電力設(shè)備行業(yè)專利布局與技術(shù)發(fā)展趨勢研究

摘 要：在全球能源布局調(diào)整及電力產(chǎn)業(yè)飛速進步的態(tài)勢下，我國電力設(shè)備產(chǎn)業(yè)正面臨空前機遇與挑戰(zhàn)。關(guān)于電力設(shè)備行業(yè)，本研究深入剖析了專利布局與技術(shù)發(fā)展動向，目標在于深入分析行業(yè)創(chuàng)新現(xiàn)狀，并對未來發(fā)展趨勢進行預(yù)測。分析近年電力設(shè)備專利申請與授權(quán)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我們研究后發(fā)現(xiàn)，智能電網(wǎng)、可再生能源發(fā)電設(shè)備以及高效節(jié)能技術(shù)構(gòu)成了當(dāng)前產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的核心領(lǐng)域。同時，我國、美國及歐洲在電力設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的貢獻顯著，數(shù)據(jù)為證。技術(shù)發(fā)展對市場競爭與企業(yè)戰(zhàn)略的關(guān)系備受矚目，針對電力設(shè)備行業(yè)的企業(yè)與政策制定者，賦予極具戰(zhàn)略價值的精辟見解和指導(dǎo)意見。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)備；專利布局；技術(shù)發(fā)展趨勢；智能電網(wǎng)；可再生能源

引言

在全球能源變革及應(yīng)對氣候變局的大形勢下，電力設(shè)備行業(yè)技術(shù)革新，有關(guān)綠色低碳進步，專利布局展示技術(shù)創(chuàng)新動向等，這是衡量一個國家或地區(qū)在全球電力技術(shù)競爭中的核心競爭力的關(guān)鍵標準。探究電力設(shè)備領(lǐng)域?qū)＠季旨凹夹g(shù)演變趨勢，以下幾點預(yù)示了行業(yè)未來發(fā)展變革，面向企業(yè)和政策制定者，提供戰(zhàn)略決策依據(jù)。

一、電力設(shè)備行業(yè)的專利布局現(xiàn)狀

（一）全球視角下的專利申請趨勢

過去十年間，全球電力設(shè)備行業(yè)專利申請呈顯著增長，全球關(guān)注焦點在于提升能源效益、推動智能電網(wǎng)進步及改革可再生能源技術(shù)。依據(jù)世界知識產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）給出的數(shù)據(jù)，自2010年至2020年，電力設(shè)備領(lǐng)域?qū)＠暾埩砍拭黠@上升趨勢，年均增幅趨近5%。智能電網(wǎng)、太陽能及風(fēng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的專利申請增幅尤為明顯。我國、美國與歐洲地區(qū)在專利申請領(lǐng)域均呈現(xiàn)顯著活躍態(tài)勢。根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，以我國為例，2020年，我國電力設(shè)備領(lǐng)域?qū)＠暾埩匡j升至3萬件，智能電網(wǎng)與可再生能源設(shè)備領(lǐng)域中，增長10%的幅度顯得尤為耀眼。

美國凸顯強勁的增長態(tài)勢，美國專利商標局（USPTO）數(shù)據(jù)揭示，同期電力儲存與轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩吭鲩L8%。在歐洲，尤其在電力傳輸與管理技能領(lǐng)域，德國與法國彰顯出精湛的專利布局能力，歐洲專利局（EPO）發(fā)布的調(diào)研結(jié)果顯示，兩國在電力效益及可再生能源專利申請領(lǐng)域居于前端。專利數(shù)據(jù)被視為評估技術(shù)創(chuàng)新及知識產(chǎn)權(quán)保護的核心標準，全球電力設(shè)備行業(yè)技術(shù)發(fā)展動態(tài)得以揭示。全球?qū)δ茉磁c環(huán)保問題的關(guān)注逐步提升，預(yù)測電力設(shè)備領(lǐng)域?qū)＠暾埩繉⒊掷m(xù)增長，尤其在智能電網(wǎng)技術(shù)、電力儲存方案和可再生能源創(chuàng)新方面[1]。

