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  山东大学学报(工学版)  2017, Vol. 47 Issue (6): 143-150  DOI: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.529
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引用本文 

张希华, 卢姗姗, 苏建军. 全球能源互联网关键技术专利发展现状与对策[J]. 山东大学学报(工学版), 2017, 47(6): 143-150. DOI: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.529.
ZHANG Xihua, LU Shanshan, SU Jianjun. Countermeasure and technology patent development ofglobal energy interconnection[J]. Journal of Shandong University (Engineering Science), 2017, 47(6): 143-150. DOI: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.529.

基金项目

国家电网公司科技资助项目(SGSDDK00KJJS1600067)

作者简介

张希华(1965—), 男, 山东平原人, 研究员, 博导, 主要研究方向为知识产权. E-mail:zhangxh@sdu.edu.cn

通讯作者

卢姗姗(1993—), 女, 新疆乌鲁木齐人, 硕士研究生, 主要研究方向为企业管理. E-mail:sdulushanshan@126.com

文章历史

收稿日期:2017-09-21
网络出版时间:2017-11-22 23:13:50
全球能源互联网关键技术专利发展现状与对策
张希华1,2, 卢姗姗1, 苏建军3     
1. 山东大学管理学院, 山东 济南 250100;
2. 全球能源互联网(山东)协同创新中心, 山东 济南 250061;
3. 国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东 济南 250003
摘要:对全球能源互联网主要支撑技术(电源技术、电网技术、储能技术、信息通信技术)四大技术专利发展进行数据分析, 并结合分析结果提出全球能源互联网技术专利发展的中国模式, 即在“一带一路”国家战略下, 以支撑技术为基础, 借助优势产业发展, 依托龙头企业优势, 通过产、学、研、政相结合的方式构建能源互联网的技术专利全球发展。
关键词全球能源互联网    电源技术    电网技术    储能技术    信息通信技术    技术专利    发展模式    
Countermeasure and technology patent development ofglobal energy interconnection
ZHANG Xihua1,2, LU Shanshan1, SU Jianjun3     
1. School of Management, Shandong University, Jinan 250100, Shandong, China;
2. The Center of Global Energy Interconnection Collaborative Innovation (Shandong), Jinan 250061, Shandong, China;
3. Electric Power Research Institute, State Grid Shandong Electric Power Company, Jinan 250003, Shandong, China
Abstract: Combined with the data analysis result for four technical patents development of the global energy interconnection, which was also the main supporting technologies (power supply technology, power grid technology, energy storage technology, information and communication technology), the China model of technology patent development of global energy interconnection was proposed, which was used to construct the global technology patent development of global energy interconnection in "the Belt and Road Initiative", on the basis of supporting technology, with the help of the dominant industries, relying on the advantages of leading enterprises and through the way of industry-university-research-government cooperation.
Key words: global energy interconnection    power supply technology    power grid technology    energy storage technology    information and communication technology    technology patent    development model    
0 引言

随着第三次能源革命的兴起, 清洁能源大规模开发利用成为世界能源发展主流[1]。随着新一轮能源变革的到来, 能源技术、智能技术、信息技术、网络技术不断突破[2]。从国际形势来看, 能源清洁低碳发展已是大势所趋, 能源技术创新进入高度活跃期, 主要大国纷纷制定了面向未来的能源发展战略, 我国也把推动“能源生产和消费革命”作为一项长期战略。基于对中国能源的结构分析与实践探索, 为顺应第三次能源革命发展, 国家电网公司提出了“全球能源互联网”的发展构想[3]。全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架、全球互联的坚强智能电网, 是清洁能源在全球范围大规模开发、输送、使用的基础平台, 实质就是“智能电网+特高压电网+清洁能源”, 智能电网是基础, 特高压电网是关键, 清洁能源是根本[4]。全球能源互联网的提出是中国追求创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念在能源领域的重要体现, 对“一带一路”能源发展合作具有重要意义。全球能源互联网的发展需要多种技术的支持与保障, 电源技术、电网技术、储能技术、信息通信技术是构建全球能源互联网的四大支撑技术。构建全球能源互联网需要在电源、电网、储能和信息通信等领域全面推动技术创新、实现技术突破, 而伴随着四大技术的突破与创新, 技术专利成为有效保护技术创新成果和实现技术专利商业化的重要途径。中国在构建全球能源互联网时, 与各国建立能源领域合作, 铺设全球规模的能源网络, 这个过程中涉及到关键技术使用与推广等情况时, 技术专利是保护先进技术的有效途径。技术专利可以提升技术价值, 保障了先进技术在应用中的使用权。对现有技术成果的保护必然会带动更多的技术创新与技术专利申请。从经济的角度讲, 政府应发挥好技术专利的巨大作用, 确保中国在经济竞争中立于不败之地[5]

