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国内海洋能发电领域技术分析

2018-12-11 19:38admin中国电力时空网

摘要:

本文旨在对我国海洋能发电领域的专利文献进行分析,发现国内海洋能发电领域技术发展态势。

关键词:海洋 发电 专利分析

引言

目前我国发电领域主要以燃煤发电为主,水电、核电、太阳能发电为辅,然而化石能源的日益枯竭,环境污染的日益严峻,寻找可替代的取之不竭的清洁能源已成为我国目前迫切需要解决的问题。

我国具有1.8万公里的海岸线,我国主张的管辖海域面积达300万平方公里,接近陆地领土面积的三分之一,海洋能资源丰富,海洋能作为清洁可再生能源,越来越受到高校研究所、企事业单位的青睐,如何利用好海洋能为国家造福、为人民谋利,本文通过对国内海洋能发电领域专利文献进行分析,发现海洋能发电技术的发展态势,以期为国内海洋能发电领域的发展提供参考与借鉴。

数据来源与方法

本研究的专利检索系统采用万象云专利信息搜索及情报服务平台,其收纳了世界105个国家、地区和国际知识产权组织公开的的超过1亿份专利文献,对22个主要国家的专利数据进行特殊收录和加工处理,提供这些专利的中英文翻译信息、实时更新的权利归属信息等超过200种的各类信息,并同时支持多维度的搜索和分析功能。

检索方式主要以国内海洋能发电领域进行检索。

检索时间为2018年8月,经人工阅读去噪后,最终获得与国内海洋能发电领域相关的专利数量为5255项专利族。因为专利申请到专利公开有18 个月的滞后期,使得大量专利还处于未公开状态,所以2017-2018年的数据仅作对比参考。

结果分析

1.专利申请态势分析


国内海洋能发电领域技术分析

图1专利申请态势分析


分析我国海洋能发电领域专利申请的历程可以看出,由于我国第一部专利法于1984年颁布,1985年1月1日起开始实行,从专利法实行当年开始即存在了相关专利申请,至今已经历三十四年的发展,纵观这三十多年的专利申请情况,我国海洋能发电领域的技术发展可以分为三个阶段:

1.1 1985年至1992年:起步阶段

自1985年开始,我国开始涉及海洋能发电领域的专利申请,这一阶段涉及海洋能发电技术的专利申请量较少且增长缓慢,年申请量一直处于个位数水平。

1.2 1993年至2003年:发展阶段

这一阶段技术产出量总体上呈逐渐平稳增长的趋势,由年申请量10件增长到20件以上,在这一阶段虽然国内的大专院校、科研院所在相关技术的研究和改进方面加大了投入,但由于我国是传统煤炭能源消耗大国,以煤炭火力发电的比重一直稳居第一。

同时海洋能发电仍存在着运行环境恶劣、系统可靠性差、有效利用率低等难以克服的技术障碍,因此制约了相关技术的发展;值得注意的是,在这一阶段(1999 年),中国国家海洋局海洋技术所成功研建100kW 摆式波浪电站。

1.3 2004年至今:高速发展阶段

从2004年开始,海洋能发电领域的技术产出量呈现井喷式发展,从原来的年申请20件逐步增长到2016年的700余件,从中可以看出,由于化石能源的逐渐枯竭以及全社会对环境污染的日益关注,国内开始逐渐重视对清洁可再生能源的利用。

我国具有1.8万公里的大陆岸线和1.4万公里的海岛岸线,沿海海域平均浪高在2米左右,海洋能储量丰富,可以作为常规化石能源的部分替代品,因此,国内开始加大对海洋能发电领域的各项投入,以期尽快解决海洋能存在的技术问题,更高效的利用海洋能这一清洁能源造福社会。

由于专利公开的滞后性,2017-2018年的数据并不能代表下降趋势。

2.申请人情况

2.1 申请人排名


国内海洋能发电领域技术分析

图2.1专利申请量前二十排名


从上图可以看出,重点申请人大体可分为三个梯队:

专利申请数量大于70件以上的为第一梯队,其申请人主要以大专院校为主,分别是:浙江海洋学院、无锡津天阳激光电子有限公司、河海大学、大连理工大学、上海海洋大学、浙江大学、中国海洋大学、浙江海洋大学、哈尔滨工程大学;

专利申请量在30-70件之间的为第二梯队,主要以大专院校和科研院所为主,分别是天津大学、河北工业大学、长沙理工大学、上海交通大学、山东科技大学、武汉理工大学、中国科学院广州能源研究所、国电联合动力技术有限公司、华南理工大学、集美大学、国家电网公司;

专利申请量在30件以下的为第三梯队,主要以企事业单位、个人为主。

2.2 申请人国内分布情况


国内海洋能发电领域技术分析

图2.2申请人国内分布情况


分析上图中的申请人地理分布情况可知,申请人主要集中在浙江、山东、江苏、广东、北京、上海、辽宁、福建、天津等沿海一带,这与其优越的地理位置有关。

同时申请量排名前10的大专院校多数位于沿海省市,且从其名称也可以看出,其主要是为海洋相关领域的科研院所、企事业单位等培养高等人才,这里需要指出的是哈尔滨工程大学虽然分布在内陆城市,也非以海洋命名的大专院校,但其前身是哈军工以及哈尔滨船舶工程学院,其在海洋领域的技术研究水平在业内屈指可数。

