引言
为实现我国政府提出2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，海上风电开发越来越受到社会的关注。在激烈的市场竞争中，纵观先进跨国公司的经验，其大多都致力于通过对知识产权的统筹规划、开发经营，促使知识产权转化，使其真正成为“浇在智慧火花上的利益之油”。海上风电开发企业如何通过知识产权保证国内海上风电的关键技术、降低造价成本、提高发电效能，或者将特定知识产权对外转让、许可或投资、担保，从而实现自身权益最大化，已成为值得重视的课题。
1.海上风力发电相关技术
1.1风力机叶片
叶片是风电机组能量的来源，是最重要的关键部件，从风电机组成本占比来看，叶片的价值很高，占到风电机组设备成本的10%-15%左右，特别是海上风电机组叶片，叶片长度很长，单只叶片最大长度已经超过百米，且需要较强的抗台风性能和防盐雾腐蚀性能，因此，海上风电机组的叶片生产成本一直居高不下。
图1 风力机叶片
所以，在未来海上风电叶片的生产技术优化和成本控制将是一项非常必要的应对策略，叶片动力系统倾向于最大限度地提高一次能源利用率,最大限度地减少细长、轻量化和柔性叶片结构设计的发展，叶片设计技术上将会朝着弯曲-扭转耦合设计、分段设计和局部独立变桨控制方面发展。在叶片生产材料的选择方面,碳纤维和热塑性复合材料等新材料将会更加广泛的应用于海上风力发电机组叶片的生产，能够有效提高叶片的机械性能和质量，从而降低风电系统自重，进而降低了设备的整体成本。
1.2风电增速齿轮箱
风电增速齿轮箱多用于双馈异步风力发电机组设备中，齿轮箱是连接轮毂叶轮和发电机之间的部件，海上风力发电机组叶轮设计转速较低，正常的运行速度在7-15rpm左右，而双馈发电机并网转速大约在1500rpm附近，因此，需要采用增速齿轮箱完成增速，并实现扭矩的传递，在海上风力发电机组中，额定功率普遍在4-5MW以上，这对增速齿轮箱的转矩传递而言是一个较大的挑战，长期的高负载运行很容易出现种各样的问题，如齿轮磨损、润滑漏油、齿轮箱温度过高诸多问题，导致增速齿轮箱故障率上升。因此，它也是风力发电机组故障监测和维护监测的主要组成部分。对于海上大功率风电机组齿轮箱，其效率、寿命和重量直接关系到风机的可靠性、性能和价格，同时也决定了安装、调试和维护所花费的能量和时间。因此，在变速箱的设计中，必须反复考虑和优化。目前，差动轮系结构主要用于大功率风力发电的变速箱，以减轻重量，提高效率。随着海上风电机组可靠性要求的不断提高，齿轮箱的存在已成为制约海上风电发展的因素之一。
图2 风电增速齿轮箱
1.3大型永磁直驱发电机
目前，主流的风电机组技术路线有双馈异步风力机、励磁同步风力机、永磁同步风力机等。其中永磁直驱发电机组在海上风电运用非常广泛，主要是由于直驱式风电机组没有齿轮箱传动结构，机组系统传动链更为简单，发电效率更高，此外，由于机组在使用过程中不需要定期添加齿轮箱润滑油，维护量明显降低。但永磁直驱发电机依然存在各种各样的问题，首先，由于风电叶轮较低，发电机要想输出较高的端电压，必须增加电机级数，并需要发电机转子在角速度较低的运行情况下实现较高的线速度，这就必须增加发电机的直径，导致永磁直驱发电机的外形尺寸非常庞大，重量也非常高，不便于生产运输和海上吊装作业，针对这种问题，在10兆瓦以上永磁风力发电机上，未来将会采取分瓣加工制造运输，再安装现场在进行组合安装，能够有效降低发电机的起吊重量，更便于安装。
图3 中船电气19MW半直驱永磁风力发电机
1.4风电并网变流器
风电机组变流器是发电机和电网之间的桥梁。它是一种将风力发电机产生的可变和不规则功率转换为电网所需的稳定功率并将其送入电网的装置。风力发电机组所产生的全部功率，需要经过变换器处理、额定电压、额定电流、额定功率后接入电网，利用变流器风力发电机组的输出电压频率不再受电网频率的限制。允许风机有较大的调速范围，提高风能利用效率，可以更灵活、更自由地控制输出能量。它不仅可以根据需要随时调整风力发电系统的输出功率，还可以人工调整输出有功功率和无功功率，提高风力发电系统的稳定性。风力发电机的输出电压和频率与电网无关。所有单台机组均可任意控制，大大提高了发电系统的可靠性和稳定性。由于该装置的电压和功率水平远高于该装置，因此能更好地适应大功率变换器的发展。因此，变换器的主开关器件是一种新型的半导体器件。在元件工作过程中发出状态反馈信号，利用该反馈信号实时监测元件的工作状态。当部件发生故障时，可立即采取相应的保护措施。在变换器的主电路系统中采用了叠层总线技术，以减小线路的杂散电感，并在开关操作过程中使元件端部的过电压保持在适当的范围内。
