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大型风电技术创新路线图
大型风电技术创新
一、战略方向
1.大型风电关键设备。 重点 10MW 级及以上风电机组， 以及100 米级及以上风电叶片、 10MW 级及以上风电机组变流器和高可靠、 低成本大容量超导风力发电机等方面开展研发与攻关。
2.远海大型风电系统建设。 重点在远海大型风电场设计建设、适用于深水区的大容量风电机组漂浮式基础、 远海风电场输电， 以及海上风力发电运输、 施工、 运维成套设备等方面开展研发与攻关。
3.基于大数据和云计算的风电场集群运控并网系统。 重点在典型风资源特性研究与评估、 基于大数据大型海上风电基地群控、 风电场群优化协调控制和智能化运维、 海上风电场实时监测及智能诊断技术装备等方面开展研发与攻关。
4.废弃风电设备无害化处理与循环利用。 重点在风电设备无害化回收处理、 风电磁体和叶片的无害化回收处理等方面开展研发与攻关。
二、创新目标
1.2020 年目标。 形成 200~300 米高空风力发电成套技术。 掌握自主知识产权的 10MW 级以下大型风电机组及关键部件的设计制造技术， 形成国际竞争力； 突破近海风电场设计和建设成套关键技术， 形成海上风电工程技术标准。 掌握复杂条件下的风资源特性及各区域风电资源时空互补性， 评估风资源可获得性， 进行风电场优化布局； 建立风电场群控制与运维体系， 支撑区域风电规模并网。
2.2030 年目标。200~300米高空风力发电获得实际应用并推广。突破 10MW 级及以上大型风电机组关键部件设计制造技术，建立符合海况的远海风电场设计建设标准和运维规范； 掌握风电场集群的多效利用、 风电场群发电功率优化调度运行控制技术； 掌握废弃风电机组材料的无害化处理与循环利用技术， 支撑风电可持续发展；成为风电技术创新和产业发展强国。
3.2050 年展望。 突破 30MW 级超大型风电机组关键技术， 掌握不同海域规模化风电开发成套技术与装备， 形成完整的风能利用自主创新体系和产业体系， 风能成为我国主要能源之一。
三、创新行动
1.100 米级及以上叶片设计制造技术。 研究 100 米级及以上叶片三维设计方法与设计体系、 叶片载荷与破坏机理和优化校核方法， 以及基于高效叶片气弹、 轻量化结构、 和新材料技术相结合的一体化设计技术； 研究 100 米级及以上叶片结构轻量化设计技术、叶片碳-玻材料混杂及铺层优化设计技术； 研制 100 米级及以上大型海上风电机组叶片， 研究大型叶片测试技术， 推动具有自主知识产权的系列化风电叶片产业化。
2.大功率陆上风电机组及部件设计与优化关键技术。 研究大功率风电机组整机一体化优化设计及轻量化设计技术；开展大功率机组叶片、 载荷与先进传感控制集成一体化降载优化技术， 大功率风电机组电气控制系统智能诊断、 故障自恢复免维护技术， 以及大功率陆上风电机组及关键部件绿色制造技术研发。
3.陆上不同类型风电场运行优化及运维技术。 研究风电机组和风电场综合智能化传感技术、 风电大数据收集及分析技术； 研究复杂地形、 特殊环境条件下风电场与大型并网风电场的设计优化方法及基于大数据的风电场运行优化技术； 研究基于物联网、 云计算和大数据综合应用的陆上不同类型风电场智能化运维关键技术， 以及适合接入配电网的风电场优化协调控制、 实时监测和电网适应性等关键技术。
4.典型风资源特性与风能吸收方法研究及资源评估。 研究陆上和海上复杂条件影响下的风特性并揭示脉动特性， 研究边界层风垂直变化并分析不同海域的热力稳定度。 根据海上典型风资源特征，探明多尺度叶片流场复杂特性和描述方法， 获得不同尺度流场特征参数相互耦合的物理机制， 开展适合我国风资源特性的高性能大型风电机组的专用翼型族研究。 普查陆上和海上典型风资源并分析数据， 建立风资源评估数值模型， 开发自主知识产权的风资源评估系统。
5.10MW 级及以上海上风电机组及关键部件设计制造关键技术。 研究适合我国海况和海上风资源特点的风电机组精确化建模和仿真计算技术； 研究 10MW 级及以上海上风电机组整机设计技术，包括风电机组、 塔架、 基础一体化设计技术， 以及考虑极限载荷、疲劳载荷、 整机可靠性的设计优化技术； 研究高可靠性传动链及关键部件的设计、 制造、 测试技术， 以及大功率风电机组冷却技术。研制自主知识产权的 10MW 级及以上海上风电机组及其轴承和发电机等关键部件。
