海上风力发电机全球专利预警分析及应对策略.pdfVIP

海上风力发电机全球专利预警分析及应对策略 行业调查报告 2011-3-1 1 概述 目前，国际风电的发展正在从陆上转移到海上，欧洲及美国等发达国家都先后 制定了宏大的海上风电发展计划。越来越多的风机厂商开始研发大功率海上风机。 然而，对于海上风机的设计及销售，必须要考虑到目前国际上该领域的专利技术情 况，及时规避专利侵权风险，为风机企业进军国际市场提供切实保证。 国际上对海上风电的研究与开发始于上世纪九十年代，经过十多年的发展，海 上风电技术正日趋成熟，并开始进入大规模开发阶段。发展海上风电比陆地风电具 有以下几大优势：发电功率更高，功率更稳定，年运行时间更长，环境限制更少。 海上风电具有广阔的市场前景，吸引了越来越多的厂商的加入，不过长期以来高额 的成本与技术的难关也制约了其发展。 海上风电机组的设计原理与陆地风电机组相同，不过由于海床的地质结构、离 岸距离、海风、海浪、冰等的复杂因素的影响，其基础结构必须根据不同的载荷环 境进行设计。综合各种载荷情况，海上风机的设计要求更大的风载贡献、更多的动 态响应、更高的非线性相应、疲劳载荷控制、可接受较低的安全系数等。 海上风力机组具有比陆上风力机组更大的功率和形制，控制方式多采用变速恒 频控制，叶片的轻量化、高强度要求也高于陆上风机。 DNV(挪威船级社)规范将海上风电场的基础结构形式按照配置方法划分为：桩承 基础结构、重力式基础结构、桶形基础结构、系泊浮式结构。根据它们结构外形又 可分为5 种基本类型：单立柱结构、三腿导管架结构、四腿导管架结构、重力式结 构、浮式结构。 海上风电场与陆上电网之间的电缆连接采用高压交流或者是高压直流输电方 式。高压直流连接又有两种方式：基于线性整流换流器的高压直流输电（LCC-HVDC） 和基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC），后者又被称为轻型高压直流输 电。 我国海上风电的开发起步晚，但近年在政策的激励下发展迅速。2009 年9 月 初，由华锐风电承建的上海东海大桥风电场的首批3 台风力机已成功并网发电，这 也标志着我国正式迈入了海上风电时代。 江苏省机械制造业发达，初步形成了从整机组装、部件制造到塔筒制造的产业 链，目前世界单期规模最大的风电项目——东台20 万千瓦风电特许权项目已开工建 设，大丰、如东、响水、滨海、射阳、南通等多个风电项目已启动或获准建设。技 术也越来越多的被应用到其中。从中长期来看，直驱式和半直驱式传动系统具有结 构更简单，更易于维护的特点，它们将在今后的特大型风机中占有更大比例。另外， 随着新式传动系统广泛应用，利用永磁体的励磁技术也将令海上风力机的变速恒频 发电系统更为高效稳定。 此外，海上风电对大型化叶片材料的要求也越来越高，密度小、强度大、刚性 稳定、耐腐耐蚀的碳纤维复合材料，将更为广泛的应用到大型叶片的制造中。越来 越多的夹层结构也被应用到叶片设计之中，使得叶片的坚固性、疲劳特性以及防腐 性能等均得到提高；随着海上风电场向着远海区域拓展，用于风电的海上平台技术 也日益成熟，新型的基础结构，如混合型塔筒、浮动式基座，也是今后海上风电的 重要发展方向；传统的交流输电方式已无法满足风场规模日益的扩大、传输距离的 增加，高压直流输电将会陆续被采用并显示出其优势。 3 技术难点 海上风电在繁荣的发展背后也暗藏很多风险，海上风电场电力传输和接入网的 技术、建设和维护的技术与高额费用、海上的高盐雾腐蚀、高湿度环境和台风、海 浪袭击等恶劣环境都是全球风电厂商面临的难题，更是今后海上风电产业攻关的重 点。要解决这些难题，就必须在设计阶段通过提高机组的可靠性、易安装和易操作 性来降低相应的成本。 复杂而庞大的机械结构造价不菲，而这又往往是海上风力机频繁故障的重要诱 因，特别是传统的齿轮传动系统令海上风电场的维护成本大大增加。 在风电机组基础结构设计中通常计算其极限强度，但是对系统的动力响应和疲 劳问题却难以评估。基础结构与风电机组及塔架组成的系统动力特性是否满足环境 荷载条件，缺乏有效的办法进行模拟仿真。 海上风电场施工条件比陆地上困难，一般移动平台不适合在较深海域淤泥中作 业，在大型部件的吊装时难以精确定位。 海上风电并网传输距离