专利作为一种特殊的战略资源, 不仅是企业竞争中重要的情报资源[6], 也是国家发展中必不可少的信息资源。大量的专利信息如果不经过整理分析, 便是廉价的信息资源[7]。目前国内外存在多种专利分析工具和分析软件[8], 在不同情境下, 针对不同专利信息, 能够高效、准确展开专利分析工作。专利分析包括诸多细化的步骤或者流程, 简单来说, 专利分析主要是对专利信息的采集、加工与分析[9]。专利信息被视为数据, 可以进行统计分析[10], 特别是针对特定产业, 如新能源、高新技术类产业[11], 专利分析更多地是结合特定产业、商业贸易、法律等信息进行综合运用分析[12]。专利分析方法较多, 可以借助专利地图[13]、技术模型[14]、大数据[15]等开展专利分析, 或者通过对专利数据点、线、面等层次上的分析建立分析体系[16]。全球能源互联网目前还没有建立专利分析体系, 大量的专利数据需要经过整合与筛选才能使用, 所以目前只能通过收集国家知识产权局发布的有关全球能源互联网的技术专利数据, 对其做时间序列的申请与授权情况分析和申请人分布分析, 了解全球能源互联网发展现状并提出发展对策。

1 全球能源互联网技术专利发展概况

现阶段, 全球能源互联网技术主要是电网的构建与发展工作, 其支撑技术涉及电学领域多个部分, 通过收集、筛选国家知识产权局发布的2011—2015年统计年报中全球能源互联网支撑技术专利信息, 对相关技术专利情况进行分析。其中, 对全球能源互联网主要支撑技术专利的申请量、授权量, 申请量与授权量差值做时间发展分析, 对国内外技术专利授权量比较分析等, 分析结果如下[17]:

(1) 如图 1所示, 我国电学领域技术专利申请与授权数量总体为上升趋势, 2014年技术专利数量略下滑, 其余年份逐年增加。差值曲线表示技术专利申请量与授权量之间的差值变化, 可以反映技术专利申请通过的情况。由差值曲线变化可以发现, 2011—2015年技术专利申请呈现数量大、质量不断提高等特点, 与2014年相比, 2015年授权数量出现最高增长速率, 为28%;技术专利数量在2015年出现较大改变, 增长数量大, 推测与2015年国家发布电力领域相关政策和大力发展电力产业有关。我国电学领域技术专利授权数量远远高于国外技术专利授权数量, 且上升趋势迅猛, 数量庞大,如图 2所示。

图 1 2011—2015年电学领域专利情况 Figure 1 Patents in the field of electricity from 2011 to 2015
图 2 2011—2015年电学领域国内外技术专利授权情况 Figure 2 Technical patent authorization in the field of electricityfrom 2011 to 2015

(2) 将电学领域具体到电力发电、变电、配电技术领域, 各部分技术专利情况与电学领域情况大体一致, 总体呈上升趋势。技术专利申请与授权数量逐年上升, 授权数量在2015年达到最高增长速率, 为35%;差值曲线不断增长趋势也表明技术专利申请质量在不断提高(图 3); 相比于国外电力发电、变电、配电技术专利发展, 国内这些领域的技术专利数量远高于国外, 且增长速度远超国外(图 4), 这是国内越来越重视电力行业发展与技术保护的直接体现。

