謝積鑒,何魯桂,唐青青,胡婷婷
(廣西壯族自治區(qū)科學(xué)技術(shù)情報研究所,廣西 南寧 530022)
20世紀以來,煤、石油及天然氣為主的石化能源開始枯竭,具體表現(xiàn)為其儲存量大量下降[1]。在全球向綠色低碳技術(shù)轉(zhuǎn)型的趨勢下,氫作為一種清潔高效的可再生能源,已成為能源技術(shù)發(fā)展的新方向[2]。在這樣的大背景下,作為氫能利用技術(shù)的氫能汽車得到了快速發(fā)展,并逐步進入汽車應(yīng)用市場[3-4]。目前,氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為國際重要焦點[5-6]。重慶大學(xué)的蔣瑜潔等[4]研究了日本推動氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機制,指出日本通過中央政府的頂層設(shè)計明確了氫能汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展目標,同時修訂相關(guān)法律法規(guī)、推行中央財稅激勵與技術(shù)研發(fā)促進政策,推動氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。青島市科學(xué)技術(shù)信息研究院的徐文亭等[7]研究了青島氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策,總結(jié)了青島市氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,提出了出臺氫燃料電池規(guī)劃、強化研發(fā)能力建設(shè)、組建產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、加強隊伍人才建設(shè)、建立氫能公交示范線路等對策建議。南京工程學(xué)院的趙振東等[8]深入分析了江蘇省氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展演化趨勢,通過情景仿真研究和政策分析,揭示了不同財政補貼政策情景對江蘇省氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響[9]。上述研究對國家及地區(qū)推動氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著重要的指導(dǎo)意義。本文采用IncoPat專利數(shù)據(jù)庫作為檢索分析平臺,檢索2004年1月1日—2023年7月5日的氫能汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)專利數(shù)據(jù),并進行分析,以期充分了解廣西氫能汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題,并提出有針對性的對策建議。廣西氫能汽車產(chǎn)業(yè)尚處于起步探索階段,本文的分析結(jié)果和建議將為廣西氫能汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研發(fā)和前瞻布局、構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級提供重要啟示。
隨著我國氫能汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新加速和高質(zhì)量發(fā)展,中國專利申請量也隨之快速增長。本文采用專利信息分析方法對我國氫能汽車領(lǐng)域的相關(guān)專利開展計量分析,探索氫能汽車領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展方向及主要競爭對手,為政府或相關(guān)企業(yè)推動技術(shù)發(fā)展、加強專利布局、突破核心技術(shù)等提供決策支持。截至2023 年7 月5 日,在IncoPat 專利數(shù)據(jù)庫 中 共檢索到5 709 件與氫能汽車領(lǐng)域相關(guān)的中國專利申請。限于我國專利的審查程序,實用新型專利從提出申請到授權(quán)公告需要6個月到1年的時間,發(fā)明專利從提出申請到公開需要18個月的時間,因此2022年和2023年的專利申請量不是最終的數(shù)據(jù)。
圖1為國內(nèi)氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾堊兓厔輬D。如圖1 所示,2004—2012 年,我國氫能汽車領(lǐng)域相關(guān)專利申請量較少。從2013年開始,我國氫能汽車領(lǐng)域相關(guān)專利申請量增長趨勢明顯,2020 年達到近20 年最高,為962 件,表明各申請人在氫能汽車領(lǐng)域的研發(fā)日益活躍。
圖1 國內(nèi)氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾堊兓厔輬D
