廖長鑫 謝 喆 郝俊杰 顏燕紅

（中車株洲電力機車研究所有限公司，株洲412001）

中國已經向全球承諾了“碳達峰、碳中和”發(fā)展目標，風力發(fā)電是極具技術和經濟競爭力的能源生產方式，成為實現能源安全、綠色低碳發(fā)展和生態(tài)文明建設的關鍵支撐。近年來中國風電行業(yè)實現高速發(fā)展，風力發(fā)電機容量的增加、裝機規(guī)模的不斷擴大，使其成為我國可再生能源發(fā)展的重要支柱產業(yè)，但是國內風力發(fā)電技術發(fā)展時間相對較短，距離發(fā)達國家技術水平仍有一定差距。為此科技部十三五期間在風能領域研究部署了如表1所示的五大方向重點任務［1］，啟動了國家重點研發(fā)計劃“可再生能源與氫能技術”重點專項，國家在風能方面目前已累計投入了1.4億元［2］，按照自籌經費總額與國撥經費總額比例一般不低于1：1來算，相關風能研究項目總投入達到2.8億元以上。

表1 “十三五”風能領域重點任務五大方向Tab.1 Five Technical Directions for Key Tasks in the Field of Wind Energy During the 13th Fiveyear Plan

但從創(chuàng)新內容上看，我國風能研究相關創(chuàng)新活動仍然多集中于電學領域，具體包括風力發(fā)電、風電儲存、風電輸送、風電并網等技術領域，傾向于風電設備的落地與運營，而在風電技術研發(fā)、風機設備制造等產業(yè)鏈環(huán)節(jié)與技術領域創(chuàng)新較少。從創(chuàng)新合作上看，風電產學研合作多處于風電產業(yè)鏈的中下游，能源領域國企或央企是風電產業(yè)產學研創(chuàng)新合作的主要企業(yè)，風機裝備龍頭企業(yè)參與創(chuàng)新不足，民營企業(yè)活力不夠；創(chuàng)新合作模式單一，存在“路徑依賴”，公司或者研究院傾向于同自己附屬或下屬的公司或研究院所建立合作，不利于創(chuàng)新資源的優(yōu)化配置［3］。

歐盟地區(qū)風力發(fā)電起步較早，技術比較成熟，面對國際風電市場的超高速發(fā)展和國際競爭的加劇，歐盟在風力發(fā)電前沿技術研發(fā)方面投入的科研資金與力量也越來越大，以期能夠持續(xù)引領全球風電技術的發(fā)展。因此歐盟風能技術研究發(fā)展現狀與趨勢非常值得國內同行開展深入研究和分析。

近年來知識圖譜和文獻計量學方法在各個領域的應用變得越來越普遍，但是在風能領域，相關文獻不多。Sakata等［4］開展了風能與太陽能國際合作論文的文獻計量分析；Telsnig T等［5］基于歐盟聯合研究中心（Joint Research Centre，JRC）開發(fā)的創(chuàng)新監(jiān)測工具軟件TIM對風電葉片和海上風電支撐結構上發(fā)表的論文進行文獻計量分析和可視化；Penghao Ye等［6］對 Web of Science數據庫中海上風電（OWP）研究論文進行了文獻計量分析和知識圖譜研究。這些研究主要立足于科研論文的統計情況和研究主題發(fā)展趨勢的分析，缺少對政府資助基金項目統計和研究主題的定量分析。實際上，政府基金資助項目作為產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略實施的載體，能夠更好地反映產業(yè)創(chuàng)新和學科前沿布局的具體情況。EU-H2020是歐盟為實施創(chuàng)新政策的資金工具，在2014—2020年的計劃周期總共投入約800億歐元用來資助科技研究和創(chuàng)新活動，是迄今為止全球最大的公共財政科研資助計劃，歐盟主要風能研究項目大多獲得該計劃的資助，使其成為歐盟風能行業(yè)最有影響力的研究基金。本文將對EU-H2020風能相關項目的資助類別、資助數量、資助金額進行統計分析，并基于二維分析視角，采用科學計量學方法圍繞基金項目的時間、機構、主題等展開綜合分析。其中，項目資助類別、數量、金額的統計分析旨在探索不同項目主題的年度分布和資助強度；時間與主題分析揭示EU-H2020風能研究的主題演化態(tài)勢；機構與主題分析旨在幫助科研人員了解機構的研究布局，如機構合作網絡、研究方向、研究重點等。研究成果可為我國風能行業(yè)策劃研究項目、獲取基金資助、開展創(chuàng)新合作等提供有價值的參考信息。

