风力发电科技发展十二五专项规划.docx

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风力发电科技发展十二五专项规划

风力发电科技发展“十二五”专项规划

一、现状

“十一五”期间，我国风电产业发展引人瞩目，已成为新能源

的领跑者，并具有一定国际影响力。

在国家的大力支持下，经过

科研机构、风电企业等各方的共同努力，我国在风能资源评估、

风电机组整机及零部件设计制造、检测认证、风电场开发及运营、

风电场并网等方面都具备了一定的基础，初步形成了完整的风电

产业链。

在海上风电开发领域，初步解决了海上运输、安装和施

工等关键技术，开始积累海上风电场运营经验。

在人才培养上，

初步形成了一定规模的风电专业人才队伍，风电学科建设也已经

起步。

（一）风电设备产业化情况

在“十一五”科技计划的引领下，国内科研机构、企业通过消

化吸收引进技术、委托设计、与国外联合设计和自主研发等方式，

掌握了1.5MW～3.0MW风电机组的产业化技术。

目前，国产

1.5MW～2.0MW风电机组是国内市场的主流机型，并有少量出口；

2.5MW和3.0MW风电机组已有小批量应用；3.6MW、5.0MW风

电机组已有样机；6.0MW等更大容量的风电机组正在研制。

国内

叶片、齿轮箱、发电机等部件的制造能力已接近国际先进水平，

满足主流机型的配套需求，并开始出口；轴承、变流器和控制系

统的研发也取得重大进步，开始供应国内市场。

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截至2010年底，我国具备兆瓦级风电机组批量生产能力的企

