在海洋能源开发中的应用

1.海上风力发电

海上风电资源丰富，是未来发展的重要领域，也是风电技术最先进、需求最大的领域。中国的海岸线长约1800公里，有6000多个岛屿。东南沿海和海岛地区风能资源丰富，易于开发。近年来，大力推进海上风电发展得到了相关部门的支持。风力涡轮机叶片重量的90%以上由复合材料制成。海上风力大，功率高，必然要求叶片更大，比强度和耐久性更好。显然，碳纤维复合材料能够满足发展大型化、轻量化、高性能、低成本发电叶片的要求，比玻璃纤维复合材料更适合海洋应用。

碳纤维复合材料在海上风力发电中具有明显的优势。碳纤维叶片质量低，刚性高，模量是玻璃纤维制品的3 ~ 8倍。海洋环境，湿度大，气候多变，风扇24小时工作。叶片抗疲劳性能好，能更好地抵御恶劣天气；提高了叶片的气动性能，降低了塔架和轴上的载荷，使风机的输出功率更加平稳均衡，提高了能效；利用碳纤维的导电性和特殊的结构设计，可以有效避免雷电对叶片的损坏。降低风力涡轮机叶片的制造和运输成本；具有减振特性等。  

2.水下油气田

近年来，碳纤维复合材料在海洋油气开发中得到了广泛应用。海洋环境中的腐蚀、水下暗流引起的高压和强剪切对材料的耐蚀性、强度和疲劳性能提出了严格的要求。碳纤维复合材料在海上油田开发中的轻质、耐用、耐腐蚀等方面具有明显优势:水深1500米的钻井平台钢制系泊缆重量约为6500吨，碳纤维复合材料的密度是普通钢的1/4。如果用碳纤维复合材料代替部分钢材，钻井平台的载荷将显著降低，平台的建造成本也将节省。抽油杆的往复运动容易因管外海水压力与管内压力不平衡导致材料疲劳断裂，而碳纤维复合材料可以解决这一问题。由于海水环境耐腐蚀，在海水中的使用寿命比钢长，服役深度更深。

碳纤维复合材料可用作生产井管、抽油杆、储罐、海底输油管道、甲板和油田钻井平台的其他部件。制造工艺分为拉挤工艺和湿法缠绕工艺。拉挤成型法通常用于普通管和连接管。缠绕法一般用于储罐和压力容器的表面，也可用于各向异性柔性管道中，碳纤维复合材料以特定角度缠绕排列在铠装层中。

碳纤维复合材料制成的连续抽油杆是一种类似薄膜的带状结构，具有良好的柔韧性。它于20世纪90年代在美国产生和应用。它是以碳纤维为增强纤维，不饱和树脂为基体材料，经高温交联固化，采用拉挤工艺生产而成。2001年至2003年，碳纤维抽油杆和普通钢抽油杆作为试点项目在中国纯梁油田使用。使用碳纤维抽油杆可以明显增加产油量，降低电机负荷，节约能源。而且碳纤维复合抽油杆比钢质抽油杆更耐疲劳、耐腐蚀，更适合海底油田的开发。