图 3 2011—2015年电力发电、变电、配电技术专利情况 Figure 3 Patents on electric power generation, power transmissionand distribution technology from 2011 to 2015
图 4 2011—2015年电力发电、变电或配电国内外专利授权情况 Figure 4 Technical patent authorization of power generation, power transformation and distribution from 2011 to 2015

通过分析我国电学领域技术专利基本情况可知, 目前电学领域的技术专利发展良好, 依赖支撑技术发展的全球能源互联网技术专利整体也是发展良好。但是, 聚焦在全球能源互联网的四大技术(电源技术、电网技术、储能技术、信息通信技术)的技术专利发展能够更好的表明全球能源互联网技术专利发展现状。

1.1 电源技术专利发展

全球能源互联网以清洁能源为主导, 以电为中心的能源格局决定了电源技术在未来电力发展中至关重要, 电源技术是构建全球能源互联网的动力源泉。电源技术核心在于不断提高清洁能源的开发效率和经济性, 包括风力发电、太阳能发电、海洋能发电及分布式电源技术等。

在国家知识产权局专利检索系统中对电源技术专利检索, 关键词为“电源技术”输出结果为1 646条数据, 其中发明专利的比例为40.17%, 实用新型专利为59.77%, 外观设计专利为0.06%。2007—2016年电源技术专利申请量数据见表 1。由表 1可知, 电源技术专利申请数量基本保持上升趋势, 2011年以后技术专利申请数量一直保持在100件以上; 对筛选出来的数据做技术专利申请人区域分布分析发现, 电源技术专利覆盖多个领域。因为对全球能源互联网的研究重点是其主体国家电网公司, 所以研究全球能源互联网技术专利情况时将国家电网公司以外的专利主体概括为其他主体, 以突出全球能源互联网技术专利主体发展情况。电源技术专利主要申请人区域分布中, 国家电网公司申请专利数量为19件, 在主要技术专利申请人中排在第二位。

表 1 2007—2016年电源技术专利申请量 Table 1 Power supply technology patents from 2007 to 2016
1.2 电网技术专利发展

全球能源互联网以电为中心的配置格局决定了电网技术的重要支撑作用, 需要不断提高电网输送能力、配置能力和经济性, 重点围绕电力系统各环节, 加快智能电网技术全面创新, 主要领域包括特高压输电技术和装备、海底电缆技术、超导输电技术、直流电网技术、微电网技术和大电网运行控制技术等。电网技术的突破是构建全球能源互联网的重要基础。

在国家知识产权局专利检索系统中对电网技术专利检索, 关键词为“电网技术”输出结果为285条数据, 其中发明专利的比例为66.31%, 实用新型专利的比例为33.68%。2007—2016年电网技术专利申请量数据见表 2。由表 2可知, 电网技术起步较晚, 2010年技术专利申请量突破10件, 随后, 电网技术发展迅速, 技术专利申请量加速上升, 电网技术专利在近十年经历了从几乎无到有的突破性发展; 电网技术专利主要申请人区域分布中国家电网公司的技术专利申请量为114(此处将各地国家电网公司数据合并), 在主要申请人中位列第一, 可见国家电网公司在一定程度上推动了电网技术的发展。

表 2 2007—2016年电网技术专利申请量 Table 2 Power grid technology patents from 2007 to 2015
1.3 储能技术专利发展

储能技术是保障清洁能源大规模发展和电网安全经济运行的关键。储能技术是在电力系统中增加电能存储环节, 主要作用是保证电力传输的平衡与稳定, 提高电网运行的安全性、经济性、灵活性。目前, 我国储能技术发展迅速, 储能技术专利保持较快速度增长, 储能技术主要分为物理储能、化学储能、电磁储能[18], 而全球能源互联网运用的储能技术主要是电储能技术。

在国家知识产权局专利检索系统中对储能技术专利检索, 关键词为“储能技术”的输出结果为276条数据, 其中发明专利的比例为66.3%, 实用新型专利为33.7%。2007—2016年储能技术专利申请量见表 3。由表 3可知, 储能技术专利申请量2011年以后每年保持在30件以上, 增长速度比较稳定; 储能技术专利主要申请人区域分布上, 国家电网公司申请量为11件, 位列第二。

