能源领域是复合材料用量最大的终端市场之一，复合材料既可以用于基于化石燃料的能源生产，比如：陆上和海上石油和天然气钻探的井口部件和管道，也可以用于可再生能源应用，如风力涡轮机叶片和短舱，以及水力发电和潮汐涡轮机叶片。尤其是风力涡轮机叶片，通常使用玻璃纤维复合材料制造，而现在又越来越多地用拉挤碳纤维复合材料翼梁帽加固，使其仍然是复合材料的巨大消费领域。
当然，不断变化的全球能源格局对所有这些部件的制造都产生了影响。在总部位于法国巴黎的国际能源署（IEA）发布的《2023年世界能源展望》报告中，由于地缘政治紧张局势、全球经济不稳定等原因，能源世界仍然脆弱，但与此同时，清洁能源经济的出现为前进的道路提供了希望。
政府主导的碳排放减排目标和以可再生能源为重点的倡议，如欧洲的REPowerEU和美国的《通胀削减法案》（IRA），也激励人们从化石燃料转向可再生能源。根据上述报告，自2020年以来，清洁能源的投资增长了40%；而根据2023年10月发布报告，到2023年底，可再生能源发电量将增加500吉瓦(GW)以上，这是一个新的记录，报告里也指出，新增的发电量以太阳能为首。
在美国，总部位于美国华盛顿特区的美国清洁电力协会（American Clean Power Association, ACP）在其最新的2023年第三季度《清洁能源季度市场报告》中称，目前清洁电力容量已超过243GW，占总发电量的16%。与国际能源署类似，ACP报告称太阳能目前在可再生能源装置和正在开发的项目中都处于领先地位。在风能方面，大约15%的项目将集中在陆上风电，12%集中于海上风电。
风能：新的增长与挑战
总部位于比利时布鲁塞尔的全球风能理事会（GWEC）在其《2023年全球风能报告》中列举了未来几十年风能的预计增长以及该行业面临的挑战，包括通货膨胀和高能源成本、新冠肺炎疫情结束后能源供应链紧张、航运和物流瓶颈等。
尽管面临上述诸多挑战，GWEC报告称，2022年全球风电装机容量接近78吉瓦，达到了有记录以来的第三高。GWEC在其更有针对性的《2023年全球海上风电报告》指出，2022年是有史以来新增海上风电装机量第二高的一年，以中国为首，全球装机量为8.8吉瓦。
2023年，全球行业制造商还发布了许多与复合材料风电叶片和短舱生产有关的新进展，主要包括如下：
法国通用电气可再生能源公司延长了与美国风电叶片制造商TPI Composites公司的供应协议，并同意在TPI位于墨西哥华雷斯的工厂增加四条新的叶片生产线。
丹麦维斯塔斯公司公布了新的合作伙伴关系，如签署了一份谅解备忘录作为乌克兰基辅DTEK Tyligulska风电项目的一部分，将在乌克兰再建造384兆瓦。此外公司在美国还获得了新的重新供电订单。
西班牙西门子歌美飒可再生能源公司宣布计划在美国纽约建造一座新的海上机舱制造厂。
全球各大制造商也推出了几种新的风电叶片设计，如西门子歌美飒的SG 4.4-164大容量涡轮机和中国明阳智能能源的18-MW MySE 18.X-28X海上风电叶片，具有140米长的叶片。2023年10月，第一台GE13-MW Haliade-X海上风力涡轮机，经过3年的测试，开始在英国海岸的Dogger Bank风电场发电。
许多国家也宣布了海上风电的新战略。例如，2023年4月，美国能源部宣布发布其海上风能战略，全面总结了其为实现当前美国政府的目标所做的努力，即到2030年部署30吉瓦的海上风能，并使美国在2050年前实现110吉瓦或更多的目标。
一些新的海上开发项目包括在美国纽约海岸建造130兆瓦的South Fork风电场，在罗德岛海岸批准了丹麦Örsted和美国Eversource的704兆瓦Revolution Wind项目，计划中的奥兰能源岛项目旨在整合欧洲的海上风电和氢气生产，西门子歌美飒公司在波兰海岸宣布的1.5吉瓦海上项目等等。
风力叶片的回收再利用
在过去的几年里，暴露出来的另一个挑战是风力涡轮机叶片在其使用寿命结束(EOL)或由于重新供电项目而退役时需要更可持续的解决方案。目前，整个风电叶片供应链中的公司正在开发许多解决方案。一般来说，解决方案包括在风叶的EOL对风叶材料进行机械或化学回收，或者在某些情况下，将整个风叶重新用于其他用途，并努力设计使风叶本身更具可回收性。
西门子歌美飒公司于2021年率先将其可回收叶片推向海上风电市场，并于2022年7月在德国安装了首批叶片。同年，该公司还为陆上风电项目推出了一款新的可回收叶片。可回收叶片使用环氧树脂与印度Aditya Birla公司的可回收胺固化剂制成，这使树脂在叶片EOL时更容易与纤维分离。2023年2月拟在英国海岸附近的RWE索非亚风电场安装132个可回收叶片。
2023年，更多的原始设备制造商公布了叶片可持续发展计划，并承诺实现更可持续的风电叶片制造和退役。例如，2023年2月维斯塔斯风电系统公司宣布，它正在与合作伙伴CETEC、挪威Stena Recycling以及美国Olin合作，使用CETEC的化学工艺从叶片中回收纤维和环氧树脂。6月，维斯塔斯公司还宣布与丹麦弗雷德里克斯的Örsted公司建立可持续发展合作伙伴关系，旨在通过回收复合叶片材料和回收钢材采购净零风电场。
