欧洲风能技术与创新平台发布至2027年风能研发路线图

 　　欧洲风能技术与创新平台（ETIP-Wind）日前发布了《风能路线图》，确定了2020-2027年间欧盟风能技术五个重点领域的研发优先事项，包括：并网及系统集成；运行与维护；下一代风能技术；降低海上风电成本相关技术；浮动式海上风电。路线图指出了各技术领域面临的关键挑战和近、中、远期研发优先事项，并明确了研发优先级。欧盟委员会于2016年在“战略能源技术规划”（SET-Plan）框架下建立了ETIP-Wind，汇集了风能行业的利益相关方，包括产业界、政府部门和研发机构，主要工作是制定欧洲风能技术研发重点并进行沟通和协调，以确保欧洲风能保持领先地位，实现欧洲气候和能源目标。路线图明确的研发要点如下：　　一、并网及系统集成　　1、关键挑战　　电力系统必须进行重大转型以应对未来完全使用可再生能源发电的情况，因此需加强和加速包括电厂运营商、系统运营商和用户在内的所有参与者之间的沟通与协调，增强数据管理和网络安全，优化现有电网基础设施和开发高压直流输电（HVDC）技术，并在整个欧洲范围内对混合能源网络和虚拟电厂进行更大规模的示范。此外，需提高灵活性以实现100%可再生能源发电，包括：①开发实时灵活性解决方案以稳定系统，短期解决方案以平衡系统，长期的运行方案以维持系统的充分供应；②风电场运营商需通过提供辅助服务以为电网的管理做出更大贡献，并开发新的解决方案以使能源生产与风能收集脱钩，以便在资源不足时为系统供电；③对短期和季节性储能、多种配置风电场（安装了多种风力涡轮机）和混合能源系统进行创新，并提升对发电量和需求量的预测准确性。　　2、研发重点　　在并网和系统集成领域，按照研发重要性进行优先级排序，近、中、长期（即2020-2022年、2023-2024年和2025-2027年）将进行的研发事项如下：　　（1）近期。首要进行如下方面的研究：①发电量和需求量预测；②短期储能技术研究。其次，将进行长期储能技术研究。优先级最低的研发事项为：①多种配置风电场；②未来系统需求建模。　　（2）中期。优先级最高的研发事项为输电基础设施优化。优先级中等的有：①系统辅助服务；②可持续混合能源系统解决方案。　　（3）长期。优先级最高的研发事项为100%可再生能源的系统稳定性研究。　　二、运行与维护　　1、关键挑战　　风力涡轮机暴露于各种天气极端现象中，不断变化的外部条件使风力涡轮机承受的负荷变化范围很大，对叶片和发电机等关键组件施加了极大的应力，运营商将需要连接并汇总来自涡轮机组件的实时数据，开发人工智能技术以提供新的大数据分析工具和解决方案，进而优化性能管理，确保风力涡轮机以其最佳状态运行，提升运行耐用性。风力发电厂通常包括多个相互连接但又独立分布的发电设备，面临一系列独特的运营挑战：①风力涡轮机通常安装在更偏远且人口较少的地区，使按时运送人员、材料和组件变得困难，需通过数字解决方案和遥感技术的研究与创新，扩大运维人员在设备故障时的操作范围以防止意外故障；②风电场运营商通常运营和维护大量资产，需研发数字资产管理系统以优化机组而非单个涡轮机的电力生产；③随着风电机组逐渐增多，运营商还需要制定全面的风机退役策略，开发风机退役策略和技术，以处理将在未来几年内达到设计使用寿命的资产。　　2、研发重点　　在运行与维护领域，按照研发重要性进行优先级排序，分阶段将进行的研发事项如下：　　（1）近期。首要进行如下方面的研究：寿命评估和运行情况监测；用于控制和监测的数字技术。其次，将探索利用机器人进行检查和维修的方法。　　（2）中期。优先级最高的研发事项为：①动态电缆修复解决方案；②智能运行的数字化解决方案；③预测环境参数。优先级中等的有：①退役策略和技术；②极端环境下的运行解决方案。　　三、下一代风能技术　　1、关键挑战　　欧洲风电行业需要继续降低风电成本，如：①设计和制造新的组件结构和材料并开发新型高精度生产线，用于大规模生产更大、更高效的涡轮机；②研发新材料和/或多材料解决方案，以减轻部件重量、增加耐用性并改善机械性能；③改进运输和安装技术并扩大规模，以适应未来几年大型风力涡轮机的发展。此外，还需提高风电的可持续性，通过研发和创新以促进回收技术的多样化并扩大规模。