海上风力发电机全球专利预警分析及应对策略

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2011-3-11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CN99813540.21119991210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CN200480017888.41120040319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CN02829035.61020020527维斯塔斯发明名称安装风力发动机、风力发动机底座及机组的方法摘要本发明涉及一种将风力发动机安装在安装位置的方法，所述方法包括下列步骤：提供包括底座主体和预装配好的上部连接装置的底座；通过给底座结构传入振动将至少一部分底座振入地下；将所述风力发动机的至少一部分装配在所述底座的上部连接装置上。按照本发明，可以一种节省成本且便利的方法运输和装配大型风力发动机尤其是海上风力发动机。申请号申请国家申请日专利权人CN00815527.51320040319耶尔朱·赖因塔－乔皮发明名称在海上安装和运输一陆风动力站的方法和系统摘要用于在海上安装一陆风动力站和/或将其从海上运输，例如以便维护的方法和系统，上述风力动力站包括一准备放在海底上的底座和一固定地底座上的塔，该风力动力站用运输船运输至海上的安装地点并下降至海底上，和/或升离海底并用运输船运输至陆地/岸上。风力动力站通过在设置在风力动力站中的压舱水箱加入压舱水而下降，并通过减少压舱水箱中的压舱水量而上升，风力动力站包括压舱水箱。申请号申请国家申请日专利权人CN00813645.92120000715爱纳康发明名称着陆台摘要本发明涉及一种用于海上风力发电站的着陆台，带有用于船舶的系泊部位，直升机的着陆坪，以及一从系泊部位和着陆坪引向设施的公共桥。申请号申请国家申请日专利权人CN99813537.21019991210爱罗丁发明名称将电缆从第一海上风力设备铺设至第二此类设备的方法摘要本发明涉及一种用于将电缆从第一海上风力设备铺设至第二海上风力设备的方法。该方法包括下列步骤：在架设第一海上风力设备之前，先将要铺设的电缆放置到该第一海上风力设备的塔柱或地基部分之中；架设该第一海上风力设备；将拖缆从其中一个风力设备输送至另一个风力设备；以及，将电缆的引导端从第一风力设备拖至第二风力设备，同时将电缆从第一风力设备的塔柱或地基部分中释放出来。表2例举的三件专利主要涉及风电场安装维护时的施工作业，目前我国在这一方面尚无成熟的经验。表3具有侵权风险的海上风电设备基础承载结构专利申请号申请国家申请日专利权人CN200480030223.7620041007爱罗丁发明名称用于海上风力发电设备的底座摘要本发明涉及一种用于海上风能发电设备(WEA)的底座，它包括支承设有一吊舱和一转子的WEA的塔的一载荷分布件和支承该载荷分布件并相对于垂直方向朝外倾斜延伸的多个底座腿。诸底座腿的中心线(M)在载荷分布件和所述塔的连接平面(V)内与由塔的外直径外接的圆形面(K)相交。申请号申请国家申请日专利权人CN200680025091.8820060602诺尔斯海德公司发明名称浮动风力涡轮机设备摘要一种用于协调风力涡轮机设备的方法。所述风力涡轮机设备包括：浮动基体；布置在浮动基体上的塔；安装在塔上的发生器壳体以及连接至海床上的锚或锚固位置的锚固线装置，所述发生器壳体可相对于风向转动并装配有风力转子。在全风力载荷作用到风力涡轮机上的情况下的静横倾角φs_max尽量低，但优选小于8度，且设备的所有固有周期均在波浪的周期范围之外，纵倾中的固定周期T05(摇摆T04)优选小于升降中的固定周期T03的80％。此外，T03与T05和之间的比值不接近0.5或1。表3例举的三件专利涉及海上风力机的基础承载结构，其中专利CN200680025091.8更是涉及到深海型风电设备的漂浮式基础结构。此外，表3.19例举的专利涉及海上风电设备减震技术；表3.20例举的专利涉及海上风电设备叶片材料和应用技术。表4具有侵权风险的海上风电设备减震技术专利申请号申请国家申请日专利权人CN00811051.41020000615NEG麦康公司发明名称风力涡轮机中的颤振阻尼摘要风力涡轮机的第一种弯曲模态的颤振阻尼，可利用一个或多个部分地充以液体的容器来实现，以便对该风力涡轮机的第一自然弯曲频率的颤振产生阻尼。阻尼装置包括多个横截面为方形和部分地充以液体的盒子形容器，可实行单方向的阻尼，其阻尼大小相当于该风力涡轮机的第一自然弯曲频率颤振的对数衰减量的至少4－8％。对于安装在近海位置上的风力涡轮机，风和海浪的综合激振，要求有更大的阻尼；该阻尼大小最好相当于上述的对数衰减量的10－15％。另外，本发明还涉及风力涡轮机的第二种弯曲模态颤振的阻尼，并涉及风力涡轮机的第一种及第二种弯曲模态颤振的综合阻尼。申请号申请国家申请日专利权人CN01807711.0920010328爱罗丁发明名称海上发电设备的取决于塔架固有频率的管理摘要本发明涉及一种操作风力叶轮设备的方法，该设备具有一调节转动体速度的装置。所述方法包括以下步骤：确定各叶轮机和/或叶轮机构件的临界频率，确定在临界频率附近整个叶轮机和/或单个叶轮机构件受激振的转动体的速度范围，使风力叶轮机设备仅在该临界速度范围以下和以上工作，并迅速通过该临界速度范围。申请号申请国家申请日专利权人CN200680040818.X820061030国家石油海德鲁股份公司发明名称一种在风力涡轮机装置内衰减塔架震动的方法摘要一种与用于衰减塔架振动的风力涡轮机装置有关的方法，特别地，一浮动的风力涡轮机装置包括：浮动单元；设置在浮动单元之上的塔架；设置在塔架之上的发电机，所述塔架相对于风向能够转动并安装有风力涡轮机；以及连接至海床上的锚或基座的锚索装置。该塔架的本征振动ωeig通过如下方式衰减，即，除了所述控制器在风力涡轮机的恒定功率或者RPM范围内的控制之外，还被以塔架速度ΔZ为基础将一增量Δβ增加至风力涡轮机叶片的叶片角度，以此使得该本征振动被抵消。具有频率ωeig的β内的振动可得当地依靠具有在塔架速度ΔZ和叶片角度Δβ之间的传递函数Hstab(s)的稳定器被衰减，从而得到环路传递函数Hβ-ΔZ_dot(jωeig)·Hstab(jωeig)＝-b，其意味着：(1)其中“b”为取决于该涡轮机叶片力矩和推力特性的变量。表5具有侵权风险的海上风电设备叶片专利申请号申请国家申请日专利权人CN20068