6.10MW 级及以上海上风电机组控制系统与变流器关键技术。研究海上风电机组在风、 波浪、 洋流耦合下的运行特性； 研究风电机组智能化控制技术、 极端工况（ 覆冰、 台风） 下的载荷安全控制技术。 研究风电机组变流器和变桨距控制系统等的模块化设计技术， 以及中高压变流技术、 新型变流器冷却技术； 研制大型海上风电机组智能型整机控制系统、 变流器及变桨距控制装备， 并推广应用。
7.远海风电场设计建设技术。 研究海上风电场建设选址技术，提出适合我国远海深水区风资源条件的风电机组优化布置方法。 开展极端海洋环境荷载作用下海上风电机组结构的非线性荷载特性、远海深水区极端海况条件下大容量海上风电机组基础的荷载联合作用计算方法等研究； 开发远海风电机组施工与建造技术、 远海风电场并网技术、 深水电缆铺设及动态跟随风电机组的柔性连接技术、 风能与海洋能综合一体化互补利用技术与装备。
8.大型海上风电机组基础设计建设技术。 研究提出适用于我国远海深水区大容量风电机组的海上基础结构型式。 探索远海深水区大容量海上风电机组基础的疲劳发生机理与控制方法， 开展极端海洋环境荷载作用下的失效模式与分析方法研究， 提出其反应控制策略与防灾减灾对策。 研究大容量风电机组基础设计制造技术， 研制远海海洋环境荷载特点下满足施工与制造要求的新型漂浮式基础。
9.大型海上风电基地群控技术。 建立包含海上风电场群运行数据、 实测气象数据以及数值天气预报数据的大数据平台， 研发基于大数据的海上大型风电基地运行优化技术、 风电场群发电功率一体化预测技术、 风电场群协同控制优化技术、 风电场及场群真实能效评估和优化策略。 研究海上风电场群电能的多效利用技术， 研究储能系统的功率和容量选取以及混合储能系统的协调控制问题。
10.海上风电场实时监测与运维技术。 分析影响海上风电场群运维安全及成本的因素， 研究海上风电场运维技术，开发基于寿命评估的动态智能运维管理系统； 研发海上风电场的运行维护专用检测和作业装备及健康模型与状况评估、 运行风险评估、 剩余寿命预测和运维决策支持等技术。 研究海上机组的新型状态监测系统装备技术及智能故障预估的维护技术、 关键部件远程网络化监控与智能诊断技术。
1.大型风电关键设备。 重点 10MW 级及以上风电机组， 以及100 米级及以上风电叶片、 10MW 级及以上风电机组变流器和高可靠、 低成本大容量超导风力发电机等方面开展研发与攻关。
2.远海大型风电系统建设。 重点在远海大型风电场设计建设、适用于深水区的大容量风电机组漂浮式基础、 远海风电场输电， 以及海上风力发电运输、 施工、 运维成套设备等方面开展研发与攻关。
3.基于大数据和云计算的风电场集群运控并网系统。 重点在典型风资源特性研究与评估、 基于大数据大型海上风电基地群控、 风电场群优化协调控制和智能化运维、 海上风电场实时监测及智能诊断技术装备等方面开展研发与攻关。
4.废弃风电设备无害化处理与循环利用。 重点在风电设备无害化回收处理、 风电磁体和叶片的无害化回收处理等方面开展研发与攻关。
二、创新目标
1.2020 年目标。 形成 200~300 米高空风力发电成套技术。 掌握自主知识产权的 10MW 级以下大型风电机组及关键部件的设计制造技术， 形成国际竞争力； 突破近海风电场设计和建设成套关键技术， 形成海上风电工程技术标准。 掌握复杂条件下的风资源特性及各区域风电资源时空互补性， 评估风资源可获得性， 进行风电场优化布局； 建立风电场群控制与运维体系， 支撑区域风电规模并网。
2.2030 年目标。200~300米高空风力发电获得实际应用并推广。突破 10MW 级及以上大型风电机组关键部件设计制造技术，建立符合海况的远海风电场设计建设标准和运维规范； 掌握风电场集群的多效利用、 风电场群发电功率优化调度运行控制技术； 掌握废弃风电机组材料的无害化处理与循环利用技术， 支撑风电可持续发展；成为风电技术创新和产业发展强国。
3.2050 年展望。 突破 30MW 级超大型风电机组关键技术， 掌握不同海域规模化风电开发成套技术与装备， 形成完整的风能利用自主创新体系和产业体系， 风能成为我国主要能源之一。
三、创新行动
1.100 米级及以上叶片设计制造技术。 研究 100 米级及以上叶片三维设计方法与设计体系、 叶片载荷与破坏机理和优化校核方法， 以及基于高效叶片气弹、 轻量化结构、 和新材料技术相结合的一体化设计技术； 研究 100 米级及以上叶片结构轻量化设计技术、叶片碳-玻材料混杂及铺层优化设计技术； 研制 100 米级及以上大型海上风电机组叶片， 研究大型叶片测试技术， 推动具有自主知识产权的系列化风电叶片产业化。