1 EU-H2020風能項目數據集

1.1 數據來源

EU-H2020風能研究項目的數據來源：歐盟“科研成果項目庫平臺 CORDIS”，檢索式：contenttype＝‘project'AND（programme／code＝‘H2020'）AND（‘wind'AND‘energy'），檢索結果532項。

對歐盟CORDIS平臺檢索結果進行人工清洗和篩選，最終確認得到172項風能項目數據。

1.2 數據處理與分析方法

歐盟CORDIS平臺的項目數據是基于網頁非結構化展示，不便于開展分析研究。中國科學院蘭州文獻情報中心“全球科研項目數據庫平臺ProjectGate”從歐盟 CORDIS平臺爬取了 EUH2020風能研究項目數據并實現了項目數據的結構化，但因平臺更新周期等問題，存在部分項目未收錄，收錄項目的信息不完整等問題。本文以歐盟CORDIS平臺檢索結果及項目數據為基礎，參考了中科院ProjectGate平臺的數據結構化方式，形成了EU-H2020風能研究項目數據集。

通過文獻計量學方法對EU-H2020基金項目進行主題分析必須有項目關鍵詞，但通過平臺獲得的數據集還缺少項目關鍵詞信息。因此本文研究工作的一個難點就在于如何獲得項目關鍵詞，解決辦法是從數據集已有的項目名稱和項目摘要中提取關鍵詞。項目關鍵詞提取的前提是要建立一個自定義的風能行業(yè)詞典，本文參考國際風能行業(yè)主題分類的事實標準 IRPWind taxonomy［7］、ReliaWind taxonomy［8］以及風能行業(yè)標準的相關術語，建立了風能行業(yè)自定義詞典。然后通過自然語言處理（NLP）方法，對項目名稱和項目摘要進行分詞處理，經過數據清洗和人工篩選，最終提取了項目關鍵詞，從而實現對研究項目主題內容進行計量分析的目的。

分析工具方面，本文主要運用Excel對項目數據進行基本的描述統計，運用CO-OCcurrence 6.7［9］軟件對項目數據進行頻次統計、共現矩陣、二模矩陣、主題演進的計算，運用VOSviewer軟件進行知識圖譜可視化分析，展現研究主題、機構合作關系。

2 EU-H2020風能項目計量分析

2.1 項目統計分析

EU-H2020是歐盟最大的研究與創(chuàng)新計劃（2014—2020年），但該計劃是一項大型綜合性科研計劃，并沒有單獨列支風能行業(yè)分類，風能相關項目分散于該計劃3大戰(zhàn)略優(yōu)先領域的各項行動計劃之下。通過對EU-H2020風能研究項目的檢索結果進行統計，截至2020年11月，EU-H2020共資助了172個風能項目，總預算達501.746百萬歐元，項目均攤資助金額為2.934百萬歐元／項，EU-H2020風能項目年度資助數量見圖1，年度資助金額見圖2。綜合圖1和圖2可見，EUH2020研究項目分布于Sitting（選址）、Economics（經濟性）、Wind Power Plant（風力發(fā)電廠）、Wind Turbine（風力機）、O＆M（運營與維護）等5個主題領域，其中Wind Turbine類項目數量最多，達103項，項目均攤資助金額為2.552百萬歐元／項；ICT技術已經覆蓋到以上所有5個風能主題領域，涉及ICT應用類項目達26項，項目均攤資金為2.338百萬歐元／項，可見歐盟高度重視ICT技術在風能行業(yè)各環(huán)節(jié)的前沿應用研究。

圖1 EU-H2020風能項目年度資助項目數量分布Fig.1 Distribution of the Number of Annual Funding Projects for EU-H2020Wind Energy

圖2 EU-H2020風能項目年度資助金額分布Fig.2 Distribution of Annual Funding for EU-H2020 Wind Energy