表 3 2007—2016年储能技术专利申请量 Table 3 Energy storage technology patents from 2007 to 2016
1.4 信息通信技术专利发展

电网作为构建全球能源互联网的基础平台, 需要依靠信息通信技术实现电网智能化、互动化和大电网运行控制的目标。信息通信技术主要包括信息和通信两方面。信息技术侧重于信息的编码或解码, 是有关信息的收集、识别、提取、变换、存储、传递、处理、检索、检测、分析和利用等技术。通信技术侧重于信息传播的传送技术, 主要包括传输接入、网络交换、移动通信、无线通信、光纤通信、卫星通信、支撑管理、专网通信等技术。信息技术被视为第三次科技革命的重要内容, 也是构建全球能源互联网不可或缺的基础和发展需要。全球能源互联网对信息通信的安全性、实时性、可靠性要求更加严格, 信息通信技术的创新与突破十分重要[19]

在国家知识产权局专利检索系统中对信息通信技术专利检索, 关键词为“信息通信技术”输出结果为66条, 其中发明专利的比例78.79%, 实用新型专利的比例为21.21%。对2007—2016年信息通信技术专利申请量见表 4, 通信技术专利申请量每年波动较大, 增长不稳定; 由信息通信技术专利主要申请人区域分布分析可知, 国家电网公司技术专利申请量为18件, 远超于其他技术专利主要申请人的申请量。

表 4 2007—2016年信息通信技术专利申请量 Table 4 Information and communication technology patents from 2007 to 2016
2 建议 2.1 问题与挑战

全球能源互联网构建工作不断推进, 带动高新技术的不断创新与突破, 技术专利随之迅速发展。我国技术专利发展目前已经进入相对稳定的阶段, 专利布局正在有序开展。但当前技术专利领域还面临着诸多问题与挑战。基于全球能源互联网电源技术、电网技术、储能技术、信息通信技术专利现状分析, 结合我国技术专利发展, 全球能源互联网技术专利发展还存在诸多问题与挑战。

(1) 我国电学领域技术专利数量庞大, 质量有待提升

与国外相比, 我国电学领域技术专利在申请量与授权量上占据绝对优势; 国外电学领域技术专利授权量上升趋势稳定, 基本保持稳定发展, 而我国电学领域技术专利申请与授权量庞大且增长速度快, 处于快速发展时期, 出现重数量轻质量的问题。

(2) 我国全球能源互联网技术专利发展不稳定

通过对我国全球能源互联网四大技术专利发展情况的分析可以发现, 技术专利申请量增长不稳定, 特别是信息通信技术专利申请量随时间波动较大。保障全球能源互联网主要支撑技术的发展很大程度上就是保障能源互联网的推进, 技术专利是保障技术创新的载体, 技术专利平稳发展有利于技术创新, 同时保证专利布局的稳定开展。目前我国全球能源互联网技术专利发展还不平稳。

(3) 我国全球能源互联网技术专利区域来源不平衡

对全球能源互联网四大技术专利主要申请人区域分布进行分析获取技术专利区域来源信息。目前技术专利主要申请机构按属性划分, 主要有企业、科研机构、高校和自然人。其中, 企业是主要来源, 如国家电网公司, 在四大技术专利主要申请人区域分布中均名列前茅, 在电网技术和信息通信技术上更是遥遥领先; 而各科研单位、高校的比例较小。这表明全球能源互联网的技术专利更多来源于企业, 还没有充分利用科研机构、高校的研发创新能力, 技术专利来源区域不平衡。

(4) 我国技术专利管理水平与效率还有待进一步提高

目前, 我国对技术专利数据搜集与整理需要花费大量时间, 如电学领域技术专利数据更新与公布效率低, 虽然技术专利申请量的增长速度不断加快, 但是对于技术专利的数据管理与筛选过程缓慢; 我国相关部门在处理专利数据时缺乏科学快速的方法, 对于已授权的技术专利数据缺少管理。全球能源互联网作为全球性的能源构建计划, 还没有建立服务自己的技术专利管理机构, 在数据收集与整理方面依靠招标外包给其他机构。

