對(duì)我國(guó)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行了回顧和討論，分別從基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、整機(jī)研制、零部件配套等方面總結(jié)其取得的進(jìn)展，同時(shí)對(duì)目前面臨的關(guān)鍵問(wèn)題也進(jìn)行了探討，并對(duì)未來(lái)我國(guó)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。
引言
風(fēng)電是資源潛力巨大、技術(shù)較為成熟的可再生能源，在減排溫室氣體、應(yīng)對(duì)氣候變化的新形勢(shì)下，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，并已在全球大規(guī)模開發(fā)利用�！笆晃濉钡健笆濉逼陂g，我國(guó)風(fēng)電經(jīng)歷了飛速發(fā)展的10年，成為國(guó)內(nèi)繼火電、水電之后的第三大電源。2015年我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)量達(dá)36萬(wàn)kW，累計(jì)裝機(jī)量為101萬(wàn)kW，排名從世界第5位躍升至第4位;截至2015年底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)1.45億kW，占全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量的9.6%。(備注：該文發(fā)表時(shí)間較早，故相關(guān)數(shù)據(jù)比較滯后。最新官方數(shù)據(jù)顯示，截止到2017年底，我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)容量已經(jīng)達(dá)到1.64億千瓦。)
隨著風(fēng)電市場(chǎng)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，我國(guó)風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)進(jìn)一步提高，一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系已初步形成，涵蓋原材料加工、零部件制造、整機(jī)制造、開發(fā)建設(shè)、技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)認(rèn)證體系等各個(gè)環(huán)節(jié)。風(fēng)電機(jī)組設(shè)備制造基本上實(shí)現(xiàn)了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和型譜化，機(jī)型涵蓋雙饋、直驅(qū)和混合式，單機(jī)容量從1.5MW迅速發(fā)展到目前最大的6MW級(jí)，并實(shí)現(xiàn)了從陸地風(fēng)電到海上風(fēng)電的跨域。
我國(guó)風(fēng)電技術(shù)水平不斷提高，通過(guò)引進(jìn)消化吸收和再創(chuàng)新，基本掌握了風(fēng)電行業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)，并且在適合低風(fēng)速風(fēng)況和惡劣環(huán)境風(fēng)電機(jī)組開發(fā)方面取得了突破性進(jìn)展，處于全球領(lǐng)先地位，在大容量機(jī)組開發(fā)上也實(shí)現(xiàn)了與世界同步。這些成就，既保證了我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，也為我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)從大到強(qiáng)的跨越式發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)少數(shù)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，這也讓我國(guó)迎來(lái)歷史上難得的在風(fēng)電領(lǐng)域與國(guó)際領(lǐng)先水平并駕齊驅(qū)的機(jī)會(huì)和形勢(shì)。在高速發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)建立起了具有國(guó)際先進(jìn)水平的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)體系，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)產(chǎn)品遠(yuǎn)銷20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。此外，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)每年還吸引超過(guò)千億元的投資，提供近50萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位，發(fā)揮著良好的社會(huì)綜合效益。
隨著“一帶一路”和“中國(guó)制造2025”等國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)風(fēng)電制造企業(yè)也加快了高端裝備制造“走出去”的步伐，為我國(guó)風(fēng)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用開辟了更為廣闊的市場(chǎng)，帶來(lái)了良好的發(fā)展機(jī)遇。
1、我國(guó)風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)展
1.1 發(fā)展歷程
我國(guó)開展風(fēng)電技術(shù)研發(fā)已有40多年的歷史，特別是經(jīng)過(guò)近十年來(lái)的發(fā)展，快速走上了產(chǎn)業(yè)化的道路。早在20世紀(jì)80年代，我國(guó)就通過(guò)國(guó)家科技項(xiàng)目陸續(xù)支持研制過(guò)離網(wǎng)型和并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組，單機(jī)容量從15kW到200kW，但絕大部分未實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