圖2為廣西氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾堊兓厔輬D。如圖2 所示,2007—2012 年,廣西氫能汽車領(lǐng)域相關(guān)專利申請量較少。從2013年開始,廣西氫能汽車領(lǐng)域相關(guān)專利申請量的增長趨勢明顯,2016 年達到近20年最高,為21件,表明各申請人在氫能汽車領(lǐng)域的研發(fā)日益活躍。由此可見,廣西區(qū)內(nèi)氫能汽車技術(shù)研發(fā)活躍度與國內(nèi)同行步伐基本一致,區(qū)別在于,2016年后的3 年廣西區(qū)內(nèi)的氫能汽車領(lǐng)域相關(guān)專利申請量有所下滑。
圖2 廣西氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾堊兓厔輬D
圖3 為國內(nèi)氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾埣夹g(shù)(小類)分布圖(前10 位)。由圖3 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知,氫能汽車領(lǐng)域的重要技術(shù)方向。氫能汽車領(lǐng)域相關(guān)中國專利申請的小類構(gòu)成排在前3 位的為B60L“電動動力裝置”、H01M“用于直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的方法或裝置”、C08L“高分子化合物的組合物(例如用于氫能源動力汽車膠管系統(tǒng)的三元乙丙橡膠等)”。由此可見,氫能汽車領(lǐng)域的動力技術(shù)及儲能技術(shù)為氫能汽車領(lǐng)域的熱門技術(shù)。
圖3 國內(nèi)氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾埣夹g(shù)(小類)分布圖(前10位)
圖4 為廣西氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾埣夹g(shù)(小類)分布圖(前10 位)。由圖4 可知,廣西區(qū)內(nèi)專利申請的小類構(gòu)成排在前3 位的為H01M“用于直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的方法或裝置”、C01B“非金屬元素和其化合物(例如乙醇水系統(tǒng)車載重整制氫方法)”、B60L“電動動力裝置”。與國內(nèi)技術(shù)構(gòu)成相比,廣西區(qū)內(nèi)總體技術(shù)類型基本相同,研究重點基本一致,氫能汽車領(lǐng)域的動力技術(shù)及儲能技術(shù)亦為廣西氫能汽車領(lǐng)域的熱門技術(shù)之一。
圖4 廣西氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾埣夹g(shù)(小類)分布圖(前10位)
表1 為國內(nèi)氫能汽車領(lǐng)域中專利申請地域分布表。從表1 可知,湖北省、江蘇省、廣東省在氫能汽車領(lǐng)域的專利申請量排在國內(nèi)前3位,這些省份高度重視建立與完善產(chǎn)業(yè)政策體系,在利好政策的強力驅(qū)動下,當?shù)氐钠髽I(yè)技術(shù)研發(fā)活動非常活躍,專利產(chǎn)出量高。
表1 國內(nèi)氫能汽車領(lǐng)域中專利申請地域分布表
湖北省在氫能汽車領(lǐng)域的相關(guān)專利申請量最多,達1 070 件,排名第1 位。湖北省非常重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,2020年出臺《關(guān)于進一步加快能源科技裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的通知》,提出“以智能化、大型化、高溫高壓耐腐蝕為方向,支持加氫裂化、加氫精制、催化重整等石油加工裝備發(fā)展”“鼓勵質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池發(fā)電及分布式能源系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)。面向大規(guī)模制氫和加氫設(shè)施建設(shè)需求,積極研發(fā)制、運、儲、加全產(chǎn)業(yè)鏈裝備”“推動儲能裝備創(chuàng)新和示范應(yīng)用”等有效引導(dǎo)推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一系列舉措。2022年底又出臺了《支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干措施》,對氫能產(chǎn)業(yè)“制、儲、運、加、用”全鏈條的重點環(huán)節(jié)給予支持,氫能企業(yè)最高可獲得1 000 萬元獎勵。12 條氫能扶持政策有力地推動湖北打造氫能全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài),全力搶占氫能產(chǎn)業(yè)新賽道,打造全國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地。在武漢經(jīng)開區(qū),氫能汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)?;醅F(xiàn)。東風(fēng)汽車集團股份有限公司、武漢綠動氫能能源技術(shù)有限公司、武漢市雄韜氫雄實業(yè)有限公司、武漢理工氫電科技有限公司、武漢眾宇動力系統(tǒng)科技有限公司等14 家氫能產(chǎn)業(yè)重點企業(yè),已初步形成燃料電池、整車制造、檢驗檢測、制氫、加氫站運營、車輛運營等全產(chǎn)業(yè)鏈。
