳于海面上260米(是法國巴黎凱旋門標(biāo)志性建筑的高度的五倍多),帶有直徑為220米的轉(zhuǎn)子。107米長的葉片由LM Wind Power設(shè)計(jì)和制造,將是迄今為止最長的海上葉片,并且比足球場的尺寸還要長。通用電氣于2019年7月在其法國圣納澤爾的生產(chǎn)基地展示了首臺(tái)用于Haliade-X 12兆瓦海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)艙。
隨著風(fēng)力渦輪機(jī)尺寸的增大和葉片長度的不斷增加,碳纖維在翼梁蓋中的增強(qiáng)(已作為風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的加強(qiáng)件)已成為減少整體重量和增加葉片剛度以防止塔架撞擊的有效方法。Zoltek Corp.碳纖維執(zhí)行副總裁Philip Schell表示:現(xiàn)在約有25%的風(fēng)力渦輪機(jī)采用碳纖維翼梁蓋制造。盡管該數(shù)字呈上升趨勢,但也強(qiáng)調(diào)了大多數(shù)渦輪機(jī)仍完全由玻璃纖維復(fù)合材料制成。他補(bǔ)充說,在考慮所有成本/性能折衷的情況下,可以為用碳纖維代替玻璃纖維制造越來越長的55米長的渦輪葉片的翼梁蓋提供可靠的保障。 2019年6月,SAERTEX(德國薩爾貝克)宣布將其經(jīng)過優(yōu)化的618gsm非卷曲碳纖維單向織物用于生產(chǎn)采用真空灌注技術(shù)制造的原型87.5米,800毫米碳纖維翼梁原型。根據(jù)SAERTEX的說法,翼梁蓋是生產(chǎn)時(shí)間最長的,由中國的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片制造商于4月完成,由WINDnovation Engineering Solutions(德國柏林)設(shè)計(jì)。