海上風電領域國際專利競爭態勢分析

〔摘要〕本文應用Innography^D○R系統，采用專利地圖技術，從多個角度較全面地剖析了國際海上風電技術專利的狀況與競爭態勢，經過對數據的客觀分析得出了研究結論，并為我國相關企業的技術研發和自主創新提出了相應的專利對策與建議。

〔關鍵詞〕海上風電；國際專利；專利分析；專利地圖

DOI：10.3969／j.issn.1008－0821.2011.09.005

〔中圖分類號〕G306 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008－0821（2011）09－0022－06

收稿日期：2011－07－30

基金項目：本文系青島市知識產權局公共領域科技支撐計劃項目《藍色經濟主導產業之海洋新能源專利分析》（項目編號：09Z-06）部分研究成果。

作者簡介：譚思明（1962－），男，所長，副研究員，碩士生導師，研究方向：專利分析，情報研究，發表論文數篇，出版著作1本。

International Patent Analysis ofCompetitive

Situation in Field of Offshore Wind Power

Tan Siming Zhang Zhuoqun Zhao Xia Zhu Yanxiong Qin Honghua Zhou Wenpeng

（Qingdao Institute of Scientific Technical Information，Qingdao 266003，China）

〔Abstract〕This paper analyzed the international patents comprehensively for the conditions and competitive situation of offshore wind power technology through patented mapping by the tool of Innography^D○R system，gained the objective conclusions after an analysis of data drawn，and gave the suggestions for the relevant enterprises in China for the R D and innovation.

〔Key words〕offshore wind powerinternational patentpatent analysispatent mapping

1 概 述

1.1 海上風電技術概述近十年來，在人類探索新能源的過程中，海上風力發電在經歷了小規模示范和商業化開發后，技術上已日趨成熟，即將步入大規模開發，顯示出巨大的潛力和市場前景。

作為陸上風電的延伸，海上風電具有發電功率更大、年運行時間更長、不占用土地等明顯優點；但同時復雜的海洋環境使其開發難度更高，主要有以下幾點：

（1）對風機可靠性要求更高。離岸距離、海上惡劣天候等因素要求風機易于維護，有更高的可靠性，更多的動態響應、疲勞載荷控制等［1］；同時其功率更大，必須采用變槳變速恒頻控制，要求葉片輕量化、高強度；且因高鹽霧、海浪沖擊等原因，機組在必須符合抗腐蝕等特殊要求。

（2）基礎結構復雜。由于機組體積龐大，底座承受重力載荷大，基礎型式通常要根據海床及環境條件確定。

（3）風電機組運輸和安裝困難。海上風機、基座體積龐大，重達數百噸、上千噸，必須用特殊船舶運到海上，安裝施工也很困難。對此各國都付出了巨大努力。

（4）電力并網傳輸距離長，風場電力設施、電網連接和電力輸送都比陸上復雜得多。

由于存在上述困難，海上風電風險大、成本高，發展一直受到制約。但隨著近年來許多國際大廠商紛紛加入，該技術獲得很大進展，在實踐中積累了很多經驗，不少技術瓶頸有望突破。

1.2 研究目的我國海上風電起步較晚，但發展迅速，上海東海大橋項目掀起了海上風電開發熱潮。但事實上我國風電技術基礎薄弱，海上風能資源測量評估、海上風機國產化剛剛起步，海上風電建設經驗更少，許多問題自己無法解決，目前主要依靠購買國外許可或簽訂合作合同。而國際風電大鱷早已將其技術在全球申請了專利，在我國的專利布局已形成對市場的壟斷之勢，而國內企業在該領域申請的專利則寥寥無幾。

全球海上風電技術成果集中體現于國際專利中，對其進行深入分析，對我國海上風電產業的健康發展意義重大，可幫助企業認清本行業技術發展趨勢、確定技術方向、避免重復開發，有效規避專利侵權風險，在技術貿易合作中保護自身合法權益。本研究在青島市知識產權局的專項資金資助下，力圖對國際海上風電專利總體發展趨勢、全球競爭態勢、重點研發領域和技術熱點、核心專利、主要公司技術特點和專利布局等進行分析并得出相關結論。望對我國海上風電產業的管理者與研發者有所裨益。