业超过20家。

2010年新增装机容量前五名的风电整机制造企业当

年市场份额占全国的70%以上。

我国有四家企业2010年新增装机

容量进入全球前十名。

（二）风电场建设及资源开发情况

《中华人民共和国可再生能源法》及一系列配套政策的实施，

促进了国内风电开发快速增长。

2010年，我国风电新增装机容量

1890万千瓦，居世界第一位。

截至2010年底，我国具备大型风电

场建设能力的开发商超过20家，共已建成风电场800多个，风电

总装机容量（除台湾省未统计外）4470万千瓦，超过美国，居世

界第一位。

“十一五”期间，我国已启动海上风电开发，首个海上项目上

海东海大桥风电场安装34台国产3.0MW风电机组，并于2010年

6月全部实现并网发电；2010年9月，国家能源局组织完成了首

轮海上风电特许权项目招标，项目总容量100万千瓦，位于江苏

近海和潮间带地区。

（三）风电科学技术及公共服务发展情况

“十一五”期间，我国在大型风电机组整机及关键零部件设计、

叶片翼型设计等风电关键科学技术领域获得了一批拥有自主知识

产权的成果，打破了国外对风电科学技术的垄断。

在海上风电开

发领域，我国自主研究开发了一系列海上风电场设计、施工技术，

研制了一批专用的海上风电施工机械装备。

—2—

风电产业的飞速发展也促进了风电行业公共服务体系建设。

“十一五”期间，我国建立了一批风能领域相关的国家重点实验室

和国家工程技术研究中心，并参考国际惯例初步建立了风电标准、

检测和认证体系，为我国风电发展提供了技术支撑和保障。

（四）风电人才队伍及学科建设情况

“十一五”期间，我国风电产业的发展推动了风电人才队伍及

学科的建设。

目前，我国已拥有一批风资源勘测分析、风电机组

整机及零部件设计制造、风电场设计、建设及运行维护、风电并

网等风电行业各领域的专业人才，形成了风电全产业链的熟练技

术人员队伍，并吸引了大量国外优秀的风电人才加盟。

在学科建

设方面，我国已初步建立了风能与动力工程专业，并开始培养专

门化人才。

二、形势与需求

（一）当前形势

通过国家多年的持续支持，我国在风电科技领域取得了长足

进步，但与国际先进水平相比，还存在较大差距。

基于我国风电

产业现状及国内外趋势，我国在风电科技领域仍面临一系列挑战，

主要表现在：

1、先进风电装备自主设计和创新能力有待加强。

早期，我国风电机组主要依赖引进国外设计技术或与国外机

构联合设计，根据我国风资源等环境条件进行自主设计、研发新

型风电机组的能力不足，且缺少自主知识产权的风电机组设计工

—3—

具软件系统。

在风电零部件方面，我国自主创新能力较弱，制造过程中的

智能化加工和质量控制技术比较落后。

如齿轮箱、发电机的可靠

性有待提高；叶片处于自主设计的初级阶段；为兆瓦级以上风电

机组配套的轴承、变流器刚开始小批量生产，控制系统尚处于示

范应用阶段。

2、风资源等基础数据不完善，风电场设计、并网及运行等关

键技术需要提升。

我国可利用的风能资源评价尚不精细，风电场设计需要的长

期风资源数据不完善；风电场设计工具依赖国外软件产品，缺乏

具有自主知识产权、符合我国环境和地形条件的风资源评估及风

电场设计及优化软件系统；风电并网技术急需深入研究和创新，

以提高风电并网消纳水平；尚未形成自主研发的先进运行控制和

风电功率预测等风电场运行及优化系统。

3、风电行业公共测试体系刚刚起步，风电标准、检测和认证

