基于Horizon 2020計劃的歐盟風(fēng)能研究布局分析*

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(jīng)向全球承諾了“碳達峰、碳中和”發(fā)展目標(biāo)，風(fēng)力發(fā)電是極具技術(shù)和經(jīng)濟競爭力的能源生產(chǎn)方式，成為實現(xiàn)能源安全、綠色低碳發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵支撐。近年來中國風(fēng)電行業(yè)實現(xiàn)高速發(fā)展，風(fēng)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(chǎn)業(yè)，但是國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展時間相對較短，距離發(fā)達國家技術(shù)水平仍有一定差距。為此科技部十三五期間在風(fēng)能領(lǐng)域研究部署了如表1所示的五大方向重點任務(wù)［1］，啟動了國家重點研發(fā)計劃“可再生能源與氫能技術(shù)”重點專項，國家在風(fēng)能方面目前已累計投入了1.4億元［2］，按照自籌經(jīng)費總額與國撥經(jīng)費總額比例一般不低于1：1來算，相關(guān)風(fēng)能研究項目總投入達到2.8億元以上。

表1 “十三五”風(fēng)能領(lǐng)域重點任務(wù)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(nèi)容上看，我國風(fēng)能研究相關(guān)創(chuàng)新活動仍然多集中于電學(xué)領(lǐng)域，具體包括風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)電儲存、風(fēng)電輸送、風(fēng)電并網(wǎng)等技術(shù)領(lǐng)域，傾向于風(fēng)電設(shè)備的落地與運營，而在風(fēng)電技術(shù)研發(fā)、風(fēng)機設(shè)備制造等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)與技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新較少。從創(chuàng)新合作上看，風(fēng)電產(chǎn)學(xué)研合作多處于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈的中下游，能源領(lǐng)域國企或央企是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新合作的主要企業(yè)，風(fēng)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(fēng)力發(fā)電起步較早，技術(shù)比較成熟，面對國際風(fēng)電市場的超高速發(fā)展和國際競爭的加劇，歐盟在風(fēng)力發(fā)電前沿技術(shù)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(lǐng)全球風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展。因此歐盟風(fēng)能技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢非常值得國內(nèi)同行開展深入研究和分析。

近年來知識圖譜和文獻計量學(xué)方法在各個領(lǐng)域的應(yīng)用變得越來越普遍，但是在風(fēng)能領(lǐng)域，相關(guān)文獻不多。Sakata等［4］開展了風(fēng)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(lián)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(fēng)電葉片和海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)庫中海上風(fēng)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(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略實施的載體，能夠更好地反映產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和學(xué)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(fēng)能研究項目大多獲得該計劃的資助，使其成為歐盟風(fēng)能行業(yè)最有影響力的研究基金。本文將對EU-H2020風(fēng)能相關(guān)項目的資助類別、資助數(shù)量、資助金額進行統(tǒng)計分析，并基于二維分析視角，采用科學(xué)計量學(xué)方法圍繞基金項目的時間、機構(gòu)、主題等展開綜合分析。其中，項目資助類別、數(shù)量、金額的統(tǒng)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(fēng)能研究的主題演化態(tài)勢；機構(gòu)與主題分析旨在幫助科研人員了解機構(gòu)的研究布局，如機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)、研究方向、研究重點等。研究成果可為我國風(fēng)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(fēng)能項目數(shù)據(jù)集

1.1 數(shù)據(jù)來源

EU-H2020風(fēng)能研究項目的數(shù)據(jù)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(jié)果532項。

對歐盟CORDIS平臺檢索結(jié)果進行人工清洗和篩選，最終確認(rèn)得到172項風(fēng)能項目數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析方法

