纖維增強(qiáng)塑料 (Fibre-reinforced plastics，F(xiàn)RPs)是以塑料樹脂為基體，玻璃纖維、碳纖維和其他纖維作為增強(qiáng)體得到的一種復(fù)合材料。樹脂基體有兩種主要形式：熱固性樹脂和熱塑性樹脂，其中熱固性樹脂可形成不可逆的固體聚合物，最常用于制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，而熱塑性塑料可重新熔融和回收利用。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于如車輛部件、車門、浴缸和風(fēng)力渦輪機(jī)葉片等領(lǐng)域。
從環(huán)境保護(hù)的角度來看，F(xiàn)RP材料在產(chǎn)品的使用階段具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗p質(zhì)、堅(jiān)固、耐用。例如，它可以減輕車輛的重量，減少燃料消耗，從而減少溫室氣體排放。FRP對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)越來越大的葉片來說也至關(guān)重要，因?yàn)殇撝迫~片重量驚人，效率更低，而且非常昂貴。
2019年，全球海上風(fēng)電裝機(jī)量為29.1GW，目前歐洲是最大的市場(chǎng)（占所有海上風(fēng)電的 75%），其中英國海上風(fēng)電裝機(jī)量9.6GW、占比33%，德國海上風(fēng)電裝機(jī)量7.6GW、占比26%，其次是中國海上風(fēng)電裝機(jī)量6.7 GW、占比23%。北美目前僅運(yùn)營(yíng) 30 MW，雖然這一數(shù)字預(yù)計(jì)將在接下來的幾年中增長(zhǎng)，全球各區(qū)域海上風(fēng)電裝機(jī)量如下圖1所示（來源：Global Offshore Wind Farms Database | 4C Offshore.16-Nov-2020）。
圖1 全球海上風(fēng)電裝機(jī)量
對(duì)于陸上風(fēng)電裝機(jī)量，目前按裝機(jī)容量排名前五位的國家依次是英國、德國、中國、丹麥和比利時(shí)。陸上安裝了超過621GW的電力，其中中國為230GW，占比高達(dá)37%，而美國陸上裝機(jī)總量為106GW、占比17%，隨后是印度、西班牙和瑞典等（如下圖2所示，來源J Lee and F Zhao,GWEC Global Wind Report 2019,Wind Energy Technol., p.78, 2020）。
圖2 全球陸上風(fēng)電裝機(jī)量
圖3顯示了2001-2019年全球陸上和海上裝機(jī)量發(fā)展趨勢(shì)，從圖中可以看出近年來尤其是最近3年復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)9%（來源：J Lee et al., Global Offshore Wind Report 2020, 2020）。
圖3 全球風(fēng)力渦輪機(jī)安裝率（安裝 GW/年）
圖4、圖5分別顯示了2020-2050年全球海上、陸上風(fēng)電裝機(jī)量發(fā)展趨勢(shì)，從圖中可以看出無論是海上裝機(jī)量亦或是陸上裝機(jī)量，在未來一段時(shí)間內(nèi)均會(huì)出現(xiàn)快速的增長(zhǎng)。
圖4 2020-2050年全球海上風(fēng)電裝機(jī)量預(yù)測(cè)
圖5 2020-2050年全球陸上風(fēng)電裝機(jī)量預(yù)測(cè)
目前全球風(fēng)能領(lǐng)域使用了 250 萬噸復(fù)合材料。據(jù)估計(jì)，每MW電力需要 12-15 噸玻璃纖維增強(qiáng)塑料。玻璃纖維增強(qiáng)塑料 (GFRP) 占全球 750 億美元復(fù)合材料市場(chǎng)的大部分。僅在歐洲，每年的產(chǎn)量就超過 100 萬噸，其中建筑、基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸部門占比接近 70%。
就碳纖維增強(qiáng)塑料 (CFRP) 而言，在過去十年(2010–2020)全球需求增長(zhǎng)了兩倍，達(dá)到 160,000 噸左右。風(fēng)能目前已經(jīng)成為占比最大的行業(yè)，占全球?qū)FRP需求的 24%，超過航空航天 (23%)、體育 (13%) 和汽車 (10%) 行業(yè)（圖6）。
圖6 全球碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域占比情況
但是，就價(jià)值而言，風(fēng)電行業(yè)僅占全球市場(chǎng)的 4%（7.72 億英鎊）（見圖7 ），其主要原因在于風(fēng)電行業(yè)中使用的碳纖維大多為低成本且質(zhì)量普通的碳纖維。
圖7 全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模
未來30年隨著全球陸上、海上裝機(jī)量增強(qiáng)，風(fēng)電行業(yè)對(duì)FRP復(fù)合材料需求將會(huì)進(jìn)一步大幅增長(zhǎng)。根據(jù)最新市場(chǎng)分析報(bào)告，2020年全球碳纖維需求中風(fēng)電葉片總需求達(dá)到3萬噸，占全球碳纖維總需求的29%；而與國外相比，我國風(fēng)電葉片用碳纖維的需求更是高達(dá)2萬噸，同比增長(zhǎng)44.9%，占全國碳纖維需求總量的40.9%。
為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電行業(yè)對(duì)低成本碳纖維需求，今年6月10日Zoltek公司宣布將擴(kuò)大其位于墨西哥瓜達(dá)拉哈拉工廠的碳纖維生產(chǎn)能力。通過擴(kuò)大運(yùn)營(yíng)，主要用于風(fēng)電行業(yè)的——ZoltekPX35碳纖維全球總產(chǎn)能有望達(dá)到至2.8萬噸/年。
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