“九五”和“十五”期間，政府組織實(shí)施“乘風(fēng)計(jì)劃”、國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，以及國(guó)債項(xiàng)目和風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目，支持建立了首批6家風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)，進(jìn)行風(fēng)電技術(shù)的引進(jìn)和消化吸收，其中部分企業(yè)掌握了600kW和750kW單機(jī)容量定槳距風(fēng)電機(jī)組的總裝技術(shù)和關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)，初步掌握了定槳距機(jī)組總體設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了規(guī)�；a(chǎn)，邁出了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的第一步。特別需要說(shuō)明的是，“十五”期間，通過(guò)對(duì)國(guó)家“863”計(jì)劃“兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組”重大招標(biāo)項(xiàng)目的支持，我國(guó)完成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1MW雙饋式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組和1.2MW直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的研制，并于2005年并網(wǎng)發(fā)電，成功實(shí)現(xiàn)了兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組從無(wú)到有的重大突破，標(biāo)志著我國(guó)風(fēng)電技術(shù)跨入兆瓦級(jí)時(shí)代。
2006年，我國(guó)政府實(shí)施了《可再生能源法》，風(fēng)電正式進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用的階段�！笆晃濉逼陂g，科技部針對(duì)我國(guó)風(fēng)電整機(jī)技術(shù)水平低、自主研制能力差、產(chǎn)業(yè)不完整、可持續(xù)發(fā)展能力弱等亟待解決的重大問(wèn)題，在已有1.0MW雙饋式和1.2MW直驅(qū)式兩種機(jī)型大功率風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，由國(guó)家科技支撐計(jì)劃立項(xiàng)，支持了“大功率風(fēng)電機(jī)組研制與示范”重大項(xiàng)目，規(guī)劃了風(fēng)電整機(jī)成套設(shè)備、關(guān)鍵零部件、海上風(fēng)電、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系等4個(gè)主要研究方向，由全國(guó)23家單位共同承擔(dān)，基本囊括了當(dāng)時(shí)行業(yè)內(nèi)的骨干企業(yè)和科研單位。項(xiàng)目直接推動(dòng)了中國(guó)風(fēng)電配套產(chǎn)業(yè)鏈及其產(chǎn)品創(chuàng)新機(jī)制的建立、發(fā)展和完善。
隨著國(guó)家陸續(xù)制定出臺(tái)了促進(jìn)風(fēng)電等可再生能源發(fā)展的相關(guān)法規(guī)和扶持政策，眾多國(guó)內(nèi)外企業(yè)大舉投入中國(guó)風(fēng)電制造業(yè)，大多瞄準(zhǔn)了風(fēng)電整機(jī)制造，通過(guò)引進(jìn)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(jí)以上風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在2008年，進(jìn)入風(fēng)電整機(jī)制造業(yè)的國(guó)內(nèi)企業(yè)一度多達(dá)80家，其中包含大量國(guó)有或國(guó)有控股的制造企業(yè)，涉及電力設(shè)備、航空航天和重工機(jī)械設(shè)備制造企業(yè)。這些大型企業(yè)利用自身相關(guān)技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)，通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)或引入戰(zhàn)略合作方從事發(fā)展風(fēng)電機(jī)組的整機(jī)設(shè)計(jì)和制造。代表企業(yè)(產(chǎn)品)有：金風(fēng)(1.5MW/750kW)、運(yùn)達(dá)風(fēng)電(1.5MW)、東方 電氣(1.5MW)、華銳(1.5MW)、國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力(1.5MW)、廣東明陽(yáng)(1.5MW)、上海電氣(1.25MW)等。
經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的風(fēng)電機(jī)組技術(shù)引進(jìn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)對(duì)風(fēng)電技術(shù)的復(fù)雜性和對(duì)產(chǎn)品研發(fā)挑戰(zhàn)的認(rèn)識(shí)日益深入，越來(lái)越多的企業(yè)形成了“在技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上加快消化吸收進(jìn)程、增強(qiáng)自主研發(fā)能力”的共識(shí)，這些企業(yè)大部分在引進(jìn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化的工作，并針對(duì)我國(guó)風(fēng)資源的特點(diǎn)進(jìn)行了適應(yīng)性開發(fā)。另外，積極引進(jìn)Bladed等國(guó)外先進(jìn)的風(fēng)電機(jī)組輔助計(jì)算設(shè)計(jì)工具，更多地采用聯(lián)合設(shè)計(jì)和自主研制開發(fā)新產(chǎn)品。代表企業(yè)(產(chǎn)品)有：金風(fēng)(1.5MW直驅(qū))、浙江運(yùn)達(dá)(1.5MW雙饋)、上海電氣(2MW雙饋)、重慶海裝(2MW雙饋)、華銳(3MW雙饋)等。
國(guó)有大型企業(yè)和民營(yíng)企業(yè)與國(guó)內(nèi)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)合作自主研發(fā)機(jī)型，也取得了豐碩的成果。大學(xué)研究機(jī)構(gòu)把依托國(guó)家科研項(xiàng)目形成的科研成果轉(zhuǎn)讓給企業(yè)，并為企業(yè)提供持續(xù)的研發(fā)和技術(shù)支持，形成高效的風(fēng)電產(chǎn)—學(xué)—研聯(lián)合發(fā)展機(jī)制。如沈陽(yáng)華創(chuàng)依托沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所的技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)，在1MW機(jī)組研制的基礎(chǔ)上研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)組，包括1.5～7MW之間的三大系列數(shù)十種系列化機(jī)組產(chǎn)品。