2.3 申请人类型分布情况

国内海洋能发电领域技术分析

图2.3申请人类型分布


从上图可以看出,申请人类型主要集中在个人、大专院校和企事业单位,而结合图2的申请人排名可知,个人作为申请人的申请量虽然最多,但由于同一申请人的申请量较少,导致个人申请的专利延续性交差,难以形成较为有效的专利布局,其主要还是以浙江海洋学院等大专院校和以无锡津天阳激光电子有限公司为代表的企事业单位为主。

其次是科研院所,结合图2的申请人排名可知,其主要是以中国科学院广州能源研究所为代表的科研院所。综合可知,大专院校和企事业单位在海洋能发电领域的技术贡献尤为突出。

3.3 申请类型分析


国内海洋能发电领域技术分析

图3 申请类型分布

从上图可以看出,该领域以发明专利申请为主,无外观设计专利申请,其中,发明占到了62%,具有3254件,而实用新型占到38%,具有2001件。

技术构成分析

1. 技术构成小类分析


国内海洋能发电领域技术分析

图1 技术领域-小类构成

技术领域释义:

F03B液力机械或液力发动机

F03D风力发动机

H02K电机、发电机

B63B船舶或其他水上船只;船用设备

E02B水利工程

H02J供电或配电的电路装置或系统;电能存储系统

H02N其他类目不包含的电机

F03G弹力、重力、惯性或类似的发动机

H02S由红外线辐射、可见光或紫外光转换产生电能,如使用光伏(PV)模块

F04B液体变容式机械;泵

从上图技术领域小类构成可以看出,除了在海洋能发电设备本身(F03B、F04B)的技术发展外,我国海洋能发电装置领域的技术创新主要集中以下几个方面:

① 海洋能和风力、重力以及光伏等联合发电领域(F03D、F03G、H02S);

② 发电机本体、供配及电能存储系统领域(H02K、H02N、H02J);

③ 船基、岸基海洋能发电领域(B63B、E02B)

典型案例

(1)大连理工大学CN103967714B基于单桩平台的风能-波浪能-潮流能集成发电结构


国内海洋能发电领域技术分析


(2)西北工业大学 CN103259320A 一种摆动式波浪发电装置


国内海洋能发电领域技术分析


(3)浙江海洋学院CN102079366A 可移动式海上新能源动力平台


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2. 技术构成大组分析


国内海洋能发电领域技术分析

图2 技术领域-大组构成


技术领域释义

F03B13/12利用波能或潮汐能

F03B13/14利用波能

F03B13/16利用波动构件和另一构件之间的相对运动

F03B13/18其中另一构件至少在一点上相对海底或海岸固定

F03B13/20其中两个构件均可相对海底或海岸固定

F03B13/22利用由波浪运动引起水的流动,来驱动例如液压马达或涡轮机

F03B13/24产生空气流动,用来驱动例如空气涡轮

F03B13/26利用潮汐能

从上图中技术领域大组构成可以看出,海洋能发电装置本身(F03B13/12)主要分为两大类别:波能发电装置(F03B13/14)和潮汐能发电装置(F03B13/26)。

这里介绍一下区别波能发电装置和潮汐能发电装置的简单方法:波能发电装置主要收集利用海洋液面高度变化的波动能量,而潮汐能发电装置主要收集利用海洋内部的潮流能量。

我国海洋能发电装置本身的技术创新,主要集中在波能发电装置,其次是潮汐能发电装置;而在波能发电装置中,技术创新主要集中在利用波动构件和另一构件之间的相对运动上,其次是利用由波浪运动引起流体的流动来驱动发电。

典型案例一

利用波浪能:利用波动构件和另一构件之间的相对运动

(1)中国科学院电工研究所 CN101718247B一种鱼形筏式液态金属磁流体波浪能直接发电装置


国内海洋能发电领域技术分析


(2)浙江大学CN101285449A非接触式能量传递系统的直接驱动型波浪能量转换装置


国内海洋能发电领域技术分析


(3)福博克斯公司CN101460733A用于转换波能的设备


国内海洋能发电领域技术分析


(4)汉斯·奥拉夫·奥特森CN101072943A多相位和多维波转换器


国内海洋能发电领域技术分析


典型案例二

利用波浪能:由波浪运动引起流体的流动来驱动发电

(1)中国科学院广州能源研究所CN101012802A浮体下挂液压缸式波浪能发电装置


国内海洋能发电领域技术分析


(2)上海交通大学CN102444537B 新型多维并联摆动海浪发电装置


国内海洋能发电领域技术分析


(3)长沙理工大学CN104314741A一种利用水轮机的双浮体式波浪能发电装置


国内海洋能发电领域技术分析


(4)东南大学 CN102140996A波浪发电装置


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(5)中国水利水电科学研究院CN103266982B 一种波能转换气动发电方法和装置


