2013年,笔者有幸参观了美国南卡罗来纳州克莱姆森大学建设中的
风电机组传动系统和并网性能试验平台,很受触动。在美国能源部的资助下,该大学共筹集资金1亿多美元,其中建设7.5兆瓦和15兆瓦风电传动系统试验平台各一个,服务于大容量风电机组研发过程中对机组、齿轮箱、发电机和传动系统的试验需求。两套设备中,15兆瓦的试验平台高约30米,前端加载器直径超过20米,由两台8.5兆瓦电动机驱动,可以模拟真实环境中风轮叶片施加在传动系统上的动态载荷,作为迄今为止世界上最大的风电机组传动系统试验平台,其规模和功能都令人感到震撼。另外,美国国家可再生能源实验室在马萨诸塞州也建设了100米长风电叶片全尺寸试验平台。实际上,近几年不仅美国在陆续建设一批
风电技术研发试验平台,欧洲许多国家也在原来基础上新建和扩建领先的试验设备。例如,西班牙、英国等国家可再生能源中心、丹麦RISO国家实验室建设的叶片、齿轮箱试验平台等。
各国之所以下大力气投资建设风电试验平台,不仅出于长远的发展考虑,更是现实的迫切需求。风电发展到今天,机组单机容量已向10兆瓦级发展,控制技术、机械结构设计、并网技术等都在不断创新,原有的知识、经验、数据、工程仿真模型、技术标准等都已不再适用。要创新,要开发新技术和新产品,就必须有技术研发能力支撑。就我国而言,近七八年我国风电的快速发展,主要依靠引进、消化、吸收的技术路径,装备技术水平和生产工艺已经迎头赶上,在某些关键技术领域已达到世界先进水平。下一步,如何持续发展成为一个新的课题。原因有二:一是靠市场换技术或通过买进获得国外先进技术的做法恐怕行不通了,在大家旗鼓相当的情况下,谁都不会轻易将赖以生存的核心技术转让;二是总体上我们已经站在同一个起跑线上,即使想直接购买也没有现成的技术了,国内外企业都处于新一轮研发阶段。如今,我们已经步入只有靠自主创新才能发展的阶段了。要实现创新发展,掌握关键和基础共性技术是绕不过去的前提。
关键共性技术是介于基础研究和市场化产品开发之间的“竞争前技术”,由于其具有相当广泛的用途,能够为某一领域技术发展或新产品开发提供支撑,是整个产业进步和创新的基础,如制造工艺、自动控制、伺服驱动、系统设计、测量测试和标准化技术等。共性技术对提升产业技术水平、产业质量、生产效率有很强的带动作用。但也正因这种极强的外部性,更容易导致市场失灵,而且研发投入大、难度高、周期长,单个企业不愿投资于共性技术研究而导致研发能力不足,尤其在基础材料、关键工艺、核心部件、系统集成等方面的关键共性技术,已经成为制约我国风电产业持续快速发展的核心问题。
因此,对于关键共性技术研发,需要政府的集中投入,目前的紧迫任务有这样几项:一是政府应通过系统规划,将用于零散项目的分散资金进行集中使用。在对企业的科研经费支持方式上,应该从对具体产品开发的支持,转为对关键共性技术研发的支持,使有限资金在具有战略意义的关键技术上发挥更大价值。二是加快公共技术研发试验平台建设。可以由第三方中立机构牵头,企业共同参与,以国家投资为主、企业集资为辅的方式,建设起行业亟需的传动系统、叶片、轴承等研发试验平台。三是建立全行业的国家风电可靠性数据库,对风电设备运行数据、故障数据、环境条件数据进行收集,通过对大数据的分析,挖掘知识,包括机组故障、失效与制造工艺、环境条件的关系等,补充设计标准中尚未考虑到的影响因素,同时为风电场运维和管理提供指导,为技术改进和标准的制修订提供依据。