江蘇省以555 件的申請量排名第2 位。早在2019年8月,江蘇省工信廳、省發(fā)展改革委、省科技廳聯(lián)合印發(fā)了《江蘇省氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動規(guī)劃》。2023年2 月,南京市工信局進一步發(fā)布了《南京市加快發(fā)展儲能與氫能產(chǎn)業(yè)行動計劃(2023—2025 年)》(簡稱《行動計劃》)?!缎袆佑媱潯诽岢?,著力打造包括儲能產(chǎn)業(yè)上游原材料和基礎(chǔ)設(shè)備部件生產(chǎn)、中游技術(shù)系統(tǒng)集成、下游市場應(yīng)用及回收再利用在內(nèi)的完整儲能產(chǎn)業(yè)鏈架構(gòu),加速培育發(fā)展“制氫(以工業(yè)副產(chǎn)氫為主)—儲氫(以儲氫罐形式為主)—運氫(以低溫液氫、高壓氣氫運輸為主)—加氫(以加氫站為主)—用氫(以氫能汽車為主)”產(chǎn)業(yè)鏈,構(gòu)建江北—江寧—溧水三大儲能產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),全力打造應(yīng)用場景示范。江蘇省形成南京、常州、鹽城、揚州等整車生產(chǎn)基地,以及沿江八市零部件生產(chǎn)基地,擁有集汽車研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)為一體的國內(nèi)一流產(chǎn)業(yè)生態(tài)。氫儲運裝備、燃料電池電堆、氫循環(huán)系統(tǒng)、空氣壓縮機等氫燃料電池關(guān)鍵核心技術(shù)水平全國領(lǐng)先。
廣東省以505 件的申請量排名第3 位。2018 年6月,《廣東省人民政府關(guān)于加快新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見》提出要大力推進氫能汽車產(chǎn)業(yè)化,具體包括大力支持燃料電池系統(tǒng)及核心部件技術(shù)攻關(guān)、工程研究和產(chǎn)品開發(fā);支持引進和開發(fā)先進氫燃料電池乘用車,加快推進氫能汽車產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè);建設(shè)氫能汽車商業(yè)運營示范區(qū),重點在公共交通、物流等領(lǐng)域開展運營示范;積極探索因地制宜解決氫源問題,降低用氫成本。在政策和市場的雙輪驅(qū)動下,廣東省在氫能汽車產(chǎn)業(yè)鏈布局上,建立起不少優(yōu)質(zhì)企業(yè)和項目。例如,廣東國鴻氫能科技有限公司開發(fā)電堆產(chǎn)品,并聯(lián)合佛山市飛馳汽車制造有限公司、東風(fēng)旅行車有限公司等共同研制了氫能源公交車并投入運營;佛山市泰羅斯新能源汽車氫動力系統(tǒng)有限公司和廣東愛德曼氫能源裝備有限公司鴻基創(chuàng)能科技(廣州)有限公司、深圳市南科燃料電池有限公司等在燃料電池堆核心材料取得突破;穩(wěn)力(廣東)科技有限公司、廣東廣順新能源動力科技有限公司、深圳市氫藍時代動力科技有限公司”等在燃料電池系統(tǒng)實現(xiàn)了部分替代進口;深圳市凱豪達氫能源有限公司彌補了廣東省高效電解水制氫裝備的空白;廣東聯(lián)悅氫能有限公司等在粵西地區(qū)構(gòu)建制氫加氫、氫能研究及產(chǎn)品檢測基地;佛山引進了北京科泰克科技有限責任公司儲氫罐項目、廣州黃埔區(qū)引進了上海舜華新能源系統(tǒng)有限公司儲氫及加氫設(shè)備項目。
廣西以73 件專利申請排名全國第18 位,可見廣西氫能汽車整體創(chuàng)新能力和水平偏低,基礎(chǔ)性技術(shù)積淀少,自主核心技術(shù)匱乏。
圖5 為廣西專利申請量排名地域分析。由圖5 可以看到,柳州市在氫能汽車領(lǐng)域的專利申請量遙遙領(lǐng)先于其他的地市,達到45 件,說明在氫能汽車領(lǐng)域,柳州市擁有最強的技術(shù)研發(fā)實力,這與柳州市擁有東風(fēng)柳州汽車有限公司、廣西科技大學(xué)等氫能汽車研究機構(gòu)有關(guān)。專利申請量排名第2 位和第3 位的分別為南寧、桂林??梢?,在氫能汽車領(lǐng)域,區(qū)內(nèi)目前柳州市具有一定的研發(fā)實力,但廣西并未形成輻射范圍較廣的產(chǎn)業(yè)帶,整體發(fā)展水平較低。
