基于專利計量的廣州氫能產業發展研究

汪 婧, 曾惠芬

(廣州市科學技術發展研究中心, 廣東 廣州 510230)

0 引言

氫能作為六大未來產業之一,是未來顛覆性技術變革的重要方向,對經濟社會具有全局帶動和重大引領作用。 2021 年,廣東獲批為中國首批燃料電池汽車示范城市群之一。 廣州作為粵港澳大灣區的氫能產業高地,正全力打造城市群燃料電池汽車創新研發中心和燃料電池汽車示范應用核心區,著力建成全國南部地區氫能樞紐,推動氫能產業可持續、綠色發展,力爭在國際競爭中搶占制勝高地。

國內外學者對于氫能領域的研究熱情一直居高不下。 文獻[1-3]主要針對氫能產業鏈各環節技術進行了梳理和研究,并對未來氫能技術發展趨勢進行了預測和建議;文獻[4-5]基于全球范疇對氫燃料電池技術專利數據進行了計量研究,綜合運用專利計量、技術生命周期等方法;文獻[6]針對我國氫能產業政策情況進行了統計分析,主要利用文獻計量、政策工具與產業鏈的二維分類、主題詞內容分析等方法;文獻[7]基于全球氫能文獻數據,借助多種可視化工具進行了定量和研究主題聚類分析。

利用氫能論文和專利數據進行計量學的現有研究多數集中在致力于提升技術水平方面;關于助推氫能產業發展方面也多為針對政策的分析研究,鮮少有針對全產業鏈的專利計量研究。 鑒于此,本文以廣州氫能產業為研究對象,以全鏈條產業鏈的專利數據為切入點,基于科學計量分析方法和城市網絡分析方法,深入分析廣州氫能產業的發展現狀和特點,梳理發展存在的問題并提出相應對策建議,期望為廣州氫能產業發展提供決策參考。

1 廣州氫能產業發展現狀與特點

由于氫能產業鏈條較長且涉及領域廣泛,為提高專利檢索的準確性和權威性,本文參照國家知識產權局編制的“氫能產業技術分類與國際專利分類IPC 對照及檢索應用”[8],對應修改專利檢索式,利用智慧芽專利檢索平臺,對中國和廣州氫能產業近十年相關專利進行檢索,專利數據如表1 所示。

表1 2013 年-2022 年中國和廣州氫能產業專利數據

表2 2013—2022 年廣州氫能產業專利申請量前十名

1.1 廣州氫能產業發展現狀

近十年,廣州專利申請量逐年穩步上升,由2013年44 項增長到2022 年392 項,增長了近8 倍,如圖1所示。 自2016 年8 月國務院印發《“十三五”國家科技創新規劃》中明確提出“發展氫燃料電池技術”以來,廣州氫能產業專利數量大幅增長。 從總量來看,近十年廣州氫能產業領域專利申請總量合計1 972項,其中發明專利申請量1 475 項、占比75%,高技術含量、高附加值產業特征明顯。 從產業鏈看,廣州在制氫和用氫兩大細分產業領域創新活躍度明顯較高,其年專利申請量占廣州氫能產業專利年申請總量的90%以上,且呈現整體增長趨勢。 廣州在儲氫、運氫加氫兩大細分產業領域創新能力相對偏弱,尤其在運氫加氫領域從2017 年開始專利申請量實現零的突破,逐步探索發展。

圖1 2013—2022 年廣州氫能產業專利申請時間趨勢

1.2 廣州氫能產業發展特點

1.2.1 氫能全產業鏈條均有布局,制氫環節排名全國前列

廣州氫能產業近十年專利總量1 972 項,占全國專利近十年總量的3%,全省排名第一,全國地市排名第七。 專利檢索數據顯示,廣州氫能產業全鏈條都有專利分布,各環節專利量均排名全國前列,基本框架已經搭建成型。 廣州制氫環節近十年專利量968 項,占全國制氫環節近十年專利量的4.2%,全國地市排名第三,廣州制氫10 個三級技術分類中有7 個均排名全國前五。 廣州也積極布局綠氫領域發展,已建成廣州南沙氫電融合智慧能源站項目,實現小規模綠氫儲能融合示范應用。