基础设施、塔架和齿轮箱之类的大多数风力涡轮机组件都是可回收的，这使得风力涡轮机的回收率高达85%-90%。然而，由于复合材料的使用，叶片的回收是一个特殊的挑战，因此需要对回收技术进一步创新并进行大规模示范，以回收玻璃、碳纤维和磁性材料等关键材料。还需开发更轻、更耐用、更易回收的新材料，以提高风电的可持续性并降低欧盟对稀土矿物和其他关键原材料的进口依赖。　　2、研发重点　　在下一代风能技术领域，按照研发重要性进行优先级排序，近、中、长期将进行的研发事项如下：　　（1）近期。首要进行如下方面的研究：①组件材料的验证与开发；②叶片回收示范；③将风电系统整合到周围的自然和社会环境中。其次，将开发大型零件运输的新方法。　　（2）中期。优先级最高的研发事项为：①开发可持续材料；②制定标准；③制造工艺开发。优先级中等的有：①传感器、诊断和响应技术；②下一代风力发电机；③降噪技术；④组件的可靠性研究。　　（3）长期。将首要开发组件和材料的回收技术，其次是颠覆性技术研究。　　四、降低海上风电成本　　1、关键挑战　　未来十年，12-15兆瓦海上风力涡轮机将投放市场，需要具有更大空间、更深吃水深度、更坚固的安装船和起重机，因此需要创新的概念和设计来开发能够承受超过1000吨的新一代安装船。还需开发更好的方法测试电缆在生产后、运输后和安装后的完整性，以减少因扭曲、过载和海底覆盖层的侵蚀导致的电缆失效，避免电缆故障造成的运行损失和高昂的维修费用。此外，需探索集成海上风电场设计和开发的通用方法。海上风电大规模商业化的障碍主要涉及批量产品、动态输出电缆和电力辅助设备对港口基础设施的要求，以及操作和维护技术。风电行业及其供应链应开发海上风电的物流模型，并确定通用的安装技术和制造要求。开发新的基础系统标准化解决方案，以简化风机安装过程，降低故障成本，使不同制造商使用相同的基础系统以扩大欧洲供应链市场。此外，还需为导管架底座的防腐蚀设定更好的标准。　　2、研发重点　　在降低海上风电成本的相关技术领域，按照研发重要性进行优先级排序，近、中、长期将进行的研发事项如下：　　（1）近期。优先级为中等的研发事项有：①数据可用性和共享；②子结构批量生产的流程分析。　　（2）中期。将首要进行布线和连接相关研究，其次将进行材料耐用性和保护方面的研究。　　（3）长期。将首要进行如下工作：①制定跨行业标准和协议；②集成优化设计方案；③方法和流程的验证。而优先级最低的事项为供应链物流的开发。　　五、浮动式海上风电　　1、关键挑战　　为了使浮动式海上风电具备与其他能源的成本竞争力，需实现浮子的批量生产，存在如下挑战：①开发部署模型、案例研究和市场评估，以确定不同市场和环境下的最佳设计和概念；②评估在各种市场和环境中制造、运输、安装和操作的便利性；③开发具备良好性能且易于低成本批量生产的浮动式设计；④在许多经济领域进行详细的计划和协调，以快速启动新的供应链；⑤通过研究和创新提升供应商的制造能力，升级港口基础设施，开发新的安装船以及设计新电网连接设备。此外，对于浮动式风电场的部署也存在挑战：①需更好地理解停机时风浪相互作用，以优化浮动式海上风机的停机安排和涡轮机设计；②在禁止使用气象桅杆的深水区域，需准确评估风能资源的需求；③需对停机时尾流和风场连贯性进行明确定义；④浮动式涡轮机的较大运动对部分部件的载荷疲劳提出了设计上的挑战，需研发缓解负载的设计模型和控制方法；⑤随着涡轮机尺寸的增加，组装和繁重的维护操作成为一项挑战，需要开发低成本安装和维护的创新解决方案和概念；⑥需监测系泊系统和动态电缆这在循环载荷和海洋条件下的老化情况，通过生命周期管理显著降低成本；⑦通过研发创新，确定在水深超过100米水域将阵列电缆固定在海床上的方法。　　2、研发重点　　在浮动式海上风电领域，按照研发重要性进行优先级排序，近、中、长期将进行的研发事项如下：　　（1）近期。优先级最高的研发事项有：①精益制造；②验证设计工具；③系泊和锚；④动态电缆；⑤控制方法。　　（2）中期。优先级为中等的事项为开发供应链中的集成设计流程，优先级最低的则为浮动安装、组装和大型维护。　　（3）长期。中等优先级的事项为停机控制方面的研究。