海洋潮汐能領域國際專利競爭態勢分析

編者按：海洋能是一種儲量大、可再生的清潔能源，自上世紀70年代起就受到世界沿海國家的廣泛關注，進入21世紀后，海洋能又被作為重要的替代能源提高到戰略地位。我國海洋能研究利用取得了一定成績，但與國際先進水平仍差距較大。為早日突破技術瓶頸，實現產業化與規模化應用，緩解我國能源緊張狀況，亟須對各類海洋能的技術進展、發展方向進行分析。青島市科學技術信息研究所對國內外海洋能專利進行了深入研究，本專題為部分研究成果。

〔摘要〕為把握國際海洋潮汐能技術的競爭態勢，為我國潮汐能研發和管理工作提供決策支持，本文利用七國兩組織專利數據庫，檢索了917件潮汐能相關國際專利，從專利的數量發展趨勢、國別分布、專利申請人、技術領域等多個角度進行了定量和定性分析。結論：潮流動能是未來發展趨勢，英美兩國是技術領先國家。

〔關鍵詞〕潮汐能；潮流能；專利分析；國際專利

DOI：10.3969／j.issn.1008－0821.2011.09.001

〔中圖分類號〕G306 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008－0821（2011）09－0003－05

收稿日期：2011－07－27

基金項目：本文為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）的部分研究成果。

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 for Tidal Energy Filed

Tan Siming Zhao Xia Jiang Jing Zhang Zhuoqun Qin Honghua Zhu Yanxiong

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

〔Abstract〕In order to explore the competition status of international patent on ocean tidal energy and provide decision support for RD and management in China tidal energy field，917 patent samples on ocean tidal energy was retrieved from the internative patent database.The patent filing trend，national distribution，patent applicant，technology filed were analyzed by the way of quantitative and qualitative analysis.Conclutions:Tidal current energy is the future trend，USand British are the technology leaders.

〔Key words〕tidal energytidal current energypatent analysisinernational patent

海洋潮汐能是儲量大、清潔的可再生能源，其有效利用可以改善沿海國家的能源結構。經過近百年的實踐和探索，世界潮汐能技術與應用取得了突破性的進展。但就全世界而言，其開發利用程度還很低［1］。正確認識當前世界潮汐能技術的專利布局及發展趨勢，對政府決策和企業研究方向的制定、加快我國潮汐能的開發利用具有重要的戰略意義。因此本文對潮汐能國際專利進行了系統分析。

1 潮汐能發電原理與國內外發展現狀潮汐勢能發電是選擇有利的海岸地形，建筑水堤，形成水庫，并在壩中或壩旁建造水力發電廠房，利用潮差來推動水輪機轉動，再由水輪機帶動發電機發電。潮汐勢能發電是海洋能利用中發展最早、規模最大、技術較成熟的一種［2］。

潮流能發電是利用潮汐動能的一種發電方式，海水流動所產生的能量推動水輪機轉動從而帶動發電機發電。潮流能發電裝置的關鍵技術是潮流能獲取裝置［3－4］。

本文所指潮汐能發電包含傳統壩式潮汐勢能發電和潮流動能發電。

2 專利數據采集說明通過IPC分類號、技術關鍵詞，以及重點研究機構、企業、發明人等檢索途徑分類組合，構建多個檢索策略，對美國、日本、英國、德國、法國、瑞士以及歐洲、世界知識產權組織（WIPO）從1974－2010年8月期間公開的專利進行檢索，經過數據清洗后得到917件潮汐能發電專利樣本（含同族）。由于專利從申請到公開整個流程通常需要1～3年的時間，故近年的專利數據僅供參考。檢索策略如下：

（1）（F03B or E02B or F03D or H02P or F03G）/IPC and（tide or tidal or energy or power or turbine or barrage or generat or hydroelectric）/ti，ab，clm

（2）（F03B13/26 or F03B13/12 or E02B9/08）/IPC

（3）排名前10的申請人 and（F03B or E02B or F03D or H02P or F03G）

（4）排名前10的申請人 and（tide or tidal or energy or power or turbine or barrageor generat or hydroelectric）/ti，ab，clm

3 專利分析

3.1 專利總體趨勢分析

圖1顯示，世界海洋潮汐能專利發展經歷了3個階段。

第一階段：1974－1981年，是第一個快速增長期。因國際能源危機，沿海各國紛紛投入大量資金與人力開展潮汐能開發利用研究，這一階段國際專利申請量增長迅速，到1981年達到當年申請31件的高峰值。

第二階段：1982－1997年，是專利申請平穩發展期，專利申請和公開量每年基本變化不大，平均在20件以內，1993年到達低谷，當年申請量僅為6件。文獻資料表明，在1966年法國朗斯潮汐電站建成后，由于對論證中的電站在效益和環境問題上有爭議，因此近幾十年很少有大型潮汐電站建成。各國的潮汐電站建設受阻后，潮流動能研究逐漸興起［5］。

