风力发电科技发展“十二五”专项规划

风力发电技术发展“十二五”规划一.现状“十一五”期间，中国风电产业的发展备受关注，并已成为具有一定国际影响力的新能源领军企业。在国家的大力支持下，在科研机构、风电企业等各方的共同努力下，中国在风能资源评估、风力发电机组及部件的设计制造、测试认证、风电场的开发运营、风电场并网等方面已经具备了一定的基础，初步形成了完整的风电产业链。在海上风电开发领域，海上运输、安装、施工等关键技术已经初步解决，海上风电运营经验已经积累。在人才培养方面，已初步形成一定规模的风电专业人才，风电学科建设也已启动。(一)风力发电设备产业化在“十一五”科技规划的指导下，国内科研机构和企业通过消化吸收引进技术、委托设计、与国外联合设计和自主研发，掌握了1.5兆瓦至3.0兆瓦风电机组的产业化技术。目前，国内1.5兆瓦 2.0兆瓦的风电机组是国内市场的主流机型，出口量较小。小批量应用了2.5兆瓦和3.0兆瓦的风力涡轮机。3.6兆瓦和5.0兆瓦风力涡轮机的原型已经建成。正在开发6.0兆瓦和其他更大容量的风力涡轮机。国产叶片、齿轮箱、发电机等零部件的制造能力已接近国际先进水平，满足主流机型的配套需求，并开始出口。轴承、转换器和控制系统的研发也取得了重大进展，开始向国内市场供应。截至2010年底，中国已有20多家企业具备批量生产兆瓦级风力发电机的能力。2010年，新增装机容量前五名的风力发电机制造商占当年全国市场份额的70%以上。2010年，四家中国企业凭借新增装机容量进入世界前10名。(2)风电场建设和资源开发中华人民共和国可再生能源法等一系列配套政策的实施，促进了国内风电发展的快速增长。2010年，中国新增风电装机容量为1890万千瓦，居世界首位。截至2010年底，中国已有20多家开发商有能力建设大型风力发电场，累计建设风力发电场800多个。风力发电总装机容量(台湾省除外)为4470万千瓦，超过美国，居世界第一。“十一五”期间，中国开始发展海上风电。第一个海上项目，上海东海大桥风电场，已经安装了34个国内3.0兆瓦的风力发电装置，并将于2010年6月完全并网。2010年9月，国家能源局组织并完成了位于江苏省沿海和潮间带、总容量为100万千瓦的海上风电特许经营项目的第一轮招标。(3)发展风电科技和公共服务“十一五”期间，中国在风电关键科技领域取得了一批具有自主知识产权的成果，如大型风力发电机组及关键部件设计、叶片翼型设计等。打破国外对风电科技的垄断。在海上风电发展领域，中国自主研发了一系列海上风电场设计和施工技术，开发了一批专用海上风电施工机械设备。风电产业的快速发展也推动了风电产业公共服务体系的建设。“十一五”期间，中国建立了一批与风能相关的国家重点实验室和国家工程技术研究中心，并参照国际惯例初步建立了风电标准、测试和认证体系，为中国风电发展提供了技术支持和保障。(四)风电人才队伍和通过多年来国家的不断支持，我国在风电科技领域取得了很大进步，但与国际先进水平相比，仍有很大差距。基于中国风电产业的现状和国内外趋势，中国在风电科技领域仍面临一系列挑战，主要表现在：1.先进风力发电设备的自主设计和创新能力有待加强。早期，中国的风力涡轮机主要依靠引进国外设计技术或与国外机构联合设计。缺乏根据中国风力资源和其他环境条件自主设计和开发新型风力发电机组的能力，缺乏具有自主知识产权的风力发电机组设计工具软件系统。在风电零部件方面，中国自主创新能力相对较弱，制造过程中的智能加工和质量控制技术相对落后。例如，齿轮箱和发电机的可靠性需要提高。刀片处于独立设计的初级阶段。兆瓦级以上风力发电机的轴承和变流器刚刚开始小批量生产，控制系统仍处于示范应用阶段。2.风力资源等基础数据不完善，风电场设计、并网和运行等关键技术有待完善。中国现有风能资源的评估尚不准确，风电场设计所需的长期风能资源数据也不完善。