圖5 廣西專利申請量排名地域分析
圖6 為國內(nèi)氫能汽車領(lǐng)域中專利申請人統(tǒng)計圖(前10 位)。如圖6 所示,武漢格羅夫氫能汽車有限公司在氫能汽車領(lǐng)域的中國專利申請量排名第1位,達到642件。武漢格羅夫氫能汽車有限公司在全功率氫能動力系統(tǒng)、全新平臺架構(gòu)、創(chuàng)新能量管理系統(tǒng)、輕量化車身、整車VCU 控制系統(tǒng)、熱管理技術(shù)等核心領(lǐng)域構(gòu)建了技術(shù)壁壘,形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心專利技術(shù)。該公司在2020 年、2021 年連續(xù)兩年入圍“全國企業(yè)科技創(chuàng)新500強”。黃岡格羅夫氫能汽車有限公司在氫能汽車領(lǐng)域的中國專利申請量排名第2位,為222 件。黃岡格羅夫氫能汽車有限公司是武漢格羅夫氫能汽車有限公司開啟全國戰(zhàn)略布局的重要子公司。格羅夫研發(fā)的氫能乘用車搭載著氫燃料電池動力系統(tǒng),車身結(jié)構(gòu)采用碳纖維材料,續(xù)航里程可達1 000 km以上。廣東合即得能源科技有限公司在氫能汽車領(lǐng)域的中國專利申請量排名第3位。廣東合即得能源科技有限公司致力于氫能轉(zhuǎn)化技術(shù)、水基能源應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新、研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。該公司陸續(xù)研發(fā)并生產(chǎn)了高純動氫機、水氫發(fā)電機等氫能應(yīng)用產(chǎn)品。此外,該公司以乘用車使用條件為設(shè)計目標,采用數(shù)字化設(shè)計分析技術(shù)、小功率組合原理提高甲醇水蒸氣重整制氫設(shè)備的效率與可靠性,將甲醇轉(zhuǎn)化成氫氣再供給燃料電池,解決了質(zhì)子交換膜燃料電池中燃料供給的問題,并陸續(xù)研發(fā)、生產(chǎn)了體積小、智能化、重量輕的5 kW模塊、10 kW模塊等國內(nèi)獨創(chuàng)的水氫燃料電池系統(tǒng),其具有體積小、性能高、價格廉、純度高、排放無污染、性能穩(wěn)定、持續(xù)運行時間長等特點。
圖6 國內(nèi)氫能汽車領(lǐng)域中專利申請人統(tǒng)計圖(前10位)
通過專利申請人排名分析可知,武漢格羅夫氫能汽車有限公司、黃岡格羅夫氫能汽車有限公司和廣東合即得能源科技有限公司在氫能汽車領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位,形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),為企業(yè)在市場中增強自身競爭力打下了基礎(chǔ)。
圖7為廣西氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾埲私y(tǒng)計圖(前10 位)。如圖7 所示,在廣西區(qū)內(nèi)氫能汽車領(lǐng)域,東風(fēng)柳州汽車有限公司的專利申請量排名第1位,為7件,該公司的專利申請主要涉及能源汽車驅(qū)動氫燃料電池包、氫能汽車能量管理控制方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)等。2022年9月,“東風(fēng)”的乘龍M3氫能源產(chǎn)品交付中國石油化工集團有限公司,標志著廣西首批氫能商用車項目正式落地?!皷|風(fēng)”乘龍憑借領(lǐng)先的第四代氫能源商用車,成為廣西氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有力推手。桂林電子科技大學(xué)的專利申請量排名第2位,為4件。桂林電子科技大學(xué)聯(lián)合了東風(fēng)柳州汽車有限公司、廣西科技大學(xué)進行氫能汽車電池技術(shù)進行攻關(guān)。廣西氫朝能源科技有限公司的專利申請量排名第3 位,為3件,該公司的專利申請主要涉及氫燃料電池的制氫及發(fā)電技術(shù)。
圖7 廣西氫能汽車領(lǐng)域?qū)@暾埲私y(tǒng)計圖(前10位)
通過上述分析可知,近年來在中國大陸申請的氫能汽車相關(guān)專利呈快速增長趨勢,反映出各創(chuàng)新主體在氫能汽車相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)熱情。廣西相對湖北、江蘇、廣東等省份而言,氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平較低,主要體現(xiàn)在以下3 個方面:一是本土龍頭企業(yè)未能發(fā)揮“鏈主”作用。廣西專利申請量排名第1位的東風(fēng)柳州汽車有限公司的專利申請量僅為7 件,與專利申請量為642 件的武漢格羅夫氫能汽車有限公司相比,專利申請量明顯不在一個量級上,可見本土龍頭企業(yè)在氫能汽車領(lǐng)域未能發(fā)揮重大帶動作用。