2.大功率陆上风电机组及部件设计与优化关键技术。 研究大功率风电机组整机一体化优化设计及轻量化设计技术；开展大功率机组叶片、 载荷与先进传感控制集成一体化降载优化技术， 大功率风电机组电气控制系统智能诊断、 故障自恢复免维护技术， 以及大功率陆上风电机组及关键部件绿色制造技术研发。
3.陆上不同类型风电场运行优化及运维技术。 研究风电机组和风电场综合智能化传感技术、 风电大数据收集及分析技术； 研究复杂地形、 特殊环境条件下风电场与大型并网风电场的设计优化方法及基于大数据的风电场运行优化技术； 研究基于物联网、 云计算和大数据综合应用的陆上不同类型风电场智能化运维关键技术， 以及适合接入配电网的风电场优化协调控制、 实时监测和电网适应性等关键技术。
4.典型风资源特性与风能吸收方法研究及资源评估。 研究陆上和海上复杂条件影响下的风特性并揭示脉动特性， 研究边界层风垂直变化并分析不同海域的热力稳定度。 根据海上典型风资源特征，探明多尺度叶片流场复杂特性和描述方法， 获得不同尺度流场特征参数相互耦合的物理机制， 开展适合我国风资源特性的高性能大型风电机组的专用翼型族研究。 普查陆上和海上典型风资源并分析数据， 建立风资源评估数值模型， 开发自主知识产权的风资源评估系统。
5.10MW 级及以上海上风电机组及关键部件设计制造关键技术。 研究适合我国海况和海上风资源特点的风电机组精确化建模和仿真计算技术； 研究 10MW 级及以上海上风电机组整机设计技术，包括风电机组、 塔架、 基础一体化设计技术， 以及考虑极限载荷、疲劳载荷、 整机可靠性的设计优化技术； 研究高可靠性传动链及关键部件的设计、 制造、 测试技术， 以及大功率风电机组冷却技术。研制自主知识产权的 10MW 级及以上海上风电机组及其轴承和发电机等关键部件。
6.10MW 级及以上海上风电机组控制系统与变流器关键技术。研究海上风电机组在风、 波浪、 洋流耦合下的运行特性； 研究风电机组智能化控制技术、 极端工况（ 覆冰、 台风） 下的载荷安全控制技术。 研究风电机组变流器和变桨距控制系统等的模块化设计技术， 以及中高压变流技术、 新型变流器冷却技术； 研制大型海上风电机组智能型整机控制系统、 变流器及变桨距控制装备， 并推广应用。
7.远海风电场设计建设技术。 研究海上风电场建设选址技术，提出适合我国远海深水区风资源条件的风电机组优化布置方法。 开展极端海洋环境荷载作用下海上风电机组结构的非线性荷载特性、远海深水区极端海况条件下大容量海上风电机组基础的荷载联合作用计算方法等研究； 开发远海风电机组施工与建造技术、 远海风电场并网技术、 深水电缆铺设及动态跟随风电机组的柔性连接技术、 风能与海洋能综合一体化互补利用技术与装备。
8.大型海上风电机组基础设计建设技术。 研究提出适用于我国远海深水区大容量风电机组的海上基础结构型式。 探索远海深水区大容量海上风电机组基础的疲劳发生机理与控制方法， 开展极端海洋环境荷载作用下的失效模式与分析方法研究， 提出其反应控制策略与防灾减灾对策。 研究大容量风电机组基础设计制造技术， 研制远海海洋环境荷载特点下满足施工与制造要求的新型漂浮式基础。
9.大型海上风电基地群控技术。 建立包含海上风电场群运行数据、 实测气象数据以及数值天气预报数据的大数据平台， 研发基于大数据的海上大型风电基地运行优化技术、 风电场群发电功率一体化预测技术、 风电场群协同控制优化技术、 风电场及场群真实能效评估和优化策略。 研究海上风电场群电能的多效利用技术， 研究储能系统的功率和容量选取以及混合储能系统的协调控制问题。
10.海上风电场实时监测与运维技术。 分析影响海上风电场群运维安全及成本的因素， 研究海上风电场运维技术，开发基于寿命评估的动态智能运维管理系统； 研发海上风电场的运行维护专用检测和作业装备及健康模型与状况评估、 运行风险评估、 剩余寿命预测和运维决策支持等技术。 研究海上机组的新型状态监测系统装备技术及智能故障预估的维护技术、 关键部件远程网络化监控与智能诊断技术。
11.风电设备无害化回收处理技术。 研究叶片无害化回收处理技术， 研究适合叶片性能要求和大尺度几何结构的易回收或降解的树脂体系及其成型技术； 研发不同类型风电叶片组成材料的高效分离回收技术及装备， 以及不可回收材料无害化处理技术与装备。 研发不同类型风电磁体回收与无害化处理关键技术与装备； 研究不同组成材料的永磁体高效清洁分类回收技术与永磁材料再利用技术，并研制回收处理设备。