歐盟CORDIS平臺的項目數(shù)據(jù)是基于網(wǎng)頁非結(jié)構(gòu)化展示，不便于開展分析研究。中國科學(xué)院蘭州文獻情報中心“全球科研項目數(shù)據(jù)庫平臺ProjectGate”從歐盟 CORDIS平臺爬取了 EUH2020風(fēng)能研究項目數(shù)據(jù)并實現(xiàn)了項目數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)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(jié)果及項目數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參考了中科院ProjectGate平臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化方式，形成了EU-H2020風(fēng)能研究項目數(shù)據(jù)集。

通過文獻計量學(xué)方法對EU-H2020基金項目進行主題分析必須有項目關(guān)鍵詞，但通過平臺獲得的數(shù)據(jù)集還缺少項目關(guān)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(guān)鍵詞，解決辦法是從數(shù)據(jù)集已有的項目名稱和項目摘要中提取關(guān)鍵詞。項目關(guān)鍵詞提取的前提是要建立一個自定義的風(fēng)能行業(yè)詞典，本文參考國際風(fēng)能行業(yè)主題分類的事實標(biāo)準(zhǔn) IRPWind taxonomy［7］、ReliaWind taxonomy［8］以及風(fēng)能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)術(shù)語，建立了風(fēng)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(jīng)過數(shù)據(jù)清洗和人工篩選，最終提取了項目關(guān)鍵詞，從而實現(xiàn)對研究項目主題內(nèi)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(shù)據(jù)進行基本的描述統(tǒng)計，運用CO-OCcurrence 6.7［9］軟件對項目數(shù)據(jù)進行頻次統(tǒng)計、共現(xiàn)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(xiàn)研究主題、機構(gòu)合作關(guān)系。

2 EU-H2020風(fēng)能項目計量分析

2.1 項目統(tǒng)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(fēng)能行業(yè)分類，風(fēng)能相關(guān)項目分散于該計劃3大戰(zhàn)略優(yōu)先領(lǐng)域的各項行動計劃之下。通過對EU-H2020風(fēng)能研究項目的檢索結(jié)果進行統(tǒng)計，截至2020年11月，EU-H2020共資助了172個風(fēng)能項目，總預(yù)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(fēng)能項目年度資助數(shù)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(jīng)濟性）、Wind Power Plant（風(fēng)力發(fā)電廠）、Wind Turbine（風(fēng)力機）、O＆M（運營與維護）等5個主題領(lǐng)域，其中Wind Turbine類項目數(shù)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(shù)已經(jīng)覆蓋到以上所有5個風(fēng)能主題領(lǐng)域，涉及ICT應(yīng)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(shù)在風(fēng)能行業(yè)各環(huán)節(jié)的前沿應(yīng)用研究。

圖1 EU-H2020風(fēng)能項目年度資助項目數(shù)量分布Fig.1 Distribution of the Number of Annual Funding Projects for EU-H2020Wind Energy

圖2 EU-H2020風(fēng)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(tǒng)計排序以凸顯其熱點主題，繪制詞云圖如圖3所示，導(dǎo)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(fēng)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(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)矩陣進行聚類分析，得到項目研究主題的共現(xiàn)聚類圖，如圖4所示。

根據(jù)圖4并結(jié)合VOSviewer軟件中Clusters分組結(jié)果，所有項目形成了9個大小不同的聚類主題：Wind Turbine（風(fēng)力機）、Wind Power Plant（風(fēng)力發(fā)電廠）、Maintenance（維護）、Blades（葉片）／Structures（結(jié)構(gòu)）、Monitoring（監(jiān)視）、Small Wind Turbine（小型風(fēng)力機）、Economics（經(jīng)濟性）、Lifting（起吊）、Vortex（渦流）。經(jīng)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(fēng)能行業(yè)主題分類標(biāo)準(zhǔn)（IRPWind taxonomy）下 Sitting（選址）、Economics（經(jīng)濟性）、Wind Power Plant（風(fēng)力發(fā)電廠）、Wind Turbine（風(fēng)力機）、O＆M（運營與維護）的 5大主題分類，廣泛涉及ICT類技術(shù)、風(fēng)機轉(zhuǎn)子及葉片（Rotor／Blades）技術(shù)、風(fēng)機結(jié)構(gòu)（Structure）技術(shù)、創(chuàng)新型風(fēng)力發(fā)電機概念原型，以及電氣技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、檢測技術(shù)、風(fēng)資源與選址技術(shù)、機器人運維技術(shù)等多種主題類型項目。體現(xiàn)歐盟風(fēng)能研究資助的全面、深入，符合其持續(xù)全面引領(lǐng)全球風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的野心和目標(biāo)。