1.3 有關說明本研究的專利檢索工具、檢索范圍、分析過程如下。

（1）分析工具：Innography^D○R，語種：英語；

（2）檢索范圍：

①專利數據：歐洲專利局（EP）、世界知識產權組織（WO）、美國、德國、英國、法國、日本等78個國家的專利；

②時間范圍：1978－2010年；

③關鍵詞與檢索策略：

a.（offshore or“off shore”or coastal or sea or ocean or marine）；

b.（turbine or blade or generator）

c.（wind or windfarm or windpark or windmill or windpower or windplant）

d.（“corrosion protect？”or“corrosion resist？”or“corrosion proof”or“anti corrosion”or“corrosion prevent？”）

e.（“direct drive”or“gear less”or gearless or“without gear？”）

f.F03D/IPC

表達式：a*b*c+a*（b+c）*d+a*f

經篩選后得到不含同族專利1 974件，含同族專利5 129件。

2 國際海上風電整體專利分析

2.1 專利申請年度發展趨勢圖1顯示，國際海上風電技術從上世紀90年代初出現，但1997年前專利申請數量很小；從1998－2003年呈逐年大幅上升之勢，這是由于示范項目的啟動，特別是兆瓦級及商業化海上風場的出現，該領域迅速發展，技術創新相當活躍。此階段各國對海上風電過于樂觀，實際上從示范項目開始，技術問題等造成重大損失，其成本不斷攀升，許多項目已難以實施，2004年起行業出現停滯，技術創新明顯減少，專利數量下降；但2007年又大幅恢復增長（因審查程序原因，2009、2010專利數據不完整），主要歸因于英國、德國等國在政策支持下開展了新的項目，壯大了海上風電隊伍。這一階段為商業擴張階段，顯著特點是規模大，通常可達幾百兆瓦。但圖1中同時顯示，WO（世界專利組織）曲線一直呈上升趨勢，未受行業影響，說明各國都充分認識到海上風電的潛力，對重要的創新技術在不懈地實施國際專利保護。

2.3 專利國別分析2.3.1 申請人國別分析

統計各國在海上風電領域擁有專利的數量，可以比較國家間的競爭力，確定技術領先國家及潛在競爭國家。圖3顯示歐美國家幾乎擁有全部專利的90%，占絕對優勢，前3位的德國、美國、丹麥優勢最明顯；此外只有亞洲日本（第5位）、韓國（第10位）有較強的競爭力。全球海上風電產業以歐洲發展最快、技術領先，其次是北美，亞洲正在興起，專利分布狀況反映了該產業格局。

2.3.2 公開國別（組織）分析

專利申請人為壟斷技術和占領市場，將相同專利在不同國家或專利組織申請，形成同族專利。按公開國統計專利數量可揭示專利覆蓋地域及密度，即技術流向與市場布局（圖4）。

美國以16.7%居首，以下是EP（歐洲專利局）、WO、德國、日本、中國、澳大利亞、英國、加拿大、西班牙、挪威等。亞洲占13.4%，日本和中國已成為全球重要市場。

2.4 主要專利權人（競爭者）分析表1為國際海上風電領域主要競爭者、專利數量、專利活動指標與引證數據。

表1 主要競爭者及研發能力指標（前19位）

表1顯示，General Electric Company（GE，美國通用電氣公司）的專利產出、研發人數最多，專利活動年期即研發持續時間較長，但平均專利年齡短，近期專利較多，在較長時間內享有壟斷優勢；專利數量第二的是Vestas Wind Systems A/s（丹麥維斯塔斯風力系統有限公司），作為全球最大、歷史最長的風機制造商，Vestas早在1995年即進入海上風電領域，建造了全球首批海上風電場，因此專利活動年期、平均年齡都最長；另外Siemens（德國西門子公司）專利數量、發明人數都較多，平均專利年齡短，是極具實力的海上風電廠商；其次Suzlon、Abb、Northern States Power等公司專利數量雖不很多，但活動年期及平均年齡都較短，最主要的是研發團隊明顯強于其它公司，顯示它們都有很強的實力與競爭潛力。

從專利引證數據可衡量競爭者專利的價值與質量。表1中的平均專利引證率為0.44（總引證次數／專利總數），技術獨立性平均值為0.1（總自我引證／總引證次數）。Vestas公司專利引證率達3.26，反映出其技術與其它專利的關聯程度很高，別家公司在發展新技術時都要引用他的專利，代表Vestas掌握該領域內基礎、關鍵的技術，研發成果有極大優勢，在海上風電業內處于領導地位；美國Northern States Power公司專利引證率高達3.33，但數量、活動年期只是Vestas的1/7和1/5，因此專利質量雖高，但技術積淀和行業影響力仍不能同Vestas相提并論，是海上風電技術后起之強力競爭者，其次還有瑞典Abb公司。在技術獨立性方面，德國Wobben Aloys數值高達0.3，表征其研發技術路線較為獨立，行業內技術跟隨者相對較少，在技術市場中特色鮮明；GE公司獨立性數值也較高，說明其不僅專利產出量高，同時技發獨立性也很強，此外還有比利時Hansen Transmissions International公司；挪威No sway公司雖然數值高達0.33，但總引證次數只有3次，專利數量也較少，屬于有一定自主技術路線但總體實力尚弱的競爭者。