（二）專利布局的地域分布特征

地域分布特性在電力設(shè)備行業(yè)專利布局方面凸顯明顯。例如智能電網(wǎng)、可再生能源發(fā)電設(shè)備及電力存儲技術(shù)三個方面，在我國、美國和歐盟方面，在該領(lǐng)域中的參與程度較高。我國在智能電網(wǎng)及可再生能源設(shè)備專利申請方面全球居首，其專利申請在全球范圍內(nèi)占比突出。根據(jù)世界知識產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）的數(shù)據(jù)分析，我國智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域在過去五年內(nèi)的專利申請數(shù)量，呈現(xiàn)出超過40%的明顯增幅，凸顯了我國在構(gòu)建高效穩(wěn)定電力設(shè)施上的龐大投資與技術(shù)積淀。

我國在風(fēng)能和太陽能領(lǐng)域的專利申請呈強勁增長態(tài)勢，這一舉措與國家倡導(dǎo)的清潔能源發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化戰(zhàn)略完全一致。在電力儲存技術(shù)領(lǐng)域，特別是鋰離子電池與尖端超級電容器領(lǐng)域，美國在全球?qū)＠暾堫I(lǐng)域居于領(lǐng)先地位。在電力儲存技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用方面，部分美國卓越的企業(yè)與研究機構(gòu)發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，為推進可再生能源廣泛運用并確保電網(wǎng)穩(wěn)定運行，必須實施相應(yīng)策略。依據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，過去五年內(nèi)，美國電力儲存領(lǐng)域?qū)＠暾堅隽考s為35%，關(guān)注電力系統(tǒng)靈活性與效率的提升議題。在電力傳輸與分布式發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域中，歐盟凸顯出顯著的創(chuàng)新能力，智能電網(wǎng)的集成與利用方面表現(xiàn)顯著。歐洲各國積極推進電網(wǎng)現(xiàn)代化，同時整合大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電項目，凸顯了其在推進可持續(xù)能源發(fā)展方面的技術(shù)優(yōu)勢。歐盟專利申請資料顯示，電力傳輸效率提升及清潔能源推廣受到廣泛關(guān)注，風(fēng)能與太陽能集成技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠鲩L率已超過30%。

二、技術(shù)發(fā)展趨勢及其對行業(yè)的影響

（一）智能電網(wǎng)技術(shù)的進步

當(dāng)前電力設(shè)備行業(yè)技術(shù)在不斷取得突破，智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展占據(jù)核心地位，電網(wǎng)變革凸顯了從傳統(tǒng)模式向高效、可靠、環(huán)保及用戶友好的重大轉(zhuǎn)變，成為關(guān)鍵發(fā)展趨勢。智能電網(wǎng)巧妙地將信息通信技術(shù)（ICT）、自動化技術(shù)及新能源接入技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了電網(wǎng)的實時監(jiān)控、動態(tài)優(yōu)化、自我修復(fù)及高效運營。關(guān)于智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)突破的研究，分布式發(fā)電與需求側(cè)管理崛起，共同塑造關(guān)鍵發(fā)展趨勢。光伏與風(fēng)能的分布式發(fā)電技術(shù)深度融合成為亮點，能源效益與電網(wǎng)應(yīng)變能力大幅提高。需求側(cè)管理技術(shù)借助智能計量及用戶參與策略來達成，完成了電網(wǎng)負荷的優(yōu)化調(diào)控，因此，電力系統(tǒng)運營成本得以減少，經(jīng)濟性與環(huán)保性在能源消費方面均有顯著優(yōu)化[2]。

