一、前言
風能是資源潛力巨大、技術較為成熟的可再生能源，在減排溫室氣體、應對氣候變化的新形勢下，越來越受到世界各國的重視，并已在全球大規(guī)模開發(fā)利用。“十一五”到“十二五”期間，我國風電經(jīng)歷了飛速發(fā)展的十年，風電成為繼火電、水電之后的第三大電源。根據(jù)全球風能理事會統(tǒng)計，2017年，我國風電新增裝機容量達19.5GW，累計裝機容量達188.2GW，占全球風電總裝機量的35%。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2017年，我國風電裝機量占全國發(fā)電裝機總量的9.2%，風電的年發(fā)電量占全國發(fā)電總量的4.8%。
我國開展風電技術研發(fā)已有40多年的歷史，與歐美國家同時起步，早期主要由科研機構和大專院校進行樣機研究和試制，在“九五”和“十五”期間，我國首批風電整機制造企業(yè)初步掌握了定槳距機組總體設計技術，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，邁出了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的第一步。“十一五”以來，隨著國家陸續(xù)制定出臺了促進風電等可再生能源發(fā)展的相關法規(guī)和扶持政策，眾多國內(nèi)外企業(yè)大舉投入中國風電制造業(yè)，通過引進生產(chǎn)許可證、建立合資企業(yè)、開展自主研發(fā)或聯(lián)合研發(fā)等手段，研制兆瓦級以上風電機組產(chǎn)品。經(jīng)過一定時期的風電機組技術引進和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)風電整機制造企業(yè)對風電技術開發(fā)的路線圖、關鍵要素和潛在風險的認識日益深入，開發(fā)出若干具有自主知識產(chǎn)權的機型，在單機容量上也逐漸接近國際領先水平。
我國風電企業(yè)通過引進消化吸收和再創(chuàng)新，掌握了關鍵核心技術，并且在適應低風速條件和惡劣環(huán)境的風電機組開發(fā)方面取得了突破性進展，處于全球領先地位，在大容量機組開發(fā)上也基本實現(xiàn)了與世界同步。這些成就，既保證了我國風電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，也為我國風電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)從大到強的跨越式發(fā)展奠定了基礎。
為適應我國中東部和南部地區(qū)巨大的低風速資源，近年來很多整機設備廠商紛紛推出高塔筒和長葉片等方案，在技術開發(fā)的過程中借鑒了歐洲廠商的經(jīng)驗，但也有不少是我國的設備廠商因地制宜，根據(jù)國內(nèi)資源和產(chǎn)業(yè)配套情況提出的一些新的思路和方法，體現(xiàn)出我國整機設備廠商在技術路線方面已經(jīng)開始具備一定的自主創(chuàng)新能力。
我國在風電機組領域的基礎研究和共性技術研究方面相對不足，風電機組設計軟件及載荷評估所用的軟件絕大部分為歐洲公司產(chǎn)品，設計標準和理念方面基本全部按照DNV.GL公司提出的風電機組認證規(guī)則及國際電工委員會（IEC）提出的IEC61400系列風電機組技術標準的要求進行，未充分考慮到我國風能資源、自然環(huán)境和電網(wǎng)接納方式的特殊性。國外風電行業(yè)在跨行業(yè)的技術整合與成果轉化方面非?；钴S，一直以來引領主流技術的發(fā)展路線，在基本理論、基礎工藝和材料應用等方面至今仍具有領先優(yōu)勢。從長期來看，風電是一個對設備可靠性要求非常高的資金與技術密集型產(chǎn)業(yè)，從全球范圍來看，由于風電機組產(chǎn)業(yè)的技術和資金門檻的提高，行業(yè)集中度也在不斷提高。
二、風電機組技術的發(fā)展現(xiàn)狀
?。ㄒ唬┐笮惋L電機組整機設計與制造發(fā)展現(xiàn)狀
1.大型風電機組的開發(fā)
在市場需求和競爭的推動下，中國大型風電機組開發(fā)技術升級和國際化進程不斷加快。當前我國1.5~4MW風電機組已形成充足的供應能力，部分機組制造商的5~6MW風電機組樣機也已下線。
目前，國外主要的整機制造商已經(jīng)完成4~7MW級風電機組的產(chǎn)業(yè)化，8~10MW級的風電機組樣機已掛機，歐美整機設計公司均進入到10MW級整機設計階段。維斯塔斯風力技術公司（Vestas）和德國Senvion公司都發(fā)布了將開發(fā)200m左右葉輪直徑的10MW風電機組的計劃，2018年美國通用電氣公司宣布將在3年內(nèi)完成12MW海上風電機組的開發(fā)。
