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长，对变电设备的要求高，目前我国依靠自身的技术还难以实现，上海东海大桥风电场、以及江苏如东风电场等多个国内风电示范项目的变电设备都还依赖国外进口。
我国海上风电建设经验尚浅，海上风能资源测量与评估以及海上风电机组国产化刚刚起步，海上风电建设技术规范体系也亟需建立，主要通过购买外国公司许可或签订合作合同的形式发展海上风电技术。
4 核心技术及侵权风险
目前，国内的风电产商自身具备的技术还难以满足海上风电建设的诸多要求，海上风电场的开发经验不足，而与海上风电相关的专利申请更是寥寥无几，仅在基础结构方面有较少的专利申请；而德国、丹麦等国家的海上风电已具有多年运营经
验，不少知名国际风电公司在中国也进行了一些有关海上风电技术的专利申请，因而对于这些专利，国内生产商应予以密切关注，一方面可以借鉴国外比较成熟的技术，一方面需有针对性的规避侵权风险。
国外在华申请的海上风电相关专利主要涉及叶片、减震、并网、装配作业、基础结构、防腐防蚀等，其中不少正是国内风电企业的关注方向，以下将其中部分专利列出以供参考。
表1 具有侵权风险的海上风电设备防腐蚀技术专利 申请号
申请国家 申请日
专利权人 CN99813540.2
11 19991210 爱罗丁 发明名称 用于防止具有腐蚀作用的盐粒渗入海上风力设备的装置
摘要 本发明涉及一种用于防止具有腐蚀作用的盐粒渗入海上风力设备的
发电机和传动室的装置，它包括气压发生装置和过滤装置，该气压
发生装置产生加压空气，并安装在发电机和传动室的至少一个基本
封闭的部分中；该过滤装置沿气流方向安装在发电机和传动室的上
游，用于使水分和盐粒与要籍由所述气压发生装置引入到该室中的
空气相分离。
申请号 申请国家
申请日 专利权人 CN200480017888.4 11 20040319
爱纳康 发明名称
风能设备
本发明涉及一种离岸或岸上的风能设备。已经建造了这种离岸的风
国家申请。
表2 具有侵权风险的海上风电场安装维护技术专利
申请号 申请国家 申请日 专利权人
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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