智能電網(wǎng)的核心屬性之一為高度自動化與智能化。自動化配電系統(tǒng)（ADS）與高級配電管理系統(tǒng)（ADMS）的優(yōu)化提升，使電網(wǎng)故障檢測、隔離與恢復(fù)流程顯著縮短，電網(wǎng)穩(wěn)定性與服務(wù)水平得到顯著優(yōu)化。運用虛擬電廠（VPP）技術(shù)，對分布式能源資源調(diào)度實施優(yōu)化處理，以達成能源利用效率的提升為目標，電網(wǎng)的靈活性與經(jīng)濟性實現(xiàn)了深度優(yōu)化和提升。智能電網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化獲大數(shù)據(jù)分析及人工智能深度應(yīng)用之助。大規(guī)模電網(wǎng)數(shù)據(jù)深度挖掘與處理，電網(wǎng)運營企業(yè)擁有精確預(yù)測電力需求與發(fā)電實力的技能，提升電網(wǎng)管控精度和運營策略效益。例如，經(jīng)過優(yōu)化的人工智能負載預(yù)測模塊，預(yù)測電力需求波動精準度較高，為電力調(diào)度及能源交易提供科學(xué)依據(jù)。

（二）可再生能源發(fā)電設(shè)備的創(chuàng)新

先進的可再生能源發(fā)電設(shè)備技術(shù)。近年來，科技躍進與環(huán)保意識日益提高，推動我國相應(yīng)領(lǐng)域收獲顯著成效，目前，全球能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展焦點已轉(zhuǎn)移至該領(lǐng)域。這些創(chuàng)新不僅涵蓋了對傳統(tǒng)太陽能、風(fēng)能等設(shè)備效能的優(yōu)化技術(shù)，還涵蓋創(chuàng)新能源獲取技術(shù)的探索與研發(fā)，例如，潮汐、海浪及生物質(zhì)等能源。光伏領(lǐng)域的發(fā)展歷程中，太陽能利用從單晶硅過渡到多晶硅技術(shù)，關(guān)于薄膜太陽能電池技術(shù)發(fā)展的探討，目前，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)太陽能電池為最先進的技術(shù)。鈣鈦礦電池憑借卓越的能量轉(zhuǎn)換效率（超過20%）和低生產(chǎn)成本，吸引了眾多關(guān)注。

風(fēng)能領(lǐng)域技術(shù)迭代成效突出。當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計在效能與穩(wěn)定性方面取得了明顯突破，通過增加葉片長度及優(yōu)化葉片設(shè)計來實現(xiàn)性能提升，低風(fēng)速環(huán)境下保持高效發(fā)電能力。此外，創(chuàng)新突破推動浮動風(fēng)電技術(shù)投入使用，特別是在深海領(lǐng)域，其應(yīng)用潛力巨大。海洋能源領(lǐng)域，潮流及波浪兩種類型能源備受矚目，當(dāng)前開發(fā)階段尚屬初步階段，然而，其巨大的能源轉(zhuǎn)換效率潛力，使其將成為未來可再生能源領(lǐng)域的關(guān)鍵補充。采用海洋自然運動相關(guān)技術(shù)進行能源產(chǎn)出，其較大的能量密度帶來顯著優(yōu)勢。

生物質(zhì)能技藝將農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)剩余物轉(zhuǎn)化為能源，這種方法在減少廢物產(chǎn)生方面取得了顯著成效，還實行了一種可持續(xù)的能源政策。生物質(zhì)能技術(shù)在現(xiàn)代社會的主要運用范疇包括生物質(zhì)氣化和生物質(zhì)發(fā)酵兩大方面，這些技術(shù)具備高效地將生物質(zhì)變?yōu)樯锶剂系哪芰?，例如，生物乙醇與生物柴油這兩種制品。

