全球海上風(fēng)電專利發(fā)展研究

【摘要】海上風(fēng)電技術(shù)是當(dāng)前風(fēng)電發(fā)展的熱點(diǎn)，代表了風(fēng)電發(fā)展的前沿和趨勢(shì)。本文對(duì)全球海上風(fēng)電專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究了專利總量、生命周期、技術(shù)領(lǐng)域、主要國(guó)家和機(jī)構(gòu)等，并就中國(guó)海上風(fēng)電專利的發(fā)展?fàn)顩r提出了若干建議。

【關(guān)鍵詞】海上風(fēng)電；專利；技術(shù)領(lǐng)域

【中圖分類號(hào)】G306 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2012）09-0051-02

海上風(fēng)電以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)引領(lǐng)著風(fēng)電發(fā)展的未來(lái)，代表了國(guó)際前沿的風(fēng)電發(fā)展水平。世界各主要國(guó)家和地區(qū)都十分重視海上風(fēng)電的開發(fā)和利用，以更加高效、大規(guī)模地發(fā)展風(fēng)電，廣泛應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)，并采用大容量風(fēng)機(jī)建設(shè)大規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng)，帶動(dòng)了海上風(fēng)電專利的迅猛發(fā)展。

一、國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r

（一）全球海上風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r

全球海上風(fēng)電從1990年起步，到2010年底，已建成43個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)，安裝了1339臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，總?cè)萘窟_(dá)到366.6萬(wàn)千瓦。2010年，全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)144.4萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)110%，占全球風(fēng)電新增裝機(jī)的3.7%。

1.歐洲

近幾年，歐洲海上風(fēng)電開始了較大規(guī)模的開發(fā)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年歐盟新增海上風(fēng)電裝機(jī)約90萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量約300萬(wàn)千瓦，在建和已獲得許可的建設(shè)規(guī)模超過(guò)2000萬(wàn)千瓦。

其中，英國(guó)已建成的裝機(jī)容量為130萬(wàn)千瓦，最近又制定了規(guī)模宏偉的海上風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)。法國(guó)在日本福島核危機(jī)爆發(fā)后加快了海上風(fēng)電的發(fā)展步伐，將啟動(dòng)價(jià)值100億歐元的海上風(fēng)電國(guó)際招標(biāo)，總規(guī)模300萬(wàn)千瓦。

2.美國(guó)

美國(guó)積極開發(fā)建設(shè)海上風(fēng)電，2010年批準(zhǔn)在馬薩諸塞州建設(shè)百萬(wàn)千瓦級(jí)海上風(fēng)電項(xiàng)目。今后5年，將投資5050萬(wàn)美元發(fā)展海上風(fēng)能技術(shù)研發(fā)和環(huán)境研究。根據(jù)規(guī)劃，2020年美國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)1000萬(wàn)千瓦。

（二）中國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r

中國(guó)大陸海岸線長(zhǎng)18000公里，可利用海域面積300多萬(wàn)平方公里，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約為7.5億千瓦，遠(yuǎn)大于陸上風(fēng)電。

1.行業(yè)發(fā)展

近年來(lái)，中國(guó)在推進(jìn)陸上風(fēng)電快速發(fā)展的同時(shí)，也積極發(fā)展海上風(fēng)電?？傮w上而言，與陸上風(fēng)電高速發(fā)展相比，中國(guó)的海上風(fēng)電尚處于起步和探索階段。目前，中國(guó)的海上風(fēng)電裝機(jī)容量占風(fēng)電總裝機(jī)的比例不到1%。2010年，世界海上風(fēng)電裝機(jī)350萬(wàn)千瓦，中國(guó)現(xiàn)在只占4%左右。

2.存在問(wèn)題

雖然我國(guó)海上風(fēng)電有了一個(gè)良好開端，但有許多問(wèn)題有待研究解決：一是基礎(chǔ)工作薄弱。海上風(fēng)能資源評(píng)價(jià)工作尚未系統(tǒng)開展，海洋水文測(cè)量、海底地質(zhì)勘查工作也很薄弱。二是技術(shù)支撐薄弱。適宜海上風(fēng)電建設(shè)的5兆瓦及以上大容量機(jī)組還處于測(cè)試和試運(yùn)行階段。三是產(chǎn)業(yè)鏈尚未建成。海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈存在很多“短腿”。四是管理上協(xié)調(diào)銜接不夠，需要各部門加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。