(5) 我国全球能源互联网技术专利规章制度发展不完善

我国技术专利的使用还缺少系统性的规章制度, 技术专利市场较为混乱。尤其是在全球能源互联网构建过程中, 涉及跨国与跨洲合作, 频繁地使用技术专利就更加需要一套系统全面的规章制度支撑。全球能源互联网急需建立一套技术专利使用与保护制度。

2.2 技术专利的发展建议

四大支撑技术是我国构建全球能源互联网的重要基石与保障。我国技术专利发展, 不止在申请/授权量和增长率上领先, 也要在技术专利支持、保护、发展方面加大力度。对于全球能源互联网技术专利发展需要从以下几个方面完善:

(1) 加强技术专利保护, 健全中国技术专利发展模式

高新技术的不断创新是技术专利长足发展的前提和基础, 技术专利保护是高新技术发展的法律保障, 加强法律保障力度与广度是推进技术创新的有效途径。我国要发展适合中国国情的技术专利发展模式, 全球能源互联网是建立在我国电网发展基础上, 结合中国优势向国际、洲际发展的伟大工程, 其技术专利发展要密切结合我国优势, 积极吸收和借鉴其他国家的技术专利发展模式中好的经验。

(2) 注重技术专利发展质量, 加强重大核心领域技术专利发展

对于目前我国技术专利发展数量大、质量较低的情况, 要加强技术专利申请质量的把关力度, 设置更加完善与严苛的技术专利审核制度, 技术专利要聚焦于重大领域核心技术的发展。全球能源互联网的主要支撑技术是发展核心, 建立有效机制加强技术专利质量, 把控技术专利使用是十分必要的。

(3) 加强技术专利不同区域合作

技术专利申请主要以能源企业和高校为主, 尤其是企业在实践中直接接触市场, 更容易形成技术成果, 而高校与科研机构更多是在理论层面的创新, 技术专利的转化与使用需要高校、科研机构与企业密切结合。全球能源互联网四大技术的发展还有很大空间, 国家电网公司在技术专利转化与使用中可以与科研机构和高校合作, 进一步推进全球能源互联网技术专利的发展[20]

(4) 发展我国技术专利大数据管理能力

目前我国技术专利管理在水平、意识、技术、制度和开放等方面与现实需求仍旧有相当的差距, 需要积极向发达国家学习技术专利管理、保护经验, 发展我国技术专利管理水平。在大数据时代背景下, 充分利用大数据优势, 建立全球能源互联网在全球的技术专利大数据管理系统, 完善技术专利制度和体系, 利用新兴的大数据技术保护技术专利[21]

(5) 完善技术专利保护与使用的法律制度建设

完善技术专利保护的法律制度建设是国家确立和完善技术专利发展模式的必要条件。技术专利保护制度对建设创新型国家、激励技术创新、加快技术专利成果商业化等方面都具有重要意义, 一方面, 技术专利要订立相关条文制度, 弥补制度上的空缺; 另一方面, 政策制度要继续鼓励创新, 注重提高技术专利质量, 改善技术专利量多质低的局面。技术专利的使用也缺乏法律制度的引导与约束, 合法的技术专利商业化可以提升技术专利的利益。全球能源互联网技术专利发展, 一方面需要不断的技术创新为技术专利发展提供源动力, 另一方面需要对技术专利的使用建立制度约束, 加强技术专利运营, 实现技术专利价值最大化。

(6) 加强国家间合作, 合理引进先进技术

在全球能源互联网技术专利发展过程中, 不可避免地牵扯到国家间技术专利纠纷问题, 我国技术专利制度并不成熟, 在国际合作中可以融入国际立法界、学术界的交流, 学习国际经验, 更好的主动保护自身利益[22]。特别是全球能源互联网下国家合作涉及技术专利的使用需要遵循合理的处理制度; 我国也要引进国外发达国家的先进专利技术, 积极进行消化吸收, 并在此基础上创新我国技术专利。

2.3 中国技术专利发展模式

中国要在全球能源互联网构建过程中遵循一定的发展模式, 高效、稳定的开展中国技术专利海外布局, 推进全球能源互联网的技术推广与应用。结合中国技术专利总体发展概况, 研究中国技术专利发展特点和模式有利于开展全球能源互联网专利工作。

