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通用电气风电专利

通用电气公司风电专利分析

1、公司简介

通用电气公司(GE)是世界上最大的多元化服务性公司,同时也是高质量、高科技工业和消费产品的提供者。美国最大的风力机制造商GE风能(GE Wind Energy),是GE集团近年来的重要新增业务。自2002年收购安然公司后,通用电气跻身世界风电制造业,凭借其雄厚资金实力和研发力量,以及全球销售网络和技术服务体系,三年后就成为了世界最大的风电设备制造商之一。2008年GE 能源依旧占据风电机组制造商在美国新增装机容量的霸主地位,新增装机市场份额为43%,新增装机数量2438套,总容量3657MW。

2、主要产品

GE主要有三种类型的风力发电机,分别是:1.5MW风力发电机、2.5MW风力发电机、3.6MW风力发电机。其中3.6MW风力发电机是专用于海上风电项目的风力发电机,在国际上处于领先水平。目前,GE在中国市场的主要产品是 1.5MW 双馈式变桨变速机型。双馈式变桨变速机型目前大部分企业所采用的风电技术,技术已成熟,属风电行业主流的先进技术。GE同时在叶片等风机零部件也具备很强的综合实力。

3、技术进程

2002年:GE收购Enron Wind(安然风力)。

2003年:通用电气具有低电压穿越能力的上线。

2004年:GE能源供应风力发电为上海提供第一个实用规模的风力设施。

2005年:GE能源集团2005年风电收入增加300%。

2006年:通用电气公司和我国的南京高精齿轮集团有限公司,共同开发风力发电机组齿轮箱。

2006年:通用电气将风力发电机可变速技术专利授权给新动力公司,并签署两公司间的专利相互许可协议,包括几个专利的使用。

2007年:通用电气公司把其风力发电机可变速技术授权给Fuhrlander AG、Harrington及LP三公司。这三公司独立地持有风力发电机的制造与销售权。

2008年:GE能源安装第一万台1.5MW的风力发电机组。

2008年:通用电气能源收购了北爱尔兰里斯本的Kelman有限公司(变压器

高级监测和诊断技术的领先供应商),该收购加强了通用电气的智能电网产品业务组合。

2008年:GE 加拿大公司与沈阳华利电器集团合作,生产风电母线。 4、专利技术概述

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图1 GE 国际专利年申请量

GE 在2002年5月收购了Enron 公司,收购后接手了该公司的所有风电技术,大大缩短了GE 的研发时间,因此在2003年,GE 风电方面的专利申请数量猛增。2006年,专利数量达到一个新的高峰,主要是由于2005年底美国政府实施风电生产税减免政策,大大刺激了风电需求,同时也增强了包括GE 在内的风电企业研发的积极性。2007年及2008年,专利申请数量有所下降,可能是申请尚未公开所致。

2004年,GE 研究开发了WindRIDE-THRUTM 技术,并就此申请了专利。该技术通过改变风机和变频器的控制和保护功能,使得风机具备在电网故障时的穿越能力(LVRT),在为西班牙CastillaLaMancha 、Murcia 和Rioja 地区的风力发电场升级时,GE 采用了配备此项专利技术的新型频率转换器来装备该风力发电场现有的290台GE1.5MW 风力涡轮发电机,并通过电网干扰技术来实现升级过程无干扰风力涡轮发电机运营。2006年就“打入支承离岸风涡轮的单柱桩的系统和方法”申请了专利并获得授权,第二年,GE 便推出了海上风电机GE 3.6sl ,正式进军海上风电市场。2006年,GE 与新动力公司合作,将发电机可变速技术专利授权给新动力公司,同时,新动力公司也将自己的部分专利许可给对方,实现

了技术共享。同年,GE与我国南京高精齿轮集团有限公司共同开发风力发电机组齿轮箱。两次与中国企业的合作,增强了双方的研发实力,缩减了开发时间,加快了风电技术的发展。作为GE的另一项核心技术,Wind CONTROLTM控制管理系统能够调节其高压端或并网点的无功功率和电压,并将其控制在一定的范围内,提高了系统的稳定性和安全性。

目前,GE拥有风电方面的专利已超过两百件,三分之二以上的专利拥有优先权,可见新的研发都是基于原有技术基础上的,突破性的技术发现较少。在这两百多件专利中,有9件涉及海上风电,但多为底座和塔架方面的专利,技术核心程度不高,但随着进一步的研发,核心技术将会逐渐增多。