在全球范圍內(nèi)，歐洲海上風電發(fā)展起步最早，裝機規(guī)模占比最高。2017年，歐洲新增海上風電裝機量即達到了3GW，迎來井噴式的增長。這說明歐洲廠商通過多年的實踐，積累了豐富的設計和工程經(jīng)驗，對于海上風電投資回報和風險控制具有充分的信心。
目前，歐洲6MW海上風電機組已形成產(chǎn)業(yè)化能力并實現(xiàn)批量裝機，8MW海上風電機組進入樣機試運行階段，更大容量的海上風電機組也已經(jīng)開始進行設計。在海上風電機組基礎方面，歐洲具備了單樁、多樁、重力樁、導管架等多種樣式基礎形式的設計、制造能力。在海上風電業(yè)務領域，技術、資金和工程經(jīng)驗的壁壘比陸上風電更為顯著，美國西門子公司、西班牙歌美颯集團在該領域已經(jīng)形成了巨大的領先優(yōu)勢。
我國已有少量海上風電場投入運行，由于缺少海上風電場示范經(jīng)驗，尚未完全掌握風電機組的設計開發(fā)與整個海上風電工程設計的協(xié)調(diào)性，導致占海上風電投資成本較大比例的基礎、線路和變電站設計成本難以降低，加之機組的可靠性仍未得到充分驗證，海上風電的投資回報存在較大的不確定性。因而，需要通過對風電機組控制策略、葉片、塔架、并網(wǎng)特性的深度定制和研究，實現(xiàn)風電機組與海上風電工程設計的整體優(yōu)化，避免各部件單獨設計導致過剩及浪費，有效降低海上風電度電成本。
2.零部件配套
在風電機組零部件配套方面，我國風電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成包括葉片、塔筒、齒輪箱、發(fā)電機、變槳和偏航系統(tǒng)、輪轂、變流器等在內(nèi)的零部件生產(chǎn)體系。上述主要零部件的產(chǎn)量均已居全球第一位，除配套國產(chǎn)整機廠商外，部分零部件也對國外廠商有少量配套。但是，在高性能軸承、油脂、傳感器、控制器等方面，國產(chǎn)零部件尚不能實現(xiàn)對進口零部件的完全替代。
我國風電產(chǎn)業(yè)領域各類零部件在工程應用方面積累了大量經(jīng)驗，但在設計原理和優(yōu)化方法、新材料和新工藝的運用、零部件開發(fā)過程中的多物理場仿真和全性能驗證測試、高性能零部件的品質(zhì)管控等方面仍然存在短板，在機組控制技術和整機、零部件具體運行性能關聯(lián)性的研究方面尚存在很大不足。
總體來看，我國風電整機和零部件配套行業(yè)不同程度地存在著大而不強、泛而不精的現(xiàn)象，在基礎材料和工藝技術方面的研究比較欠缺，在長期可靠性、產(chǎn)品一致性方面與部分進口產(chǎn)品尚存在差距。多數(shù)零部件廠商在考慮設計開發(fā)和工程應用時多著眼于自身，在系統(tǒng)性認識和產(chǎn)業(yè)鏈深度合作方面仍需要進一步加強。
3.風電試驗平臺
國外風電實驗室大多覆蓋風能資源評估、風電機組現(xiàn)場測試、傳動鏈平臺測試、風電并網(wǎng)仿真等領域。如美國國家可再生能源實驗室（NREL）建立了不同時間尺度的風能資源預測模型、7MVA多功能電網(wǎng)擾動模擬裝置、5MW風電機組傳動鏈測試平臺等研究平臺，具有國際先進水平的風電/光伏發(fā)電設備及零部件的試驗研發(fā)能力；丹麥國家可再生能源實驗室（DTU/RIS?）在風能領域的研究包括風能資源評估與微觀選址、風電功率預測、風電并網(wǎng)與控制、海上風電、空氣動力學研究和設計、結構設計和可靠性、遙感和試驗、邊界層氣象與湍流、材料等。
我國目前僅有部分風電企業(yè)建設有自己的動力試驗平臺，但是測試功能相對單一，不具備公共性和獨立性，各廠商大多根據(jù)自身的經(jīng)驗、認識和產(chǎn)品開發(fā)的側重點來開展研究性試驗，開放交流顯著不足。
2010年，我國在張北建立了國家風電技術檢測與研究中心，借助公共試驗場開展了一系列風電設備的現(xiàn)場運行性能和電網(wǎng)適應性測試，為我國提高產(chǎn)業(yè)技術能力和加快規(guī)?；l(fā)展提供了有效助力。我國適合開發(fā)海上風電的區(qū)域集中在東南沿海，具有臺風、鹽霧、高溫、高濕等惡劣氣候特點。目前我國針對上述風電應用環(huán)境，系統(tǒng)性的專業(yè)檢測技術能力尚未形成，亟需加強相關檢測能力建設。而歐美針對海上風電場在建設和運行期間對水文、電網(wǎng)、氣象、生物等影響已開展了多項檢測研究活動，并且開發(fā)出一系列專用測試設備。
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