圖4 EU-H2020風(fēng)能項目研究主題共現(xiàn)聚類Fig.4 Research Topic Co-occurrence Cluster Map for EU-H2020Wind Energy Projects

2.2.1 ICT類技術(shù)資助項目

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

1）云計算技術(shù)應(yīng)用。例如，CLOUD DIAGNOSIS開展基于低成本云監(jiān)控技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組預(yù)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(yīng)用。例如，WINDMIL RT-DT（自主的實時決策樹框架）項目用于風(fēng)力渦輪機的監(jiān)視和診斷，公開了風(fēng)機結(jié)構(gòu)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(xué)習(xí)和物聯(lián)網(wǎng)來改善風(fēng)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(shù)值仿真建立面向風(fēng)場運營優(yōu)化的智能學(xué)習(xí)框架；Windrone Zenith（基于自主和智能無人機的風(fēng)力渦輪機檢查系統(tǒng)）項目可進行經(jīng)濟高效、可靠、安全且可操作的葉片故障檢測和預(yù)測；A2MiroSensorCopter（全自動檢查系統(tǒng)）項目可減少風(fēng)力渦輪機停機時間；WINDMIL（風(fēng)力發(fā)電機的智能監(jiān)控）項目用于實現(xiàn)風(fēng)機的智能監(jiān)控、檢查和全生命周期評估；PAVIMON（用于風(fēng)輪機預(yù)測維護的AI）項目可對風(fēng)力渦輪機進行安全、可靠和有效的檢查。

3）風(fēng)能數(shù)據(jù)共享與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用。例如，MARINET2項目研究開發(fā)海洋可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施的增強技術(shù)等，盤點現(xiàn)有的數(shù)據(jù)管理／共享能力，開展了基于SeaDataNet基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)改編的標(biāo)準(zhǔn)和工具的新系統(tǒng)的操作，這類數(shù)據(jù)共享項目將有益于風(fēng)能領(lǐng)域大數(shù)據(jù)分析的技術(shù)應(yīng)用發(fā)展。

4）5G等網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)應(yīng)用。例如，VirtuWind（在運營中的風(fēng)電場中部署虛擬和可編程的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)；NRG-5項目通過5G移動網(wǎng)絡(luò)的進步致力于實現(xiàn)“智能能源即服務(wù)”商業(yè)模式。

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

6）高性能計算技術(shù)與高保真多尺度綜合模型等仿真技術(shù)應(yīng)用。例如，HPCWE（高性能風(fēng)能計算）項目解決將HPC應(yīng)用到風(fēng)能上的關(guān)鍵開放挑戰(zhàn)；UPWARD（通過集成仿真框架了解風(fēng)力渦輪機和轉(zhuǎn)子動力學(xué)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(jié)果發(fā)布了15 MW虛擬風(fēng)力渦輪機原型描述并開展15 MW風(fēng)力渦輪機的CFD仿真；WindSider（自動化、低成本、準(zhǔn)確的AI驅(qū)動風(fēng)資源評估技術(shù)工具平臺）將數(shù)值建模和AI結(jié)合在云中，可加快風(fēng)電場投資決策并降低新風(fēng)電場項目風(fēng)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(wù)”模式。