5、在中国的专利布局及市场份额

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图2 GE公司专利申请年度趋势变化图(国际专利申请量是什么意思)从2003年开始,GE在外国和在中国申请专利的数量一直持同等水平的增长速度,而在2007年,GE在中国申请的数量与在外国申请的数量相差无几。GE 在中国申请的专利中,公司对中国市场的重视程度可见一斑。

目前GE在中国共拥有148件专利,具体技术类别及申请年如下:

表1 GE在华专利申请技术分布

技术分类

监测及控制系统0 0 4 8 3 15 8 8 46

风力机(组)0 0 1 8 4 8 9 6 36 塔架0 0 3 0 0 0 2 1 6 轴承、齿轮箱0 0 3 1 0 1 0 1 6 并网及电流控制0 0 1 0 0 1 3 0 5 风轮0 0 1 0 0 1 1 0 3 总计 1 2 15 17 11 38 34 30 148

表中可以看出,GE在中国申请最多的是检测及控制系统方面的专利,其次

是叶片和风力机(组)方面的专利。2003年以前,GE在风力发电系统的各个技

术领域均有专利申请,涉及风力发电机整机及其零部件。而从2004年开始,公

司逐渐将重点放在检测及控制系统、叶片和风力机(组)三大板块。这主要源于

GE的竞争策略。这三大板块是风力发电的关键技术,GE将研发重点放在这三方

面,而对于零部件方面,公司在全球都有完整的供应链。对GE随着申请年的变

化而申请的专利进行简单归类-趋势分析分析,可以得到各个研发领域的研发进

展和最新趋势预测。将GE近年来在中国申请的风电相关专利列表展现如下,为

国内风电企业的研发提供参考。

表2 GE在华重要专利申请列表

序号申请号专利名称

1 CN02827443.1 风动设备的控制方法及风动设备

2 CN03809455.X 调节风能涡轮转子叶片的装置

3 CN03827169.9 风力涡轮机的冗余叶片节距控制系统和控制风力涡轮机的方法

4 CN03140758.7 风力发电站、风力发电站的控制装置和用于操作风力发电站的方法

5 CN200480005070.0 具有低压克服控制器的风轮机发电机和控制风轮机组件的方法

6 CN200480020372.5 基于轴的径向位移进行风力涡轮机转子载荷控制的方法和设备

7 CN200480031090.5 风力涡轮机系统的控制

8 CN200410083151.4 为风力涡轮发电机系统提供远程访问的各种方法和设备

9 CN200610136204.3 涡轮机叶片的主动流控制

10 CN200610171961.4 风力发电场涡轮控制系统以及估算风力条件并优化性能的方法

11 CN200610172959.9 用于公共系统和风轮机控制的系统和方法

12 CN200710112167.7 用于供应和/或吸收无功功率的方法和设备

13 CN200710092398.6 控制转子转速的方法和装置

14 CN200710096635.6 用于控制旋转机器的方法和设备

序号申请号专利名称

15 CN200810009460.5 用于优化风力涡轮机操作的方法

16 CN200810129383.7 使用局部化感测和控制降低紊流风场中的功率损耗

17 CN200810001971.2 用于组装和控制单壳旋转机的方法和设备

18 CN03826677.6 尤其是用于风能涡轮机的塔基

19 CN200610114955.5 风力涡轮机组件塔及其构造方法

20 CN200710199549.8 主动塔架阻尼器

21 CN03823668.0 制造转子叶片的方法,转子叶片和风能装置

22 CN200510135840.X 风力涡轮机叶片上的主动流修正

23 CN200510084524.4 用于除去翼型或转子叶片上的冰的方法和装置

24 CN200510088166.4 带平面内掠角的风涡轮转子叶片、采用它的装置及制造方法

25 CN200610064129.4 风力涡轮机转子叶片

26 CN200610071977.8 制造风动涡轮叶片的装置和方法

27 CN200710105398.5 用于风轮机的组合转子叶片及其装配方法

28 CN200710153231.6 具有声学衬垫的风轮机转子叶片

29 CN200710005708.6 风力涡轮机转子叶片的碳-玻璃混合型翼梁

30 CN200810001367.X 风力涡轮机翼型族

31 CN200810005482.4 转子叶片后缘组件及使用方法

32 CN200810074042.4 转子叶片、带转子叶片的风能系统及构造转子叶片的方法