2.2 項目主題分析

對EU-H2020項目主題詞所涉及項目進行統計排序以凸顯其熱點主題，繪制詞云圖如圖3所示，導出其Top20熱點主題詞如表2所示。

表2 Top20熱點主題列表Tab.2 List of Top20 Hot Topics

圖3 EU-H2020風能項目主題詞云圖Fig.3 Topic Word Cloud Map for EU-H2020 Wind Energy Projects

利用VOSviewer軟件通過關鍵詞的共現網絡矩陣進行聚類分析，得到項目研究主題的共現聚類圖，如圖4所示。

根據圖4并結合VOSviewer軟件中Clusters分組結果，所有項目形成了9個大小不同的聚類主題：Wind Turbine（風力機）、Wind Power Plant（風力發(fā)電廠）、Maintenance（維護）、Blades（葉片）／Structures（結構）、Monitoring（監(jiān)視）、Small Wind Turbine（小型風力機）、Economics（經濟性）、Lifting（起吊）、Vortex（渦流）。經過進一步對其管理的研究項目的分析，這9大主題下的研究項目全部涵蓋了國際風能行業(yè)主題分類標準（IRPWind taxonomy）下 Sitting（選址）、Economics（經濟性）、Wind Power Plant（風力發(fā)電廠）、Wind Turbine（風力機）、O＆M（運營與維護）的 5大主題分類，廣泛涉及ICT類技術、風機轉子及葉片（Rotor／Blades）技術、風機結構（Structure）技術、創(chuàng)新型風力發(fā)電機概念原型，以及電氣技術、控制技術、傳感技術、檢測技術、風資源與選址技術、機器人運維技術等多種主題類型項目。體現歐盟風能研究資助的全面、深入，符合其持續(xù)全面引領全球風電技術發(fā)展的野心和目標。

圖4 EU-H2020風能項目研究主題共現聚類Fig.4 Research Topic Co-occurrence Cluster Map for EU-H2020Wind Energy Projects

2.2.1 ICT類技術資助項目

深入分析關鍵詞，可以發(fā)現ICT類技術主題如 IOT、5G、AI、Open-source、Software Platform、HPC等與大多數主題聚類均有連接。這與前文2.1節(jié)統計分析所揭示的歐盟高度重視ICT技術在風能行業(yè)各環(huán)節(jié)的前沿應用研究這一結果保持一致。ICT技術涉及風能行業(yè)各個主題領域，其主要項目有：

1）云計算技術應用。例如，CLOUD DIAGNOSIS開展基于低成本云監(jiān)控技術的風力發(fā)電機組預測性維護研究；ZephyCloud開展基于ZephyTOOLS云計算的新一代CFD開源軟件開發(fā)，并且連續(xù)兩期得到EU-H2020項目資助資金。

2）人工智能（Artificial Intelligence，AI）與智能運維應用。例如，WINDMIL RT-DT（自主的實時決策樹框架）項目用于風力渦輪機的監(jiān)視和診斷，公開了風機結構健康監(jiān)測（SHM）方法和自主實時決策樹框架，發(fā)布了WINDMIL開源軟件SHM／VoI；ROMEO項目尋求通過邊緣的機器學習和物聯網來改善風電場發(fā)電；Motorlisten則基于AI開展非侵入式電機健康監(jiān)測研究；WakeOpColl項目通過大規(guī)模尾流數值仿真建立面向風場運營優(yōu)化的智能學習框架；Windrone Zenith（基于自主和智能無人機的風力渦輪機檢查系統）項目可進行經濟高效、可靠、安全且可操作的葉片故障檢測和預測；A2MiroSensorCopter（全自動檢查系統）項目可減少風力渦輪機停機時間；WINDMIL（風力發(fā)電機的智能監(jiān)控）項目用于實現風機的智能監(jiān)控、檢查和全生命周期評估；PAVIMON（用于風輪機預測維護的AI）項目可對風力渦輪機進行安全、可靠和有效的檢查。

3）風能數據共享與大數據分析技術應用。例如，MARINET2項目研究開發(fā)海洋可再生能源基礎設施的增強技術等，盤點現有的數據管理／共享能力，開展了基于SeaDataNet基礎結構改編的標準和工具的新系統的操作，這類數據共享項目將有益于風能領域大數據分析的技術應用發(fā)展。

4）5G等網絡通訊技術應用。例如，VirtuWind（在運營中的風電場中部署虛擬和可編程的工業(yè)網絡原型）將基于開放、模塊化和安全的框架開發(fā)和演示SDN和NFV生態(tài)系統；NRG-5項目通過5G移動網絡的進步致力于實現“智能能源即服務”商業(yè)模式。

5）VR／AR技術應用。例如，3DEPLAN項目采用AR的交互式云規(guī)劃平臺，使用數字地圖和衛(wèi)星圖像實現更快、更便宜、更直觀的規(guī)劃。

6）高性能計算技術與高保真多尺度綜合模型等仿真技術應用。例如，HPCWE（高性能風能計算）項目解決將HPC應用到風能上的關鍵開放挑戰(zhàn)；UPWARD（通過集成仿真框架了解風力渦輪機和轉子動力學的物理原理）項目開發(fā)一個包含高保真度仿真代碼的集成仿真開源框架，基于此結果發(fā)布了15 MW虛擬風力渦輪機原型描述并開展15 MW風力渦輪機的CFD仿真；WindSider（自動化、低成本、準確的AI驅動風資源評估技術工具平臺）將數值建模和AI結合在云中，可加快風電場投資決策并降低新風電場項目風險；Adaptive Simulations項目推出基于云計算的高性能計算CFD開源框架，并提供了一種顛覆性的全自動“仿真即服務”模式。