1.5机组运行控制系统
风力发电机组控制系统是一个综合控制系统，用于监测电网、风况和机组运行参数。为保证风电机组运行过程的安全可靠，风电机组采用并网、断开、故障检测和保护的方式进行控制。同时，根据风速和风向的变化，对机组进行优化，提高运行效率和发电量。风力发电控制系统的基本目标是保证风力发电机组的可靠运行，获得最大的能量，提供良好的电能质量。在海上大功率风力发电机组的设计中，智能控制将是海上风力发电机组的重要发展方向。鉴于风机的极限载荷和疲劳载荷是影响风机及其部件可靠性和寿命的主要因素之一，近年来，为了有效提高海上风电机组的运行效率，降低疲劳载荷，海上风电控制系统多采用智能控制与整机设计相结合的技术方案，有效优化了大容量海上风电机组的载荷，提高了机组运行的稳定性和发电效率。
图4 海上风力发电技术专利申请分布图
从海上风电技术的知识产权保护方面来看，海上风力发电的技术发展集中在海上风力发电机、机电改进和基础安装与运维等方面。其中，涉及海上风力发动机的专利申请量占据主体地位，远超过机电改进、基础安装与运维方面。其中，主控系统、保护系统、与其他能源的配合使用以及主体机构的形式设计是海上风力发动机方向的主要研究方向，悬浮式基础、安装船是基础安装与运维方向的主要研究方向，发电机结构的改进是机电改进方向的主要研究方向。
2.海上风电技术的知识产权问题
目前，全球的风电巨头多数已在我国投资建厂，控制了国内风电技术与产业链的绝大部分，其专利技术垄断对我国海上风电业的自主创新和健康发展构成了严重障碍。伴随着中国风电产业的高速发展，国内风电企业也逐渐成长起来，研发能力的不断提升和产能规模的不断扩大，促使国内风电企业必须强力参与国际竞争。在这种情况下，国内风电企业必须改变先前坚持的一些竞争策略。
一方面，风电企业要提高关键零部件的自产率，摆脱国外零部件供应商对其发展红利的不断侵蚀。国内风电企业经营业绩的不断提升，只有建立在关键零部件自产率较高的基础上，才能让其获得与其业绩增长相匹配的利润。另外，国内风电企业应该快速梳理自身知识产权体系，堵住可能产生知识产权纠纷的缺口。因此，在开展海上风电项目时，专利、商业秘密和法律法规保护等知识产权问题也需要引起足够的重视。
2.1全球海上风力发电技术领域专利申请情况
全球海上风力发电技术领域专利申请主要度过了这几个时期。在萌芽时期（1994～1998年），海上风力发电技术领域每年的专利申请量很少（<50篇），在这一时期，全球海上风力发电技术的专利申请累计总量为102件。其中，这些专利大部分集中于欧洲，欧洲专利局作为首次申请目标国的专利申请为55件，超过这一时期申请总量的50％。排名其次的是日本、美国，分别为24件、10件。在这一时期的专利申请，其在技术方面主要侧重于海上风力发动机的改进，涉及各种形式的风力发动机结构设计以及控制系统改进。
1999～2005年处于平稳增长期，海上风力发电技术领域每年的专利申请量平稳增长。在这一时期，全球海上风力发电技术的专利申请累计总量为754件。欧洲专利局为首次申请目标国的专利申请为357件，仍排在第一位。此外，美国超越日本，以150件排在第二位，日本以136件排在第三位，中国以39件排在第四位。在这一时期，欧洲的公司企业，例如德国西门子等，在海上风力发电技术领域具备最强的竞争力。与此同时，美国的公司企业，例如通用电气等，与日本的公司企业，例如三菱等，纷纷步入海上风力发电技术领域，并不断提升技术实力，加强专利布局。而在这一时期，中国的海上风力发电技术刚刚起步，中国的专利申请人主要为高校等科研机构。