第三階段：1997年之后，為快速增長期。近岸潮汐發電新技術不斷出現，每年的專利申請量和公開量迅速增長。2002－2003年出現增長小高峰，達到61件，2004－2006年短暫回落后，從2007年開始呈現井噴式增長，達到創紀錄的113件，預示著新一輪技術革命的到來。

3.2 專利國別分析［6］

3.2.1 專利公開國（地區／組織）統計

主要國家和國際組織潮汐能發電專利公開情況為：日本最多，有223件，占24%；其次為美國，176件，占19%；世界知識產權組織161件，占18%；英國148件，占16%；歐洲專利局106件，占12%；德國86件，占9%；法國8件，占1%；其他國家合計9件，占1%。

從圖2可看出，日本專利（JP）公開量在上世紀90年代之前占絕對優勢，但后期卻逐漸回落。從2003年開始，英國、美國、世界知識產權組織、歐洲專利局的專利公開量激增，超過日本，成直線上漲態勢。德國專利年公開平均不過5件，落后于美國、英國。

3.2.2 專利申請人國別分析

表1 國際潮汐能發電專利申請人國別統計

表1列出了涉及12個國家的專利申請人的國別統計，從表中數據可以得出，日本申請人在潮汐能專利申請上表現最活躍，共有219件，英國和美國的申請人緊隨其后，分別為175件和168件，表明這3個國家的科研實力較強，這也與專利公開國排序基本吻合。歐盟其他國家的申請人分布比較廣泛，德國72件、挪威34件、愛爾蘭32件、其他61件，其總數達到199件，顯示出這一地區的綜合研發實力較強。亞洲國家除日本外，韓國有12件，新加坡11件，表明東亞沿海國家相對較為重視潮汐能的開發和利用。另外，大洋洲的澳大利亞有31件，研發實力值得關注。

3.2.3 綜合分析

專利公開量比較多的國家或地區往往是專利技術應用價值比較大的潛在市場，而專利申請人活躍的國家或地區才是技術創新的發源地。

從數量上看，日本既是最大的潮汐能專利公開國，也是最大的專利技術來源國，本國發明人的專利申請量（219件）占本國專利公開量（223件）的98%，表明日本有較強的技術實力。但是日本除了在世界知識產權組織申請少量專利保護外，很少在其他國家（地區）申請專利，專利策略較保守。

美國發明人除了在本土申請了大量專利外，還注重在其他國家和地區進行專利布局。同時，其他國家也把美國作為專利技術保護的重要市場。美國自2003年后的專利活動異常活躍，預示著其在新一輪的技術革命中處于領先位置。

英國申請人發明專利量大于其本國專利公開量，表明該國發明人十分重視海外市場的專利申請，尤其在世界知識產權組織和歐洲專利局申請并公開的專利較多。

世界知識產權組織（WIPO）專利在2000年前幾乎每年不超過1件，但2000年后呈井噴增長之勢，顯示各國對世界范圍內的知識產權保護日趨重視。

3.3 主要專利權人分析表2列出了排名前17位的國際潮汐能專利權人情況，德國福伊特西門子水電設備有限公司不僅擁有最多的專利數量，還擁有人數最多的研發團隊和最長的活動年數，其研發能力最強。日本公司的平均專利年齡較長，意味著其專利有效期較短，在技術獨占性上優勢不強。相較而言，歐洲其他公司研發活動年數雖不長，但平均專利年齡都較短，擁有明顯的技術優勢，說明這些國家在近年來加大了研發投入。

表2 國際潮汐能專利主要競爭者綜合比較

研發能力比較指標解釋：A.活動年數：各競爭公司在本研究技術內有專利產出的活動期，可得知各公司投入本技術領域的研發時間；B.發明人數：各競爭公司投入研發的發明人數，評析該公司人才實力與競爭潛力；C.平均專利年齡：將各專利權年齡總和除以專利件數所得之值。平均專利年齡越短，表示該公司享有較長時間的技術獨占性優勢。

3.4 專利技術領域分析3.4.1 IPC分析

以下主要從IPC（國際專利分類號）技術構成進行領域分析，海洋潮汐能專利主要分布在IPC的F（機械工程）、E（固定建筑物）、H（電學）部，而且超過80%的專利屬于F部。

根據IPC小類進行統計，76%的專利分布在F03B（液力機械或液力發動機），E02B（水利工程）占10%。

依據IPC大組進行統計，主要分布于F03B13（潮汐能機組，512件），F03B17（其他機械或發動機，81件），E02B9（潮汐電站，72件），F03B3（潮汐能機械或發動機，43件），F03B11（潮汐能發電相關零部件，23件），其他（88件）。