三、電力設(shè)備行業(yè)的競爭格局變化

（一）技術(shù)創(chuàng)新對企業(yè)競爭力的影響

在電力設(shè)備行業(yè)中，技術(shù)創(chuàng)新對企業(yè)競爭力提升具有至關(guān)重要的影響。鑒于全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與電力系統(tǒng)智能化發(fā)展的緊迫性需求，核心技術(shù)與持續(xù)創(chuàng)新能力成為電力設(shè)備企業(yè)脫穎而出的關(guān)鍵要素。產(chǎn)品性能的優(yōu)化與提升是技術(shù)創(chuàng)新的核心所在，三個方面的重要性須高度重視，它們對成本控制、市場反應(yīng)速度及新市場拓展能力產(chǎn)生直接作用。從成本管理視角，技術(shù)創(chuàng)新顯著提升生產(chǎn)效能，并降低制造費用。例如，尖端材料與制造工藝助力高效光伏電池發(fā)展，脫穎而出的成果，成功大幅提升了轉(zhuǎn)換效能，在生產(chǎn)成本上，與傳統(tǒng)的硅基電池相比，新型產(chǎn)品成本減少了近40%。這樣的成本優(yōu)勢使企業(yè)能以較高性價比定價推出產(chǎn)品，催生市場關(guān)注的熱點[3]。

科技創(chuàng)新加速了市場響應(yīng)時效，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，使企業(yè)能迅速將新產(chǎn)品投放市場，以應(yīng)對市場變化。例如，智能電網(wǎng)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展使得相關(guān)設(shè)備及解決方案的替換周期顯著加快，企業(yè)實施高效迭代策略以推進研發(fā)進程，快速響應(yīng)市場對新技術(shù)與功能的需求，為確保競爭優(yōu)勢，穩(wěn)固地位，務(wù)必如此。科技創(chuàng)新對企業(yè)市場領(lǐng)域的拓展具有顯著作用，尤其在開拓新型市場這塊領(lǐng)域。全球?qū)η鍧嵞茉醇爸悄茈娋W(wǎng)解決方案的需求持續(xù)上升，前沿科技企業(yè)得以進駐這些新興領(lǐng)域，區(qū)別于傳統(tǒng)能源設(shè)備制造商，實現(xiàn)競爭策略的獨特性。全球智能電網(wǎng)市場據(jù)預(yù)測，在2020年的約400億美元基礎(chǔ)上將有所增長，預(yù)計到2025年，年銷售額將達到800億美元，年均增長速度為15%。擁有核心智能電網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)有望在市場快速發(fā)展中取得顯著利潤。

（二）行業(yè)競爭格局的演變

行業(yè)競爭格局的演變乃持續(xù)更新的動態(tài)現(xiàn)象，受技術(shù)革新、消費需求、政策背景等多重因素驅(qū)動。電力設(shè)備領(lǐng)域此類現(xiàn)象尤為顯著，新技術(shù)應(yīng)用及可再生能源飛躍發(fā)展，行業(yè)競爭格局已發(fā)生翻天覆地的變化。部分企業(yè)依托研發(fā)高性能電力設(shè)備的競爭力，躋身市場前沿，脫穎而出，榮膺行業(yè)領(lǐng)軍地位。例如，某些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)致力于研制高效光伏模塊與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，未能緊跟技術(shù)創(chuàng)新步伐的企業(yè)，在能源轉(zhuǎn)換效率方面存在提升空間，面臨市場份額下降風(fēng)險與成功拓展市場份額的企業(yè)相比，顯得格外鮮明。市場集中度的分布狀況已經(jīng)變化。科技進步助力產(chǎn)業(yè)融合，具備充足研發(fā)資本實力的企業(yè)則運用并購或戰(zhàn)略合作等手段，推動了行業(yè)內(nèi)資源的優(yōu)化組合，自身市場競爭力得以鞏固并逐步攀升。

