【干貨】光熱發(fā)電領域專利情況調查

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作者：李雪 天津市企興知識產權管理咨詢有限公司

來源：IPRdaily

太陽能光熱發(fā)電是太陽能利用的重要新技術領域，同等裝機規(guī)模下，無論是發(fā)電效率還是電源的穩(wěn)定性都比較高。太陽能光熱發(fā)電是指利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供蒸汽，結合傳統汽輪發(fā)電機的工藝，從而達到發(fā)電的目的。采用太陽能光熱發(fā)電技術，避免了昂貴的硅晶光電轉換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。

一、行業(yè)背景

太陽能光熱發(fā)電是太陽能利用的重要新技術領域，同等裝機規(guī)模下，無論是發(fā)電效率還是電源的穩(wěn)定性都比較高。太陽能光熱發(fā)電是指利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供蒸汽，結合傳統汽輪發(fā)電機的工藝，從而達到發(fā)電的目的。采用太陽能光熱發(fā)電技術，避免了昂貴的硅晶光電轉換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。

1950年，原蘇聯設計了世界上第一座太陽能塔式電站，建造了一個小型試驗裝置。70年代，太陽電池價格昂貴，效率較低，相對而言，太陽熱發(fā)電與光伏發(fā)電相比，效率較高，技術比較成熟，因此當時許多工業(yè)發(fā)達國家都將太陽熱發(fā)電作為重點，投資興建了一批試驗性太陽能熱發(fā)電站。從1981~1991年，全世界建造的太陽能熱發(fā)電站(500kw以上)約有20余座，發(fā)電功率最大達80MW。按太陽能采集方式劃分，太陽能熱發(fā)電站主要有塔式、槽式、蝶式和菲涅爾式四類。這些電站基本上都是試驗性的，例如，日本按照陽光計劃建造的一座1MW塔式電站，一座1MW槽式電站，完成了試驗工作后即停止運行。 美國10MW太陽1號塔式電站，進行一段時間試驗運行后及時進行技術總結，很快將它改建為太陽1號電站，并于1996年1月投入運行。80年代中期，人們對建成的太陽能熱發(fā)電站進行技術總結后認為，雖然太陽能熱發(fā)電在技術上可行，但投資過大(美國太陽1號電站投資為1.42億美元)，且降低造價十分困難，所以各國都改變了原來的計劃，使太陽能熱發(fā)電站的建設逐漸冷落下來。正當人們懷疑太陽能熱發(fā)電的時候，美國和以色列聯合組成的路茲太陽能熱發(fā)電國際有限公司，自1980年開始進行太陽熱發(fā)電技術研究，主要開發(fā)槽式太陽能熱發(fā)電系統，5年后奇跡般地進入商品化階段。該公司滿懷信心，計劃到2000年，在加州建成裝機容量達800MW槽式太陽能熱發(fā)電站，發(fā)電成本降到5~6分/kwh。遺憾的是，1991年因路茲公司破產而使計劃中斷。路茲熱電站的成功實踐表明，不能簡單地否定太陽能熱發(fā)電技術，而應繼續(xù)進行研究開發(fā)，不斷完善，使其早日實現商業(yè)化。

我國前期在太陽能熱發(fā)電領域受經費和技術條件的限制，開展的工作比較少。在"六五"期間建立了一套功率為lkw的太陽能塔式熱發(fā)電模擬裝置和一套功率為lkw的平板式太陽能低熱發(fā)電模擬裝置。此外，我國還與美國合作設計并試制成功率為5kw的盤式太陽能發(fā)電裝置樣機。

近期來看，自2009年底全球投運的光熱電站裝機容量為668.15MW，截至2010年，全球已投入運行的光熱裝機容量達988.65MW，其中，槽式占94.57%，塔式次之，占4.37%。從國內光熱發(fā)電來看:近年來，光熱發(fā)電在中國太陽能發(fā)電政策規(guī)劃中的地位開始顯著提升。伴隨光熱發(fā)電在中國能源結構中的戰(zhàn)略地位的提升，光熱發(fā)電行業(yè)有望獲得更多政策傾斜，隨之而來的是光熱發(fā)電產業(yè)化進程加快。

