專利視角下中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

中圖分類號：G06 文獻標志碼：A

0 引言

抽水蓄能是構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的重要組成部分，是新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐[1]，對于提升能源安全保障能力有重要意義。抽水蓄能電站通過動能與勢能的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)對電網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[2]，以達到對電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相等目的。近年來，國家出臺了一系列相關(guān)政策與規(guī)劃推動抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2021年9月，國家能源局印發(fā)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，指出在加快能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的新形勢下，抽水蓄能加快發(fā)展勢在必行[3]；2022年1月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》（發(fā)改能源[2022]210號），明確加快推進抽水蓄能電站建設(shè)，實施全國新一輪抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃，推動已納入規(guī)劃、條件成熟的大型抽水蓄能電站開工建設(shè)[4]。隨著政策推動與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，中國在抽水蓄能儲能技術(shù)方面處于領(lǐng)先的地位[5]，抽水蓄能產(chǎn)業(yè)方面的技術(shù)研究已成為熱點。專利是技術(shù)創(chuàng)新的重要信息載體，能直接反映當下研究熱點[。本文旨在從專利視角研究中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，以明晰當前專利申請趨勢與專利技術(shù)分布情況，為中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)專利布局、關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)方向提供科技情報支撐。

1數(shù)據(jù)來源與研究思路

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文選取中國已公開的抽水蓄能相關(guān)專利文獻進行調(diào)查研究，專利數(shù)據(jù)來源北京合享智慧科技有限公司incoPat全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫，專利搜索統(tǒng)計時間為申請日期截至2024年12月31日，采用檢索式（（ ALL= （抽水蓄能））AND（ TI= （抽水蓄能））AND（ AD=[18000101TO 20241231] ），初步獲得2820件專利數(shù)據(jù)，經(jīng)過同族合并、人工篩選、數(shù)據(jù)清理，最終獲得2316件專利文獻數(shù)據(jù)。

1. 2 研究思路

本文基于上述方法檢索得到的專利，從專利數(shù)量趨勢與產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段、專利地域分布與創(chuàng)新資源分布、專利申請機構(gòu)與專利權(quán)人分布、專利技術(shù)生命周期、專利技術(shù)領(lǐng)域分布、專利技術(shù)聚類分析6個角度開展統(tǒng)計、進行分析，以期從專利視角研究中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與未來技術(shù)發(fā)展方向。

2專利申請趨勢

2.1專利數(shù)量趨勢與產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段

圖1顯示了申請專利數(shù)量和授權(quán)專利數(shù)量與時間的關(guān)系，從變化趨勢看，隨著時間的推移，專利申請與授權(quán)數(shù)量整體上呈增長趨勢，由曲線斜率的變化可看出增長速率呈增大趨勢。年度申請數(shù)量整體高于授權(quán)數(shù)量，且數(shù)量差呈增大趨勢，這與專利授權(quán)的時間滯后性及專利公開類型有關(guān)。從中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)專利類型數(shù)據(jù)（見圖2）可看出，2316件專利中，發(fā)明授權(quán)與實用新型類專利共以744件僅占比 32% ，發(fā)明申請類專利以1572件占比 68% ，而一般發(fā)明專利在申請后3＼～18個月公開。這同時表明，目前中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)相關(guān)專利大部分尚在審查過程中。

專利申請量與申請時間的關(guān)系可以揭示產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究活躍程度，折射產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程。圖1顯示，中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)相關(guān)專利申請最早現(xiàn)于1994年，是由株式會社日立制作所申請的“可變速的抽水蓄能式發(fā)電機”。1995—2001年的7年間未見相關(guān)專利申請記錄。2002年，廣東省所屬申請人申請了《一種太陽能抽水蓄能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)》之后，專利申請持續(xù)產(chǎn)出。2002—2008年年度申請量為單位數(shù)，年均申請3.1件。2009—2016年，年度申請為兩位數(shù)，年均申請37.6件。2017年申請量翻番，以146件破百。2017—2021年均申請達147.4件，其中 2021年最高為185件。這表明自從2016年后，專利申請量增長加速。2022年申請量達344件，同比增加 86% ，顯示專利申請量增長快速。

綜上，從年度專利申請量變化情況，可將中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展劃分為3個階段，1994—2008年為發(fā)展萌芽階段。2009—2016年為緩慢發(fā)展階段。2017—2021年為加速發(fā)展階段。2022年以后進入快速發(fā)展階段。

