風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距專(zhuān)利技術(shù)綜述

趙銀鳳

【摘要】風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變槳距技術(shù)是風(fēng)電控制系統(tǒng)中比較重要的控制系統(tǒng)，它在優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電的輸出方面起著重要的作用。本文從專(zhuān)利的角度，對(duì)DWPI和CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行分析，分析了變槳距技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的申請(qǐng)狀況，并且分析了其技術(shù)分支的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，對(duì)了解變槳距技術(shù)起到了一定的輔助作用。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電；變槳距；專(zhuān)利；技術(shù)發(fā)展

1.引言

近年來(lái)，隨著大量不可再生能源的消耗，以及隨之而來(lái)的氣候變暖、生態(tài)破壞和大氣污染等一系列環(huán)境問(wèn)題，使世界能源和環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，因而對(duì)于可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用變得尤為急切。風(fēng)能是使用最為廣泛和發(fā)展最快的可再生能源之一，亦是近期內(nèi)最具有大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用前景的可再生資源。然而隨著全球風(fēng)能快速發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)量不斷增加，各類(lèi)風(fēng)電機(jī)組事故也不斷出現(xiàn)。風(fēng)電機(jī)組一些故障甚至事故產(chǎn)生的原因無(wú)法得到合理的解釋?zhuān)o風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組和電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行留下了極大的隱患，對(duì)風(fēng)電技術(shù)的健康發(fā)展帶來(lái)了不良影響，迫切要求對(duì)風(fēng)電技術(shù)理論進(jìn)行深入研究[1] [3]。

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為一種相對(duì)新興的新能源技術(shù)，其技術(shù)的發(fā)展較快，而同技術(shù)直接相關(guān)的就是專(zhuān)利狀況，擁有專(zhuān)利的數(shù)量和利用專(zhuān)利的狀況可以直接反映出一個(gè)國(guó)家或企業(yè)在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的總體實(shí)力。為此，有必要對(duì)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的專(zhuān)利狀況作詳細(xì)而深入的研究。

2.風(fēng)力發(fā)電裝置變槳距專(zhuān)利技術(shù)分析

本文主要以CNABS和DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索結(jié)果為分析基礎(chǔ)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電變槳距專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行了初步的分析，從全球以及國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量、申請(qǐng)人分布、主要發(fā)展趨勢(shì)等發(fā)面作了初步的探索性分析[2]。

2.1中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)分析

2.1.1專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)

中國(guó)風(fēng)電技術(shù)研究相對(duì)國(guó)外起步較晚，而專(zhuān)利的申請(qǐng)更是較晚，隨著1985年我國(guó)第一件風(fēng)電專(zhuān)利誕生，才意味著我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)真正開(kāi)始發(fā)展，而對(duì)于變槳距技術(shù)，從1988年到2000年一直都處于較低水平，其技術(shù)也一般是購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的技術(shù)；而到1997年國(guó)家“乘風(fēng)計(jì)劃”支持下，風(fēng)電真正從科研走向市場(chǎng)，1998年起，國(guó)外一些大型風(fēng)電企業(yè)開(kāi)始將PCT的觸角伸向中國(guó)，2000年后，兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為世界風(fēng)電市場(chǎng)的主流機(jī)型，這在很大程度上刺激了國(guó)內(nèi)對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，十五期間，國(guó)內(nèi)開(kāi)始集中力量對(duì)風(fēng)電技術(shù)的研發(fā)，變槳技術(shù)的研究也逐漸增多，2003年之后，國(guó)家基本每年都出臺(tái)關(guān)于新能源開(kāi)發(fā)的政策，這個(gè)階段，變槳距技術(shù)申請(qǐng)量也穩(wěn)步增長(zhǎng)。

2.1.2專(zhuān)利申請(qǐng)重要申請(qǐng)人類(lèi)型分析

國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)量排名比較靠前的有多個(gè)是國(guó)外公司在中國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利，例如通用電氣，三菱重工，維斯塔斯，SSB風(fēng)系統(tǒng)等，這些風(fēng)電巨頭同樣在中國(guó)對(duì)其專(zhuān)利進(jìn)行了布局，遠(yuǎn)景能源有限公司對(duì)變槳技術(shù)的研究比較多，其注重研究風(fēng)電的核心控制智能技術(shù)，推出了全球首創(chuàng)的局部變槳技術(shù)，提高了發(fā)電效率。而浙江華鷹的申請(qǐng)也都是針對(duì)的被動(dòng)變槳技術(shù)，應(yīng)用于小型風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。除此之外，國(guó)內(nèi)的企業(yè)在風(fēng)力發(fā)電變槳距的技術(shù)方面目前仍然比較薄弱，雖然也有個(gè)人或者高校進(jìn)行研究，但一般是被動(dòng)變槳距或者是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)適用的變槳技術(shù)，對(duì)于成熟的變槳距的研發(fā)還較少，專(zhuān)利布局比較空缺。