33 CN200510137585.2 用于风力涡轮机的振动载荷降低系统

34 CN200510131763.0 用于被动减小风力涡轮机中的荷载的系统和方法

35 CN200510098114.5 用于变速风力涡轮机的减震系统和方法

36 CN200510119985.0 用于风力涡轮机的倾角驱动系统

37 CN200610110035.6 基于逆风风速控制风力涡轮的系统和方法

38 CN200610164722.6 用于重力引起的热能排散的方法及装置

39 CN200610063949.1 风能涡轮机

40 CN200610168923.3 用于风力涡轮的转子

41 CN200710149426.3 用于风力发电基础的方法和装置

42 CN200710086043.6 具有风力助冷系统的风力涡轮发电机及其冷却方法

43 CN200810002176.5 用于形成风力涡轮机机器的方法及设备

44 CN200710181390.7 风力涡轮机的防雷

45 CN200810134361.X 风轮机保护

46 CN200610071926.5 用于在大风速条件下操作风场的系统和方法

47 CN03813463.2 用于风力涡轮的转子的轮毂

48 CN200410056577.0 风轮机的齿轮箱

GE在中国申请的专利总数共计148件,其中101件为具有其他国家或组织同族专利的核心专利,占到总数的68%。对GE这些具有同族专利的在华申请专利进行同族专利的数量、与专利相关技术领域和国家分布的组合分析能够反映特定技术领域的研发动态、专利申请的经济价值、专利申请人的专利布控策略和市场部署,从而发现竞争对手的技术开发动向、专利障碍设置及市场竞争性加入。

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状况相比其他公司来说较为狭窄。但是,GE在产品销售的市场却积极的采取专利权策略用来排挤国外技术。长久以来,在美国和欧洲制造商之间一直有着围绕变速风机技术专利权的法律斗争。在1995年,美国制造商US Windpower(后被GE收购)控告德国爱纳康侵害其专利权并胜诉,阻止了爱纳康这个最主要的竞争者在美国出售变速风机技术,并成功的将欧洲竞争者与他们的变速风机技术排除于美国市场之外,最终强迫欧洲制造商(包括维斯塔斯在内)对他们的风机模型作出特别的更正以防止专利侵权。2008年,GE与三菱就同一技术主题发生专利战。GE风电在行业进行着富有侵略性的专利策略,并相信他们大力投资建设的知识产权结构的价值体系需要得到体现。我国风电企业在进行产品研发生产和出口销售等方面可以从知识产权保护杰出的通用电气挖掘到更多地策略战略。

和同族专利相比,专利引文也是一种重要的信息,被广泛应用于信息检索、技术评估与预测、竞争对手研究等信息分析领域。研究专利的引用信息可以识别孤立的专利(这些专利很少被其他专利申请所引用)和活跃的专利,这些活跃的专利被大量的其他专利引证,表明它们的影响力较大,或是具有更高的质量。

表3 GE在华申请专利引证情况一览表

申请号受引次数申请号受引次数CN98809277.8 61 CN200710092398.6 2

CN200480005070.0 10 CN03809455.X 1

CN200480020372.5 6 CN03813463.2 1

CN03140758.7 4 CN200480031090.5 1

CN200610110035.6 4 CN200610168923.3 1

CN200710112167.7 4 CN200710086043.6 1

CN200510131763.0 2 CN200710105093.4 1

CN200610172959.9 2 CN200710194198.1 1 美国通用电气通过收购安然获得了更为丰富的风电专利技术,其被引用专利数量也较多,总体被引用次数更是多达102次,每件专利的平均引用率为6.26。由此可见美国通用近年在引领着风力发电的主流技术方面做出了巨大贡献,其公开的专利文献也就成为了业界众多改良技术衍生的原材料,其被引用较多的专利主要集中在双馈异步发电机、风力机控制技术、提高并网效率与稳定性等技术领

域。国内风电企业不但没有一件专利有被引证记录,更连国际专利申请都寥寥无几,而上表中部分公司的个别专利单条引证次数高达数十,由此可见,国内外相关专利的技术含量具有一定差距。双馈异步发电也是我国绝大多数风力机所采用的技术,国内企业的研发方向也多是基于此;风机控制技术一直以来是我国风电的弱势,因此对通用电气专利布局的潜在威胁应予以高度重视,另外国内企业对其相关核心专利进行研究也可为自身研发提供很好的参考,避免重复研发,节约成本。