2.5 IPC技術領域分析F03D09（專用風力發動機）、F03D11（零部件或附件）、F03D01（水平軸風力發動機）、F03D07（風機控制）、F03D03（垂直軸風力發動機）聚集了海上風電絕大多數專利；控制系統是風機設備、零部件之外最重要的技術，以上將是未來海上風電技術發展的重點；兩種風機形式中水平軸風機為主流技術。B63B21/27/35（風電專用船舶）、E02B17/E02D27（承臺、基礎結構）、E04H12（塔架及其架設方法）國際文獻數量、專利訴訟數量指標都相對較高，表明這是國際上基礎研究及專利爭奪的高活躍點（圖5）。

2.6 重點技術專利解析海上風電綜合了多學科技術，是典型的交叉型新興高科技。圖6、表2列出了各項重點技術的專利數量及主要核心專利（依據Innography系統專利強度指數）和主要專利持有者。從中可見，該領域核心專利主要集中于整機、基礎塔架及其安裝、控制技術。

表2 海上風電專利重點技術專利權人

續表2

2.7 主要專利權人技術研發重點與市場布局分析通用電氣：整機、水平軸風機；另外變速控制、風機零部附件也有較多專利；其它研發重點是發電機控制、冷卻系統、控制裝置、風場輸配電。布局重點：美國、歐洲、中國。

維斯塔斯：零部件最多，其次是控制技術、水平軸風機、整機；另一個重點是運輸安裝船舶、起重裝置；其次為電纜安裝、發電機變速控制、配電電路網絡、電流連接器，在多個方面有核心專利。布局重點：美國、歐洲、澳大利亞、丹麥、中國。

阿洛伊斯·沃本：水平軸風機、整機及其離岸安裝、起重設備、風機零部件（葉片、輪轂、預警系統、監測照明裝置）；風機控制；風機間運輸連接；著陸臺。主要市場：歐洲、澳大利亞、加拿大、印度、日本、巴西等。

西門子：專用風機、風機零部附件，其次是機艙，壓力測量、冷卻電源；水平軸風機；風機控制； 配電電路網絡；電機定位；海上運輸與安裝。布局重點：美國、歐洲、中國。

愛羅丁能源系統公司：風機零部附件、電纜鋪設、基礎塔架、控制技術；水平軸風機；防腐蝕；船舶維修。布局重點：德國、美國、澳大利亞、奧地利、丹麥、中國。

蘇司蘭能源公司：風機零部件及附件；風機測量設備；風機控制；發電機轉子定位、功率控制與調節。布局重點：美國、歐洲和其他發展中國家和地區。

LM玻璃纖維有限公司：專利幾乎都是關于葉片及相關技術（碳纖維材料、防雷、升降調節、附加裝置、防結冰裝置、流動表面、海上運輸等）。

ABB：風機控制、直驅變速等；專用風機、風電場分址、配電網絡電路、升壓變壓器等。

3 研究結論、建議與對策

3.1 結 論（1）國際海上風電專利趨勢與產業同步，中間出現短暫下跌，基本呈快速增長，WO專利一直呈上升趨勢；

（2）海上風電技術處于成長期；

（3）德國、美國、丹麥為海上風電技術領先國家；

（4）技術市場格局以美國居首，其次是歐洲，亞洲的日本和中國已成為重要市場。

（5）全球海上風電技術領先公司為GE、Vestas、Wobben Aloys、Siemens、Aerodyne Eng、Suzlon、LM Glasfiber、Abb等。

（6）海上風電專利高度集中于F03D，其次B63B、E02B/E02D、E04H幾項技術是開展基礎研究和專利爭奪的高活躍點；

（7）整機設計制造、聯合發電、深海浮式發電、葉片碳纖維材料、控制技術、直驅式電機、基礎、塔架及其安裝、輸配電與并網、機組防腐蝕等為海上風電重點技術，其中整機、基礎塔架及其安裝、控制技術領域的核心專利最多；

（8）專利權人技術特點與市場布局各有側重。

3.2 建議與對策目前我國海上風電總體自主創新能力較弱，對國內企業發展該技術的知識產權戰略提出以下建議：

（1）在自主研發過程中充分進行行業專利信息調研跟蹤，防止侵權風險；

（2）通過專利了解國際風電技術發展趨勢和各相關技術的發展方向，少走彎路；同時在符合發展潮流但他人尚無涉足的方向加大投入研發力度；

（3）充分研究國外主要廠商技術特點、專利時效、市場布局，為技術引進、合作談判等提供有力幫助；

（4）在與國外合作的同時，根據我國海洋環境條件因地制宜進行技術吸收與再創新；

（5）增強專利布局意識，實施“外圍專利”戰略。充分利用本土優勢，全力圍繞國外核心技術申請眾多外圍專利，以自有專利網覆蓋該技術領域，突破技術壟斷，變被動為主動，形成我國海上風電技術“引進——消化——吸收——創新——產出”的良性循環機制，最終構筑起我國海上風電技術自主知識產權體系。

參考文獻

［1］常州佰騰科技有限公司.海上風力發電專利預警分析.2009.

［2］中國海上風電及大型陸上風電基地面臨的挑戰：實施指南——世界銀行 亞洲可持續發展與替代能源項目.2010.3.