基于專利視角的電力儲能領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢與對策

陳錦攀，劉 俏，裘 鋼

（1廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州 510080；2索意互動（北京）信息技術(shù)有限公司，北京 100038）

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，電力儲能技術(shù)越來越重要，它是電網(wǎng)運行過程中“采發(fā)輸變配用儲”等各大環(huán)節(jié)的重要組成部分。當各環(huán)節(jié)引入儲能后，有效實現(xiàn)需求側(cè)管理、消除晝夜間峰谷差、平滑負荷、有效利用電力設(shè)備、降低成本，更能促進可再生能源應(yīng)用，也可成為提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補償負荷波動的一種手段[1-2]。

根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2017（摘要版）》[3]獲悉，2016年，全球新增投運的電化學儲能項目主要采用鋰離子電池、鈉硫電池和鉛蓄電池等儲能技術(shù)，三種技術(shù)的新增裝機規(guī)模共占全部新增項目裝機規(guī)模的99%以上，其中，鋰離子電池的裝機規(guī)模最大，比重為85%。所有儲能技術(shù)中，鈉硫電池的新增投運規(guī)模的同比增速最大，為2400%，其次是鉛蓄電池，同比增速為563%。從全球新增投運的電化學儲能項目的應(yīng)用分布來看，2016年輔助服務(wù)領(lǐng)域的新增裝機規(guī)模最大，為282.7 MW，比重為44%?？稍偕茉床⒕W(wǎng)、輔助服務(wù)和分布式發(fā)電及微網(wǎng)領(lǐng)域等各個應(yīng)用領(lǐng)域中，分布式發(fā)電及微網(wǎng)領(lǐng)域新增投運規(guī)模的同比增速最大，為698%，其次是可再生能源并網(wǎng)領(lǐng)域，同比增速為656%。隨著電力儲能技術(shù)發(fā)展和各領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，儲能電池、儲能控制、儲能系統(tǒng)集成、儲能管理運營等的儲能領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)起到非常重要的作用，儲能技術(shù)競爭日趨激烈。

專利信息是自主創(chuàng)新成果的重要載體，它能夠反映某一技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)狀和歷程，專利競爭情報已成為開展科技情報的重要來源[4-5]。經(jīng)過檢索，先后有學者對儲能技術(shù)及細分領(lǐng)域?qū)＠治鲞M行研究，利用專利工具，對儲能技術(shù)申請量、技術(shù)、申請人、分類號等等維度分析，揭示儲能技術(shù)發(fā)展趨勢、競爭態(tài)勢、研究熱點、區(qū)域分布等現(xiàn)狀，以指導政府、企業(yè)等戰(zhàn)略決策、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和技術(shù)研發(fā)參考，可以說開了專利信息分析在儲能領(lǐng)域應(yīng)用的先河[6-10]。

本文基于專利視角，利用先進的語義專利檢索系統(tǒng)Patentics[11],對電力儲能領(lǐng)域?qū)＠纳暾埩?、同族、PCT、地域、申請人、申請人與國際分類分布等單一維度或多維度進行分析，揭示電力儲能領(lǐng)域研發(fā)與專利布局特點，全面客觀展現(xiàn)電力儲能領(lǐng)域研發(fā)態(tài)勢和專利競爭態(tài)勢，為我國政府、企業(yè)、科研院所等在儲能領(lǐng)域的研發(fā)決策、產(chǎn)業(yè)化布局等方面提供戰(zhàn)略參考。

1 數(shù)據(jù)來源

通過Patentics語義專利檢索系統(tǒng)，檢索日期范圍為2018年11月17日的中國申請庫①中國申請是指在中國境內(nèi)申請的中國和外國專利申請的中國申請，利用檢索式(a/(儲能 or 儲能系統(tǒng)) and a/(電網(wǎng) or 微網(wǎng) or 微電網(wǎng) or 電力 or 電站 or 發(fā)電 or 輸電 or 配電 or 變電 or 用電 or 供電) andnot a/(車 or 耳機 or紗 or 交通 or 船 or 鞋 or 醫(yī) or 藥 or 心臟 or 旗 or飛機 or 航模 or 玩具 or 車輛 or 自行車 or 電梯 or鎖 or 魚) and APD/20171118-20181117) 合并 (r/儲能 and ctop/1000 and APD/20171118-20181117)獲得近一年初始數(shù)據(jù)②利用Patentics 語義檢索技術(shù)（r/）與布爾邏輯主題檢索(a/)結(jié)合進行檢索，通過合并獲得查全率與查準率均較為理想的分析數(shù)據(jù)。經(jīng)過去重，分組，標引等步驟③利用Patentics 系統(tǒng)和人工處理結(jié)合的方式進行去重和標引，獲得可分析數(shù)據(jù)，篩選出可分析“儲能領(lǐng)域”近一年專利數(shù)量1319篇。然后，將該數(shù)據(jù)與2017年11月18日④2017年11月18日為上一次檢索時間，為了滾動分析，采用該日期為近一年數(shù)據(jù)的檢索起始日期分析數(shù)據(jù)8931篇合并，獲得可分析數(shù)據(jù)10250篇。