在上表中,通用公司专利号为CN98809277.8的专利被引用次数高居榜首,该专利是关于风力发电整机技术,为美国佐得公司在华申请,2002年转让于全球风电业巨头美国通用电气公司,2003年9月获得授权,该专利与世界范围内的其他26件专利构成同族专利,其共同基本专利为佐德公司1997年在美国申请的专利,该专利于2000年已获得美国专利商标局授权,专利号为US6137187。

至此,我们以引文分析将专利研发趋向不平衡的三种情形尽数展现,可以看到我国风电行业发展正面临着的来自国际风电巨头强大的专利威胁。由于我国风电起步较晚,行业不够规范,导致了上述技术上的差距、差异,而国际上的许多风电行业标准本身就基于一些核心专利而建立,这就更是为我国风电产品参与国际竞争拉响了警报。目前国内尽管众多企业与研发机构蜂拥而上开发风电产品,但距离具有核心竞争力的自主知识产权的大型风力机,还有相当长的路要走。

6、GE专利策略及启发

①在研发方面,GE选择将重点放在关键技术上:

在北美市场,GE在风力机变速专利中必要的电力电子技术方面占据主导地位。其它制造商若想进入北美市场,要么支付许可费,要么研发绕过专利的新技术。因此,维斯塔斯的Opti-Slip技术,歌美飒的RCC发电机,爱纳康的无齿轮箱直驱低转速永磁交流发电机,都是以绕过GE专利,并保持较高的机组效率为目标的新技术。虽然GE质疑爱纳康的输出仍设定在的60Hz,曾一度引起法律纠纷,但结果是GE授权爱纳康变桨变速直驱产品进入北美市场,之后有市场传闻爱纳康在一项限制美国生产商产品在德国市场销售的专利上作出了一定的让步。

风力发电机组的控制系统是风力发电机组的大脑,不仅承担了风电机组的安

全运行的任务,最主要的是通过适当的控制方法及控制策略实现最大风能捕获,向电网输送更多的电能,以实现经济效益最大化。GE对控制系统的研发十分重视,投入了大量的资金和人力,并用专利将其技术成果保护,用于市场开拓和防御。目前国内尽管众多单位蜂拥而上开发风电产品,但无论采用直驱系统还是用双馈系统,我国在风电技术要赶上世界领先水平尚需时日。

GE同时在如何确保电力输出的稳定性的重大课题上仔细钻研,符合今后风力发电技术降低成本和提高系统稳定性和可靠性的发展方向。可以预见的是,今后的风力发电设施将与其它电源混合组成一个大系统以保持系统的稳定性,并且还将大力发展风车制造技术、抗强台风、雷击等设计,同时在实际工程中将运用故障预测等智能化技术,以提高风车整机的安全运行率。随着电气自动控制技术、大功率电子技术的进一步发展,可变速风车整体控制技术将得到进一步广泛地应用。

最后,GE加强可变速风车整体控制技术的自主研究,国内企业可以通过与相关高校及科研院所协作,建立消化吸收再创新的研发机制,建立半实物半模拟的风力发电机组模拟运行仿真系统,给风电系统的性能完善、维护运营及相关人员的培训提供一个研发培训的平台。

②在市场拓展方面,GE采取积极的专利布控和防御措施:

可将并购的企业及获得的对应技术列表

频繁的公司并购让GE在风电行业巧妙地获得了专利技术无形资产,为积极快速拓展全球业务提供了绝佳的机会。国内企业在自主研发的基础上,也可以采取吸收世界先进技术,取长补短,缩短研发周期,迅速抢占市场、发展壮大。③合理配置公司资源及利用政府政策,

公司资源的什么资源,可举例,政策可说明最后效果。

GE wind目前的成功部分得益于它安排丰富的资源来支持风机制造,也是由于其国际声望。更多间接形式的政策支持包括联邦税务鼓励,州级的可再生能源投资标准和可再生能源基金,也为GE风电产业的发展提供强劲的动力。但是政府的资源同时也存在着宏观上的不稳定因素,例如美国的风电优惠政策风能生产税抵减法案(PTC)存在时效性,过了一定的期限,制造商或者开发商不能获得政府的财政支持,可能面临亏损的尴尬境地,从而打击了生产商投资风电生产设施的信心,进而破坏风能供应链。例如,在2000年、2002年与2004年,美国

市场都曾经出现过新装机量地大跳水,分别跟前一年相比大跌93%、73%与77%。因此,审时度势及长期的规划成为GE长足、稳定、强劲发展的关键。

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