進一步按照IPC小組進行統計分析，統計結果見表3。可以看出，潮汐能發電設備或機組有188件，占總量的53%；潮流發電裝置有23件，占6%；潮汐發電站有16件，占4%；潮汐能與其他能源組合發電裝置有18件，占5%；潮汐能機械或發動機零部件有30件，占8%。綜上所述，潮汐能發電設備或機組是中國潮汐能領域的研究熱點。

表3 潮汐能專利IPC小組與專利技術對應表

續表3

3.4.2 關鍵詞聚類分析

對全部專利的特征詞進行聚類分析，位于前12位的特征詞統計如表4所示：

表4 國際潮汐能專利特征詞類別統計

由特征詞統計表可看出，圍繞潮流動能、電機、水輪機、能量轉換等與潮流能發電相關的詞聚類程度較大，而與潮汐勢能發電相關的特征詞，如筑壩、管道等，聚類程度較小。近年來，由于傳統潮汐發電因為環境影響等問題在許多國家受阻，人們開始逐漸重視潮流能發電的開發及規劃建設問題。

4 研究結論通過對國際潮汐能專利的分析，并結合當前全球潮汐能利用的發展狀況，得出以下結論。

4.1 潮汐勢能發電技術發展緩慢，潮流動能發電技術正在興起

潮汐勢能發電技術基本上成熟，但至今發展緩慢。主要原因是潮汐大壩對環境和生態的影響。潮流動能發電的實驗研究始于20世紀70年代，目前世界各國已建成的機組多在2008－2010年間投入使用，大多數潮流能電站還在規劃建設和研制過程中。反映在專利上，2007年世界潮汐能利用的專利申請量驟增，是往年平均值的3倍，說明潮汐能新興技術正處于高速發展期，關鍵技術尚未趨于一致，各國都在加緊研發。

4.2 潮汐能開發利用技術專利申請密集區是F03B13潮汐能涉及的相關IPC分類較多，但F03B13、E02B17、E02B9三類就已占到全部專利申請的86%。其中F03B（液力機械或液力發動機）獨占73%，是技術關注的重點領域。

4.3 英國和美國是潮汐能技術實力最強的國家從數據上看，日本的累計專利申請量最多，但其大多申請于20世紀七八十年代，近年增長趨勢不明顯。美國是世界上最早開展潮流發電研究的國家之一；英國是目前世界上潮流能發電技術最先進的國家。美國和英國的專利申請總量位居二、三位，自2005年后增長迅猛。歐洲其他各國累計專利總量與美、英相當，加上這些國家的海洋淺水潮流能資源較為豐富，使得歐盟地區成為又一研發活躍區域。

4.4 潮汐能技術實力最強的專利權人是德國福伊特西門子水電設備有限公司、英國洋流水輪機公司、愛爾蘭歐鵬海德洛集團有限公司等在全球十大著名潮汐能開發利用公司中，上述三公司的專利申請總量占到半壁江山，且專利的申請日期均較新，在近些年的專利活動較為活躍和持續。在十大著名公司中，風車式潮流能水輪機技術主要代表有英國洋流水輪機公司、美國綠色能源公司和德國福伊特西門子水電設備有限公司；空心貫流式水輪機主要代表有愛爾蘭歐鵬海德洛集團有限公司和加拿大CCP公司；導流罩式水輪機主要代表有新加坡亞特蘭蒂斯資源有限公司和英國羅泰克控股有限公司。以上機型均屬水平軸潮流能水輪機，是當今潮汐能利用領域的技術研究熱點［7－9］。

參考文獻

［1］魏青山.國外海洋能發展的經驗及借鑒［EB］.http://www.cpnn.com.cn/bwtj/201009/t20100929-331156.htm，2010-09-30.

［2］謝秋菊，廖小青，盧冰，等.國內外潮汐能利用綜述［J］.水利科技與經濟，2009，（8）:670-671.

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［4］戴軍，單忠德，王西峰，等.潮流發電技術的發展現狀及趨勢［J］.能源技術，2010，31（2）:37-41.

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［6］張云才.各行業專利技術現狀及其發展趨勢報告（2010-2011）［M］.北京：知識產權出版社，2011:40-41.

［7］Voith Hydro-Ocean EnergyTidal Current Power Stations［EB／OL］.http://www.voithhydro.com/vhenpaaocean-energytidal-current-power-stations.htm，2011-01-08.

［8］Openhydro Ltd［EB／OL］.http://www.openhydro.com/home.html，2011-01-08.

［9］Marine Current Turbines［EB／OL］.http://www.marineturbines.com，2011-05-09.