体系有待进一步完善。

我国已参考国际惯例初步建立了风电标准、检测和认证体系，

但鉴于我国特殊的环境条件（如台风、低温、高海拔等）和工业

基础与国际上有一定差别，需根据我国国情进一步完善。

我国风

电行业测试及相关测试系统设计等技术主要依赖国外，制约了我

国风电技术的发展，而欧美风电发达国家已建成了完善的国家级

风电机组野外测试、地面传动链和叶片测试等公共测试服务体系，

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为本国风电产业的发展做出了贡献。

4、风电基础理论研究尚待深入，缺乏自主创新；风电学科建

设、人才培养亟待加强。

由于风电大规模发展较晚，我国在风电基础理论研究方面积

累不够，大多是直接引用或跟踪国外的研究成果，对技术的突破

和创新能力不足。

风电的科研水平与国外有较大差距，风电科研

人员系统培养机制有待加强。

5、中小型风电机组研发和风电非并网接入技术需要进一步提

高。

我国小型风电机组生产和使用量均居世界之首，但产品的性

能和可靠性有待提高，中型风电机组研发和风电非并网的分布式

接入技术研究刚刚起步，在风电微网技术和多能互补利用集成技

术方面需要持续研究和示范。

6、风电直接工业应用技术研究需要扩展。

虽然我国风电装机规模迅速增长，但在如何利用规模化储能

降低风电的不确定性，以及如何利用风能进行制氢、海水淡化等

工业直接应用方面的技术研究刚刚起步，需要进一步扩展。

（二）战略需求

在未来5年，我国风力发电科技要逐步实现从量到质的转变，

完善和发展风力发电科技的实力，实现从风电大国向风电强国的

转变。

根据我国发布的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲

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要》，在“十二五”期间，我国规划风电新增装机7000万千瓦以上。

从我国能源规划、碳减排目标及产业发展需求来看，我国风力发

电科技的战略需求主要体现在：

1、特大型风电场建设的需要

特大型风电场建设是我国风电开发的需求重点，国外无法提

供直接的经验。

“十二五”期间，国家规划建设6个陆上和2个海

上及沿海风电基地，迫切需要在特大型风电场风资源评估、风电

场设计、并网消纳与智能化运营管理和大容量、高可靠性、高效

率、低成本的风电机组等方面进行科技开发和创新，为我国特大

型风电场建设提供技术保障。

2、大规模海上风电开发的需要

我国海上风电已经起步，“十二五”期间潮间带和近海风电将

进入快速发展、规模化开发阶段，因此，需要开展海上风电机组

研制及产业化关键技术研究，加强工程施工与并网接入等海上（潮

间带）风电场开发系列关键技术研究，为大规模海上风电开发提

供技术支撑。

3、风电自主创新体系、能力建设与人才培养的需要

“十二五”期间，结合国家能源产业和风电科技发展战略的总

体部署，迫切需要建立公共研发测试服务体系，根据我国环境条

件和地形条件等开发出具有自主知识产权的风电设计工具软件系

统，在整机设计集成与关键部件制造领域实现技术突破，实现产、

学、研、用相互结合共同发展，为我国风电装备性能优化及自主

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设计提供条件和支持，保障我国风电产业的持续、快速和稳定增

