海上风电支撑基础结构专利分析

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杜美瑭 杨 语（等同第一作者）
国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心
杜美瑭，女，31岁，研究生学历，专利审查员，主要研究方向为风力发电领域
发明专利审查；杨语，女，27岁，研究生学历，专利审查员，主要研究方向为
风力发电领域发明专利审查。

海上风电支撑基础结构专利分析
图1 海上风电支撑基础的技术分解图
2 海上风电支撑结构专利申请量趋势
中国科技信息2019年第12期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jun .2019
◎专利分析政策鼓励创新以及新能源的快速发展有关，韩国的申请主要集中在2005年后，中国和韩国虽然在该领域发展起步较晚，但是由于较快的增长速度使得其申请总量能够排名靠前；德国、英国、美国在该领域起步较早，且申请量增长趋势平稳，虽然申请总量不及中国，但是作为全球风电产业发展的领先者，在该领域拥有重工业强企，在技术上具有一定优势。

日本、法国、挪威、西班牙、丹麦、荷兰等国家在海上风力发电机组支撑技术中发展较为均衡，虽然申请总量不及中、德、美，但是，其充分利用海上优势，拥有成熟的海上风电技术，是全球已建成的海上风电站的主力军。

重点申请人从图5中可以看出，申请量为前五的申请人中，中国企业占据三个，申请量为前十的申请人中，中国企业占据五个，虽然中国在该领域起步较晚，但是近五年来，中国风电行业迅速发展，关于海上风电支撑技术的专利也大幅增长，使得中国申请人在该领域的申请量排名靠前。

除了中国，申请量较多的还有德国的西门子、丹麦的维斯塔斯、日本的三菱重工、韩国三星重工和法国的阿尔斯通。

除了西门子的申请量相对较多外，其余几家企业的申请量差距不大，表明该领域目前申请人的申请量相对均衡，且随着海上风电技术的不断发展和各申请人的专利布局情况，国外申请人的排名较容易发生变化。

技术发展按照技术分支的划分，通过对各时期的主要专利文献进行梳理和分析，可以得到该领域的发展路线图，如图6所示，海上风电机组的基础结构专利技术的发展可大致分为三个阶段。

2000年以前，海上风电基础的固定式基础设计主要参考陆地风电基础的设计方式，例如对于单桩基础，还是独立矗立于水中的小型单体结构；对于多桩基础的专利技术主要集中于支撑平台的设计，下部桩体的布局以及结构设计；对于导管架基础，主要是关于桁架的支撑结构；对于重力式基础，还处于单桶基础的阶段。

而浮式基础应用于海上风电的概念才刚刚诞生，还处于技术起步阶段，关于浮式基础的专利技术主要集中于系统的整体结构设计以及主要部件的构造等方面。

2000~2010年，固定式基础的设计对于海上环境的考虑更加全面，结构设计趋向于实现更高的稳定性要求，对于单桩基础，通过在桩体深入海床的部分或海床以上部分添加辅助支撑结构以抵抗海浪的冲击；对于多桩基础，关于较易损坏的关键承力部位进行加固的专利较多，比如桩柱与支撑平台的连接结构，桩柱底部的支撑底座的加固结构；而对于浮式基础的结
构设计也更加具体化，例如对于张力腿（TLP）基础，关于浮体支撑结构的设计和系泊系统的底座设计以及实现缆索调节的引导装置等方面出现较多专利，比如通过不同型式的支撑结构加强支撑，通过底部重力或吸力基础固定于海床的相关具体结构设计；对于半潜式基础的专利技术主要集中于如何稳固浮力平台，如何防止风机受海浪影响而倾翻的相关结构设计。

2010年至今，固定式基础和浮式基础的结构设计更加细化，形成了集合不同基础优点或不同结构型式优点的复合基础或混合结构型式，继续通过增设辅助部件以提高结构强度提高稳定性，同时研究者们开始更加注重运输或维护过程中可能出现的问题而进行有针对性的设计，或通过改进相关结构以降低投资成本。

总结
随着人类对能源需求的日益增加，海上风力发电的应用将更为广泛，在充分考虑海上风电场复杂环境条件的基础上，如何构建更为稳定的支撑结构以及降低投资成本将是人们对海上
风电机组支撑结构的重要研究方向。

本文对海上风电机组支撑结构的专利技术进行分析和整理，梳理了海上风电机组支撑基础结构的专利技术演进路线和技术发展，为我国海上风电机组支撑技术的研究发展方向和专利布局提供一定参考和借鉴。

图4 主要技术原创国历年专利申请量图3 技术原创国申请量分布图5 重点申请人专利申请分布
图6 海上风电基础结构发展路线图。