2.2專利地域分布與創(chuàng)新資源分布

專利地域分布情況可以反映地區(qū)專利產(chǎn)業(yè)能力，也是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源分布情況的體現(xiàn)。從申請人所屬省市申請專利的數(shù)量Top10排名（見圖3）情況看，搜集的中國2316件專利中，數(shù)量排名Top10的省市申請專利共1835件，占 79.23% ，其余省市共481件，占20.77% 。這表明Top10省市擁有絕大部分的專利數(shù)量，集中了產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源專利方面優(yōu)勢。排名前十的省市中，北京以780件 33.68% 的占比在專利申請數(shù)量上遙遙領(lǐng)先；湖北、廣東分別以181件 7.82% 的占比、166件 7.17% 的占比依次排名第二、第三。圖4展現(xiàn)了Top10省市專利申請量的變化情況，由圖4可知，10省市年度申請專利數(shù)量整體均呈上升趨勢；曲線變化表明，北京于2012年后在年度申請數(shù)量上增速迅猛，之后一直保持較大數(shù)量優(yōu)勢；湖北、廣東于2021年后在數(shù)量上增長明顯。

地市申請專利數(shù)量排名反映從城市角度反映出地區(qū)專利產(chǎn)業(yè)能力，是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源集中程度、產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新力量的體現(xiàn)。從申請人所屬地市申請專利數(shù)量情況（見圖5）看，2316件專利中，Top10地市申請專利共1652件占 71.33% ，其余省市共644件占28.67% 。北京市以780件 33.68% 的占比排第一；武漢市、杭州市分別以154件 6.65% 的占比、138件5.96% 的占比依次排名第二、第三。數(shù)據(jù)表明，中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)專利在地域上主要集中在省會中心城市；北京市在專利申請量上具有絕對優(yōu)勢，武漢市、杭州市等城市具有一般優(yōu)勢。

2.3專利申請機構(gòu)和專利權(quán)人分布

從專利申請機構(gòu)分布（見圖6）情況來看，搜集的2316件專利主要分布在企業(yè)、學校、個人、科研單位、機關(guān)團體5類機構(gòu)，其中企業(yè)1902件占 82.12% ，學校456件占 19.69% ，個人89件 3.84% ，科研單位86件 3.71% ，機關(guān)團體5件占 0.22% 。數(shù)據(jù)表明，專利絕大部分分布在企業(yè)及學校，說明企業(yè)及學校是專利產(chǎn)出的主要力量，是抽水蓄能產(chǎn)業(yè)專利研發(fā)的主體。值得注意的是，科研單位在專利產(chǎn)出上占比相對較少，說明科研單位有待加強專利產(chǎn)出及創(chuàng)新能力。

圖7所示為中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)專利數(shù)量Top10的第一申請人專利數(shù)據(jù)。從專利權(quán)人分布來看，國家電網(wǎng)有限公司以307件專利的絕對優(yōu)勢排第一；其次為國網(wǎng)新源控股有限公司；國網(wǎng)新源集團有限公司排第三。結(jié)合地區(qū)分布，從專利權(quán)人的地理分布來看，北京、浙江、湖北、四川、黑龍江、廣東等地區(qū)在抽水蓄能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)＠矫婢哂休^強的專利產(chǎn)出能力和行業(yè)影響力。

3 專利技術(shù)分布

3.1專利技術(shù)生命周期

生命周期分析是專利定量分析中最常用的方法之一。對中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)專利申請人數(shù)量與申請量進行綜合分析，得出該產(chǎn)業(yè)專利生命周期（見圖8）。從圖8可以看出，自1994年起即出現(xiàn)該領(lǐng)域技術(shù)申請，1994—2008年為發(fā)展萌芽階段，年均申請量1.53件，年均申請人數(shù)1.33位，研發(fā)主體單一;2009—2016年緩慢發(fā)展階段，年均申請量37.6件，年均申請人數(shù)27位，該技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量、申請人數(shù)量緩慢增加;2017—2021年為加速發(fā)展階段，年均申請量147.4件，年均申請人數(shù)90.8位，表明隨著技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)研究者不斷加速增加；2022年以后年均申請量418.3件，年均申請人數(shù)230.3件，至2024年年底，申請量達448件，申請人數(shù)達254位，從申請規(guī)模上看，專利技術(shù)研發(fā)已經(jīng)穩(wěn)步邁入快速發(fā)展階段。

3.2專利技術(shù)領(lǐng)域分布

技術(shù)領(lǐng)域分布體現(xiàn)了各技術(shù)方向的數(shù)量分布情況，由此可以了解分析對象覆蓋的技術(shù)類別以及各技術(shù)分支的創(chuàng)新熱度。以IPC分類號小類為標準對2316件專利進行統(tǒng)計，選取專利數(shù)量排前10的IPC分類號小類，剩余專利歸為其他，得到從技術(shù)領(lǐng)域分布如圖9所示。根據(jù)《國際專利分類表（2024.01版）》，排名前10位的IPC分類號相對應(yīng)的分類名稱如表1所示。