2.2.2 風機轉子及葉片（Rotor／Blades）資助項目

風機轉子及葉片（Rotor／Blades）方面的資助項目是EU-H2020在Wind Turbine聚類主題下的熱點，并且由于葉片的檢測、監(jiān)測、維護等是風能O＆M的重要內容，但又與風力發(fā)電機葉片部件的仿真、設計、材料等密切相關，在主題詞聚類圖中也顯示與Wind Turbine連接緊密，因此主要將該類項目列入Rotor／Blades主題詞下進行分析：

1）智能轉子葉片技術。由于較大的轉子葉片需要考慮能夠適應非均勻風流的Rotor／Blades概念，因此出現了結合彎曲扭曲耦合（Bend Twist Coupling）、嵌入風傳感器葉片技術等被動或主動負載控制的轉子概念，例如Aeropaft（使用被動式流量控制技術延遲翼型的氣流分離和失速）項目可將1MW WT的電功率增加5%，DemoWind（海上風電示范葉片）項目采用的低阻力渦流發(fā)生器（Low Drag Vortex Generator）技術可以實現類似的作用。

2）轉子葉片空氣動力效應相關的一些項目。提出和研發(fā)針對長大葉片等挑戰(zhàn)的新型轉子概念或原型，例如，AEROFLEX（氣動彈性不穩(wěn)定性和柔性結構的控制）開展針對渦激共振或顫振問題的理論研究和創(chuàng)新解決方案；TRIBLADE（大型風力渦輪機的顛覆性“三合一”模塊化轉子葉片概念演示）；VORTEX（渦流式無葉片風力發(fā)電機的顛覆性原型）；MEWi-B（更高效的風葉片）；Rotary Wing CLFC（可增強風力渦輪機葉片的空氣動力學和空氣聲學性能的閉環(huán)流量控制）。

3）風力渦輪機運行期間的閃電攔截和防雷保護解決方案。例如LIBI（更好地保護風力渦輪機葉片免受雷擊）項目；SPARCARB（碳纖維復合材料對風力發(fā)電機葉片的防雷保護）項目；Opti-LPS（最佳防雷系統）項目。

4）葉片檢測流程的新穎概念。例如，BladeSave（基于風險的葉片結構評估技術）將具有多種傳感功能（應變，振動和聲發(fā)射）的光纖結構健康監(jiān)測系統（Smartscan）與葉片資產管理軟件相融合，實現風力渦輪機葉片監(jiān)控、維修和管理的綜合解決方案；Windrone Zenith（基于自主和智能無人機的風力渦輪機檢查系統）項目可進行經濟高效、可靠、安全且可操作的葉片故障檢測和預測；SheaRIOS項目（風力渦輪機剪切技術機器人葉片檢測系統）；Ventura Habitat（新型的風力渦輪機葉片維護罩）可最大限度地減少停機時間。

5）創(chuàng)新的葉片制造技術和材料研究，旨在開發(fā)用于更長葉片的先進材料、制造技術以及為葉片材料使用壽命提供環(huán)保和經濟的解決方案等。例如，DACOMAT（開發(fā)出更具耐受性和可預測性的低成本復合材料）項目；Powderblade（由碳／玻璃纖維環(huán)氧材料組成的風力渦輪機葉片先進復合材料）項目；EcoBlade（通過現場材料粉碎和分離對風力渦輪機葉片進行經濟高效的退役）項目；SEAMETEC（開發(fā)智能高效經濟型渦輪機葉片復合材料結構）項目；ABLE（延長葉片壽命解決方案）項目。

2.2.3 風機結構（Structure）資助項目

風機結構（Structure）方面的資助項目是EUH2020在Wind Turbine聚類主題下的另一個熱點。風電結構技術相關的資助項目組合非常多樣化，基礎和浮動支撐結構是研究熱點，安裝和提升操作方面的項目數量和資助金額相對處于劣勢，目前還處于研究領域邊緣。用于固定在底部安裝的風力渦輪機的當前支撐結構主要由單樁組成，EU-H2020建立了一些新的解決方案項目，包括：開始研發(fā)風力渦輪機的替代支撐結構，包括固定式底部支撐結構、自升式塔以及應用于結構部件的新材料等，這些創(chuàng)新技術可以應對許多挑戰(zhàn)，例如，解決結構頻率響應問題、開發(fā)比以前使用大得多的渦輪機、使用與陸上風機不同的型材和連接方法，降低腐蝕風險等。另一方面，當前的風力渦輪機塔架和支撐結構所使用的鋼或混凝土構造通常與建筑業(yè)使用的等級相同，EU-H2020設立了新的解決方案項目，例如，更高等級的鋼可以提供更好的結構性能（強度、抗屈曲性）和更輕的結構；鋼和混凝土的混合解決方案以及使用替代材料（尤其是復合材料）也提供了類似的性能優(yōu)勢，這些項目包括：