长。

三、总体思路

（一）指导思想

以科学发展观为指导，贯彻落实《国家中长期科学和技术发

展规划纲要（2006-2020年）》和《国民经济和社会发展第十二个

五年规划纲要》，以“统筹规划、重点突破、交叉融合、自主创新”

为原则，面向风力发电领域国家重大需求与国际科技前沿，发挥

科技在风电产业发展过程中的支撑与引领作用，全面提升我国风

电产业的核心竞争力，实现我国从风电大国向风电强国的跨越，

推动我国风电产业健康可持续发展。

（二）发展原则

重点解决与自主创新能力相关的关键科技问题。

立足现状，

并面向我国风电发展的趋势，全面推动具有自主知识产权的风电

关键技术研究，攻克一批陆上及海上风电机组设计制造和风电并

网及非并网接入的关键技术。

加强基础性、共性技术研究。

适当整合资源，实现成果共享，

避免重复性建设、资源分散和浪费，同时，加强风电产业自主发

展的基础研究和科研队伍建设，建立链条紧密、结构合理的科技

研发和公共服务体系。

重视企业在技术创新领域的主体地位。

以风电场规模化开发

带动风电产业化发展，促进产、学、研科研链条的形成和健康发

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展，以科技推动产业进步。

（三）规划目标

在风电设备设计制造方面，掌握3~5MW直驱风电机组及部

件设计与制造，产品性能与可靠性达到国际领先水平，并实现产

业化；掌握7MW级风电机组及零部件设计、制造、安装和运营等

成套产业化技术，产品性能和可靠性达到国际先进水平，推动我

国大容量风电机组的产业化；突破10MW级海上风电机组整机和

零部件设计关键技术，实现海上超大型风电机组的样机运行。

在风电场开发及运行方面，掌握大型风电场设计、建设、并

网与运营关键技术，提高风电消纳能力，提高风电场的运营管理

水平，支撑我国千万千瓦风电基地的建设。

在风电公共服务体系方面，突破从风资源特性到电网接入送

出全过程的科学基础问题，推动行业整体进步；建设风电机组地

面传动链测试、叶片测试和风电设计工具软件等一批公共系统，

全面提升我国风电行业的整体水平；开发储备一批风电新技术，

推动风电技术创新和应用；培育一批高水平的科技创新队伍，系

统部署建设一批国家级重点实验室和工程技术研究中心，全面提

升我国风电制造企业的国际竞争力。

通过“十二五”风电科技规划的实施，促进我国风电产业的健

康、有序和可持续发展，使我国风电产业和风电科技整体上达到

国际先进水平，为2020年我国二氧化碳排放强度降低40%-45%、

非化石能源占一次能源消费比重15%能源战略目标的实现做出直

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接重要贡献。

四、重点方向

（一）基础研究类

为推动风电机组和风电场设计技术的发展与完善，解决基于

我国气候条件的风能资源基础理论研究和风力发电系统基础理论

研究等关键科学问题。

风能资源基础理论研究主要方向包括：

陆地及海上大气边界

层风特性与模型、复杂地形中尺度数值模式、海上风能资源及台

风基本数据的观测理论方法等。

风力发电系统基础理论研究主要方向包括：

风力机空气动力

学理论、风电机组及关键部件建模和仿真理论、风力发电系统工

程理论等。

（二）研究开发类

围绕风电的全产业链，结合国家能源发展战略，研究开发类

重点方向涉及公共试验测试系统及测试、适合我国环境特点和地

形条件的风电机组整机和关键零部件设计及制造、风电场开发及

运营、海上风电场建设施工等主要领域，全面提升我国风电设备

的自主设计能力和风电场的设计、施工及运行管理水平。

公共试验测试系统及测试技术主要方向包括：

风电公共试验

测试系统设计建设、风电测试等。

大容量风电机组整机关键技术主要方向包括：

整机设计、制

造、检测、认证和运行等技术；独立变桨、新型传动系统、先进

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控制系统等技术。

风电机组零部件关键技术主要方向包括：

零部件设计、制造、

检测、认证和运行等技术；零部件抗疲劳、在线监测与故障诊断

等技术。

风力机翼型族设计关键技术主要方向包括：

先进翼型族设计

及应用技术、风力机风洞实验技术及设计工具软件开发技术等。

风电场关键技术主要方向包括：

大型风电场设计及优化软件

开发技术，海上风电场施工建设、接入系统设计技术，海上基础

设计技术，区域多风电场运行控制及智能化管理技术等。

风电并网关键技术主要方向包括：

风电并网模型及仿真技术，

大规模风电并网接入技术，非并网的分布式接入技术等。

中小型风电机组关键技术主要方向包括：

高性价比中小型风

电机组设计、制造及并/离网运行技术，中小型风电机组检测认证

技术等。

风电应用技术主要方向包括：

风电大规模储能技术，风能直

接工业应用技术等。

（三）集成示范类

依托示范工程，加强风电全系统集成技术研究，主要方向包

括：

风电场智能化管理，海上风电场建设，多能互补发电系统，

分布式发电系统等。

（四）成果转化类

成果转化类的主要方向包括：

先进风力机翼型族的应用；大

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容量风电机组及其关键零部件产业化；适合我国环境条件的风电

机组产业化；先进控制等风电新技术规模化应用等。

五、重点任务

（一）基础研究类

1、风能资源基础理论研究

研究复杂地形下中尺度数值模式的高精度参数化；研究中尺

度模式资料四维同化；研究海上风资源及台风的测量及评价；研

究卫星对地观测数据用于海上风能资源分析的方法；研究风速在

不同海岸线走向、岸边不同地形条件下，由远海-近海-滩涂-陆地

的变化机理；研究海上和陆上风速垂直切变、湍流变化等风特性

模型及参数确定；研究台风系统的模型和参数化；研究特大型风

电场风资源特性等。

2、风力发电系统基础理论研究

研究风力机空气动力设计理论，研究风力机空气动力与结构、

机械与电气等之间的耦合机理；研究风电机组建模、验证与仿真

理论和方法，研究建立风力发电系统整体动态数学模型的方法。

（二）研究开发类

1、风电机组整机关键技术研究开发

研究10MW级风电机组总体设计技术，包括长寿命（超过20

年）及高可靠性设计方案、简单轻量化的新型传动技术、抗灾害

性大风的气动和结构设计技术、抗盐雾和防腐蚀材料工艺设计及

机械制造工艺设计技术等。

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3~5MW永磁直驱风电机组产业化技术研究，包括总体设计、