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典型案例三:利用潮流能

(1)哈尔滨工程大学 CN101705904B大功率垂直轴潮流发电装置


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(2)浙江海洋学院CN103883464A可沉降式潮流能水轮机


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(3)罗泰克控股有限公司CN101720384A发电机和涡轮机单元


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3. 专利有效性分析


国内海洋能发电领域技术分析

图3 专利有效性分布

由上图可以看出,处于有效保护状态的专利,占到了所有专利申请的32%,共计1688件,处于未授权状态的占到了20%,共计1066件,已经失效的占到了48%,为2521件。

由此可以得出,国内海洋能发电装置领域的大部分专利处于有效保护或尚未授权状态,对其研发创新具有一定的保护作用,并且随着审查过程的结束,授权专利的数量还有可能增加。

4. 当前法律状态分析


国内海洋能发电领域技术分析

图4 当前法律状态分布

从上图可以看出,目前授权专利占到了32%,为1688件,实质审查和公开状态的专利申请占到了20%,为1066件;放弃/终止、撤回、驳回分别占到了29%、15%、4%,分别为1513、812、185件,结合专利有效性分布图可以看出,专利失效主要原因是放弃/终止,其次是撤回,最后是驳回。


国内海洋能发电领域技术分析

专利信息对于预测一项技术的发展趋势、分析研究潜在市场具有一定的价值,但仅通过专利信息并不能准确判断研发机构的技术领先性,这是专利情报研究的局限所在。

本研究基于专利分析的角度,对国内海洋能发电技术的发展态势进行了分析研究,得出如下结论供相关领域研究者、决策者及企业参考。

1.国内海洋能发电技术发展的历程可分为三个阶段:

第一阶段(1985年至1992年),为该技术的起步阶段;

第二阶段(1993年至2003年),为该技术的发展阶段;

第三阶段(2004年至今),为该技术的高速发展阶段,在这一阶段,我国海洋能发电技术专利申请呈井喷式增长。

随着化石能源的日益枯竭以及环境污染的日益严峻,相信海洋能发电技术将会保持快速持续发展态势。

2. 从专利申请数量和申请人类型上看,我国海洋能发电技术的专利申请中,大专院校和企事业单位在海洋能发电领域的技术贡献尤为突出。

3. 从申请人地理分布来看,申请人主要集中在沿海一带。

4. 从申请专利类型来看,主要以发明专利申请为主,其中,发明占到了62%,具有3254件,而实用新型占到38%,具有2001件。

5.从技术构成小类来看,专利申请主要集中在海洋能和风力、重力以及光伏等联合发电领域(F03D、F03G、H02S),其体现了整体发电效率方面的改进,例如:CN103967714B 基于单桩平台的风能-波浪能-潮流能集成发电结构。

其次集中在发电机本体、供配及电能存储系统领域(H02K、H02N、H02J),例如:CN103259320A 一种摆动式波浪发电装置;其余主要集中海洋能发电装置的具体应用位置,例如船基、岸基海洋能发电领域装等,例如:CN102079366A 可移动式海上新能源动力平台等。

6.从技术构成大组来看,专利申请主要集中在波能发电装置,其次是潮汐能发电装置。

而在波能发电装置中,技术创新主要集中在利用波动构件和另一构件之间的相对运动上,例如:CN101718247B 一种鱼形筏式液态金属磁流体波浪能直接发电装置,CN103266982B 一种波能转换气动发电方法和装置等等;其次是利用由波浪运动引起流体的流动来驱动发电,例如:CN101705904B 大功率垂直轴潮流发电装置等。

7. 从专利法律状态和有效性来看,当前有效保护状态的专利,占到了所有专利申请的32%,共计1688件;处于实质审查和公开状态的占到了20%,共计1066件,随着审查过程的结束,授权专利的数量还有可能增加;已经失效的占到了48%,为2521件,专利失效主要原因是放弃/终止,其次是撤回,最后是驳回,一定程度上体现出技术创新高度有待提高,长远来看,需要逐步提高技术研发投入和专利申请质量。


国内海洋能发电领域技术分析

最后,海洋能作为用之不尽取之不竭、且无污染清洁可再生资源,越来越受到全社会的重视,但是海洋能发电仍存在着运行环境恶劣、系统可靠性差、有效利用率低等难以克服的技术障碍。

就目前的专利的技术构成可以看出,我国在海洋能发电的技术改进上,对海洋能发电的系统可靠性上的核心技术改进还比较少,后续可以从海洋能发电设备的材料、结构、控制、维护等多个角度进行进一步的技术改进。

作者介绍:

潘登

数据与咨询事业部高级检索分析师

机械领域检索专家

专利代理人

具有三年半发明实质审查经历,十年机电行业工作经验;曾就职于东方电气集团、大连新船、华气厚普机电公司;浙江大学清洁能源利用国家重点实验室工学硕士、具有中级工程师、助理研究员职称、具有专利代理人资格证书。

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