1）旨在證明新的浮動式海上風能解決方案的項目。例如，i4Offshore項目是有史以來最大的海上風能研發(fā)項目之一；LIFES 50plus（用于10 MW風力渦輪機且水深大于50 m的創(chuàng)新浮動子結構）項目；X1 Wind（帶來經濟高效且可靠的顛覆性浮動式風能技術）項目；TELWIND（低成本深海風電和下一代10MW ＋汽輪機的集成式伸縮塔和演化的SPAR浮式子結構）項目；Corewind（開發(fā)兩個基于混凝土的浮子概念）項目，包括所需的錨固系統和電纜；FLOTANT（針對深水風場進行了優(yōu)化的創(chuàng)新、低成本、低重量和安全的集成式海上浮動風能解決方案）項目；EDOWE（經濟的深海海上風能開發(fā)浮動式海上風力渦輪機）項目；InnoDC（海上風電和直流電網的創(chuàng)新工具）項目，專注于將這些新技術（例如海上風力渦輪機、VSC HVDC轉換器、長交流電纜）集成到電力系統中的模型和方法。

2）旨在展示新型浮動概念的項目。例如，FLOWSPA（結合了翼梁和半潛式技術的浮動平臺）項目；WTSS（顛覆性的海上浮動式風力發(fā)電機支撐結構）項目；FLOW（用于深遠海風能的新型浮動平臺）項目；FloatMastBlue（創(chuàng)新的浮式桅桿平臺）項目；SATH（用于海上風力渦輪機的新型雙浮動平臺）項目；POSEIDON（浮動風能和波浪能混合發(fā)電站）項目。

3）基礎結構方面。例如，DEMOGRAVI3（創(chuàng)新重力基礎GRAVI3的示范項目）是唯一的地面支撐結構項目；ELICAN（革命性的下部結構包括一個集成的自安裝式預制混凝土伸縮塔和地基）項目，可實現整個下部結構和風力渦輪機的無起重機離岸安裝，從而克服了對重型船舶的依賴所帶來的限制；GroutTube（用于多樁基礎海上注漿系統的創(chuàng)新概念和裝備）項目；PivotBuoy（經濟高效且可靠的浮風系泊、連接、安裝和運營系統）項目。

4）安裝和提升操作主題的不同概念。例如，POSEIDON（混合浮動和波動裝置）項目；OptiLift（改善海上起重和物流的框架）項目；WELL（高效、輕型、無需使用大噸位起重機的“伸縮式升降機”系統）項目。

5）創(chuàng)新塔架結構設計。例如，HYPER TOWER（超高層陸上風力發(fā)電機塔架設計）項目提出了一種由桁架組裝而成的創(chuàng)新型自升式風力渦輪機塔架配置；AIRCRANE（用于更高風力渦輪機的新型混凝土塔架組裝系統）項目；LiraTower（具有成本效益且簡化的140m現澆混凝土塔架的新概念）項目；ELISA（自浮式混凝土預制基礎）項目，用于完全安裝海上風輪機的無肋安裝；SE-NBW（風力渦輪機塔架自架系統演示）項目；NBTECH（創(chuàng)新型鋼框架塔架驗證和演示）項目；TRIWIND（新穎的多功能三塔式海上結構）項目；HSS-WIND（高強度鋼在海上風能管狀結構中的應用）項目；OFFSHORE TALL TOWER（風浪載荷下海上高架風力發(fā)電機的結構安全性改進）項目。

6）結構涂層技術方面。例如，MicroCoating項目借助微結構涂層提高了風力渦輪機的性能；Riblet4Wind項目開發(fā)的Riblet-Surfaces涂層技術用于提高風力渦輪機的效率；SUNCOAT項目研發(fā)的納米工程超疏水聚氨酯涂料保護風力渦輪機前緣；LEP4BLADES項目研發(fā)創(chuàng)新的風機葉片前緣保護（LEP）聚合物涂層系統。

