復合材料長期以來一直用于與能源相關的結構應用，如風力渦輪機葉片和石油和天然氣開采中的各種部件。復合材料的新材料和創新也有助于為下一代能源提供動力，包括海上風能、工業太陽能農場和基于衛星的太陽能電池陣列、河流和海洋能源系統，以及綠色氫運輸管道。

國際能源署（IEA，法國巴黎）在其2025年3月發布的最新《全球能源評論》中指出，2024年全球能源需求將增長2.2%（幾乎是過去十年平均水平的兩倍），主要原因是制冷、工業、交通電氣化以及人工智能數據中心的增長對電力的需求增加。

盡管IEA報告稱全球范圍內所有燃料和技術（可再生能源、石油、天然氣、煤炭、核能）的需求都有所增長，但2024年全球發電量增長的80%來自可再生能源和核能，這是清潔能源首次占總發電量的40%。

許多能源和發電技術都是通過復合材料以各種方式實現的，本文中提及的雖然并不全面，但也總結了部分能源領域中復合材料的前景和最新技術應用。

一、風能市場和復合材料創新

風力渦輪機領域是復合材料的核心應用場景，每個葉片均大量使用玻璃纖維，而用于加固翼梁帽的碳纖維用量也呈增長趨勢，部分風力渦輪機的機艙結構同樣采用復合材料制造。

根據全球風能理事會（GWEC）今年 4 月發布的《2025 年全球風能報告》，2024 年全球新增風電裝機容量達 117 吉瓦（GW），與創紀錄的 2023 年基本持平。盡管風電行業面臨利率上升、通貨膨脹、供應鏈壓力、貿易壁壘及政治不確定性等多重挑戰，仍實現了顯著發展。

從區域格局看，2024 年中國在全球風電裝機容量中位居首位，緊隨其后的是美國、德國、印度和巴西。報告顯示，北美、拉丁美洲和歐洲的新增裝機量較 2023 年有所下降，但亞太地區同比增長7%，以埃及和沙特阿拉伯為代表的非洲及中東地區增幅高達 107%，展現出 “創紀錄的增長”態勢。

根據路透社2024年7月的報道中指出，全球十大風力渦輪機制造商中，中國企業占據六席（金風科技、遠景能源、溫德利、明陽、三一和東方電氣），其生產的渦輪機主要供應國內市場，同時正逐步拓展歐洲等海外市場。其他上榜企業包括歐洲的維斯塔斯（Vestas）、西門子歌美颯（Siemens Gamesa）、Nordex，以及美國的通用電氣 Vernova。

印度 Stratview Research 公司在 2024 年 11 月的行業研討會上提到，風電葉片翼梁帽目前是印度碳纖維復合材料的最大應用領域，且需求持續攀升，預計到 2030 年將實現一倍以上的增長。

GWEC 預測，未來風電行業的復合平均增長率（CAGR）為 8.8%，這意味著到 2030 年全球裝機容量將新增981吉瓦。但GWEC主席喬納森?科爾（Jonathan Cole）強調：“我們的發展速度仍顯不足 —— 若要實現 2030 年裝機容量翻三倍的關鍵目標（以推動全球脫碳進程），風能裝機率需持續增長，而非保持穩定或下降。我們必須繼續努力，加快推進步伐?！?/span>

風力渦輪機技術的研究與創新

為支撐行業增長，風力渦輪機葉片技術領域正開展諸多創新，涵蓋制造方法優化、材料革新及更高效高容量的設計研發。

葉片長度直接影響風能捕獲量。盡管近年受供應鏈和財務因素制約出現 “停滯”，但全球風電原始設備制造商持續推出大容量陸上及海上風力渦輪機，配套葉片亦不斷加長。

全球風能理事會（GWEC）數據顯示，中國市場規模擴張尤為迅猛。截至2024年底，已有 6 家中國原始設備制造商推出20兆瓦以上海上風力渦輪機。其中，東方電氣（廣東）于2024 年11月宣布完成首臺 26 兆瓦海上風力渦輪機生產，這是目前全球已建成的最大型海上風力渦輪機。該機型在10米/秒風速下，單臺年清潔發電量可達1億千瓦時，能滿足 5.5 萬戶家庭的年度用電需求。