2006～至今处于快速增长及全面发展时期，这一时期，海上风力发电技术领域每年的专利申请量快速增长，市场逐渐走向成熟。全球海上风力发电技术的可统计的专利申请累计总量为6423件。其中，中国知识产权局作为首次申请目标国的专利申请为2533件，排在全球第一位，其次是欧洲专利局1728件、美国专利局1040件。中国目前已经成为全球最大的海上风力发电市场国。中国本土成长涌现出多个优秀的海上风电企业，例如明阳风电、国家电网、中国能源建设集团、华锐风电等，并迅速占据了一定的国内市场。然而，由于中国海上风力发电技术相对于欧洲起步较晚，其在国际市场上已经丧失市场先机，唯有缩短其研发时间，才能进一步增强国际竞争力。此外，由于欧洲的风电企业的技术发展已相当成熟，在全球拥有较多的专利布局，国内风电企业在进军国际市场时，应提前关注是否会出现侵权危险。
图5 全球海上风力发电领域活跃趋势
海上风电技术涉及的专利问题尤为重要，风电发电设备、风力发电控制系统、永磁同步发电机等领域都是涉及到专利的内容。因此，企业需要掌握相关的专利技术信息和专利布局，并且在开展海上风电项目过程中，需要尊重相关的专利权并进行合法许可或购买授权。否则，可能导致侵犯他人专利权的风险，给企业带来巨大损失。此外，在开展项目前，也应该考虑是否已经获得了必要的专利使用证书和技术监管批准文件等相关证明。
除此之外，海上风力发电设备与陆上风力发电设备有较大差别。由于海洋环境复杂，海风电机组需要更高防护等级，船用配套电气控制、动力来源接入、连网方式和维修保养等特殊要求。因此，与陆上风电机组相比，海上风电机组在相关技术领域需具备更多专利技术支持。这些技术包括创新型轮叶结构、塔筒设计及其连接结构，电气传动系统、遥测和监测系统、本体防震和自适应控制系统等领域的技术发展与创新。专利将有助于企业保护自己的技术和市场所需，提高企业核心竞争力。
2.2商业秘密保护
除了专利之外，商业秘密保护也是海上风电技术中的重要方面。商业秘密是企业内部掌握的信息，在未经授权的情况下，从经济价值等方面看具有独家性和保密性的一种大类型。在海上风电项目开展的过程中，企业拥有的商业秘密可以包括各种设计图纸、工艺流程、产品配方等敏感信息。这些信息一旦泄露，将会导致严重后果，不仅会影响企业自身的利益也对国家利益造成很大影响。因此，在实际操作中企业需要使用密级管理系统严格限定知识产权保护范围，并采取物理技术措施和法律手段来防止泄露。
2.3法律法规保护
最后，除了专利和商业秘密之外，《专利法》、《商业秘密法》等法律法规以及相关司法解释都会对知识产权的保护和利用提供指导。在海上风电开发建设中可以挖掘的知识产权申请、保护的领域及其保护措施主要有：
1、海域地质勘测和水文调查
（1）海域地质勘测和水文调查的方式方法，如有技术创新，可申请方法专利；不具备专利申请条件或需要秘密保护的，可通过专有技术保护。
（2）若通过海上风电企业内部单位进行海域勘测调查，对于海域地质勘测的数据，以及不同区域的勘测数据积累，可通过商业秘密的方式保护。临近海域可以借鉴相关区域的勘测成果，以便达到节省勘测成本的目的。在海域勘测的商业价值减弱后，也可通过发表文章的方式获得著作权。
（3）若委托外部单位或与外部单位合作进行勘测调查，宜通过委托合同或合作合同明确，海上风电企业后续使用该合同成果或在此成果上再进行加工创作，无须征得合同另一方同意，并且新成果的知识产权归海上风电企业所有。
2、海域测风
（1）测风数据，宜通过商业秘密方式进行保护。海上风电企业可与具体掌握该数据的人员签订保密协议。并通过对数据的积累、分析，争取在其他海域特别是相邻海域加以借鉴，降低测风成本、缩短测风时间。
（2）具体的测风设备或技术，若具备专利申请条件的，可申请产品专利或方法专利；不具备专利申请条件，或不希望过早公布于众的，可通过专有技术保护。
3、风机设计研发与制造
（1）如果风机由海上风电企业内部单位设计或参与设计，具备专利申请条件的，可申请专利；不具备专利申请条件，或不希望过早公布于众的，可通过专有技术保护。