风电场设计工具依赖国外软件产品，缺乏符合中国环境和地形条件的独立知识产权、风资源评估以及风电场设计和优化软件系统。风电并网技术需要深入研究和创新，以提高风电并网和吸收水平。尚未形成独立开发的先进运行控制和风电功率预测以及其他风电场运行和优化系统。3.风电行业公共测试体系刚刚起步，风电标准、测试和认证体系有待进一步完善。中国参照国际惯例，初步建立了风电标准、测试和认证体系。然而，由于中国特殊的环境条件(如台风、低温、高海拔等)。)和中国与国际产业的某些差异，需要根据中国的国情进一步完善。中国风电行业测试及相关测试系统设计技术主要依赖国外，制约了中国风电技术的发展。然而，欧美发达国家已经建立了完善的公共测试服务体系，如国家风电机组的现场测试、地面传输链和叶片测试等，为中国风电产业的发展做出了贡献。4.风电基础理论研究仍需深化，缺乏自主创新。风电学科建设和人才培养亟待加强。由于风力发电的大规模发展较晚，我国尚未积累足够的风力发电基础理论研究。他们大多直接引用或跟踪国外研究成果，缺乏技术突破和创新能力。风电科研水平与国外相比还有很大差距，风电科研人员的系统培训机制有待加强。5.中小型风力发电机组和风力发电非并网技术的研发有待进一步完善。中国小型风力发电机的生产和使用居世界首位，但产品的性能和可靠性有待提高。中型风力发电机的研发和风电非并网分布式接入技术的研究才刚刚起步，风电微电网技术和多能源互补利用集成技术需要不断的研究和示范。6.风力发电直接工业应用技术的研究有待拓展。尽管中国风力发电装机规模正在快速增长，但如何通过大规模储能降低风力发电的不确定性，以及如何将风能用于直接工业应用(如制氢和发电)的技术研究仍处于起步阶段超大型风电场的建设是我国风电发展需求的重点，国外无法提供直接经验。在“十二五”期间，国家计划建设六个陆上和两个海上及沿海风力发电基地。迫切需要在风资源评估、风电场设计、并网吸收和智能运行管理、大容量、高可靠性、高效率和低成本的风力发电机组等方面进行科技开发和创新。为中国超大型风电场的建设提供技术支持。2.大规模海上风力发电发展需求中国的海上风力发电已经开始。“十二五”期间，潮间带和近海风电将进入快速发展和大规模发展阶段。因此，有必要开展海上风力发电机开发及产业化关键技术研究，加强工程建设、并网等海上(潮间带)风力发电发展关键技术研究，为大规模海上风力发电发展提供技术支持。3.风电自主创新体系、能力建设和人才培养的需要“十二五”期间，结合国家能源产业总体部署和风电科技发展战略，迫切需要建立公共R&D和测试服务体系，根据中国环境和地形条件，开发具有自主知识产权的风电设计工具软件系统，实现整机设计集成和关键零部件制造领域的技术突破。 实现生产、学习、研究和应用的联合发展，为中国风电设备的性能优化和自主设计提供条件和支持，确保中国风电产业持续、快速、稳定增长。第三，总体思路(一)指导思想以科学发展观为指导，实施国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要和国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年），遵循“统筹规划、重点突破、交叉融合、自主创新”的原则，面向风电领域的重大国家需求和国际科技前沿，充分发挥科技在风电产业发展过程中的支撑和引领作用，全面提升中国风电产业核心竞争力。 实现中国从风电大国向风电强国的跨越，促进中国风电产业健康可持续发展。(2)发展原则着力解决与自主创新能力相关的重大科技问题。基于我国风电的现状和发展趋势，我们将全面推进具有自主知识产权的风电关键技术的研究，攻克一批陆上和海上风电机组设计制造和风电并网、离网的关键技术。加强基础和共性技术研究。适当整合资源，成果共享，避免重复建设、资源分散和浪费，同时，加强风电产业自主发展的基础研究和科研团队建设，建立紧密联系、结构合理的科技研发和公共服务体系。关注企业在技术创新领域的主导地位。