廣東明陽智能能源有限公司計劃于 2024 年8月在中國海南安裝首臺18-20兆瓦海上風力渦輪機 MySE18.X-20MW，該平臺預計年發電量達 8000 萬千瓦時。公司透露，目前正研發更大的22兆瓦渦輪機。丹陽市恒神股份有限公司已成為明陽超大型海上風力渦輪機平臺 MySE292 的143米長葉片獨家碳纖維織物供應商。

為與中國競爭，西班牙薩穆迪奧的西門子歌美颯已在丹麥安裝一臺21兆瓦海上渦輪機原型機。與此同時，GWEC數據顯示，丹麥奧胡斯的維斯塔斯 V236-15.0MW 型號全球確認訂單已超6吉瓦。

陸上渦輪機也在向大型化發展，葉片長度不斷增加。例如，中國風電葉片制造商三一新能源（北京）宣布 2024年將推出 131 米長的 SY1310A 風電葉片。消息稱，這些葉片將用于該公司10兆瓦陸上渦輪機，后續可能適配其已公布的15兆瓦渦輪機 —— 據稱這將是迄今開發的最大陸上渦輪機。

據悉，這些葉片采用玻璃纖維預絎縫技術、碳纖維復合材料翼梁帽、大型復合材料葉片長距離自動灌注技術及葉片后緣盲膠嵌件3D設計制造，并使用聚氨酯結構件以提升可回收性。GWEC 還提及，德國漢堡的 Nordex、丹麥奧胡斯的Vestas及德國奧里希的Enercon，過去幾年在陸上機型方面均有新型升級動作。

風電技術中生物基材料的應用示范

為替代眾多應用（包括風能技術）中傳統的化石燃料基材料，多種源自植物或其他天然來源的聚合物和纖維已被開發出來。例如，NREL 已發表了關于開發一種被其稱為 “生物質衍生” 樹脂的研究，該樹脂昵稱 “聚酯共價適應性網絡”（PECAN），專門用于風電葉片制造。PECAN 據稱為糖基來源，可通過化學工藝回收，且性能已被證明與行業標準樹脂相當。研究人員通過制造 9 米長的原型葉片測試了該樹脂的可制造性。在歐盟，EOLIAN 是一個為期 3.5 年的多合作伙伴項目，于 2024 年 6 月啟動，目標是開發新一代智能、可持續的風機葉片，具有更長的使用壽命、更高的可靠性和可持續性。EOLIAN 葉片預計可修復、可回收，并集成傳感器以實現結構健康監測（SHM），包括將可回收的 vitrimer 樹脂與天然玄武巖纖維結合，替代玻璃纖維。

替代風能系統

值得一提的是，除了傳統渦輪機外，其他基于風能的能源系統也在開發中，包括所謂的空中風能（AWE）系統。這些系統使用系留在地面站的風箏或無人機，以螺旋或 “8” 字形軌跡運動，捕捉高空風能。愛爾蘭戈爾韋的復合材料技術實驗室（CTL）是參與這一領域研究的公司之一，其開展的 “愛爾蘭空中風能風箏”（HAWK）項目由愛爾蘭可持續能源管理局（SEAI）資助。在 HAWK 項目中，CTL 及其合作伙伴正致力于解決 AWE 開發和認證中的挑戰，包括材料、產品安全 / 法規、技術可行性以及開發有效的供應鏈。

二、太陽能應用中的復合材料技術進展與多元場景實踐

1.聚光太陽能發電廠（CSP）的高溫難題與陶瓷基復合材料（CMC）的解決方案

聚光太陽能發電廠（CSP）的核心原理是通過鏡面定日鏡匯聚陽光，加熱熔鹽以儲存能量。然而，其運行中產生的超 700°C 高溫會導致金屬等傳統材料性能下降，成為技術發展的主要挑戰。