2.2.4 創(chuàng)新型風力發(fā)電機資助項目

EU-H2020資助了以下許多創(chuàng)新型風力發(fā)電機概念原型，包括一些非主流的垂直軸、水平軸風機設計，也包括混合風機、高空風能等，這些技術中的大多數用于低功率和分布式應用，適用于城郊環(huán)境或嵌入在城市建筑中，目前主要應用于利基市場。其降低成本方法可能是采用更有效的設計、更便宜的制造和材料、更高效的安裝，以及規(guī)模經濟等。這些創(chuàng)新風機的主要挑戰(zhàn)不僅是技術，還需要解決噪聲，美學和社會認可度。此外，在某些情況下也有明顯的立法挑戰(zhàn)。上述概念大多尚處于開發(fā)的早期階段，難以根據技術就緒度水平（Technology Readiness Levels，TRL）或發(fā)電規(guī)模來評估這些技術，因此歐盟通過公共資金來評估和挖掘其潛力，主要項目類型包括：

1）機載風能系統（Airborne Wind Energy System），也稱高空風能系統。例如，AWESOME（用于離網和移動最終用途的機載風能系統），這是獲得Google投資的明星項目；AWESCO機載風能系統；Skypull利用高空風的力量；TwingTec無人機飛高以進行高空風能捕獲；EK200-AWESOME機載風能和儲能系統；NextWind使用剛性風箏收集空中風能。

2）分散式和小型風力渦輪機技術（Small Wind Turbines，SWT）的研究以推進小型風力市場（Small Wind Market，SWM）。例如，Vertical Sky用于可持續(xù)，靜音和分散式能源生產的下一代風力發(fā)電機；SeaTwirl第一臺堅固耐用且經濟高效的浮動式垂直軸風力發(fā)電機；NJORD用于極端風環(huán)境的堅固耐用的持久性垂直軸風力發(fā)電機；SWITLER小型風輪機輕型高效發(fā)電機；SEEDWIND靜音、高效、經濟的小型風能；URBAVENTO專為城市地區(qū)分布式發(fā)電設計的產創(chuàng)新型垂直軸風力發(fā)電機；EOW應用于低風速下城市環(huán)境的高效微型雙軸垂直風力渦輪機；GWFortyForty蓋亞·溫德公司的先進小型風力發(fā)電機；Briareo垂直軸微型風力渦輪機；VORTEX無葉片風力發(fā)電機的新概念；INNOWIND中功率風力發(fā)電機；EOLI FPS市區(qū)屋頂風力發(fā)電機；IRWES集成屋頂風能系統；Omniflow下一代混合風能和太陽能技術。

3）采用新型風力發(fā)電機。例如EcoSwing（使用超導風力發(fā)電機優(yōu)化能源成本）項目全球首次在風力渦輪機上演示3.6兆瓦低成本輕量級超導發(fā)電機，由中國風能公司遠景能源主持，因而獲得廣泛關注。

2.2.5 其他主題類型資助項目

此外EU-H2020還大力資助了電氣技術、控制技術、傳感技術、檢測技術、風資源與選址技術、機器人運維技術等多種主題類型項目：

1）電氣技術。COOLWIND項目用于海上風電HVDC變壓器平臺的海底冷卻器；YURAKAN開發(fā)了可實現超低LCOE的高功率陸基風能旋風交流發(fā)電機組顛覆性技術；ReaLCoE的目標是加速海上風能轉換器（WEC）以及高性能的12兆瓦以上渦輪機示范；Haeolus變電站風能制氫項目采用優(yōu)化的電解槽。

2）控制技術。TotalControl先進的集成監(jiān)控和風力發(fā)電機控制；CL-WINDCON閉環(huán)風電場控制創(chuàng)新解決方案，把整個風電場視為一個獨特的集成優(yōu)化問題。

3）風電傳感器技術。例如，EOLOGIX（首款用于基于狀態(tài)自動監(jiān)測的無線風力渦輪機葉片傳感器）項目；POFSensor（用于結構工程的新型聚合物光纖傳感器）項目；eolACC（先進的無線加速度計系統用于風力渦輪機結構性部件的預測監(jiān)控）項目；WITRO（用于海上風能的風和湍流雷達）項目。

4）檢測技術。例如，ERC-FLOVIST項目致力于將斷層攝影顆粒圖像測速技術（PIV）推進到一種用于空氣動力學問題的非侵入式診斷的通用技術；NOTUS（涂層的無損檢測）項目是第一個專門為風力渦輪機檢測設計的非接觸式工具；INNTERESTING創(chuàng)新的面向未來的測試方法，用于測試風力渦輪機中的關鍵組件；CMDrive通過非接觸式聲波傳感器監(jiān)測風力渦輪機傳動系統的狀態(tài)；CLOUD DIAGNOSIS（基于低成本云監(jiān)控技術的風力發(fā)電機組預測性維護）。

