风力发电机变桨距专利技术综述

赵银凤

【摘要】风力发电系统变桨距技术是风电控制系统中比较重要的控制系统，它在优化风力发电的输出方面起着重要的作用。本文从专利的角度，对DWPI和CNABS数据库中导出数据样本进行分析，分析了变桨距技术在国内外的申請状况，并且分析了其技术分支的技术发展脉络，对了解变桨距技术起到了一定的辅助作用。

【关键词】风力发电；变桨距；专利；技术发展

1.引言

近年来，随着大量不可再生能源的消耗，以及随之而来的气候变暖、生态破坏和大气污染等一系列环境问题，使世界能源和环境问题日趋严峻，因而对于可再生能源的开发和利用变得尤为急切。风能是使用最为广泛和发展最快的可再生能源之一，亦是近期内最具有大规模开发利用前景的可再生资源。然而随着全球风能快速发展，风电机组运行数量不断增加，各类风电机组事故也不断出现。风电机组一些故障甚至事故产生的原因无法得到合理的解释，给风电场风电机组和电网安全可靠运行留下了极大的隐患，对风电技术的健康发展带来了不良影响，迫切要求对风电技术理论进行深入研究[1] [3]。

风力发电技术作为一种相对新兴的新能源技术，其技术的发展较快，而同技术直接相关的就是专利状况，拥有专利的数量和利用专利的状况可以直接反映出一个国家或企业在风力发电行业的总体实力。为此，有必要对风力发电行业的专利状况作详细而深入的研究。

2.风力发电装置变桨距专利技术分析

本文主要以CNABS和DWPI数据库的检索结果为分析基础，对风力发电变桨距专利技术进行了初步的分析，从全球以及国内申请量、申请人分布、主要发展趋势等发面作了初步的探索性分析[2]。

2.1中国专利申请分析

2.1.1专利申请趋势

中国风电技术研究相对国外起步较晚，而专利的申请更是较晚，随着1985年我国第一件风电专利诞生，才意味着我国风电产业真正开始发展，而对于变桨距技术，从1988年到2000年一直都处于较低水平，其技术也一般是购买国外的技术；而到1997年国家“乘风计划”支持下，风电真正从科研走向市场，1998年起，国外一些大型风电企业开始将PCT的触角伸向中国，2000年后，兆瓦级风力发电机组已经成为世界风电市场的主流机型，这在很大程度上刺激了国内对大型风力发电机技术的开发，十五期间，国内开始集中力量对风电技术的研发，变桨技术的研究也逐渐增多，2003年之后，国家基本每年都出台关于新能源开发的政策，这个阶段，变桨距技术申请量也稳步增长。

2.1.2专利申请重要申请人类型分析

国内专利申请量排名比较靠前的有多个是国外公司在中国申请专利，例如通用电气，三菱重工，维斯塔斯，SSB风系统等，这些风电巨头同样在中国对其专利进行了布局，远景能源有限公司对变桨技术的研究比较多，其注重研究风电的核心控制智能技术，推出了全球首创的局部变桨技术，提高了发电效率。而浙江华鹰的申请也都是针对的被动变桨技术，应用于小型风力发电领域。除此之外，国内的企业在风力发电变桨距的技术方面目前仍然比较薄弱，虽然也有个人或者高校进行研究，但一般是被动变桨距或者是小型风力发电机适用的变桨技术，对于成熟的变桨距的研发还较少，专利布局比较空缺。

2.2国外专利申请分析

2.2.1专利申请趋势

对于风力发电变桨距技术的专利申请，基本上可以分为萌芽时期和高速发展时期，萌芽时期基本上起源于20世纪90年代，一直持续到21世纪之前，在风电发展初期，基本上美国的个人对变桨技术研究较多，到93年以后，日本对风力发电变桨技术的研究也渐渐发展起来。对于这个时期变桨技术研究的比较少，主要是因为整个风电行业也是刚刚起步，研究关注的重点还在整体风机性能例如如何能够获取更多的风能，而并没有进一步关注风能输入和输出的匹配问题。并且这个时期对变桨距的研究主要还是被动变桨距，通过弹簧或者离心锤等实现变桨，主动变桨距还比较少。进入21世纪之后，由于能源危机的加剧，各国政府对风电的发展也给予了不同程度的支持，因此，风电的发展进入了一个高速发展的时期。

2.2.2不同技术分支申请情况分析

风电桨距控制主要分为被动变桨距和主动变桨距，在变桨距技术研究的早期，被动变桨距技术一直是变桨距的主要技术，该技术不需要复杂的控制系统，只需根据外界流体状态就能自动调节桨距角的大小，通过机械的弹簧装置、离心原理等实现被动变桨距，一般在小型风力发电机应用比较多，其专利的申请量一直保持在比较稳定的水平，数量不多。虽然被动变桨距有着结构简单，成本较低的优点，但其同时也存在着调节滞后，不能精确调节，在应用到大风机时存在很大的安全问题。因此，随着变桨距技术的不断发展，主动变桨技术越来越占据变桨技术的主导地位，尤其对于大型风力发电机，一般都采用主动变桨距技术。

3.结语

通过分析可知，国内在大型风力发电机变桨距领域的技术还比较薄弱，基本上停留在被动变桨技术上，对于主动变桨的液压变桨和电动变桨涉及较少，而通用电气和日本三菱重工以及维斯塔斯等在变桨距技术方面已经在多个国家进行了专利布局，国内变桨技术大部分为进口。虽然风电巨头公司在变桨距技术方面已经占有大量的专利，但变桨技术的发展也比较快，其与叶片的空气动力学性能是分不开的，目前风电巨头变桨技术一般都是针对控制系统的设计，而对于与叶片空气动力学相关的变桨技术并不是很多，这在很大程度上还有一个技术缺口，比如今年国内申请人远景能源的叶片部分变桨技术，以及利用叶片湍流带的叶片变桨技术等，这些都是目前或者未来研究的重点，也是建立专利申请、研发的一个新方向。

参考文献

[1]毛金生.风力发电行业专利分析.北京：知识产权出版社[M].2011.11.

[2]杨铁军.专利分析实务手册.北京：知识产权出版社[M].2012年10月第二版.

[3]刘德顺等.现代大型风电机组现状与发展趋势[J].中国机械工程，第24卷第1期，2013年1月上半月.