四、對未來電力設(shè)備技術(shù)發(fā)展的展望

（一）面向未來的技術(shù)趨勢

未來電力設(shè)備行業(yè)的發(fā)展關(guān)鍵在于提升能源轉(zhuǎn)換效率、實現(xiàn)智能管理、運用環(huán)保材料及優(yōu)化系統(tǒng)級創(chuàng)新。這些走向為能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展指明了路徑，這促使企業(yè)關(guān)注研發(fā)與市場布局的核心點。首要談及的是高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，涵蓋高效光伏組件、風(fēng)力發(fā)電機氣動優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域，高效能的能量儲備機制。智能化管理技術(shù)當(dāng)下被視為關(guān)鍵發(fā)展領(lǐng)域之一，它主要依托物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)分析及人工智能（AI）等科技方法，實施電力系統(tǒng)實時監(jiān)控、預(yù)測與優(yōu)化管理職責(zé)。電力系統(tǒng)運行效率由此得到提升，相關(guān)成果得以實現(xiàn)，可謂至關(guān)重要，降低維護成本之際，增強系統(tǒng)穩(wěn)定與防護。在電池與光伏組件領(lǐng)域，充分利用環(huán)保友好型材料，新型材料研發(fā)，作為未來電力設(shè)備技術(shù)進步的重要支柱，將是這個領(lǐng)域的關(guān)鍵所在[4]。

例如，新型太陽能電池如鈣鈦礦型及固態(tài)鋰電池等，其能量密度更大，使用壽命也更悠久，將環(huán)境影響降至最低限度是生產(chǎn)過程的關(guān)鍵任務(wù)。這些創(chuàng)新材料將逐漸在商務(wù)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，不斷推動清潔能源成本降低和效能提升。系統(tǒng)創(chuàng)新優(yōu)化涵蓋微電網(wǎng)技術(shù)提升及電力系統(tǒng)全局優(yōu)化設(shè)計兩大層面，未來電力設(shè)備領(lǐng)域的重要發(fā)展走向具有重大意義。針對電力系統(tǒng)的設(shè)計與運行策略展開優(yōu)化處理，高效整合多元可再生能源資產(chǎn)，提升系統(tǒng)適應(yīng)性與穩(wěn)定性。作為一種關(guān)鍵核心技術(shù)，它在推動分布式發(fā)電及提高能源利用率方面具有顯著作用。

（二）技術(shù)創(chuàng)新對行業(yè)的長遠影響

電力設(shè)備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新具有舉足輕重的地位，此舉助力行業(yè)不斷向前發(fā)展，全球能源高效利用及環(huán)境保護獲得顯著推動。運用高效光伏組件、改良風(fēng)力發(fā)電機構(gòu)造及高性能能源儲存設(shè)備，預(yù)計能源轉(zhuǎn)換效率將大幅度提高，以實現(xiàn)能源利用率的提升。運用前沿的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與人工智能算法，智能化管理助電力系統(tǒng)運行效能與穩(wěn)定性大幅提升。電網(wǎng)運行效能與響應(yīng)速度顯著提高，能源損耗問題得以減輕。采用環(huán)保型材料將顯著減少電力設(shè)備對環(huán)境的破壞。新型太陽能電池與高效固態(tài)電池科技、能源儲存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域取得了顯著突破，生產(chǎn)流程中環(huán)境污染程度得以降低。

結(jié)語

電力設(shè)備領(lǐng)域進步受創(chuàng)新驅(qū)動，這種驅(qū)動力表現(xiàn)在多個層面，這為全球能源高效利用及環(huán)境保護奠定堅實基礎(chǔ)。運用高效能源轉(zhuǎn)換、智能化管理、環(huán)保材料應(yīng)用及系統(tǒng)級創(chuàng)新手段，根據(jù)當(dāng)前預(yù)測，我們將提升收益水平，至2030年，我國能源轉(zhuǎn)換效率預(yù)計將取得明顯提升，減少對化石燃料的依賴以降低能源損耗。這些進展充分展示了電力設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)潛能，這為全球可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)奠定了堅實基礎(chǔ)，科技創(chuàng)新在推動社會發(fā)展和環(huán)保方面具有舉足輕重的地位。

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