非營利研究機構SRI（美國加利福尼亞州門洛帕克）長期致力于陶瓷基復合材料（CMC）的研發，目前正參與美國能源部（DOE）項目，優化 CMC 在太陽能與儲能領域的應用。

傳統 CMC 生產依賴聚合物滲透熱解（PIP）工藝，需重復 10 次以上循環才能獲得致密材料，耗時數周甚至數月。而 SRI 開發的新工藝采用功能化苯并惡嗪前體樹脂負載陶瓷顆粒，與碳纖維結合后，預陶瓷坯體僅需一次熱解即可形成足夠致密的 CMC，生產周期縮短至3-5 天，成本降低 50%，且材料更耐高溫、熔鹽腐蝕及磨損。

2.輕量化太陽能電池板的復合材料創新

在便攜場景（如屋頂、船舶、衛星）中，太陽能電池板的輕量化至關重要，以下為典型案例：

Solarge 與 EconCore 的合作

荷蘭企業 Solarge 與 EconCore 于 2023 年推出全復合材料蜂窩太陽能電池板，采用圓形蜂窩夾層結構，可將屋頂太陽能裝置重量減輕65%，兼具輕量化與結構強度。

Levante 的再生碳纖維技術

意大利初創公司 Levante 開發了集成再生碳纖維（rCF）、熱塑性塑料和硅電池的便攜式太陽能電池板，2024 年底推出標準化產品線，兼顧便攜性與耐用性。其歐盟資助項目還計劃引入生物基樹脂和曲面設計，適配汽車車頂等曲面場景。

衛星太陽能電池陣列的復合材料應用

Kerberos Engineering：使用 TeXtreme 0/90 編織碳纖維鋪展絲束織物制造可展開衛星太陽能陣列，資源消耗減少 90%，鋪層精度與堅固性顯著提升。

Airborne Aerospace：2024 年 12 月宣布為 MDA Space 的 Aurora 衛星 Sparkwing 太陽能陣列提供 200 余塊高精度復合基板，單陣列光伏面積超 30 平方米，機翼結構由復合材料支架支撐。

NASA ACS3 太陽帆：采用柔性聚合物與碳纖維吊桿系統，可折疊發射并展開，利用光子能量推動航天器，計劃 2024 年夏季發射。

3.核心突破與趨勢

高溫材料革新：SRI 的 CMC 工藝突破傳統制造瓶頸，為 CSP 的高效穩定運行提供材料支撐。

輕量化與可持續性：再生碳纖維、生物基樹脂等材料的應用，推動太陽能技術向便攜化、環?；l展。

航天場景延伸：復合材料在衛星陣列與太陽帆中的應用，展現了其在極端環境下的性能優勢，拓展了太空能源領域的可能性。

三、河流、潮汐和波浪能技術

如今，有多種河流或潮汐渦輪技術已實現商業化或正在開發中，其中許多技術采用復合支柱、翼型或其他復合材料，以實現最高效率和耐用性。其中之一是英國布里斯托爾 Proteus Marine Renewables 公司的AR1100潮汐渦輪機，該公司于2025年3月宣布，該渦輪機在日本鳴門海峽成功開發，可產生1.1兆瓦的清潔能源。據說，AR1100潮汐渦輪發電機的特點是帶有三個復合葉片的水平軸轉子，旨在潮汐流中實現最佳效率。

另一個例子是美國緬因州波特蘭的 Ocean Renewable Power Co.（ORPC），該公司制造用于河流的流體動力發電機，稱為RivGen系統，由合作伙伴美國俄亥俄州米亞米斯堡的 Hawthorn Composites制造的玻璃纖維復合支柱和碳纖維復合翼型提供支持。該公司已安裝多個商業系統，為偏遠地區提供清潔能源，并繼續擴大生產規模。