2.2國(guó)外專(zhuān)利申請(qǐng)分析

2.2.1專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電變槳距技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)，基本上可以分為萌芽時(shí)期和高速發(fā)展時(shí)期，萌芽時(shí)期基本上起源于20世紀(jì)90年代，一直持續(xù)到21世紀(jì)之前，在風(fēng)電發(fā)展初期，基本上美國(guó)的個(gè)人對(duì)變槳技術(shù)研究較多，到93年以后，日本對(duì)風(fēng)力發(fā)電變槳技術(shù)的研究也漸漸發(fā)展起來(lái)。對(duì)于這個(gè)時(shí)期變槳技術(shù)研究的比較少，主要是因?yàn)檎麄€(gè)風(fēng)電行業(yè)也是剛剛起步，研究關(guān)注的重點(diǎn)還在整體風(fēng)機(jī)性能例如如何能夠獲取更多的風(fēng)能，而并沒(méi)有進(jìn)一步關(guān)注風(fēng)能輸入和輸出的匹配問(wèn)題。并且這個(gè)時(shí)期對(duì)變槳距的研究主要還是被動(dòng)變槳距，通過(guò)彈簧或者離心錘等實(shí)現(xiàn)變槳，主動(dòng)變槳距還比較少。進(jìn)入21世紀(jì)之后，由于能源危機(jī)的加劇，各國(guó)政府對(duì)風(fēng)電的發(fā)展也給予了不同程度的支持，因此，風(fēng)電的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期。

2.2.2不同技術(shù)分支申請(qǐng)情況分析

風(fēng)電槳距控制主要分為被動(dòng)變槳距和主動(dòng)變槳距，在變槳距技術(shù)研究的早期，被動(dòng)變槳距技術(shù)一直是變槳距的主要技術(shù)，該技術(shù)不需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，只需根據(jù)外界流體狀態(tài)就能自動(dòng)調(diào)節(jié)槳距角的大小，通過(guò)機(jī)械的彈簧裝置、離心原理等實(shí)現(xiàn)被動(dòng)變槳距，一般在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用比較多，其專(zhuān)利的申請(qǐng)量一直保持在比較穩(wěn)定的水平，數(shù)量不多。雖然被動(dòng)變槳距有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但其同時(shí)也存在著調(diào)節(jié)滯后，不能精確調(diào)節(jié)，在應(yīng)用到大風(fēng)機(jī)時(shí)存在很大的安全問(wèn)題。因此，隨著變槳距技術(shù)的不斷發(fā)展，主動(dòng)變槳技術(shù)越來(lái)越占據(jù)變槳技術(shù)的主導(dǎo)地位，尤其對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般都采用主動(dòng)變槳距技術(shù)。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析可知，國(guó)內(nèi)在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距領(lǐng)域的技術(shù)還比較薄弱，基本上停留在被動(dòng)變槳技術(shù)上，對(duì)于主動(dòng)變槳的液壓變槳和電動(dòng)變槳涉及較少，而通用電氣和日本三菱重工以及維斯塔斯等在變槳距技術(shù)方面已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家進(jìn)行了專(zhuān)利布局，國(guó)內(nèi)變槳技術(shù)大部分為進(jìn)口。雖然風(fēng)電巨頭公司在變槳距技術(shù)方面已經(jīng)占有大量的專(zhuān)利，但變槳技術(shù)的發(fā)展也比較快，其與葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能是分不開(kāi)的，目前風(fēng)電巨頭變槳技術(shù)一般都是針對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而對(duì)于與葉片空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)的變槳技術(shù)并不是很多，這在很大程度上還有一個(gè)技術(shù)缺口，比如今年國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人遠(yuǎn)景能源的葉片部分變槳技術(shù)，以及利用葉片湍流帶的葉片變槳技術(shù)等，這些都是目前或者未來(lái)研究的重點(diǎn)，也是建立專(zhuān)利申請(qǐng)、研發(fā)的一個(gè)新方向。

參考文獻(xiàn)

[1]毛金生.風(fēng)力發(fā)電行業(yè)專(zhuān)利分析.北京：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社[M].2011.11.

[2]楊鐵軍.專(zhuān)利分析實(shí)務(wù)手冊(cè).北京：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社[M].2012年10月第二版.

[3]劉德順等.現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)機(jī)械工程，第24卷第1期，2013年1月上半月.