圖10展示了申請量前十的技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量排名情況。液力機械或液力發(fā)動機領(lǐng)域以472件專利占比 20.38% ，位列技術(shù)領(lǐng)域數(shù)量榜第一；其次，供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)與電能存儲系統(tǒng)領(lǐng)域，共464件項占比 20.03% ，排第二；水利工程領(lǐng)域共428件占比 18.48% ，排第三；專門適用于行政、商業(yè)、金融、管理或監(jiān)督目的的信息和通信技術(shù)和其他類目不包含的專門適用于行政、商業(yè)、金融、管理或監(jiān)督目的的系統(tǒng)或方法領(lǐng)域共333件，占 14.38% ，排第四；電數(shù)字數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域322件，占 13.90% ，排第五。由此可見，全國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)專利主要分布在液力機械或液力發(fā)動機、供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)與電能存儲系統(tǒng)、水利工程三大領(lǐng)域，占 58.9% 。

3.3專利技術(shù)聚類分析

利用incoPat聚類功能對搜集的2316件專利進行聚類分析，設(shè)定聚類層數(shù)為3層、每級聚類主題的個數(shù)為5個。圖11為聚類分析詞云圖，可以看出2316件專利研究的一級主題為抽水蓄能機組、抽水蓄能水電站、抽水蓄能系統(tǒng)、發(fā)電電動機、地下廠房5個方面，表明這5個方面主題是當前中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)專利研究的熱點。聚類分析二級主題填充雷達圖（見圖12）表明，在當前抽水蓄能產(chǎn)業(yè)專利申請中的五大熱點重點方向，排第一的為優(yōu)化調(diào)度，排第二的為抽水蓄能機組，排第三的為抽水蓄能水電站，同時研究發(fā)現(xiàn)發(fā)電電機、調(diào)速系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)也是當前的熱點研究方向。

4結(jié)語

研究表明，中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的專利技術(shù)研發(fā)與申請已進入快速發(fā)展階段，申請人與申請量整體同步加速增加。該產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的專利呈現(xiàn)“北京引領(lǐng)-省會集聚-國央主導-技術(shù)聚焦”的分布特征，北京的專利申請總量與年均申請量在全國遙遙領(lǐng)先；專利在地域上主要集聚在省會中心城市；以國企央企為主要組成部分的企業(yè)是技術(shù)開發(fā)與專利申請的生力軍；專利技術(shù)聚焦液力機械或液力發(fā)動機、供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)與電能存儲系統(tǒng)、水利工程等領(lǐng)域，聚類分布在抽水蓄能機組、抽水蓄能水電站、抽水蓄能系統(tǒng)、發(fā)電電動機、地下廠房等方面。

應(yīng)從抽水蓄能產(chǎn)業(yè)全局出發(fā)，加快促進專利技術(shù)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展。強化專利研發(fā)布局以鞏固技術(shù)優(yōu)勢、保障抽水蓄能技術(shù)需求，繼續(xù)加大對抽水蓄能機組、抽水蓄能水電站、抽水蓄能系統(tǒng)、發(fā)電電動機等核心領(lǐng)域的研發(fā)投人；促成產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈融合發(fā)展、區(qū)域間協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展格局，建立跨區(qū)域合作機制，實現(xiàn)區(qū)域創(chuàng)新資源與全國產(chǎn)業(yè)發(fā)展供需之間的精準匹配；鞏固企業(yè)創(chuàng)新主體地位，充分發(fā)揮國企央企在抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新中的骨干作用，帶動上下游中小企業(yè)協(xié)同發(fā)展；深化產(chǎn)學研合作機制，通過政策引導，激發(fā)科研單位與學校創(chuàng)新活力，加強基礎(chǔ)理論和前沿技術(shù)研究。

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（編輯李春燕）

Research on the development of China’ s pumped storage industry from the perspective of patents

LIN Xiaolong，LUO Zhengjun * （Guizhou Instituteof Scientific and Technical Information，Guiyang 55ooO4，China）

Abstract：Pumped storage is an important component of the modern energysystem and plays a significant role in ensuring energysecurity.Driven bypolicy promotion and industrial development，the technologyof pumped storagehas become a current research hotspot.This paper studiesthe development of China’s pumped storage industry from the perspective of patents，clarifying the current patent application trends and the distribution of patent technologies.The research shows that the patent application and technology research and development of China’s pumped storage industry have entered arapid development stage，with the number of patent applicantsand the volume of appications increasing simultaneously atan accelerated rate.Enterprises mainly composed of state-owned andcentral enterprises arethe main force in technology development and patent application.Pumped storage units，energy storage systems， hydropower stations，generating motors，and speed control systems are the current hotspots of patent research and application.China should strengthen thepatent technology layout of thepumped storage industryand accelerate the integrated development of patent technology and industrial application.

Key words： pumped storage; patent; industrial development