2.2.2 風(fēng)機轉(zhuǎn)子及葉片（Rotor／Blades）資助項目

風(fēng)機轉(zhuǎn)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(fēng)能O＆M的重要內(nèi)容，但又與風(fēng)力發(fā)電機葉片部件的仿真、設(shè)計、材料等密切相關(guān)，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(zhuǎn)子葉片技術(shù)。由于較大的轉(zhuǎn)子葉片需要考慮能夠適應(yīng)非均勻風(fēng)流的Rotor／Blades概念，因此出現(xiàn)了結(jié)合彎曲扭曲耦合（Bend Twist Coupling）、嵌入風(fēng)傳感器葉片技術(shù)等被動或主動負(fù)載控制的轉(zhuǎn)子概念，例如Aeropaft（使用被動式流量控制技術(shù)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(fēng)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(shù)可以實現(xiàn)類似的作用。

2）轉(zhuǎn)子葉片空氣動力效應(yīng)相關(guān)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(zhuǎn)子概念或原型，例如，AEROFLEX（氣動彈性不穩(wěn)定性和柔性結(jié)構(gòu)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(fēng)力渦輪機的顛覆性“三合一”模塊化轉(zhuǎn)子葉片概念演示）；VORTEX（渦流式無葉片風(fēng)力發(fā)電機的顛覆性原型）；MEWi-B（更高效的風(fēng)葉片）；Rotary Wing CLFC（可增強風(fēng)力渦輪機葉片的空氣動力學(xué)和空氣聲學(xué)性能的閉環(huán)流量控制）。

3）風(fēng)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(fēng)力渦輪機葉片免受雷擊）項目；SPARCARB（碳纖維復(fù)合材料對風(fēng)力發(fā)電機葉片的防雷保護）項目；Opti-LPS（最佳防雷系統(tǒng)）項目。

4）葉片檢測流程的新穎概念。例如，BladeSave（基于風(fēng)險的葉片結(jié)構(gòu)評估技術(shù)）將具有多種傳感功能（應(yīng)變，振動和聲發(fā)射）的光纖結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)（Smartscan）與葉片資產(chǎn)管理軟件相融合，實現(xiàn)風(fēng)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(fēng)力渦輪機檢查系統(tǒng)）項目可進行經(jīng)濟高效、可靠、安全且可操作的葉片故障檢測和預(yù)測；SheaRIOS項目（風(fēng)力渦輪機剪切技術(shù)機器人葉片檢測系統(tǒng)）；Ventura Habitat（新型的風(fēng)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(shù)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(shù)以及為葉片材料使用壽命提供環(huán)保和經(jīng)濟的解決方案等。例如，DACOMAT（開發(fā)出更具耐受性和可預(yù)測性的低成本復(fù)合材料）項目；Powderblade（由碳／玻璃纖維環(huán)氧材料組成的風(fēng)力渦輪機葉片先進復(fù)合材料）項目；EcoBlade（通過現(xiàn)場材料粉碎和分離對風(fēng)力渦輪機葉片進行經(jīng)濟高效的退役）項目；SEAMETEC（開發(fā)智能高效經(jīng)濟型渦輪機葉片復(fù)合材料結(jié)構(gòu)）項目；ABLE（延長葉片壽命解決方案）項目。