新的合作项目也在不断推出。2023年2月，通过整体方法从风叶行业智能拆卸、分拣和回收玻璃纤维增强复合材料（简写：REFRESH）项目启动，这是一个为期48个月的欧盟资助合作计划，旨在开发一种新的循环方法来拆卸和回收玻璃纤维复合材料风电叶片。此外，由欧盟共同资助的EoLO HUBs项目是一个为期48个月的新项目，汇集了18个合作伙伴，专注于拆卸叶片、推进热解和溶剂解技术以及开发回收纤维的处理方法。
此外，更多专注于风电叶片回收的公司不断涌现。新公布的公司包括位于美国爱荷华州锡达拉皮兹的REGEN Fiber，该公司旨在回收用于混凝土和砂浆行业的风叶材料；以及丹麦的Continuum Composites Recycling，该公司开发了一种将回收的叶片材料转化为室内建筑市场面板的方法。
风能领域用复合材料的研究与创新
为了应对风能市场各方面的挑战和增长，进入该领域的研发计划和初创公司的数量也在持续增长，从而带来了新的创新。例如，为了加快海上风力发电机组的部署，荷兰Tree Composites公司开发了一种玻璃纤维复合材料接头，用于将风力发电机组基础结构中的钢管构件连接在一起。该公司声称，这项技术可以取代资源繁重的焊接，显著减少运营前的排放，并将基础结构的生产能力提高100%。
2023年，全球领域公司取得的新进展还包括如下方面：
美国能源部（DOE）为与风电叶片制造项目相关的各种项目提供了总计3000万美元的资金，其中包括由美国普渡大学复合材料制造模拟中心（CMSC）领导的一个项目，该项目旨在使用大幅面碳纤维增强热塑性3D打印来实现风电叶片模具的自动化制造。
美国初创公司Xenecore利用其热塑性微球技术开发了碳纤维复合材料、单体结构、扇形风叶的原型设计。
美国风能科学、技术和研究中心与风电叶片制造商TPI Composites的一个合作项目，旨在使用数字智能优化风电叶片制造。
由德国Fraunhofer制造技术和先进材料研究所IFAM领导的OptiBlade项目开发了一种柔性可拉伸、可成型的脱模膜，旨在实现更快、无脱模剂的风电叶片制造。
除了风力叶片，许多公司正在开发或研究基于风筝的风能系统，其中一些使用复合材料。比如，Hibernian 机载风能风筝（Hibernian Airborne Wind Energy Kites，HAWK）是一个由爱尔兰复合材料测试实验室及其合作伙伴于2023年启动的为期2年的项目。而为期3年的ALMA项目，包括西门子歌美飒、荷兰Airborne和大学合作伙伴，旨在开发一种用于海上复合材料风力叶片铺设的自动化预成型机器人系统。
复合材料在其他可再生能源技术中的应用
在可再生能源领域，风力涡轮机叶片可能是复合材料的最大终端应用市场，但复合材料材料也用于其他可再生能源应用，如水力发电和潮汐涡轮机叶片，以及一些太阳能电池板组件。比如，美国海洋可再生能源公司（ORPC）制造了用于河流的水力发电机，称为RivGen Systems，由合作伙伴Hawthorn Composites制造的玻璃纤维支柱和碳纤维复合材料箔驱动，该公司已经安装了几个商业系统，为偏远地区提供清洁能源，有望继续扩大生产规模，同时还在开发下一代潮汐系统。
在研究方面，英国政府的工程和物理科学研究委员会（EPSRC）于2023年6月宣布向一个名为CoTide（提供可扩展潮汐流能源的Co-design）的项目投资700万英镑。该项目旨在通过使用复合材料开发潮汐流涡轮机系统，目标是实现成本效益高、可靠的潮汐能发电。
开发太阳能电池板的工作也在进行中，这些电池板得益于某些部件中使用了轻量化的复合材料。例如，在JEC World 2023上，荷兰EconCore与合作伙伴Solarge展示了一块重量轻65%的太阳能电池板，它用回收蜂窝和聚合物制成的复合材料产品取代了玻璃。
石油/天然气应用中的复合材料
虽然可再生能源的应用正在增长，但石油和天然气等传统化石燃料仍然是世界大部分地区的主导能源。与许多其他工业应用一样，复合材料固有的耐腐蚀性和重量轻，使得复合材料在各种井口保护部件、水力压裂用压裂塞、海上石油和天然气管道等方面比金属更受欢迎。
对于海上石油和天然气管道，近年来，荷兰Strohm和英国Magma Global等公司在热塑性复合材料管材(TCP)的开发和认证方面处于领先地位，以取代海上管道中的金属。2023年，Strohm宣布了多项用于海上石油管道的TCP跳线的新合同(包括与埃克森美孚的合同)，以及其用于深水采气管线或跳线的TCP管道的DNV资质认证。而Magma Global则继续扩大其用于海底石油和天然气钻井的碳纤维增强聚醚醚酮（PEEK）m型管的业务范围，包括2023年11月宣布与英国Element Materials Technology延长合作关系。
除了石油和天然气，像Strohm这样的公司声称，TCP可以成为公司能源转型的关键组成部分，在运输绿色氢气方面有应用。例如，2023年，Strohm宣布参与荷兰政府资助的OFFSET项目，该项目正在开发一个工业规模的浮动绿色氢和氨项目，并将使用Strohm的TCP进行氢运输。
此外，复合材料解决方案还可以作为高效、耐腐蚀的解决方案，用于现有管道的修复，这类似于复合材料作为公用事业和民用基础设施应用的修复或加固解决方案。 （来源：CW）
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