2004—2014年国内职务发明专利申请量按机构类型分布如图 5所示。近几年企业的专利创造主体地位越发巩固, 发明专利授权显著增长。2014年, 国内企业发明专利申请量为48.5万件, 比2013年增长13.6%, 占国内发明专利申请量的60.5%;国内企业发明专利授权量为9.2万件, 比2013年增长了15.7%, 占国内发明专利授权总量的56.5%。2014年发明专利申请量居前10位的国内企业排序如表 5所示。由表 5可知, 企业专利发展迅速, 其中, 国家电网公司遥遥领先, 国家电网公司发明专利申请量为10 091件, 申请量比2013年增长了40.5%[22]。如图 6所示, 按照国民经济行业分类进行统计, 2016年, 中国在沿线国家专利申请量排名前十的产业中, 计算机、通信和其他电子设备制造业是专利申请涉及最多的产业, 专利申请量为1 400件; 通用设备制造业、软件和信息技术服务业、化学原料和化学制品制造业和仪器仪表制造业依次位居第二至五位[23-24]

图 5 2004—2014年国内职务发明专利申请量按机构类型分布 Figure 5 Application amount of service invention patents distributed according to the type of institution from 2004 to 2014
表 5 2014年发明专利申请量居前10位的国内企业 Table 5 Top 10 domestic enterprises for patent applications for invention in 2014
图 6 2016年中国在“一带一路”沿线国家专利申请前十产业 Figure 6 Chinese top 10 industries for patent applications in countries along "the Belt and the Road" in 2016

由此可见, 企业是我国技术专利创造的主要力量与带动者, 中国技术专利的发展一定程度上依赖于企业的发展; 而另一方面, 随着全球一体化的推进, 企业国际化发展速度加快, 尤其是能源、通信技术等新兴领域的龙头企业, 例如国家电网公司。所以, 我国技术专利的海外布局可以依托龙头企业国际化发展, 带动我国技术专利在国外的推广与应用。另外, 国家“一带一路”发展战略的实施很大程度上推动了我国的产业创新, 尤其是新兴产业的发展, 创新则主要表现在技术专利的申请与授权量上。所以, 技术专利的发展与产业创新发展密不可分, 要实现技术专利海外布局的快速发展, 可以借助“一带一路”发展战略的“东风”。

基于中国技术专利发展特点, 我国技术专利发展要与“一带一路”国家发展战略相呼应, 重点发展全球能源互联网电源技术、电网技术、储能技术与信息通信技术, 并通过借力已有优势产业的迅猛发展, 把握龙头企业国际化进程, 高效、稳定地推动全球能源互联网的技术专利发展。

3 结语

本研究基于全球能源互联网构建过程中主要支撑技术——电源技术、电网技术、储能技术、信息通信技术的发展, 首先, 收集、筛选四大技术专利数据并做分析, 总结技术专利发展概况; 其次, 结合我国技术专利发展存在的问题与全球能源互联网技术专利发展的数据分析结果, 对目前我国技术专利发展过程中存在的问题与挑战提出发展建议; 最后, 本研究提出了全球能源互联网技术专利发展的中国模式, 即在“一带一路”国家战略下, 以支撑技术为基础, 借助优势产业发展, 依托龙头企业优势, 通过产、学、研、政相结合方式构建能源互联网的技术专利全球发展。

全球能源互联网为人类提供了更经济、绿色的能源发展基础, 构建全球能源互联网离不开技术的支持与保障, 电源技术、电网技术、储能技术、信息通信技术作为能源互联网的四大支撑技术, 技术专利发展是一项重要内容。全球能源互联网技术专利数量高速增长, 质量不断提升, 但在专利发展过程中面临诸多问题与挑战, 全球能源互联网技术专利发展进程要在完善的制度保障与国家政策支持下持续推进, 特别是中国在“一带一路”国家发展战略下, 借力优势产业、龙头企业带动专利成果应用与推广, 稳步开展技术专利海外布局。

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