2.2.3 風(fēng)機結(jié)構(gòu)（Structure）資助項目

風(fēng)機結(jié)構(gòu)（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(fēng)電結(jié)構(gòu)技術(shù)相關(guān)的資助項目組合非常多樣化，基礎(chǔ)和浮動支撐結(jié)構(gòu)是研究熱點，安裝和提升操作方面的項目數(shù)量和資助金額相對處于劣勢，目前還處于研究領(lǐng)域邊緣。用于固定在底部安裝的風(fēng)力渦輪機的當(dāng)前支撐結(jié)構(gòu)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(fēng)力渦輪機的替代支撐結(jié)構(gòu)，包括固定式底部支撐結(jié)構(gòu)、自升式塔以及應(yīng)用于結(jié)構(gòu)部件的新材料等，這些創(chuàng)新技術(shù)可以應(yīng)對許多挑戰(zhàn)，例如，解決結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)問題、開發(fā)比以前使用大得多的渦輪機、使用與陸上風(fēng)機不同的型材和連接方法，降低腐蝕風(fēng)險等。另一方面，當(dāng)前的風(fēng)力渦輪機塔架和支撐結(jié)構(gòu)所使用的鋼或混凝土構(gòu)造通常與建筑業(yè)使用的等級相同，EU-H2020設(shè)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(jié)構(gòu)性能（強度、抗屈曲性）和更輕的結(jié)構(gòu)；鋼和混凝土的混合解決方案以及使用替代材料（尤其是復(fù)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(fēng)能解決方案的項目。例如，i4Offshore項目是有史以來最大的海上風(fēng)能研發(fā)項目之一；LIFES 50plus（用于10 MW風(fēng)力渦輪機且水深大于50 m的創(chuàng)新浮動子結(jié)構(gòu)）項目；X1 Wind（帶來經(jīng)濟高效且可靠的顛覆性浮動式風(fēng)能技術(shù)）項目；TELWIND（低成本深海風(fēng)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(jié)構(gòu)）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(tǒng)和電纜；FLOTANT（針對深水風(fēng)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(fēng)能解決方案）項目；EDOWE（經(jīng)濟的深海海上風(fēng)能開發(fā)浮動式海上風(fēng)力渦輪機）項目；InnoDC（海上風(fēng)電和直流電網(wǎng)的創(chuàng)新工具）項目，專注于將這些新技術(shù)（例如海上風(fēng)力渦輪機、VSC HVDC轉(zhuǎn)換器、長交流電纜）集成到電力系統(tǒng)中的模型和方法。

2）旨在展示新型浮動概念的項目。例如，F(xiàn)LOWSPA（結(jié)合了翼梁和半潛式技術(shù)的浮動平臺）項目；WTSS（顛覆性的海上浮動式風(fēng)力發(fā)電機支撐結(jié)構(gòu)）項目；FLOW（用于深遠海風(fēng)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(fēng)力渦輪機的新型雙浮動平臺）項目；POSEIDON（浮動風(fēng)能和波浪能混合發(fā)電站）項目。

3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面。例如，DEMOGRAVI3（創(chuàng)新重力基礎(chǔ)GRAVI3的示范項目）是唯一的地面支撐結(jié)構(gòu)項目；ELICAN（革命性的下部結(jié)構(gòu)包括一個集成的自安裝式預(yù)制混凝土伸縮塔和地基）項目，可實現(xiàn)整個下部結(jié)構(gòu)和風(fēng)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(chǔ)海上注漿系統(tǒng)的創(chuàng)新概念和裝備）項目；PivotBuoy（經(jīng)濟高效且可靠的浮風(fēng)系泊、連接、安裝和運營系統(tǒng)）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(tǒng)）項目。

5）創(chuàng)新塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計。例如，HYPER TOWER（超高層陸上風(fēng)力發(fā)電機塔架設(shè)計）項目提出了一種由桁架組裝而成的創(chuàng)新型自升式風(fēng)力渦輪機塔架配置；AIRCRANE（用于更高風(fēng)力渦輪機的新型混凝土塔架組裝系統(tǒng)）項目；LiraTower（具有成本效益且簡化的140m現(xiàn)澆混凝土塔架的新概念）項目；ELISA（自浮式混凝土預(yù)制基礎(chǔ)）項目，用于完全安裝海上風(fēng)輪機的無肋安裝；SE-NBW（風(fēng)力渦輪機塔架自架系統(tǒng)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(jié)構(gòu)）項目；HSS-WIND（高強度鋼在海上風(fēng)能管狀結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用）項目；OFFSHORE TALL TOWER（風(fēng)浪載荷下海上高架風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)安全性改進）項目。