目前，我國(guó)整機(jī)制造能力經(jīng)過(guò)10年來(lái)的快速發(fā)展，開發(fā)出若干具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)型，并得到風(fēng)場(chǎng)的大規(guī)模應(yīng)用和長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證;3MW及以下兆瓦級(jí)機(jī)組總體設(shè)計(jì)及零部件制造技術(shù)已經(jīng)成熟，正在開發(fā)更大單機(jī)容量的系列化產(chǎn)品。1.5MW、2MW風(fēng)電機(jī)組的供應(yīng)能力充足，3MW風(fēng)電機(jī)組已批量運(yùn)行，5～6MW風(fēng)電機(jī)組也已投入運(yùn)行。
上海電氣3.6MW、湘電風(fēng)能5MW、東方 電氣5.5MW、海裝風(fēng)電5MW、太原重工5MW等海上風(fēng)電機(jī)組陸續(xù)下線安裝。在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下，華創(chuàng)7MW和運(yùn)達(dá)5MW海上風(fēng)電機(jī)組研發(fā)進(jìn)入新階段。截至2015年底，我國(guó)海上風(fēng)電機(jī)組供應(yīng)商達(dá)到10家，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到100MW以上的機(jī)組制造商有上海電氣、華銳風(fēng)電、遠(yuǎn)景能源、金風(fēng)科技。目前我國(guó)單機(jī)容量最大的是6MW機(jī)組，除了原有聯(lián)合動(dòng)力和明陽(yáng)風(fēng)電的產(chǎn)品，金風(fēng)科技也在2015年新增吊裝一臺(tái)6MW機(jī)組。
1.2技術(shù)研發(fā)
1.2.1基礎(chǔ)研究
近年來(lái)，國(guó)家各類科技計(jì)劃和基金項(xiàng)目對(duì)風(fēng)電技術(shù)的基礎(chǔ)研究給予了較多資助，表1為國(guó)家“973”計(jì)劃、國(guó)家“863”計(jì)劃和國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助的風(fēng)電研發(fā)項(xiàng)目和課題的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)迄今共立項(xiàng)資助了4個(gè)以風(fēng)電研究為主題的項(xiàng)目。其中，“大型風(fēng)電機(jī)組的空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，針對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組葉片在空氣動(dòng)力學(xué)、氣動(dòng)彈性、氣動(dòng)噪聲等基礎(chǔ)方面的科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了探索，形成了兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組葉片的自主設(shè)計(jì)能力。“大型風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題研究及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)”項(xiàng)目，針對(duì)多兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組整機(jī)在氣動(dòng)載荷、非線性氣動(dòng)彈性、海上風(fēng)電機(jī)組水動(dòng)載荷與支撐結(jié)構(gòu)等方面開展了研究，形成了多兆瓦級(jí)海上大型風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的自主設(shè)計(jì)能力。“大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究”項(xiàng)目，針對(duì)大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)，開展遠(yuǎn)距離、大規(guī)模、高集中度的風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)研究。國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)在風(fēng)電機(jī)組專用翼型設(shè)計(jì)、整機(jī)和關(guān)鍵部件開發(fā)、風(fēng)電場(chǎng)電氣控制、海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、海上風(fēng)電場(chǎng)送電與并網(wǎng)等方面對(duì)多個(gè)課題給予了資助。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2005年以來(lái)，國(guó)家自然科學(xué)基金資助的風(fēng)能相關(guān)項(xiàng)目為370項(xiàng)，研究?jī)?nèi)容涵蓋了風(fēng)能利用的各個(gè)領(lǐng)域和方面。從項(xiàng)目年度分布來(lái)看(見圖1)，2010～2014年的資助項(xiàng)目占2005～2014年資助總項(xiàng)目數(shù)的81%，說(shuō)明風(fēng)能利用的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)研究近年來(lái)得到了極大的重視。
從學(xué)術(shù)期刊論文的發(fā)表情況看，我國(guó)研究人員在風(fēng)電機(jī)組性能計(jì)算、葉片設(shè)計(jì)、風(fēng)特性分析、載荷分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、噪聲分析、運(yùn)行控制、傳動(dòng)鏈、變電和并網(wǎng)、發(fā)電量預(yù)測(cè)、儲(chǔ)能技術(shù)、風(fēng)場(chǎng)微觀選址、海上固定式基礎(chǔ)和浮式平臺(tái)等多個(gè)方面發(fā)表了大量學(xué)術(shù)論文，研究主題幾乎涵蓋了風(fēng)能利用技術(shù)的各個(gè)方面。
在我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)�？焖侔l(fā)展的背景下，風(fēng)能利用研究受到國(guó)家和各科研機(jī)構(gòu)的更多關(guān)注和支持，研究隊(duì)伍逐年壯大，且形成了各自相對(duì)穩(wěn)定的研究方向。南京航空航天大學(xué)、華北電力大學(xué)、汕頭大學(xué)、中科院工程熱物理所、中科院電工所、中國(guó)電力科學(xué)研究院、清華大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心、上�？碧皆O(shè)計(jì)研究院、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、蘭州理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、河海大學(xué)、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)、長(zhǎng)沙理工大學(xué)等多家科研機(jī)構(gòu)形成了自己的風(fēng)能研究方向和人才隊(duì)伍。
（本文轉(zhuǎn)自天工開物TGCW）
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