風力發電作為新能源的一種，其創新的之處不僅在于其所利用的資源是新型能源，更在于風力發電的發展更多依靠技術創新驅動發展，而不是化石能源時代依靠大自然賦予的能源資源。不論是化石能源還是新能源，能源作為經濟社會發展的基礎，為社會提供廉價的能源是擴大其發展規模，提升其在能源系統中地位的根本。降低化石能源成本主要途徑是依靠自然賦予的豐富資源，以快速攫取化石能源資源來降低，而化石能源的技術依靠技術創新。成本降低主要依靠創新驅動風力發電已經。風力發電取得今天舉世矚目的成就，成為許多國家重要的電力來源便是風電產業不斷技術創新取得的成果體現。展望未來，風電將在全球和我國的電力能源中占據重要地位，有權威機構預計未來到碳中約三分之一的電力由風電提供。當前，風電已經從依靠補貼的發展階段正在全面邁入平價上網時代，沒有了政府的補貼，風電產業的發展更需要依賴技術創新取得技術進步，企業之間的競爭表現為創新能力的持續競爭。持續創新是實現高比例風力發電的必然要求，那么技術創新的熱點在哪兒值得關注，有必要開展深入研究。
一、 風電發展歷史與技術創新
風能利用歷史非常久遠，應用范圍很廣。受制于技術限制，早期的風能利用裝置主要以單純提供動力為主。早在公元前數世紀人們就利用風力提水、灌溉、磨面、舂米。埃及尼羅河上的風帆船、中國的木帆船，都有兩三千年的歷史記載，可見風帆船已廣泛用于江河航運。由于風力發電的技術創新較少，類似的應用持續了非常長的時期，而且當時的風能利用設備尺寸較小。
隨著空氣動力學的發展，風能利用的效率比傳統的應用方式大幅度提升。風機的應用從傳統的提供轉動動力的設備進而發展為用來發電的設備，甚至建成風力發電場。
1888年，Charles Brush搭建了第一個大型直徑17米，有144個由雪松木制成的葉片，功率為12千瓦的風力發電機。在發明了風力發電機這一巨大的革命性創新之后，風能利用從此開辟了新的應用場景。當時相關的公司獲得了很大的業務量，那就是將原來的風車改造為風力發電機，新技術的發展為當時風力發電公司創造了新的業務增長。但是，當時的風機葉輪相當復雜葉片數量高達144個，而當前葉片的數量僅為2-3個。從風力發電機用于發電到第二次世界大戰期間，風力發電發展比較緩慢。
二戰期間，丹麥風電公司發明了2-3個葉片的風力發電機，大幅提高了發電效率，這也是目前普遍采用的風機葉片的模式。從二戰到70年代末中東石油危機期間，風力發電主要應用以離網發電方式解決美國、歐洲等國的缺電問題，風電產業發展十分緩慢。
隨著風力發電技術的進步，風機的功率不斷增大，應用的主要場景從離網逐步擴展到并網。進入20世紀，風力發電的發展階段以70年代中東石油危機為分界線，70年代之前風力發電發展主要以離網發電為主。離網風力發電主要解決偏遠美國、歐洲等偏遠無電地區的供電問題。
進入70年代到現在，被稱為風力發電現代化的發展階段，呈現出單機規模顯著增加，商業化發展迅速，競爭力顯著增強，從離網向并網轉變。風力發電產業呈現出這些新的特征主要是全球對于能源安全的關注度提高，環境保護意識的增加以及風電自身經濟性競爭力的提高。末期中東石油危機引發了全球對能源安全的高度關注，能源革命被高度重視，發達國家普遍開始研究和推動可再生能源的發展。風力發展在這個階段得到了快速發展，從過去一直以離網發電為主開始進行并網應用。實現這一跨越式發展，主要由于1980-1981年開發的55kW風力發電機的出現，隨著這種風力發電機的誕生，風力發電每度電的成本下降了約 50%。
進入80年代以后，風電進入了蓬勃發展的現代化發展階段，風電技術取得了很大的進步。到2020年，風電在多個地區已經成為發電成本最低的電源，為風電規模化發展奠定了基礎；風電已經成為多個國家電力系統中重要的電源，在丹麥等多個歐洲國家的發電量占比超過10%。
二、 風電機組大型對核心技術要求進一步升級
