全球海上风电专利发展研究

【摘要】海上风电技术是当前风电发展的热点，代表了风电发展的前沿和趋势。本文对全球海上风电专利进行统计分析，研究了专利总量、生命周期、技术领域、主要国家和机构等，并就中国海上风电专利的发展状况提出了若干建议。

【关键词】海上风电；专利；技术领域

【中图分类号】G306 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0051-02

海上风电以其独特的优势引领着风电发展的未来，代表了国际前沿的风电发展水平。世界各主要国家和地区都十分重视海上风电的开发和利用，以更加高效、大规模地发展风电，广泛应用新技术、新材料、新结构，并采用大容量风机建设大规模海上风电场，带动了海上风电专利的迅猛发展。

一、国内外海上风电发展状况

（一）全球海上风电发展状况

全球海上风电从1990年起步，到2010年底，已建成43个海上风电场，安装了1339台风电机组，总容量达到366.6万千瓦。2010年，全球海上风电新增装机144.4万千瓦，同比增长110%，占全球风电新增装机的3.7%。

1.欧洲

近几年，欧洲海上风电开始了较大规模的开发，据统计，2010年欧盟新增海上风电装机约90万千瓦，累计装机容量约300万千瓦，在建和已获得许可的建设规模超过2000万千瓦。

其中，英国已建成的装机容量为130万千瓦，最近又制定了规模宏伟的海上风电发展目标。法国在日本福岛核危机爆发后加快了海上风电的发展步伐，将启动价值100亿欧元的海上风电国际招标，总规模300万千瓦。

2.美国

美国积极开发建设海上风电，2010年批准在马萨诸塞州建设百万千瓦级海上风电项目。今后5年，将投资5050万美元发展海上风能技术研发和环境研究。根据规划，2020年美国海上风电装机将达1000万千瓦。

（二）中国海上风电发展状况

中国大陆海岸线长18000公里，可利用海域面积300多万平方公里，海上可开发和利用的风能储量约为7.5亿千瓦，远大于陆上风电。

1.行业发展

近年来，中国在推进陆上风电快速发展的同时，也积极发展海上风电。总体上而言，与陆上风电高速发展相比，中国的海上风电尚处于起步和探索阶段。目前，中国的海上风电装机容量占风电总装机的比例不到1%。2010年，世界海上风电装机350万千瓦，中国现在只占4%左右。

2.存在问题

虽然我国海上风电有了一个良好开端，但有许多问题有待研究解决：一是基础工作薄弱。海上风能资源评价工作尚未系统开展，海洋水文测量、海底地质勘查工作也很薄弱。二是技术支撑薄弱。适宜海上风电建设的5兆瓦及以上大容量机组还处于测试和试运行阶段。三是产业链尚未建成。海上风电产业链存在很多“短腿”。四是管理上协调衔接不够，需要各部门加强统筹协调。

3.发展规划

根据国家《新兴能源产业发展规划》，我国将通过示范项目建设带动海上风电技术和装备的进步，为海上风电大规模建设打好基础。“十二五”期间，在重点开发建设河北、江苏、山东海上风电的基础上，加快推进上海、浙江、福建、广东、广西和海南等沿海区域海上风电的规划建设。

沿海各省市在海上风电发展中更为雄心勃勃。根据已完成规划的各省初步目标，上海、江苏、浙江、山东、福建等省2015年海上风电规划装机约1010万千瓦。

（三）海上风电发电机技术

海上风力发电系统的结构组成与陆地相似，包括风能捕获、能量转换、能量传输和控制系统部分。但海上风场要克服强风载荷、腐蚀和波浪冲击等特殊环境的影响，因此不能直接采用陆地风电技术。

1.发电机驱动技术

目前，国内外风力发电机存在两大技术路线。

（1）双馈式。双馈式发电机稳定性高、风能利用率高、并网安全便捷，但齿轮箱的存在使故障率较高从世界风电机组使用来看，85%以上是齿轮增速型机组，包括2兆瓦、2.3兆瓦、3兆瓦、3.6兆瓦、5兆瓦等各级别机型。

（2）直驱式。直驱永磁机组由于省去了成本较高的齿轮箱，具有低转速、高效率、高功率、单机容量大、运行稳定、可靠性好以及后期维护成本小等优点。

——直驱永磁风机。永磁发动机一般采用钕铁硼磁性材料，占直驱永磁风机原材料的50%。

——励磁直驱技术。该技术不会受制于永磁体，且具有切入风速小、方便实现电网的低电压穿越功能等优势，且不用担心永磁体退磁的问题。

这两种技术目前正有逐渐融合之势，国内部分企业已经开始生产兼顾两种技术优势的半直驱风机。

2.发电机结构

风力发电机就安装结构而言，可分为两种类型：一种是水平轴风力发电机，叶片安装在水平轴上；另一种是垂直轴风力发电机，风轮轴是垂直布置的，由叶片带动垂直轴转动，再去带动发电机进行发电。

以大型水平轴风力发电机例，发电机主要由塔架、风轮、机舱以及控制系统等部件构成。

塔架是风力发电机的安装支撑，一般有型钢桁架结构、混凝土结构、圆锥型钢管焊接并组装而成的3种结构。

风轮一般是由2～3个叶片装在轮毂上组成，是风力发电机接受风能的部件。大型风力发电机的叶片直径都在60m以上，有的甚至到100多米。

机舱是风力发电机主要的传动、控制、发电部分，由增速器、联轴器、制动器、调速装置和发电机等构成。

3.风电机组规模趋势

风电机组技术正向一体化、大型化方向发展。大功率机组不仅能够提高风能转换效率，还可降低风力发电的单位功率造价，进而降低风电场运行维护成本，从而提高风电的市场竞争力。

如今风电机组制造商都在开发5-10MW的大型机组，欧洲市场有几家开发商已经研发成功5MW海上风电机组，风电机组的配套装备也在向大型化发展。

我国将瞄准国际海上风电先进技术水平，主要使用单机容量5兆瓦以上机组，潮间带项目单机容量不低于2兆瓦。在资源条件充足地区，单个项目原则上不低于50万千瓦。

二、全球海上风电专利状况

本报告以研究海上风力发电机为检索对象，按照表中的检索策略，在SOOPAT数据库中检索到专利7012条（截止到2011年12月31日）。