ORPC 同時正在開發和測試下一代系統，包括其技術的海洋版本，首先通過歐盟資助的 CRIMSON 項目，在該項目中建造并測試了一個帶有 5 米翼型的系統，并繼續由貝爾法斯特女王大學領導的名為 X - Flow 的項目。2024 年 11 月，ORPC 宣布其位于愛爾蘭都柏林的站點已成功將一臺海洋流體動力渦輪機部署到北愛爾蘭的斯特蘭福德湖潮汐測試場。X - Flow 項目的下一階段將包括在一系列運行條件下對渦輪機進行測試和監控。

2025年4月，ORPC 愛爾蘭合作伙伴愛爾蘭戈爾韋的éireComposites宣布，它將與ORPC 和戈爾韋大學的先進可持續制造與材料工程（ASMME）小組一起，領導一個新的TidalHealth 項目，旨在將 CFRP（碳纖維增強聚合物）潮汐渦輪機翼型與3D打印光纖傳感器集成，實現這些系統的連續健康監測（SHM）。

另一種有前景的海洋能源技術是波浪能轉換器（WEC），這是一種利用海浪運動發電的裝置。各種類型的 WEC 已經被開發出來，其中許多概念的工作方式與水力渦輪機類似：一個柱狀、葉片狀或浮標狀的裝置位于水面上或水下，捕捉海浪作用于裝置產生的能量。然后，該能量被傳遞到發電機，轉化為電能。

一家廣泛使用復合材料技術的WEC開發商是瑞典斯德哥爾摩的 CorPower Ocean，該公司報告稱，自 2012 年成立以來，已從公共和私人投資者那里獲得了9500萬歐元的資金，并在瑞典、挪威、葡萄牙和蘇格蘭開展了業務，計劃擴展到美國。該公司已成功展示了四代浮標式 WEC，目標是實現商業化。該公司目前正在開展多個項目，證明其 WEC 的抗風暴能力和高效發電能力，包括其首個全尺寸 WEC 原型 C4，該原型于2021年部署進行海洋試驗，其特點是由纖維纏繞 GFRP（玻璃纖維增強復合材料）制造的直徑9米的球形船體。

四、復合材料在石油和天然氣領域的應用

復合材料固有的耐腐蝕性和輕質特性，使其在多種井口保護部件、水力壓裂（fracking）用壓裂塞、海上油氣管道等領域逐步替代金屬材料。復合材料還可作為高效、耐腐蝕的解決方案，用于現有管道的修復。

近年來，在海上油氣管道領域，荷蘭艾默伊登的 Strohm B.V. 公司（前身為 Airborne Oil & Gas）和英國樸茨茅斯的 Magma Global Ltd. 等企業已率先推動熱塑性復合管（TCP）的開發與認證，以替代海上管道中的金屬材料。2023年11月，Strohm 宣布其深水 TCP 出油管 / 跨接管技術通過挪威船級社（DNV）認證，隨后在2024年多次宣布相關安裝項目和新合同。2025 年初，該公司報告稱與挪威斯托德的海底連接系統供應商 Unitech Offshore 簽署了一項新諒解備忘錄（MOU），旨在開發端到端的海底跨接管連接解決方案——通過與 Strohm 的TCP端接頭集成，該方案不僅安裝更簡便，還可實現無法蘭連接。此外，該公司還推出了TCP Designer，這是一款基于網絡的工具，可幫助客戶更快捷、輕松地設計定制化 TCP。

五、用于氫氣運輸的TCP

各公司也在調整TCP以用于氫氣運輸。例如，2024年2月，Strohm宣布其TCP已在德國Tüv-Süd完成了一項氫氣測試項目。 

Hive Composites（英國拉夫堡）是一家專門為氫氣應用開發TCP系統的公司。據CW的Stewart Mitchell報道，Hive Composites的TCP系統內外層均采用高密度聚乙烯(HDPE)制成，并添加了玻璃纖維增強聚合物(GFRP)和其他專用阻隔材料。該系統可連續制造，長度可達1.2公里，直徑為2至6英寸，設計工作壓力高達100巴。