表1 檢索信息表Table1 Retrieval information

2 研究結(jié)論與分析可視化

2.1 儲能領(lǐng)域技術(shù)進入成熟期，開啟大規(guī)模轉(zhuǎn)化應(yīng)用

圖1 申請量歷年分布圖Fig.1 The distribution of the patent applications number

圖2 生命周期圖Fig.2 The diagram of life cycle

截止2018年11月17日，儲能領(lǐng)域?qū)＠袊暾埧偭抗?0250篇。見圖1，自中國專利元年1985年開始有專利申請，至今已有33年時間，可分為四個發(fā)展階段：1985—2002年技術(shù)萌芽期；2003—2009年技術(shù)緩慢發(fā)展期；2010—2016年技術(shù)爆發(fā)期；2017年出現(xiàn)首次下跌，開始顯現(xiàn)向技術(shù)成熟階段發(fā)展的趨勢⑤根據(jù)發(fā)明專利申請人會提前申請公開的一般情況，假設(shè)2017年申請專利在檢索日前就已全部公開。

由圖2生命周期圖[12]可知，2016年出現(xiàn)拐點，自2017年開始申請人和申請量首次出現(xiàn)回落。結(jié)合申請量趨勢，參考技術(shù)創(chuàng)新規(guī)律[13]，與2017年趨勢判斷相比，可以推斷，儲能技術(shù)領(lǐng)域經(jīng)過2010年至2016年的技術(shù)爆發(fā)，2017年開始出現(xiàn)向技術(shù)成熟階段發(fā)展的趨勢，也正式利用成熟技術(shù)進行產(chǎn)品開發(fā)或系統(tǒng)應(yīng)用的起始階段。

2.2 全球競爭態(tài)勢形成，中美是未來儲能領(lǐng)域競爭焦點

截止2018年11月18日，中國具有同族的專利2979項，在18個國家或地區(qū)布局了專利329項，占同族專利11.1%，其中在美國布局最多79項，占比21.12%，見圖3。

圖3 中國在其他國家或地區(qū)申請專利地理分布圖Fig.3 Hegeographical distribution map of patents applied by China in other countries or regions

圖4 其他國家或地區(qū)在中國申請專利比例圖Fig.4 Roportion of patent application in China by other countries or regions

圖5 PCT 進入中國專利申請量趨勢Fig.5 Tendency of PCT patent application in China

全球24個國家或地區(qū)在中國布局329項專利，占比3.21%，其中布局最多的是美國，在中國布局119項，占比36.28%，見圖4。

PCT進入中國專利2014年高峰，自2015年開始，PCT進入中國專利開始減少。

全球其他國家或地區(qū)在中國專利布局，自2013年申請45項達到頂峰后呈現(xiàn)下降趨勢，見圖6。

圖6 國外歷年在中國申請趨勢Fig.6 Trends of overseas patent applications in China

圖7 中美兩國互相布局趨勢比較圖Fig.7 The comparison of trends in the mutual distribution between China and the United States

美國自1993年在中國布局開始，自2012年16項達到頂峰，2013年也開始呈現(xiàn)下降趨勢。自2014年，中國在美國布局專利申請量開始高于美國在中國布局，且呈現(xiàn)出申請量比美國高的發(fā)展趨勢，見圖7。

2.3 國內(nèi)競爭態(tài)勢激烈，國家電網(wǎng)領(lǐng)跑，南方電網(wǎng)緊跟

截至2018年11月18日，標準化申請人[14]為3151個，較2017多354個，申請人在不斷增加，競爭態(tài)勢激烈，見圖8。

專利申請量方面[14]，國家電網(wǎng)遙遙領(lǐng)先，南方電網(wǎng)、中國科學院、華北電力大學、清華大學等單位緊跟其后，但與國家電網(wǎng)差距較大。見圖9和圖10。

申請專利的專利度和特征度方面[14]，中國科學院質(zhì)量最高，企業(yè)和高校較低，見圖11；申請專利被引度方面[14]，中國科學院、清華大學等知名研究機構(gòu)最高，企業(yè)較低，見圖12。

圖8 申請總量和標準化申請人分布Fig.8 Total number of applications and distribution of standardized applicants