5）風資源與選址技術。例如，WindSider（自動化、低成本、準確的AI驅動風資源評估技術工具平臺）將數值建模和AI結合在云中，可加快風電場投資決策并降低新風電場項目風險；ZephyCloud項目公開發(fā)布了基于ZephyTOOLS云計算的新一代CFD開源軟件；zEPHYR致力于更有效地利用陸上和城市的風能資源，FLOATMAST創(chuàng)新的風能資源評估張力腿平臺，適用于組合式風速計和激光雷達可靠且可靠的海上風電場風能測量。

6）機器人運維技術。例如，A2MIRO（Airbone資產管理檢查機器人-離岸）項目；SheaRIOS（風力渦輪機剪切成像技術機器人葉片檢測系統）項目；WInspector（先進的剪切成像套件和機器人部署平臺）項目，用于現場檢查風力渦輪機葉片；WEGOOI（風力發(fā)電機陸上和海上檢查員）項目，通過自主和智能的專有RPAS，將用于極端環(huán)境的交鑰匙數據解決方案；EeCWITUR（風力渦輪機的高效能源清潔機器人平臺）項目；WindTRRo（風力渦輪機維修機器人）項目；Wind-Drone（強大的基于無人機的ICT解決方案）項目。

2.3 項目主題演進

通過研究主題隨時間的演變情況考察EUH2020歷年的研究趨勢，如圖5所示（圓圈越大，表示2014—2020年間相關獲批項目總數越多）?？v軸為關鍵詞的重要度排名，橫軸為關鍵詞在EU-H2020中首次出現的時間。由圖中可見，2018年以來，EU-H2020項目中 Digital Maps（數字地圖）、Satellite Images（衛(wèi)星云圖）、Marine Robots（海洋機器人）、Mooring Systems（系泊系統）、Predictive Models（預測模型）等主題開始受到更多關注。

圖5 EU-H2020風能項目研究主題演進Fig.5 Research Topic Evolution Map for EU-H2020 Wind Energy Projects

2.4 項目機構分析

2.4.1 機構合作網絡

機構參與EU-H2020項目的數量統計情況（僅列出參與項目大于4項的機構，共18家機構）見圖6和表3。其中除了 SIEMENS和TWI LIMITED為企業(yè)外，其他均為高?；蜓芯克⑶襍IEMENS主要是作為合作機構參與相關項目研究，其主持研究的項目僅 2項，分別是i4Offshore（降低海上風能成本行業(yè)創(chuàng)新的系統實施）和VirtuWind（在運營中的風電場中部署虛擬和可編程的工業(yè)網絡原型）。

表3 活躍研發(fā)機構列表Tab.3 List of Active R＆D Organizations

圖6 EU-H2020風能項目研發(fā)機構Fig.6 Participating in Project Numbers of R＆D Organization of EU-H2020 Wind Energy Project

項目的研究機構合作網絡圖譜，見圖7。圖中清晰地顯示了以歐盟EU-H2020風能項目科研合作，形成了以SIEMENS（西門子）、DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET（丹麥技術大學）、TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT（代爾夫特理工大學）、FRAUNHOFER（弗勞恩霍夫研究所）、KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN（天主教魯汶大學）等為核心的風能創(chuàng)新生態(tài)圈。

圖7 EU-H2020風能項目研發(fā)機構合作網絡Fig.7 R＆D Organizations Cooperation Network Map for EU-H2020Wind Energy Projects

通過VOSviewer軟件進一步繪制核心研究機構的合作子網絡圖譜，如圖8所示。可進一步分析這些核心研究機構各自的具體合作伙伴。由圖中可見，以核心研究機構為中心，其合作機構涉及數十家中小型研究機構／企業(yè)，這些機構以ICT、仿真、新概念機型等各種前沿技術參與其中，形成了極其活躍的創(chuàng)新生態(tài)。

2.4.2 Top6活躍機構的研究主題分布

為了進一步了解EU-H2020各個核心研究機構的研究主題，本文基于機構與關鍵詞（主題詞）的二模矩陣，通過VOSviewer軟件繪制了Top6活躍機構與主題詞的二模網絡圖，見圖8。如圖中顯示，Top6活躍機構的熱點研究主題既有重疊又各有不同側重面，這6家機構的共同熱點研究主題包括：Wind Turbine、Economic、Turbine Control、Converters、Direct-drive、Climate、Airborne Wind Energy、Prediction、ICT、Reliability、Generator等。如果需要研究每一個機構的具體研究主題，還可通過VOSviewer軟件分別繪制其研究主題分布子網絡進一步了解。

圖8 核心研發(fā)機構合作子網絡Fig.8 Core R＆D Institutions Cooperation Sub-network Diagram

3 總結與建議

本文對歐盟Horizon 2020計劃風能項目的資助類別、資助數量、資助金額等進行了統計，通過建立風能行業(yè)自定義詞典及NLP方法提取了項目關鍵詞，采用文獻計量學方法，并運用可視化工具繪制知識圖譜，分析了項目主題聚類、研究熱點和發(fā)展趨勢等。分析發(fā)現：