Hive Composites 聲稱，TCP 在材料、制造和運輸方面的全球變暖潛能值比同等鋼管低四倍以上，TCP 的運營和退役排放量約低 60-70%。

六、陶瓷基復合材料（CMC）助力核聚變

根據國際能源署（IEA）的數據，2024 年全球新增核電裝機容量超過 7 吉瓦，較 2023 年增長 33%。

人們對在核電站組件中使用陶瓷基復合材料（CMC）的興趣日益濃厚，尤其是為了滿足正在開發的下一代聚變反應堆的高溫需求。《復合材料世界》（CW）的金杰·加德納（Ginger Gardiner）解釋道：“盡管核聚變發電還需數十年時間，但其潛力巨大 —— 每公斤燃料產生的能量是裂變（當前核電站）的四倍，幾乎是燃燒石油或煤炭的四百萬倍，而且不產生任何碳排放。”（參見《復合材料重塑能源》）

例如，英國國家復合材料中心（NCC，位于布里斯托爾）正在開發用于未來聚變反應堆的碳化硅陶瓷基復合材料（SiC/SiC）。據報道，SiC/SiC 材料具有損傷容限高、抗輻射能力強的特點，工作溫度可達 1600°C。其應用有望使聚變反應堆在更高溫度下運行，從而提高熱效率，進而提升商業可行性。

先進核反應堆中的燃料棒包殼、堆芯和堆芯結構都是由GA-EMS的SiGA制造的，這是一種高科技CMC，可以承受目前反應堆中使用的金屬部件的兩倍以上的溫度。

NCC 于 2023 年宣布，將其在該領域的專業知識投入到由英國原子能管理局（UKEA，位于阿賓登）領導的 HASTE-F 項目中，目標是在 SiC/SiC 反應堆組件的制造 scalability（可擴展性）、可成型性和性能方面取得進展。

在美國，通用原子電磁系統公司（GA-EMS，位于加利福尼亞州圣地亞哥）也在開發碳化硅材料及碳化硅復合泡沫，用于核燃料棒包殼和聚變電廠的其他應用。2024 年，該公司獲得了美國能源部科學辦公室的一份三年期合同，以開發這些材料的可擴展、具成本競爭力的制造路徑。

GA-EMS 報告稱，其 SiGA 高科技工程陶瓷基復合材料可制成復雜的平面、管狀和定制幾何形狀，且成品 SiGA 復合材料在高達 1600°C 以上的高溫輻照下仍能保持強度和穩定性。

2024 年 10 月，GA-EMS 宣布已實現一個項目里程碑，初步開發了四個數字孿生性能模型，以支持其技術并加速認證和許可流程。2024 年 12 月，該公司報告稱，其 SiGA 燃料棒樣品在愛達荷國家實驗室（INL，位于美國愛達荷瀑布）成功完成了第一輪測試。

此外，CW 的加德納還報道了德國格斯特霍芬的 BJS 陶瓷與 BJS 復合材料公司。該公司生產自有品牌的碳化硅纖維 Silafil，并將該纖維和碳纖維用 Silafil 陶瓷前體聚合物作為基體進行滲透，以制造 Keraman 陶瓷基復合材料及零件。

盡管核聚變反應堆在未來幾年可能還有很長的路要走，但復合材料的優勢現在是、并將繼續是核能、可再生能源和傳統油氣能源應用的關鍵推動因素。作為復合材料先進技術的展示平臺JEC展會是每一位復材人不可錯過的國際盛會，2026年中國復合材料工業協會作為JEC官方合作伙伴，歡迎各位行業同仁與協會一起“走出去”，見證復合材料的先進技術在能源行業的新應用。