（2）如果风机系委托外部单位设计或合作设计，宜通过技术委托合同或技术合作合同将专利申请权或专有技术约定为双方共有，并进一步明确，海上风电企业后续使用上述成果，或在此成果上再进行加工创作，无须征得合同另一方同意，并且新成果的专利权或专有技术归海上风电企业所有。
（3）如果申请专利具有较高市场价值，可通过专利对外许可方式实施专利市场应用，可根据具体情况约定为普通许可或排他许可，并约定清楚收益分配方式。
4、海上风电机组安装施工
（1）由于海上风电企业主导机组安装，可通过积累经验编制施工、安装、验收等规范，制定为企业标准，条件成熟亦可申报行业标准或国家标准。在施工合同中，可约定承包单位的施工和工程验收按该标准执行，以保证工程质量。如果该标准被市场采纳，可扩大海上风电企业美誉度，亦是企业对国家海上风电产业的贡献。同时，海上风电企业后续竞标其他海上风电项目增加筹码。若市场上其他项目采用该标准，也可为海上风电机组施工产业链上的相关企业带来潜在经济效益。但需要注意的是，在发布相关标准时要考虑核心技术的保密信息，通过妥当的措辞，避免核心技术泄密，甚或被社会理解为已经公开，为核心技术以后申请专利造成被动。
（2）在施工合同中明确，因特定项目形成的施工工艺专利申请权应由施工方和海上风电企业共享，并安排技术人员参与具有科技含量的施工现场，掌握特定施工工艺，以便在后续项目中可以类推使用。海上升压站安装施工知识产权保护措施亦可参考本节。
5、海上风电机组运维
风机采购质保期过后，运维的责任便完全由建设单位承担。如果在风机运维过程中能产生相关知识产权，一方面可以降低自身运维成本，另一方面可对其他风电建设单位许可，从而获得收益。通过运行维护经验总结，形成的切实可行的运行维护管理流程和具体措施，可通过商业秘密进行保护。若具备条件，可形成本企业运行维护标准，在企业内部其他海上风电场进行借鉴使用；条件进一步成熟，亦可申报行业标准或国家标准，为本企业竞标其他风电机组运维项目增加筹码。在运维过程中，形成的特定软件，可申请软件著作权。
6、海底电缆铺设、维修及海上设施防腐
（1）施工单位在铺设海底电缆时，海上风电企业应较深度的参与相关工作，获取海底电缆铺设图纸，掌握海底电缆铺设位置及走向。在海底电缆维修时，借鉴、总结经验，形成自身的检修标准，并注意保密；如果特定的检修方法具备专利申请条件，可申请专利。
（2）海上设施防腐，对于海上风电运行单位非常重要，并具有较高的市场化前景，可注意经验积累，将有效的防腐方法或产品申请专利。
3.海上风电知识产权法律保护的相关建议
3.1加强知识产权管理保护
海上风电企业应加强对知识产权的重视程度，形成企业的知识产权管理体系，明确知识产权管理机构、职责、人员。根据本企业性质，合理确定科研预算，保证知识产权投入成本。制订本企业知识产权发展纲要，结合自身科研实力和市场竞争情况，明确不同时期重点发展的科研项目或不同类别知识产权保护的侧重点。应加强对本企业中、高层管理人员进行知识产权培训，使其充分认识知识产权对企业市场竞争的重要意义。
3.2完善、落实知识产权保护规章制度
海上风电企业应制定专利申请管理办法、商业秘密保护管理办法、竞业禁止管理办法。进一步完善、落实知识产权管理办法和科技创新成果奖励办法，明确员工知识产权创造、保护和运用的奖励和报酬，以及员工造成知识产权损失的责任。加强对相关制度的宣传贯彻力度。
3.3完善高级管理人员和科研人员的劳动合同制度
对新入职的高级管理人员和科研技术人员，应进行知识产权背景调查，以避免侵犯其他公司所签竞业禁止协议或知识产权，必要时应要求入职人员签署合法用工及集团公司免责的书面承诺；适时，与上述人员签订竞业限制协议，并妥善设计补偿条款。在与科研人员的劳动合同中，约定职务发明知识产权权属、保密条款；明确发明创造人员享有的权利和负有的义务。对离职的前述员工，应进行相应的知识产权事项提醒；涉及核心知识产权的员工离职时，应签署离职知识产权协议或执行竞业限制协议。
3.4加强知识产权挖掘、保护、应用力度