永磁电机的设计制造，机组设计优化、可靠性设计技术、系统控

制技术以及装配工艺等。

7MW级风电机组研制及产业化技术研究，包括总体设计技

术、载荷确定技术、强度和刚度校核技术、整体动力稳定性计算

技术、先进控制技术，机组设计优化技术、可靠性设计技术、整

体装配工艺流程与阶段质量控制技术和分体组装技术等。

研究风电机组结构紧凑化、轻量化等新型传动形式设计技术；

研究风电机组独立变桨、载荷实时测量分析、激光雷达测速仪辅

助控制等先进控制技术；研究新型传动调速技术。

研究耐低温、防沙尘、抗灾害性大风、防盐雾及适合高原地

区等各类适合我国环境特点的风电机组整体结构设计技术、安全

与先进控制设计优化技术、高性能电气部件设计技术、新型材料

工艺设计与应用技术、制造工艺设计技术等。

研究高性价比中小型风电机组设计、制造及并/离网运行控制

技术，研究中小型风电机组检测认证技术，制定中小型风电机组

相关标准，建立中小型风电机组检测认证体系。

2、零部件关键技术研究开发

研究大容量风电机组齿轮箱载荷谱分析技术，研究复杂载荷

下齿轮箱的结构完整性及优化设计技术，研究齿轮箱轮齿传动齿

向修正和齿形修形设计技术，研究齿轮箱箱体设计及密封技术，

研究齿轮箱齿轮材料低温处理技术，研究齿轮箱轻量化设计技术，

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研究大容量风电机组齿轮箱产业化技术等。

研究超长叶片气动外形、结构、材料与控制一体化的设计技

术，研究叶片气动控制、柔性结构设计技术，研究叶片整体装配

工艺流程和结构铺层优化设计技术，研究分段式叶片设计及制造

技术，研究碳纤维等先进材料在叶片结构设计中的应用技术，研

究风电机组叶片性能仿真分析技术，研究超长叶片产业化技术等。

研究大容量风力发电机先进、高效的冷却技术，研究发电机

结构及工艺设计技术，研究发电机电磁方案选择优化技术，研究

发电机防腐设计技术，研究大容量风力发电机轻量化设计技术等。

研究大容量风电机组变流器和变桨系统等的模块化设计技

术，研究变流器全数字化矢量控制、电磁兼容和中高压变流等技

术，研究变桨距与变速控制技术，研究电网失电及系统内外各种

故障下安全顺桨技术等；研究轴承、偏航系统等其它零部件设计

技术。

3、公共试验测试系统及测试技术研究

研究风力发电公共试验测试系统设计建设关键技术，研制大

型风电机组传动链地面测试系统、野外测试风电场，研制叶片、

轴承等关键零部件的公共测试系统，研究风电机组在线监测与故

障诊断技术，研制大型风电机组在线综合动态测试、分析诊断和

优化系统，研制风电机组/风电场并网特性测试系统，研究风电机

组整机、传动链、关键零部件、并网等方面的测试技术。

4、先进风力机翼型族设计及应用技术

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研究风力机叶片先进翼型设计技术，包括大厚度翼型设计技

术、翼型直接优化设计技术、钝尾缘修型方法和钝尾缘翼型减阻

技术。

研究高精度风力机翼型大攻角性能仿真技术，包括翼型大攻

角流场和气动特性数值模拟技术、翼型动态失速模拟技术、翼型

气动噪声数值模拟技术，研究翼型数值模拟方法的软件实现技术。

研究风力机翼型大攻角风洞实验技术，包括翼型大攻角风洞

实验洞壁干扰修正技术、翼型大攻角气动特性测试技术、翼型动

态失速风洞实验技术、翼型绕流风洞实验技术。

研究风力机翼型在大型风力机叶片上的应用技术，包括翼型

气动性能预测技术、二维翼型气动数据三维效应修正技术、翼型

在风力机叶片上的优化布置技术、风力机叶片设计工具软件系统

开发技术。

5、大型风电场设计、建设及运行关键研究开发

研究高性能测试设备设计开发技术；研究复杂地形下的风能

资源分析技术；研究风电场宏观选址、微观选址技术；研究符合

我国环境条件和风电场特点的风电场设计、优化系统软件开发技

术；研究适合陆上风电场吊装及维护专用设备的设计开发技术。

研究风电场功率预测技术，研究风电场有功/无功控制调节等

风电场优化控制策略技术；研究集成功率预测、有功/无功调节的

风电场综合监控技术；研究风电场集中解决低电压穿越的关键技

术；研究区域多风电场远程故障诊断系统开发技术；研究风电场

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维护策略及优化技术；研究连接监控系统和远程诊断的区域风电