3.發(fā)展規(guī)劃

根據(jù)國(guó)家《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，我國(guó)將通過(guò)示范項(xiàng)目建設(shè)帶動(dòng)海上風(fēng)電技術(shù)和裝備的進(jìn)步，為海上風(fēng)電大規(guī)模建設(shè)打好基礎(chǔ)。“十二五”期間，在重點(diǎn)開發(fā)建設(shè)河北、江蘇、山東海上風(fēng)電的基礎(chǔ)上，加快推進(jìn)上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等沿海區(qū)域海上風(fēng)電的規(guī)劃建設(shè)。

沿海各省市在海上風(fēng)電發(fā)展中更為雄心勃勃。根據(jù)已完成規(guī)劃的各省初步目標(biāo)，上海、江蘇、浙江、山東、福建等省2015年海上風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)約1010萬(wàn)千瓦。

（三）海上風(fēng)電發(fā)電機(jī)技術(shù)

海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與陸地相似，包括風(fēng)能捕獲、能量轉(zhuǎn)換、能量傳輸和控制系統(tǒng)部分。但海上風(fēng)場(chǎng)要克服強(qiáng)風(fēng)載荷、腐蝕和波浪沖擊等特殊環(huán)境的影響，因此不能直接采用陸地風(fēng)電技術(shù)。

1.發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在兩大技術(shù)路線。

（1）雙饋式。雙饋式發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性高、風(fēng)能利用率高、并網(wǎng)安全便捷，但齒輪箱的存在使故障率較高從世界風(fēng)電機(jī)組使用來(lái)看，85%以上是齒輪增速型機(jī)組，包括2兆瓦、2.3兆瓦、3兆瓦、3.6兆瓦、5兆瓦等各級(jí)別機(jī)型。

（2）直驅(qū)式。直驅(qū)永磁機(jī)組由于省去了成本較高的齒輪箱，具有低轉(zhuǎn)速、高效率、高功率、單機(jī)容量大、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性好以及后期維護(hù)成本小等優(yōu)點(diǎn)。

——直驅(qū)永磁風(fēng)機(jī)。永磁發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用釹鐵硼磁性材料，占直驅(qū)永磁風(fēng)機(jī)原材料的50%。

——?jiǎng)?lì)磁直驅(qū)技術(shù)。該技術(shù)不會(huì)受制于永磁體，且具有切入風(fēng)速小、方便實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的低電壓穿越功能等優(yōu)勢(shì)，且不用擔(dān)心永磁體退磁的問(wèn)題。

這兩種技術(shù)目前正有逐漸融合之勢(shì)，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)已經(jīng)開始生產(chǎn)兼顧兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)的半直驅(qū)風(fēng)機(jī)。

2.發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)就安裝結(jié)構(gòu)而言，可分為兩種類型：一種是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，葉片安裝在水平軸上；另一種是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪軸是垂直布置的，由葉片帶動(dòng)垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再去帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

以大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)例，發(fā)電機(jī)主要由塔架、風(fēng)輪、機(jī)艙以及控制系統(tǒng)等部件構(gòu)成。

塔架是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝支撐，一般有型鋼桁架結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、圓錐型鋼管焊接并組裝而成的3種結(jié)構(gòu)。

風(fēng)輪一般是由2～3個(gè)葉片裝在輪轂上組成，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)接受風(fēng)能的部件。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片直徑都在60m以上，有的甚至到100多米。

機(jī)艙是風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要的傳動(dòng)、控制、發(fā)電部分，由增速器、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、調(diào)速裝置和發(fā)電機(jī)等構(gòu)成。

3.風(fēng)電機(jī)組規(guī)模趨勢(shì)

風(fēng)電機(jī)組技術(shù)正向一體化、大型化方向發(fā)展。大功率機(jī)組不僅能夠提高風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，還可降低風(fēng)力發(fā)電的單位功率造價(jià)，進(jìn)而降低風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)成本，從而提高風(fēng)電的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

如今風(fēng)電機(jī)組制造商都在開發(fā)5-10MW的大型機(jī)組，歐洲市場(chǎng)有幾家開發(fā)商已經(jīng)研發(fā)成功5MW海上風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組的配套裝備也在向大型化發(fā)展。

我國(guó)將瞄準(zhǔn)國(guó)際海上風(fēng)電先進(jìn)技術(shù)水平，主要使用單機(jī)容量5兆瓦以上機(jī)組，潮間帶項(xiàng)目單機(jī)容量不低于2兆瓦。在資源條件充足地區(qū)，單個(gè)項(xiàng)目原則上不低于50萬(wàn)千瓦。

二、全球海上風(fēng)電專利狀況

本報(bào)告以研究海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)為檢索對(duì)象，按照表中的檢索策略，在SOOPAT數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到專利7012條（截止到2011年12月31日）。