风力发电涉及空气动力学、机械设计与制造、电气工程、自动化控制、材料学、海洋工程等多学科的交叉，属于高新技术产业和战略新型产业。风电整机设计技术是风电产业的技术核心，风电机组主要包括塔架、叶片、齿轮箱、轮毂、主轴、发电机、变流器和轴承等部件。
纵观风电技术发展历程及技术指标，我国风电产业从完全依赖进口到联合研发、自主研发，再到产业全面发展，风电技术从弱到强，实现了技术水平的不断进步迭代升级，在国际技术发展中位于前列。
我国风电技术发展瓶颈与挑战
经过三十多年发展，目前我国陆上风电技术完全成熟，并具备一定市场规模。但海上风电技术仍处于早期应用阶段。目前近海与深远海风电技术发展并不同步，其中，近海风电技术已具备成本竞争性，而深远海风电技术初步进入市场，却不具备成本优势，仍需国家政策的支持。
此外，仍有一些技术瓶颈有待解决，风能产业链部分环节对国外依赖度比较高，主要包括风资源分析、风电机组整机设计仿真等工程仿真软件，关键轴承、变流器、控制器中的关键电子器件，碳纤维、巴沙木、润滑剂等关键材料等。其中较为突出的有几个方面：
设计软件等基础技术
风能领域应用的风电机组整机设计仿真软件、有限元分析软件、CAD 软件、数值计算软件以及风电场开发设计等仿真软件，几乎 100% 依赖国外企业。其中，整机设计仿真软件主要来自挪威 DNV 等，有限元分析软件主要由美国 ANSYS、MSC 以及法国达索提供， CAD 软件主要来自法国 Solidworks 和美国 Autodesk 等，风资源评估和风电场设计软件主要来自丹麦 WAsP、法国美迪和挪威 WindSim 等，海洋工程软件主要来自美国Bentley 等。
目前国内已开展相关软件研究，但尚未达到商业软件层面。另一方面，风电机组的单机额定容量提升越发快速，叶片的尺寸也相应不断提高，超长叶片产品的轻量化、可靠性、安全性、效率和经济性等问题越发凸显。目前，我国仍主要依赖国外的叶片设计技术，对大型柔性叶片的气弹稳定性机理认识不足，缺乏基于气弹耦合效应的大型叶片高效、低载、轻量化设计技术。
关键部件
【轴承】
我国 5 兆瓦级以上大兆瓦风电机组主轴轴承 60% 依赖进口，产品主要由瑞典 SKF、德国FAG 和 IMO、美国 TIMKEN 以及日本 NTN 等国际品牌供应，目前国内企业尚未实现批量应用。齿轮箱轴承、发电机轴承相比主轴轴承国产化程度更低，特别是齿轮箱轴承相关技术差距较大。国内企业正在加紧开发和推出相关产品，但仍处于样机或小批量试用阶段，其性能、可靠性、寿命等尚待实际应用验证。
同时，我国缺少风电轴承相关的公共试验平台，难以实现对产品性能的加速测试验证，以支撑产品设计优化的快速迭代。
【变流器】
目前变流器用 IGBT、 FPGA、 DSP等电子器件模块的对外依存度较高。国内风电机组变流器 70% 的 IGBT 模块由德国英飞凌、日本富士、瑞士 ABB 等国外企业提供，我国 IGBT 相关单位在设计制造、模块封装、封装测试等产业核心技术上与日本和德国等国外企业仍有明显差距。国产 FPGA、DSP 模块与进口产品存在较大性能差距，主要依靠美国英特尔、德州仪器等生产的进口产品。
【控制器 】
目前控制器的 PLC 模块 100% 由国外企业供应，包括德国西门子、倍福以及奥地利巴赫曼等主要供应商。目前我国台湾地区台达已实现批量生产，我国大陆地区也有厂家的风电机组控制器在试用，但性能与国际进口产品仍存在较大差距。
关键原材料
【叶片】
随着叶片向长尺寸方向发展，碳纤维在叶片中的应用已越来越广泛。目前碳纤维供应商主要来自美国卓尔泰克、德国 SGL 和萨泰克斯以及日本东丽。国内已有生产商，但产品质量、良品率、产量和成本等暂时无法满足行业需要。
另外，叶片的特种芯材巴沙木主要从中南美洲进口，综合考虑成本、质量等因素，国内短期无法填补。
【润滑剂】
目前风电机组运行过程中应用的润滑油、润滑脂约 95% 由国外企业提供，主要供应商包括芬兰 SHELL、美国 MOBIL、德国 FUCHS 等，尤其是基础油和添加剂，主要依赖进口，国内长城、昆仑等厂商的产品基本没有相关应用。
风资源测量评估技术
我国风资源监测以测风塔监测为主，未能形成全面的资源监测网，雷达和卫星等测风技术尚未规模化应用，无法有效支持特殊环境下的风能资源监测；评估软件中的模型采用国外通用模型，不适合国内气候多样、地形复杂多变的环境特征。我国风电场几乎涵盖了全球各种风况特征，风功率预测以确定性预测为主，需要补充和完善概率预测和误差。
测试验证平台
目前美国 Clemson 大学、丹麦 LORC 海上可再生能源中心等均建有风电机组地面测试平台，最高可达 25 兆瓦，并提供公共测试服务。国内鉴衡认证已建成 150 米级叶片全尺寸结构力学测试系统并开展公共测试服务，金风将建成 16 兆瓦风电机组测试验证平台，但尚没有风电机组整机及齿轮箱等关键部件的大型公共测试验证平台。
我国风能行业经过 10 多年的高速发展，相关技术基本实现从引进、跟跑到并跑的转变，同时也进入了“新技术”的“无人区”。随着风电机组的快速大型化，机组及关键部件等的现有设计方法、理论和工具适用性面临巨大挑战，国内类似测试能力空白，制约了风能技术的创新发展。
总结
风电机组属于高度机电一体化设备，在核心部件的研发、设计、生产制造过程中涉及多个工业基础领域，虽然我国风电机组制造技术发展迅速，但一些关键技术仍制约着风电机组国产化的发展。
此同时，我国也在加快风电技术升级迭代，关键零部件全部实现国产化的进程将逐步加快，风资源测量评估也正在逐步完善，未来超高塔筒、超大机型测试验证平台建设也将提上日程。
在实现碳中和的过程中，风电技术发展瓶颈是挑战也是机遇，在此期间有望出现更多的创新技术和前沿性技术突破技术发展瓶颈，助力风电等可再生能源技术实现高质量发展。
来源： 风电流域