開展風力發電首先需要理解和認識風能資源的特征。風能實際上是另外一種形式的太陽能資源，主要源于太陽對于地球上大氣接收到的太陽能輻射不同，地球表面不規則的形狀，以及地球的自轉。風能資源評估是風電開發、選址和風電場運行的關鍵一環。風在我國各地的風速的變化特征顯著不同，比如經過水面、植被或地形。目前隨著風力發電發展逐步從主要依靠陸地集中式風電，向海上風電、分散式發電協同推進的發展模式。提高分散式風電開發和海上風電開發面臨的風能資源評估的能力。
推動風力發電成本降低主要從三個方面著手，分別是增加風機發電額定功率、增加風機輪轂高度和擴大風機葉片直徑。技術創新的方向主要圍繞這三個方面展開。
（1）單機功率
主要由于風機單機容量增加可以降低風電場安裝風機的數量，給定功率下運動部件更少有助于提高系統的運行可靠性，降低機械、電子、控制、電纜和塔架等輔助系統的平均成本，有助于降低系統造價。
（2）輪轂高度
由于風能的分布特征在垂直方向受到地面的植被等影響相當顯著，特別是高度較低的位置空氣流場變化受到的擾動更為復雜，增加輪轂的高度可以利用質量更高的風能，風速更為穩定也有利于風機的穩定可靠運行，見下圖。
圖1 風機輪轂高度變化
（3）葉片
隨著風機功率的提升，風機葉片長度不斷增加，風機未來葉片將需要滿足新的需求。如果直接將過去的葉片材料和葉片設計應用到更長的葉片肯定不能適應風機的運行。一方面剛度不夠，葉片可能與塔架發生撞擊，另一方面葉片的質量過重，靈活性較差，難以適應不斷變化變化的運行風速環境，以及葉片質量過重導致成本顯著上升。未來隨著葉片創新需要滿足新的要求，需要足夠的剛度來避免撞擊塔架，需要靈活性來持續適應不斷變化的風力條件，需要耐用性來維持20年，還需要葉片表面能夠抵抗鹽霧等的侵蝕，同時去除水分和污垢。
三、下一階段風電發展對關鍵零部件技術創新提出了更高要求
齒輪箱是風電機組的關鍵部件之一，核心部件是軸承。軸承是風力發電機組對機組可靠性影響最大的部件，屬于我國風電領域的卡脖子技術。長期以來，我國在風電零部件領域依賴國外進口主要是軸承。隨著風電行業平價時代的到來以及海上風電的快速發展，風電機組大型化趨勢進一步加速。然而，適應大型化發展對關鍵零部件提出了更高的要求。隨著全球風電產業的不斷發展，行業的平均單機功率逐步提高，大功率風力電機的整體比重亦穩步提高。風電軸承的尺寸隨著風力裝機容量的增加而增大， 其加工難度亦成倍增加。
（1）當前的現狀
風電機組長期矗立在荒野外，運轉環境惡劣，對軸承的性能要求很高，同時要求軸承 20 年免維護。根據中國軸承協會在高端軸承技術路線圖中的介紹，目前風電主軸軸承主要被斯凱孚、舍弗勒、鐵姆肯、羅泰艾德等國外公司壟斷。
我國占據的風電軸承市場份額較小。從產品類型上來看，我國生產的軸承絕大多數是小型及中小型軸承，中大型以上的軸承產量占比較少，不足 13%。但中大型以上軸承單套價格較高。目前國內已有部分軸承廠商能夠生產，但主要集中在 2MW 及以下風電軸承， 對于3MW及以上風電軸承，由于技術難度高，國內生產還處于起步階段。國內公司風電軸承出貨主要集中在門檻稍低的偏航和變槳軸承。
（2）面臨的挑戰
從國際形勢來看，發達國家紛紛實施“再工業化”和“制造業回歸”戰略，力圖搶占高端市場并不斷擴大競爭優勢，而新興經濟體依靠資源、勞動力等比較優勢大力發展加工制造業，與我國形成同質化競爭，軸承行業自然面臨了前有阻擊后有追兵的雙重擠壓。
從國內環境來看，能源、資源、勞動力等生產要素成本加速上升，生態環境約束趨緊，這些因素均對風電設備相關企業的經營產生嚴重的負面影響。
從行業來看，我國軸承行業的研發能力較弱，高端軸承國產化未取得突破性緊張。軸承企業對于基礎研發的積累不足，行業內重復建設、過度競爭現象依然嚴重。未來如何提高高端軸承等高端制造業的競爭力是新一輪科技和產業革命的重要挑戰，希冀中國制造2025可以在這方面給予更多的關注。
受制于我國基礎零部件、基礎材料的研制以及基礎工藝、基礎共性技術的研究和開發的不足，我國重大技術裝備和智能制造裝備的制造水平不高，高端、精密基礎件加工專用制造裝備的缺乏又反過來制約著基礎零部件及基礎材料的生產制造。
