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在海洋能源開發中的應用

1.海上風力發電

海上風電資源豐富，是未來發展的重要領域，也是風電技術最先進、需求最大的領域。中國的海岸線長約1800公里，有6000多個島嶼。東南沿海和海島地區風能資源豐富，易于開發。近年來，大力推進海上風電發展得到了相關部門的支持。風力渦輪機葉片重量的90%以上由復合材料制成。海上風力大，功率高，必然要求葉片更大，比強度和耐久性更好。顯然，碳纖維復合材料能夠滿足發展大型化、輕量化、高性能、低成本發電葉片的要求，比玻璃纖維復合材料更適合海洋應用。

碳纖維復合材料在海上風力發電中具有明顯的優勢。碳纖維葉片質量低，剛性高，模量是玻璃纖維制品的3 ~ 8倍。海洋環境，濕度大，氣候多變，風扇24小時工作。葉片抗疲勞性能好，能更好地抵御惡劣天氣；提高了葉片的氣動性能，降低了塔架和軸上的載荷，使風機的輸出功率更加平穩均衡，提高了能效；利用碳纖維的導電性和特殊的結構設計，可以有效避免雷電對葉片的損壞。降低風力渦輪機葉片的制造和運輸成本；具有減振特性等。  

2.水下油氣田

近年來，碳纖維復合材料在海洋油氣開發中得到了廣泛應用。海洋環境中的腐蝕、水下暗流引起的高壓和強剪切對材料的耐蝕性、強度和疲勞性能提出了嚴格的要求。碳纖維復合材料在海上油田開發中的輕質、耐用、耐腐蝕等方面具有明顯優勢:水深1500米的鉆井平臺鋼制系泊纜重量約為6500噸，碳纖維復合材料的密度是普通鋼的1/4。如果用碳纖維復合材料代替部分鋼材，鉆井平臺的載荷將顯著降低，平臺的建造成本也將節省。抽油桿的往復運動容易因管外海水壓力與管內壓力不平衡導致材料疲勞斷裂，而碳纖維復合材料可以解決這一問題。由于海水環境耐腐蝕，在海水中的使用壽命比鋼長，服役深度更深。

碳纖維復合材料可用作生產井管、抽油桿、儲罐、海底輸油管道、甲板和油田鉆井平臺的其他部件。制造工藝分為拉擠工藝和濕法纏繞工藝。拉擠成型法通常用于普通管和連接管。纏繞法一般用于儲罐和壓力容器的表面，也可用于各向異性柔性管道中，碳纖維復合材料以特定角度纏繞排列在鎧裝層中。

碳纖維復合材料制成的連續抽油桿是一種類似薄膜的帶狀結構，具有良好的柔韌性。它于20世紀90年代在美國產生和應用。它是以碳纖維為增強纖維，不飽和樹脂為基體材料，經高溫交聯固化，采用拉擠工藝生產而成。2001年至2003年，碳纖維抽油桿和普通鋼抽油桿作為試點項目在中國純梁油田使用。使用碳纖維抽油桿可以明顯增加產油量，降低電機負荷，節約能源。而且碳纖維復合抽油桿比鋼質抽油桿更耐疲勞、耐腐蝕，更適合海底油田的開發。