二、光熱發(fā)電領域專利信息分析

1、在華專利申請趨勢

從圖1中可以看出，本領域的技術在中國經歷了起步階段（1997至2005）、穩(wěn)定發(fā)展階段（2006-2008年）和快速發(fā)展階段（2009年至今），由于技術限制，我國光熱技術起步雖然很早，但是技術進展非常緩慢，直至2006年我國公布了《中華人民共和國可再生能源法》，對可再生能源做了詳細的發(fā)展規(guī)劃，從而刺激了相應領域的參與者進行技術研發(fā)或改進，專利申請量穩(wěn)步上升。

進入十二五后，我國推出的中國《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》和《太陽能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中均對光熱發(fā)電行業(yè)發(fā)展做出了部署，要求加大技術開發(fā)和裝備制造力度，并在具備較好資源和條件的地區(qū)積極推動光熱發(fā)電示范項目建設，《產業(yè)結構調整指導目錄》也已將光熱發(fā)電系統制造列人鼓勵類范疇，從而進一步刺激了相關領域的技術發(fā)展與專利申請，連帶國內很多光熱發(fā)電項目預計于2011年開始實施，但由于資金及場地等原因，很多項目2013年才正式動工，直至2015年才完成建設。導致本領域專利申請在某一階段（2013年左右）熱度下降。如原計劃應于2012年8月動工，2014年10月完工的德令哈光熱發(fā)電項目，終于在2014年7月1日正式動工，預計到2016年9月實現商業(yè)化運行。這比原計劃將近晚了兩年。2015年9月30日，《國家能源局關于組織太陽能熱發(fā)電示范建設的通知》又引爆了光熱產業(yè)。一時間業(yè)內呈現出一種熱火朝天又兵荒馬亂的情境。由此可見，本領域技術、資金、建設場地等軟硬件要求均很高，同時受國家政策影響波動較大，是典型的政策導向型技術領域，在國家政策持續(xù)推進的情況下，本領域仍會在未來一段時間內處于快速發(fā)展階段（2015年專利公開不全，數量僅供參考）

2、專利申請類型

在華專利類型介紹：

發(fā)明專利：對產品、方法或者其改進進行保護，經過初步審查和實質審查。一般來說授權時間為3年左右，具有較高的技術價值。（申請?zhí)栔袠耸緸椤?”）

實用新型專利：對產品的形狀、構造或者其結合進行保護，只經過初步審查。一般來說授權時間為半年至1年，技術價值一般。（申請?zhí)栔袠耸緸椤?”）

外觀設計專利：對產品的形狀、圖案或者其結合以及色彩與形狀、圖案的結合所作出的富有美感并適于工業(yè)應用的新設計。一般來說授權時間為3個月至半年。（申請?zhí)栔袠耸緸椤?”）

PCT專利：是《專利合作條約》（Patent Cooperation Treaty）的英文縮寫，是有關專利的國際條約。根據PCT的規(guī)定，專利申請人可以通過PCT途徑遞交國際專利申請，向多個國家申請專利。由于PCT途徑申請專利時間和資金耗費較多，因此一般認為PCT專利具有極高的技術價值和市場價值。（申請?zhí)栔袠耸緸椤?”或“9”）

從圖2中我們可以看出，本領域專利類型發(fā)明專利居多，表明本領域技術門檻較高，同時還看出PCT發(fā)明專利占1%左右，可見本領域的國內市場并未引起國外競爭對手的興趣，一個原因可能是考慮到跨地域投入與產出比的因素，另一個原因涉及民生用電，目前處于國家管控階段，對其他發(fā)電模式并未給出明確的定論，因此國外企業(yè)一般不敢輕易試水，很多是以技術支持的方式與國內企業(yè)進行合作?？梢娋湍壳暗膰鴥裙鉄岚l(fā)電市場來說，主要還是國內企業(yè)之間的競爭，但值得注意的是，隨著國家政策對光熱發(fā)電的逐步開放，不排除某一時間點大量國外企業(yè)爆發(fā)進入中國市場的可能。

3、專利申請省市分布

圖3

從圖3中我們可以看出，本領域的技術研發(fā)集中在經濟與教育較為發(fā)達的地區(qū)，這也符合前面提到的本領域技術與資金要求高這一行業(yè)特點。專利申請量最多的是北京，主要依賴于各高校的技術研究與中海陽集團的專利申請。第二名是江蘇，江蘇是中國光熱發(fā)電產業(yè)聚集地，主要研究CSP太陽能聚光發(fā)電技術，2011年中國首家光熱發(fā)電儲能技術研究所就成立在江蘇南京，江蘇開發(fā)性的創(chuàng)業(yè)思想也推進了一批企業(yè)的發(fā)展，如江蘇太陽寶新能源公司等。其他優(yōu)勢地區(qū)還包括廣東、陜西、上海。技術較為集中的地區(qū)更容易形成產業(yè)聯盟化協同發(fā)展，從而有利于地區(qū)整體的市場運營。