（1）加强对研发人员的培训，积极利用专利保护技术创新成果。通过技术创新，海上风电企业会有自己的科研成果，但拥有科研成果，并不意味着拥有知识产权。增加研发人员知识产权意识，将科研成果及时通过合适的方式纳入知识产权保护范畴，努力避免科研成果因没有及时进行法律保护而变成了公有技术，被全行业共同无偿的加以使用，从而造成自身丧失了潜在市场和盈利空间的现象发生。在提升专利申请“数量”的同时，更应重视专利“质量”。
（2）充分利用专利文献检索进行技术创新。鼓励、指导本企业科研人员学会利用专利文献，通过检索，了解世界各国在特定技术领域的最先进水平，及最先进的技术是由哪些企业或者科研单位掌握。以此避免盲目开发，重复研究甚或侵权。通过专利检索，了解竞争对手的专利情况，对比分析自身优劣。
（3）加强专利组合布局研究。为打破单件专利在技术保护上的局限性，应在现有基础上加强对专利组合体系布局策略的研究，梳理分析哪些技术是自身已有足够储备，哪些技术是可依靠自己力量研发出来，哪些技术可以在外部引进的基础上进行优化改进，并结合企业自身经营发展战略，适时通过申请“核心专利+外围专利”、“基础型专利+改进型专利”、“专利+专有技术”的专利组合布局，提升企业知识产权风险防御能力。
（4）积极实施应用知识产权。对于有市场前景的专利，可视情况，对外进行许可或转让；在企业并购分立、投资融资过程中，应对知识产权进行尽职调查，应考虑我方知识产权的价值；在对外借贷、出资时，亦可考虑使用知识产权进行担保或出资，从而降低对流动资金的负面影响。在从事上述活动时，应对知识产权予以评估、合理定价。
（5）在制定行业或国家标准时，应努力将自身知识产权纳入标准之中，从而随着标准的推广，提高自身知识产权的市场占有度，限制竞争对手市场准入程度。
（6）加强对具体发明人的奖励力度，提高员工乐于创新的积极性。如果特定知识产权对于企业降低成本具有效果，或对外许可获得收益，应将成本降低或收益获取金额的一定比例奖励给发明人。
3.5加强海上风电技术研发和区域合作
近年来，创新俨然成为社会各行各业的主旋律。海上风电产业的创新，更应落到实处，主要可以从加大资金支持力度和促进专利申请两方面入手。地方政府(主要指海上风电资源丰富的沿海省市）可以在资金资助上向海上风电企业倾斜，充分发挥政府引导性基金的作用，鼓励国有和民间资本组建海上风电产业专项投资基金，带动社会资本进入海上风电产业。专利申请方面，中国缺少针对性的海上风电领域专利申请相关方案，激励政策十分模糊，可在后期适时补充、调整。另一方面，由于海上风电的专利主要集中在东部地区，中西部地区相对落后，因此应积极加强三大区域的研发合作，并可辅以适度的税收和融资激励措施。
3.6规范制定知识产权类合同范本
海上风电企业宜制定知识产权合同范本，如技术委托合同、技术合作合同、技术服务合同、竞业禁止协议、保密协议，以及规范通过勘测设计合同、施工合同中的知识产权条款等，统一约定类似项目的知识产权归属、收益分配、及科研人员激励或惩罚措施等，尽量避免由于项目工作人员认识程度的差别而造成类似情况不同处理的负面影响。
3.7考虑知识产权海外布局
对于希望占领海外市场的海上风电企业，应适时考虑商标、商号、域名、专利等知识产权的海外布局。避免别有用心者将我方知识产权海外抢注，从而造成集团相关公司正常海外经营的被动局面。
3.8加强对知识产权代理机构选聘管理
应充分利用知识产权代理机构的专业力量，为海上风电企业专利、商标申请提供专业支持，同时应加强对其的管理水平，确保申请方案和目标能够实现公司效益最大化。条件成熟时，建立知识产权的预警机制，通过专业人员的市场跟踪、预警，及时针对市场上侵犯知识产权的现象依法维权，并积极的应对各式各样的知识产权纠纷。
结语
海上风电技术是可再生能源领域的重要发展方向。随着技术的不断创新和发展，海上风电技术将逐步实现高效、可靠、智能化和数字化，成为未来能源供应的重要来源之一。随着海上风电技术的不断发展和推广，企业需要敏锐地意识到与该技术相关的知识产权问题所涉及到的方方面面，合法尊重和保护知识产权，采取合适的保密措施，以及与专利持有人进行技术合作等方法帮助企业在海上风电领域中获取更多机会和竞争优势。同时，企业也需要加强知识产权保护和环境保护，推动可持续发展，实现经济效益和社会效益的双赢。