6）結(jié)構(gòu)涂層技術(shù)方面。例如，MicroCoating項目借助微結(jié)構(gòu)涂層提高了風(fēng)力渦輪機的性能；Riblet4Wind項目開發(fā)的Riblet-Surfaces涂層技術(shù)用于提高風(fēng)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(fēng)力渦輪機前緣；LEP4BLADES項目研發(fā)創(chuàng)新的風(fēng)機葉片前緣保護（LEP）聚合物涂層系統(tǒng)。

2.2.4 創(chuàng)新型風(fēng)力發(fā)電機資助項目

EU-H2020資助了以下許多創(chuàng)新型風(fēng)力發(fā)電機概念原型，包括一些非主流的垂直軸、水平軸風(fēng)機設(shè)計，也包括混合風(fēng)機、高空風(fēng)能等，這些技術(shù)中的大多數(shù)用于低功率和分布式應(yīng)用，適用于城郊環(huán)境或嵌入在城市建筑中，目前主要應(yīng)用于利基市場。其降低成本方法可能是采用更有效的設(shè)計、更便宜的制造和材料、更高效的安裝，以及規(guī)模經(jīng)濟等。這些創(chuàng)新風(fēng)機的主要挑戰(zhàn)不僅是技術(shù)，還需要解決噪聲，美學(xué)和社會認(rèn)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(jù)技術(shù)就緒度水平（Technology Readiness Levels，TRL）或發(fā)電規(guī)模來評估這些技術(shù)，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(fēng)能系統(tǒng)（Airborne Wind Energy System），也稱高空風(fēng)能系統(tǒng)。例如，AWESOME（用于離網(wǎng)和移動最終用途的機載風(fēng)能系統(tǒng)），這是獲得Google投資的明星項目；AWESCO機載風(fēng)能系統(tǒng)；Skypull利用高空風(fēng)的力量；TwingTec無人機飛高以進行高空風(fēng)能捕獲；EK200-AWESOME機載風(fēng)能和儲能系統(tǒng)；NextWind使用剛性風(fēng)箏收集空中風(fēng)能。

2）分散式和小型風(fēng)力渦輪機技術(shù)（Small Wind Turbines，SWT）的研究以推進小型風(fēng)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(chǎn)的下一代風(fēng)力發(fā)電機；SeaTwirl第一臺堅固耐用且經(jīng)濟高效的浮動式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機；NJORD用于極端風(fēng)環(huán)境的堅固耐用的持久性垂直軸風(fēng)力發(fā)電機；SWITLER小型風(fēng)輪機輕型高效發(fā)電機；SEEDWIND靜音、高效、經(jīng)濟的小型風(fēng)能；URBAVENTO專為城市地區(qū)分布式發(fā)電設(shè)計的產(chǎn)創(chuàng)新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機；EOW應(yīng)用于低風(fēng)速下城市環(huán)境的高效微型雙軸垂直風(fēng)力渦輪機；GWFortyForty蓋亞·溫德公司的先進小型風(fēng)力發(fā)電機；Briareo垂直軸微型風(fēng)力渦輪機；VORTEX無葉片風(fēng)力發(fā)電機的新概念；INNOWIND中功率風(fēng)力發(fā)電機；EOLI FPS市區(qū)屋頂風(fēng)力發(fā)電機；IRWES集成屋頂風(fēng)能系統(tǒng)；Omniflow下一代混合風(fēng)能和太陽能技術(shù)。

3）采用新型風(fēng)力發(fā)電機。例如EcoSwing（使用超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機優(yōu)化能源成本）項目全球首次在風(fēng)力渦輪機上演示3.6兆瓦低成本輕量級超導(dǎo)發(fā)電機，由中國風(fēng)能公司遠景能源主持，因而獲得廣泛關(guān)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(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、檢測技術(shù)、風(fēng)資源與選址技術(shù)、機器人運維技術(shù)等多種主題類型項目：