圖9 2018年前10 標準化申請人分布圖Fig.9 Distribution of top 10 standardized applicants before 2018

圖10 申請量排名前10 位申請人分布比較圖Fig.10 Distribution comparison chart of top 10 applicants

專利布局領(lǐng)域，國家電網(wǎng)在H02J、H02M、G06Q影響力較高15，中國科學院在H01M影響力較高。見表2和圖13。

近年來受諸多因素影響，國家電網(wǎng)專利申請量已出現(xiàn)放緩跡象，見圖14。

然而隨著國家儲能發(fā)展政策推出和儲能技術(shù)發(fā)展及大規(guī)模應(yīng)用[16]，中國南方電網(wǎng)、中國科學院等單位結(jié)合自身發(fā)展戰(zhàn)略，積極參與電力儲能領(lǐng)域研究中來，不斷擴大研究投入，申請量呈現(xiàn)逆勢增長的趨勢，見圖15。

圖11 申請量排名前5 的主要申請人專利度、特征度分布Fig.11 Distribution of patent degree and characteristic degree of major applicants in the top 5

圖12 申請量排名前5的主要申請人專利被引Fig.12 Patent citation of the top five applicants

圖13 申請量排名前5 的主要申請人與主要國際分類布局氣泡圖Fig.13 Bubble charts of the top 5 applicants and major international classifications

表2 主要申請人與主要國際分類布局分布Table 2 Distribution of major applicants and major international classifications

圖14 申請量排名前5 的主要申請人歷年申請分布Fig.14 Distribution of major applicants in the top 5 of the application number over the years

圖15 較上一年增速曲線及多項式擬合曲線Fig.15 The growth curve and polynomial fitting curve of the previous year

3 策略建議

3.1 專利戰(zhàn)略先行，制定研發(fā)路徑

目前，全球?qū)＠麛?shù)據(jù)已超過1億條，從大數(shù)據(jù)角度來看，如此巨量專利信息足已覆蓋方方面面，需要充分利用“專利大數(shù)據(jù)”，避免重復研發(fā)浪費資源。提前做好布局，聚焦我們的研發(fā)方向和研發(fā)重點，使研發(fā)更有價值，并具有潛在轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的可能。

根據(jù)技術(shù)發(fā)展階段的預(yù)判，在成熟技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)或系統(tǒng)應(yīng)用的趨勢下，應(yīng)做好專利分析、挖掘和布局，考慮產(chǎn)業(yè)定位、研發(fā)成本和自身優(yōu)勢，結(jié)合經(jīng)濟與政策等因素影響，制定屬于各機構(gòu)自身的儲能技術(shù)研發(fā)戰(zhàn)略，是為當務(wù)之急。

3.2 根據(jù)儲能市場和自身戰(zhàn)略，合理布局國內(nèi)與國際市場

抓住國際在國內(nèi)布局相對較少的時機做好國內(nèi)專利布局，緊跟競爭對手做好專利預(yù)警與挖掘，國內(nèi)市場占據(jù)一席之地，形成競爭壁壘。開拓海外市場，特別是美國，充分利用美國專利信息，做好美國專利布局研究，緊跟競爭對手，做好專利預(yù)警與專利挖掘。根據(jù)儲能市場和自身能源戰(zhàn)略，適當考慮海外其他國家或地區(qū)專利布局。

3.3 聚焦各自優(yōu)勢形成技術(shù)競爭壁壘，掌握話語權(quán)

各研究機構(gòu)根據(jù)自身條件，做好技術(shù)布局，優(yōu)勢領(lǐng)域要擴大投資全面布局，劣勢領(lǐng)域要減少投入，至于關(guān)鍵領(lǐng)域要聚焦核心技術(shù)，集中突破，占領(lǐng)制高點。針對未來熱點領(lǐng)域，要重點關(guān)注，提前布局，通過引進人才、合作研發(fā)等形成競爭壁壘，掌握儲能市場主導權(quán)。

4 未來展望

基于專利視角，揭示了儲能領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢、國際布局和國內(nèi)布局等狀況，提出專利戰(zhàn)略先行，制定研發(fā)路徑；根據(jù)儲能市場和自身戰(zhàn)略，考慮合理布局國內(nèi)與國際市場；聚焦各自優(yōu)勢形成技術(shù)競爭壁壘，掌握話語權(quán)等建設(shè)性研發(fā)和專利策略。

接下來，為了進一步深入理解儲能領(lǐng)域全貌，繼續(xù)揭示儲能領(lǐng)域未來研究熱點、研究機構(gòu)競爭態(tài)勢等方面，提出具體的專利和研發(fā)建議，指導科學決策。