场资产信息化管理系统开发技术。

研究特大型风电场与电网相互作用；研究大型风电场对局部

气候、生态环境等的影响。

研究近海风电运输安装、风电场电力传输、变电及送出技术，

研究近海风电场工程建设施工作业方法和技术，研究近海风电场

运营维护技术和方法，研究近海风力发电场防腐蚀、抗破坏性大

风、绝缘等相关技术；研究多桩式、悬浮式等不同海上风电机组

基础设计技术。

6、风电并网关键技术研究开发

研究大型风电场出力及运行特性、电压分层分区控制策略和

综合控制技术、风电场支持电网调频的有功控制技术、新能源发

电与系统稳定控制技术、风电场并网系统备用容量优化配置和辅

助决策技术。

研究风电分布式接入电网的控制技术。

7、储能及风能直接应用关键技术研发

研究新型储能材料，研究大容量、高效率、高可靠性、规模

化储能装置和储能装置系统集成技术；研究利用风能进行制氢、

海水淡化及高耗能工业领域直接应用技术；研究风电、光伏发电、

水电等多能互补发电系统关键技术。

（三）集成示范类

在开展风力发电关键技术研究开发的同时，积极推进集成示

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范工程建设，形成海上风电机组、特大型风电场、多能互补发电

系统和分布式发电系统等标志性示范工程，以进行海上风电机组

设计、海上风电机组基础设计及施工、海上风电机组运输及安装、

大型风电场运营管理、大型可再生能源多能互补发电系统接入电

网特性技术和分布式发电系统直接应用技术等验证工作。

集成示范技术的主要方向如下：

1、百万千瓦以上区域性多风电场的监控与智能化管理。

2、15万千瓦海上及潮间带风电场，包含单机容量7MW级风

电机组。

3、风、光、水、储等多能互补发电系统。

4、分布式发电直接应用系统。

（四）成果转化类

衔接“十一五”已有成果，结合“十二五”规划的实施，以整机制

造作为重点，将具有创新性的技术成果转移到整个行业，改进风

电产品生产制造工艺，提高风电产品性能和可靠性，降低风电开

发成本。

成果转化技术的主要方向如下：

1、7MW级风电机组及关键零部件产业化基地。

2、耐低温、防沙尘、抗灾害性大风、防盐雾及适合高原地区

等符合我国环境条件风电机组的产业化基地。

3、将新开发翼型族应用于1.5MW及以上风电机组叶片。

4、将独立变桨技术在3.0MW及以上主流风电机组上进行规

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模化应用等。

（五）公共服务体系建设

建设国家级风力发电公共数据库及信息服务中心，建设国家

级公共研发与试验测试中心，研究风力发电测试技术，建立和完

善各类风电标准、检测与认证体系，建设风力发电国家重点实验

室，国家工程技术研究中心、产业联盟及产业化基地，推动我国

风电产业的自主创新能力建设，推动风电技术进步，提高风电机

组效率、性能与可靠性，提升我国风电产业的国际竞争力。

1、公共数据库及信息服务中心建设

研究建立我国不同环境、地形与电网条件下风电机组的运行

状况、故障以及翼型、标准、专利等各个方面的公共数据库，为

我国风电机组设计及优化提供基础数据依据；建立风电公共信息

服务中心，收集、分析、发布权威信息，推动数据与信息等资源

的共享。

2、标准、检测与认证体系建设

建立完善符合我国具体环境条件、地形条件与电网条件的风

力发电标准体系，建立、完善大型及中小型风电产品检测与认证

能力，加强检测认证机构能力建设，统一规范认证模式，建立完

善的风电设备认证软件工具系统，有效推进并严格实施风电产品

检测与认证工作。

3、技术创新平台建设

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建设风力发电国家重点实验室，国家工程技术研究中心、产

业联盟以及产业化基地等技术创新平台，能够加快新技术和新设

备从设计、开发、验证、成果转化和推广的进程，为风力发电技

术进步提供强有力的支撑。

（六）人才培养

风力发电是一项综合性很强的高新技术，与众多学科有交叉，

涵盖气象、材料、空气动力学、控制与自动化、电气、机械、电

力电子、检测认证等多个专业领域。

目前我国风电人才严重匮乏，

尤其是风电机组研发专业人员、高级管理人才、制造专业人员、

高级技工以及风电场运行和维护人员。

因此，“十二五”期间必须

重视和加强风电人才培养和人才队伍建设，培养从研发、设计、

制造、试验到标准、检测认证、质量控制、管理、运行维护、售

后服务等各个环节的人才，为我国风电产业的快速发展提供人才

储备和支撑。

加强风能科技研究与产业化领域各类人才的培养，着力培育

和建设一批专业技术过硬、自主创新