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

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

3）風(fēng)電傳感器技術(shù)。例如，EOLOGIX（首款用于基于狀態(tài)自動監(jiān)測的無線風(fēng)力渦輪機葉片傳感器）項目；POFSensor（用于結(jié)構(gòu)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(tǒng)用于風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)性部件的預(yù)測監(jiān)控）項目；WITRO（用于海上風(fēng)能的風(fēng)和湍流雷達）項目。

4）檢測技術(shù)。例如，ERC-FLOVIST項目致力于將斷層攝影顆粒圖像測速技術(shù)（PIV）推進到一種用于空氣動力學(xué)問題的非侵入式診斷的通用技術(shù)；NOTUS（涂層的無損檢測）項目是第一個專門為風(fēng)力渦輪機檢測設(shè)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(fēng)力渦輪機中的關(guān)鍵組件；CMDrive通過非接觸式聲波傳感器監(jiān)測風(fēng)力渦輪機傳動系統(tǒng)的狀態(tài)；CLOUD DIAGNOSIS（基于低成本云監(jiān)控技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組預(yù)測性維護）。

5）風(fēng)資源與選址技術(shù)。例如，WindSider（自動化、低成本、準(zhǔn)確的AI驅(qū)動風(fēng)資源評估技術(shù)工具平臺）將數(shù)值建模和AI結(jié)合在云中，可加快風(fēng)電場投資決策并降低新風(fēng)電場項目風(fēng)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(fēng)能資源，F(xiàn)LOATMAST創(chuàng)新的風(fēng)能資源評估張力腿平臺，適用于組合式風(fēng)速計和激光雷達可靠且可靠的海上風(fēng)電場風(fēng)能測量。

6）機器人運維技術(shù)。例如，A2MIRO（Airbone資產(chǎn)管理檢查機器人-離岸）項目；SheaRIOS（風(fēng)力渦輪機剪切成像技術(shù)機器人葉片檢測系統(tǒng)）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(xiàn)場檢查風(fēng)力渦輪機葉片；WEGOOI（風(fēng)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(shù)據(jù)解決方案；EeCWITUR（風(fēng)力渦輪機的高效能源清潔機器人平臺）項目；WindTRRo（風(fēng)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(guān)獲批項目總數(shù)越多）?？v軸為關(guān)鍵詞的重要度排名，橫軸為關(guān)鍵詞在EU-H2020中首次出現(xiàn)的時間。由圖中可見，2018年以來，EU-H2020項目中 Digital Maps（數(shù)字地圖）、Satellite Images（衛(wèi)星云圖）、Marine Robots（海洋機器人）、Mooring Systems（系泊系統(tǒng)）、Predictive Models（預(yù)測模型）等主題開始受到更多關(guān)注。

圖5 EU-H2020風(fēng)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(gòu)分析

2.4.1 機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

機構(gòu)參與EU-H2020項目的數(shù)量統(tǒng)計情況（僅列出參與項目大于4項的機構(gòu)，共18家機構(gòu)）見圖6和表3。其中除了 SIEMENS和TWI LIMITED為企業(yè)外，其他均為高校或研究所，并且SIEMENS主要是作為合作機構(gòu)參與相關(guān)項目研究，其主持研究的項目僅 2項，分別是i4Offshore（降低海上風(fēng)能成本行業(yè)創(chuàng)新的系統(tǒng)實施）和VirtuWind（在運營中的風(fēng)電場中部署虛擬和可編程的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)原型）。