二是未能形成多元互補的區(qū)域發(fā)展布局。柳州市氫能汽車領(lǐng)域的專利申請量明顯領(lǐng)先于其他地市,部分地市在這一領(lǐng)域無專利申請,可見廣西未能依據(jù)各地市優(yōu)勢做到“聚中有散”,實現(xiàn)不同區(qū)域產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)與錯位發(fā)展,打造多地、多元、互補的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。三是產(chǎn)業(yè)整體研發(fā)能力薄弱。從申請主體來看,區(qū)內(nèi)有研發(fā)實力的企業(yè)及高校較少,并且申請量與國內(nèi)龍頭企業(yè)及高校相比差距較大;從專利申請量對比來看,區(qū)內(nèi)專利申請量只占國內(nèi)總量的1.3%,可見廣西在氫能汽車領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)方面研發(fā)實力薄弱,同時反映出廣西存在政策導(dǎo)向驅(qū)動力不足的問題。
針對氫能汽車領(lǐng)域?qū)@治鲋袕V西的不足之處,建議從以下幾個方面加以改善。一是加大力度培育氫能汽車領(lǐng)域的本土龍頭企業(yè),扶持中小企業(yè),引進知名企業(yè)。企業(yè)是創(chuàng)新的主體,一方面要加大對氫能汽車龍頭企業(yè)的扶持力度,引導(dǎo)龍頭企業(yè)發(fā)揮“鏈主”作用,加大中小企業(yè)專項資金的支持力度,同時拓寬其融資渠道,形成多元化投入機制,提高其創(chuàng)新能力及創(chuàng)新活躍度;另一方面要圍繞專業(yè)化和產(chǎn)業(yè)鏈開展招商,引進知名企業(yè),帶動區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。二是謀劃氫能汽車發(fā)展布局。以柳州、南寧為核心,綜合集成資源、技術(shù)、人才、資金等各方面的要素,建設(shè)起跨地區(qū)、牽動能力強、規(guī)?;臍淠芷嚠a(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展體系,形成優(yōu)勢互補、多點開花的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。三是完善政策體系和激勵機制,激發(fā)創(chuàng)新活力。通過政策突破、體系完善等一系列改革創(chuàng)新手段,優(yōu)化氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境,促進技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化效率,提高創(chuàng)新水平,逐步推動廣西氫能汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)高效發(fā)展。
廣西是氫能源大省,工業(yè)基礎(chǔ)較為雄厚,2022 年全區(qū)工業(yè)副產(chǎn)制氫能力約24萬t,目前正處于新舊動能轉(zhuǎn)換、經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵階段。發(fā)展氫能汽車產(chǎn)業(yè)是廣西氫能資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的重要路徑,是助力工業(yè)、交通、能源等領(lǐng)域深度脫碳的重要支撐。本文利用IncoPat平臺專利數(shù)據(jù)研究分析了中國大陸地區(qū)的氫能汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)專利的申請趨勢、專利技術(shù)構(gòu)成、專利地域分布、專利申請人等。研究結(jié)果表明,2013年以來廣西氫能汽車產(chǎn)業(yè)雖然得到了較快發(fā)展,但仍存在本土龍頭企業(yè)在氫能汽車領(lǐng)域創(chuàng)新方面未能發(fā)揮重大帶動作用、未能形成多地多元互補的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局、政策導(dǎo)向驅(qū)動力不足等問題。針對以上不足,本文建議政府加大力度培育氫能汽車領(lǐng)域的本土龍頭企業(yè),扶持中小企業(yè),引進知名企業(yè),謀劃氫能汽車發(fā)展布局,完善政策體系和激勵機制,激發(fā)創(chuàng)新活力,促進廣氫能汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。本文的研究結(jié)果和建議對廣西氫能汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研發(fā)和前瞻布局、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級有著重要的指導(dǎo)意義。