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目前风力发电是新能源发电中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化前景的发电方式。 上海科学技术情报研究所 2010年12月 风力发电专利地图专利地图研究 ‐2‐ 目录 摘要 ....................................................................................................................................... 1 一、风力发电主要型式与结构 ............................................................................................... 2 二、全球风电产业概况 ........................................................................................................... 3 三、风电专利检索 ................................................................................................................... 5 四、风电总体专利地图 ........................................................................................................... 5 4.1总体发展态势 ................................................................................................................. 5 4.2技术生命周期 ................................................................................................................ 6 4.3主要技术领域 ................................................................................................................. 7 五、主要国家专利地图 ........................................................................................................... 8 5.1市场布局 ......................................................................................................................... 8 5.2各国技术重点 ................................................................................................................. 9 六、主要竞争机构专利地图 ................................................................................................. 10 七、主要技术专利地图 ......................................................................................................... 12 7.1垂直轴风电机及其叶片技术 ....................................................................................... 12 7.2水平轴风电机及其叶片技术 ....................................................................................... 16 7.3风力发电机驱动技术 ................................................................................................... 20 7.4风力发电机控制技术 ................................................................................................... 22 7.5发电机技术 ................................................................................................................... 25 八、中国风力发电产业现状 ................................................................................................. 27 ‐1‐ 摘要全球风能储量巨大，约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。目前风力发电是新能源发电中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化前景的发电方式。它安装快捷，并且在发电过程中不排放温室气体。全球风能理事会秘书长史蒂夫•索亚表示鉴于这一特点，风能是可以切实减少二氧化碳排放的发电技术之一，全球现有的1.21亿千瓦风能装置每年可以减少1.58亿吨二氧化碳的排放，风电已经成为最具吸引力的发电投资之一。 ‐2‐ 一、风力发电主要型式与结构 风力发电机是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度），便可开始发电。风机的种类很多，依照叶片形状及旋转轴的方向，可分为两种最主要的型式：水平轴式风力机和垂直轴式风力机。以目前使用最为广泛的水平轴风力发电机为例做一下介绍。它主要由叶轮、调速或限速装置、发电机系统、偏航装置、传动系统和塔架等部件所组成，基本结构如下：(1)叶轮叶轮一般由2～3个叶片和轮毂所组成,其功能是将风能转换为机械能。中、大型风力机的叶片都采用玻璃纤维或高强度复合材料制成。轮毂是叶片根部与主轴的连接件，从叶片传来的力,通过轮毂传递到传动系统,再传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距(使叶片作俯仰转动)的所在。(2)调速或限速装置在很多情况下，要求风力机不论风速如何变化转速总保持恒定或不超过某一限定值，为此目的而采用了调速或限速装置。当风速过高时，这些装置还用来限制功率，并减小作用在叶片上的力。(3)偏航系统风力机的偏航系统也称为对风装置，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风轮并使其对准风向。偏航系统一般包括感应风向的风向标，偏航电机，偏航行星齿轮减速器，回转体大齿轮等。(4)传动系统风机的传动系统一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴节和制动器等。有些风机的轮毂直接连接到齿轮箱上,不需要低速传动轴。也有一些风机设计成无齿轮箱的,叶轮直接连接到发电机。(5)发电机系统发电机把机械能转换为电能。恒速恒频发电机系统所采用的发电机主要有同步型和鼠笼型两种。变速恒频发电机系统是20世纪70年代中期以后逐渐发展起来的一种新型风力发电系统，其叶轮以变速运行，可以在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，提高了风力机的运行效率。(6)塔架风力机的塔架除要支撑风力机的重量，还要承受吹向风力机和塔架的风压，及风力机运行中的动载荷。 ‐3‐ 二、全球风电产业概况 近年来，风能的开发利用取得了显著的成绩。2008年全球风电装机增长率为28.8%，高于过去十年的平均增长速度，截止2008年底总装机容量达到了120.8GW。图11996-2008年全球总装机容量在欧洲、北美和亚洲三大主力市场的驱动下，2008年世界风电新增装机容量超过27GW，同比增长36%。2008年全球新增发电设备中，已安装风电机组的总值达365亿欧元。图21996-2008年全球每年新增装机容量2008年累计风电装机最多的10个国家占世界风电装机的86.2%，就2008年新增装机容量而言，处于领先地位的是美国和中国市场。2008年美国风电市场的增幅巨大，新增装机容量8358MW，总装机容量达到25170MW，正式超过德国(23902MW)，位居世界第一。其整体风力发电能力提升了50%。2008年内竣工的风电项目容量占本年度美国所有新增电力装机的42%，新增35000个就业机会，风电行业从业人员总数达到85000。0200004000060000800001000001200001400001996199719981999200020012002200320042005200620072008装机容量(MW)0500010000150002000025000300001996199719981999200020012002200320042005200620072008装机容量(MW) ‐4‐ 表1全球风电装机容量统计总装机容量前十位国家新增装机容量前十位国家装机容量(MW)百分比(%)装机容量(MW)百分比(%)美国2517020.8美国835831德国2390319.8中国630023西班牙675413.9印度18007中国1221010.1德国16656印度96458西班牙16096意大利37363.1意大利10104法国34042.8法国9504英国32412.7英国8363丹麦31802.6葡萄牙7123葡萄牙28622.4加拿大5232其他1668613.8其他329312全球前10总计10410486.2全球前10总计2376388全球总计120791100全球总计27056100资料来源：中国风能网在欧洲，约8.9GW的新增装机使欧洲风力总装机容量增加到近66GW。根据欧洲风能协会(EWEA)的说法，风电已成为欧洲新增电力中的主力电源。欧洲风电市场的发展以往都是靠德国、西班牙和丹麦成熟市场的推动。而2008年，在法国、英国和意大利的引领下，欧洲风电市场的发展更加均衡。亚洲风能市场的增长也同样激动人心，2008年世界风电新增装机容量的近三分之一在亚洲。尤其是中国，一直继续着风能高速发展的传奇，装机容量又一次翻一番，新增6.3GW，总装机容量达到12.2GW。中国的风能市场越来越强大，与2007年相比，规模上又扩大一倍，总装机突破了12GW。 ‐5‐ 三、风电专利检索 按表2所示风力发电机英文总策略，在德温特世界专利索引和专利引文（DII）数据库中检索到专利族19292条。表2风电专利检索表策略号检索策略专利(族)风电总检索策略(S1)L1IP=(f03d*)L2MC=(x15-b*)L3TI=(windgeneratororwindturbineoraerogeneratororwindmillgeneratororfandrivengenerator)L4TS=(windgeneratororwindturbineoraerogeneratororwindmillgeneratororfandrivengene