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

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

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

圖7 EU-H2020風(fēng)能項目研發(fā)機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)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(gòu)的合作子網(wǎng)絡(luò)圖譜，如圖8所示?？蛇M一步分析這些核心研究機構(gòu)各自的具體合作伙伴。由圖中可見，以核心研究機構(gòu)為中心，其合作機構(gòu)涉及數(shù)十家中小型研究機構(gòu)／企業(yè)，這些機構(gòu)以ICT、仿真、新概念機型等各種前沿技術(shù)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(gòu)的研究主題分布

為了進一步了解EU-H2020各個核心研究機構(gòu)的研究主題，本文基于機構(gòu)與關(guān)鍵詞（主題詞）的二模矩陣，通過VOSviewer軟件繪制了Top6活躍機構(gòu)與主題詞的二模網(wǎng)絡(luò)圖，見圖8。如圖中顯示，Top6活躍機構(gòu)的熱點研究主題既有重疊又各有不同側(cè)重面，這6家機構(gòu)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(gòu)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(wǎng)絡(luò)進一步了解。

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

3 總結(jié)與建議

本文對歐盟Horizon 2020計劃風(fēng)能項目的資助類別、資助數(shù)量、資助金額等進行了統(tǒng)計，通過建立風(fēng)能行業(yè)自定義詞典及NLP方法提取了項目關(guān)鍵詞，采用文獻計量學(xué)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(xiàn)：

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(shù)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(yīng)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(nèi)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(zhuǎn)子及葉片、風(fēng)機結(jié)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電機創(chuàng)新型概念原型、以及風(fēng)力發(fā)電相關(guān)的電氣技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、檢測技術(shù)、風(fēng)資源與選址技術(shù)、機器人運維技術(shù)等，其中ICT類技術(shù)（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(shù)在風(fēng)能行業(yè)各環(huán)節(jié)的前沿應(yīng)用研究。

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

4）歐盟形成了以西門子、丹麥技術(shù)大學(xué)、代爾夫特理工大學(xué)、弗勞恩霍夫研究所、天主教魯汶大學(xué)等為核心的風(fēng)能創(chuàng)新生態(tài)圈。這些機構(gòu)的研究主題既有重疊部分又各有側(cè)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(xí)近平主席在2020年9月和12月分別在聯(lián)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(xiàn)碳中和，以及2030年非化石能源占比達到25%以上、風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機達到12億千瓦以上的新目標(biāo)。中國風(fēng)電行業(yè)積極響應(yīng)了國家氣候戰(zhàn)略，在2020年12月北京國際風(fēng)能大會上聯(lián)合發(fā)布了《風(fēng)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(biāo)。風(fēng)能行業(yè)宏偉目標(biāo)的實現(xiàn)需要風(fēng)能科技發(fā)展的支撐，基于本文研究成果，對我國風(fēng)能研究布局提出以下建議：

圖9 TOP 6機構(gòu)研究主題分布網(wǎng)絡(luò)Fig.9 Research Topic Distribution Network Diagram of TOP6 R＆D Organizations

1）加強與歐盟風(fēng)能行業(yè)的創(chuàng)新合作。歐盟與其他國家在科研創(chuàng)新領(lǐng)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(yù)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(shù)封鎖和戰(zhàn)略遏制，因此進一步深入研究歐盟風(fēng)能研究布局，加強與歐盟風(fēng)能研究機構(gòu)的技術(shù)交流，將有助于加強創(chuàng)新鏈條，還可進一步考慮以適當(dāng)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(fēng)能行業(yè)國際研發(fā)合作水平。

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

3）激發(fā)中小企業(yè)創(chuàng)新活力。歐盟風(fēng)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(shù)核心研究機構(gòu)為中心，大量中小企業(yè)以ICT、仿真、新概念機型等前沿技術(shù)參與其中的活躍生態(tài)。為此，以國內(nèi)龍頭企業(yè)為中心，激發(fā)國內(nèi)中小企業(yè)創(chuàng)新活力，促進市場前沿與技術(shù)前沿的互動，將有助于推動國內(nèi)風(fēng)能行業(yè)技術(shù)快速迭代升級。