风力发电场的大规模发展将带动风力发电产业化的发展，促进生产、研究和科研链的形成和健康发展，以科技推动产业进步。(3)规划目标在风电设备的设计和制造方面，掌握35MW直驱风电机组及部件的设计和制造，产品性能和可靠性达到国际领先水平，实现产业化。掌握7MW风力发电机组及其部件的设计、制造、安装和运行等整套产业化技术，达到产品性能和可靠性的国际先进水平，推动我国大容量风力发电机组的产业化。10MW海上风电机组整机及部件设计关键技术的突破与实现通过实施风电科技“十二五”规划，促进中国风电产业健康、有序、可持续发展，使中国风电产业和风电科技整体达到国际先进水平，为实现中国2020年二氧化碳排放强度降低40%-45%，非化石能源占一次能源消耗15%的能源战略目标做出直接和重要贡献。四.关键方向(a)基础研究为促进风力发电机组和风电场设计技术的发展和完善，解决了基于中国气候条件的风能资源基础理论研究和风力发电系统基础理论研究等关键科学问题。风能资源基础理论的主要研究方向包括：风的特性和海陆大气边界层模型、复杂地形的中尺度数值模型、近海风能资源和台风基础数据的观测理论和方法等。风力发电系统基础理论的主要研究方向包括：风力发电机空气动力学理论、风力发电机及其关键部件建模与仿真理论、风力发电系统工程理论等。(2)研发围绕整个风电产业链，结合国家能源发展战略，研发重点放在公共测试系统和测试、适合中国环境特点和地形条件的完整风力发电机组和关键部件的设计和制造、风电场的开发和运营、海上风电场的建设和建设等主要领域。全面提高我国风电设备的自主设计能力和风电场的设计、建设和运行管理水平。公共测试系统和测试技术的主要方向包括：风电公共测试系统的设计和建设、风电测试等。大容量风力发电机组关键技术的主要方向包括：设计、制造、测试、认证、运行等技术；独立可变螺旋桨、新型传动系统、先进控制系统等技术。风力发电机组关键技术包括：部件设计、制造、测试、认证、运行等技术；部件的抗疲劳、在线监测和故障诊断。风力机翼型族设计的关键技术包括先进的翼型族设计和应用技术、风力机风洞实验技术和设计工具软件开发技术。风电场的关键技术包括：大型风电场设计及优化软件开发技术、海上风电场建设及接入系统设计技术、海上基础设计技术、区域性多风电场运行控制及智能管理技术等。风电并网的关键技术包括风电并网模型及仿真技术、大规模风电并网技术、非并网分布式并网技术等。中小型风力发电机组的关键技术主要包括：高性价比的中小型风力发电机组的设计、制造和并网/离网运行技术，以及中小型风力发电机组的检测和认证技术。风力发电应用技术的主要方向包括：风力发电大规模储能技术、风力发电直接工业应用技术等。(三)综合示范班依托示范工程，加强风电系统集成技术研究。主要方向包括：风电场智能管理、海上风电场建设、多能源互补发电系统、分布式发电系统等。(4)成果转化类别成果转化的主要方向包括：应用先进的风翼型家族；大容量风力涡轮机及其关键部件的产业化；适合中国环境条件的风力涡轮机产业化；风力发电新技术的先进控制和其他大规模应用。V.关键任务(a)基础研究1.风能资源基础理论研究复杂地形下中尺度数值模式的高精度参数化研究：研究中尺度模式数据的四维同化；研究偏移量的测量和评估研究风力发电机组的气动设计理论，研究风力发电机组的气动力与结构、机械和电力等的耦合机理。研究了风力发电机组建模、验证和仿真的理论和方法，研究了建立风力发电系统整体动态数学模型的方法。(2)研发1.风力发电机组关键技术的研究与发展研究了10MW风力发电机组的总体设计技术，包括长寿命(20年以上)和高可靠性的设计方案、简单轻便的新型传动技术、抗突变风的气动和结构设计技术、抗盐雾和抗腐蚀材料的工艺设计、机械制造工艺设计技术。35MW永磁直驱风力发电机产业化技术研究，包括永磁电机总体设计、设计制造、机组优化设计、可靠性设计技术、系统控制技术和装配技术等。