4、國內專利申請重要申請人

這部分我們把專利申請排名靠前的專利申請人進行排序，從中我們可以看出，本領域的行業(yè)參與者較多，同時單一參與者擁有的專利數量也很多，如江蘇龍頭企業(yè)-江蘇太陽寶新能源有限公司、積極進行項目建設的中海陽能源集團股份有限公司等。在結構中，聚光、集熱和儲熱是光熱發(fā)電的關鍵環(huán)節(jié)，是技術核心和難點所在，這三部分約占總成本的60%。而國內企業(yè)從零部件開始切入光熱產業(yè)鏈，聚光和集熱雖有實驗產品，需要進一步研發(fā)突破。

5、國外重點國家專利申請趨勢

全球光熱市場經過了上世紀70年代的研發(fā)興起，80年代的第一批建站建立之后，長期處于停滯階段。直到2007年，市場開始逐漸復蘇。2010~2012年，全球光熱發(fā)電的裝機量快速增長。

在圖5中我們選取了美國、歐洲、日本作為國外專利申請重點國家。從圖5中我們可以看出，美國和歐洲是本領域的技術密集國家和地區(qū)，兩個地區(qū)的技術快速發(fā)展期在2010年之前，因此對于上述兩地區(qū)來說目前技術已經較為成熟。日本在本領域技術并不發(fā)達。截止2014年4月底，全球已投入運行的光熱電站約4000MW,大多集中于西班牙（歐洲）與美國;在建約1600MW，主要分布在美國、西班牙、印度、伊朗、中國等國家?？梢娒绹蜌W洲在未來一段時間內仍將是本領域技術與產業(yè)發(fā)展的重要地區(qū)。

6、光熱發(fā)電的專利市場布局

從圖6中我們可以看出，目前本領域的專利市場密集地區(qū)是美國和歐洲，這也與前面提到的上述地區(qū)專利技術密集有一定關系，這些雙密集地區(qū)不利于其他國家企業(yè)的產品出口，一方面是市場相對飽和，另一個原因是有很大的侵權風險。從產品角度來說聚光、集熱和儲熱是光熱發(fā)電的關鍵環(huán)節(jié)，是技術核心和難點所在，這三部分約占總成本的60%。根據測算，在2011~2020年，集熱器潛在規(guī)模為174億美元，供應商有以色列Solel和美國SCHOTT；聚光鏡的規(guī)模為174億美元，德國Alanod和美國3M技術較為領先；儲熱系統規(guī)模達到306億美元，由美國Radco壟斷，可見美國和歐洲的企業(yè)具有非常強的行業(yè)技術優(yōu)勢和市場優(yōu)勢，

7、國內專利技術熱點分布圖

在這里我們具體看一下目前國內企業(yè)的專利技術研發(fā)方向，從圖7中可以看出，集熱器，真空管，儲能裝置，鏡面反射裝置是我國企業(yè)的熱門研究方向，這也是前面提到了本領域的核心技術點，一方面說明我國企業(yè)技術呈現百花齊放的研究熱態(tài)，而另一個角度也說明我國企業(yè)目前仍未掌握核心技術點，還以技術攻堅為主，與國外企業(yè)相比還有較大的技術差距。

三、總結

1）目前我國的光熱發(fā)電技術處于快速發(fā)展階段，前景較為樂觀。

2）我國的光熱發(fā)電技術政策導向性較強，因此發(fā)展中受政策影響會出現波動較大的現象。

3）目前國內的市場競爭海外參與者較少，目前競爭并不激烈，但不排除政策變化導致的海外參與者爆發(fā)式涌入的可能性。

4）海外市場以美國和歐洲為主，同時上述兩個地區(qū)的專利市場和專利技術布局都較為密集，不利于我國企業(yè)的產品出口，會有較大的侵權風險。

5）目前核心技術大多掌握在國外企業(yè)的手中，國內企業(yè)研究熱情較高，研究方向較多，但是仍處于技術攻堅階段，與國外企業(yè)技術差距較大。

來源：IPRdaily

作者：李雪 天津市企興知識產權管理咨詢有限公司

編輯：IPRdaily 王夢婷