1）項目均攤資助金額為2.934百萬歐元／項，Wind Turbine類資助項目數量最多，達103項，項目均攤資助金額為2.552百萬歐元／項，涉及ICT應用類項目達26項，項目均攤資金為2.338百萬歐元／項。

2）項目研究內容形成了9個大小不同的聚類 主 題：Wind Turbine、Wind Power Plant、Maintenance、Structures、Monitoring、Small Wind Turbine、Economics、Lifting、Vortex。研究熱點包括ICT、轉子及葉片、風機結構、風力發(fā)電機創(chuàng)新型概念原型、以及風力發(fā)電相關的電氣技術、控制技術、傳感技術、檢測技術、風資源與選址技術、機器人運維技術等，其中ICT類技術（例如IOT、5G、AI、Open-source、Software Platform、HPC等）與各主要聚類主題均有連接，表明歐盟高度重視ICT技術在風能行業(yè)各環(huán)節(jié)的前沿應用研究。

3）2018年以來，Horizon 2020計劃項目中數字變壓器、數字地圖、衛(wèi)星云圖、海洋機器人、系泊系統、預測性維護等主題開始受到更多關注。

4）歐盟形成了以西門子、丹麥技術大學、代爾夫特理工大學、弗勞恩霍夫研究所、天主教魯汶大學等為核心的風能創(chuàng)新生態(tài)圈。這些機構的研究主題既有重疊部分又各有側重，其共同的熱點研究 主 題 包 括：Wind Turbine、Economic、Turbine Control、Converters、Direct-drive、Climate、Airborne Wind Energy、Prediction、ICT、Reliability、Generator等。

習近平主席在2020年9月和12月分別在聯合國大會和氣候雄心峰會上表態(tài)，定下了中國二氧化碳排放2030年前達到峰值、2060年前實現碳中和，以及2030年非化石能源占比達到25%以上、風電、太陽能發(fā)電裝機達到12億千瓦以上的新目標。中國風電行業(yè)積極響應了國家氣候戰(zhàn)略，在2020年12月北京國際風能大會上聯合發(fā)布了《風能北京宣言》，提出年均新增裝機5000萬千瓦以上，到2030年至少達到8億千瓦，到2060年至少達到30億千瓦的目標。風能行業(yè)宏偉目標的實現需要風能科技發(fā)展的支撐，基于本文研究成果，對我國風能研究布局提出以下建議：

圖9 TOP 6機構研究主題分布網絡Fig.9 Research Topic Distribution Network Diagram of TOP6 R＆D Organizations

1）加強與歐盟風能行業(yè)的創(chuàng)新合作。歐盟與其他國家在科研創(chuàng)新領域的共同資助機制基本上是圍繞研發(fā)框架計劃進行的［10］。即將接替Horizon 2020計劃的新一輪框架計劃“Horizon Europe”（2021—2027年）已確定“向世界開放”，并將大大加強與非歐盟國家開展科技合作，其中“氣候、能源與交通”主題集群預計將獲得150億歐元資助。與此同時，美國在不斷加強對中國企業(yè)進行技術封鎖和戰(zhàn)略遏制，因此進一步深入研究歐盟風能研究布局，加強與歐盟風能研究機構的技術交流，將有助于加強創(chuàng)新鏈條，還可進一步考慮以適當形式深入創(chuàng)新合作，例如爭取得到主持歐盟研究項目的機會等，著力提高我國風能行業(yè)國際研發(fā)合作水平。

2）拓展風能行業(yè)創(chuàng)新內容的覆蓋面。歐盟風能技術研究的9個聚類主題資助范圍廣泛、項目類型豐富，為國內開展研究項目策劃提供了良好的參照系，特別是在風電ICT類技術、海洋風電系統等方面，要整合學術界與工業(yè)界各方的資源優(yōu)勢，在核心領域集中力量開展重大科研攻關，從而實現風力發(fā)電領域的技術趕超，實現我國風電產業(yè)整體技術升級換代。

3）激發(fā)中小企業(yè)創(chuàng)新活力。歐盟風能研究正大力向智慧化、深遠海發(fā)展，歐盟創(chuàng)新生態(tài)圈形成了以少數核心研究機構為中心，大量中小企業(yè)以ICT、仿真、新概念機型等前沿技術參與其中的活躍生態(tài)。為此，以國內龍頭企業(yè)為中心，激發(fā)國內中小企業(yè)創(chuàng)新活力，促進市場前沿與技術前沿的互動，將有助于推動國內風能行業(yè)技術快速迭代升級。