1.2.2 氫能領域科研優勢突出,基礎研發能力強

基礎研發能力是促進氫能產業進階發展的主要動力,廣州氫能領域科研機構與人才資源匯聚,科研優勢突出。 由院校/科研院所申請的氫能專利數量為1 101 項,超廣州專利申請總量的一半以上;發明專利授權量499 項,占廣州發明授權總量的82%。 華南理工大學申請氫能專利數量和發明專利授權數量分別為437 項和191 項,均占廣州總量20%以上;在氫能產業和各環節專利數量中基本排名第一,數量遙遙領先于其他單位。 依托華南理工大學、廣東工業大學等科研單位,在燃料電池材料、電解制氫等瓶頸問題開展技術攻關,助力廣州建成大灣區氫能研發設計中心。

1.2.3 氫燃料電池汽車發展基礎堅固,構建廣州氫能產業核心競爭力

廣州堅持“制造業立市”,在傳統汽車整車制造及零部件產業領域擁有雄厚的產業基礎,廣州完備的汽車產業鏈能為氫燃料電池汽車發展提供強有力的支撐。 廣州用氫環節1 050 項專利中528 項均與氫燃料汽車相關,其中308 項由公司申請,專利申請數量排名前十的單位中有一半為企業:能創科技(44 項)、廣州汽車(43 項)、摩氫科技(32 項)、雄川氫能(22項)、鴻基創能(15 項)。 鴻基創能是國內首家實現膜電極產業化的企業,打破了外國的壟斷,產品性能和供應能力在國內市場均處于頂尖水平,構建了廣州氫能產業的核心競爭力。

2 廣州氫能產業發展存在問題

2.1 儲運環節相對薄弱,用氫成本居高不下

廣州儲氫和運氫加氫環節專利數量為142 項和77 項,其中發明專利授權量僅37 項和9 項,高技術專利數量少;除固態儲氫領域外,廣州在其他氫儲運領域專利全國地市排名均靠后,且其中部分方向的專利申請量為0,廣州部分關鍵技術存在明顯短板。 現階段,廣州氫源供應較為充足,但是制氫成本仍較高,加之儲運環節“卡脖子”進一步拉升成本,廣州用氫成本居高不下。 儲運環節短板可能成為制約廣州氫能產業發展的主要瓶頸之一。

2.2 高校科研院所與企業專利合作少,科研成果本地轉化少

廣州氫能產業交叉合作申請的專利量僅62 項,僅占廣州氫能專利總量的3%。 華南理工大學擁有交叉合作專利20 項、排名廣州第一,但其與廣州本地企業合作的專利數量僅5 項,大部分都是與佛山企業合作的專利(11 項)。 由院校/科研院所原始申請后發生權力轉移的專利僅16 項;其中,僅有1 項專利源自廣州高校科研成果本地轉化,由廣州大學轉移至廣東鼎誠電子科技有限公司。 廣州氫能產業未能形成協同共生的校企合作生態,高校科研成果轉化率較低,成果本土轉化環境不完善。

2.3 氫能企業專利質量有待提升,創新能力不足

廣州現已匯聚了90 多家氫能企業,其中主要在黃埔區集中約40 家。 廣州氫能企業專利被引次數排名第一的專利被引用21 次,數量遠低于全國氫能企業排名第一被引用138 次;全國氫能專利被引次數排名前十中有3 項由企業申請,而廣州排名前十中沒有企業身影,廣州氫能企業專利技術創新質量和影響力有待提升。 企業專利數量申請第一的為廣東能創(81項),全省排名第三,全國排名僅61 位;排名第二的為廣州汽車(47 項),全省排名第14 位,全國就已排名百強以外,廣州氫能企業創新能力和技術強度存在不足。 現如今,燃料電池的幾個關鍵材料和部件如催化劑、質子交換膜等仍大量依賴進口;廣州雖然在固態儲氫、燃料電池系統、電堆、膜電極等方面雖已初步實現產業化,但其技術和國外也存在較大差距。

2.4 與示范城市群其他城市專利合作較少,創新交流不深入

運用城市網絡分析方法,使用Gephi 分析軟件,挖掘廣州與其他城市氫能合作關聯關系并可視化展示,如圖2 所示。 廣州與國內29 座城市氫能合作專利合計93 項,其中與佛山、東莞、深圳等廣東省內12座城市合作專利53 項,廣州與廣東省燃料電池汽車示范城市群中其他城市專利合作數量較少。 廣州與佛山合作較為緊密,專利合作量12 項排名第一,合作領域主要為燃料電池雙極板、配套管理控制系統等,但未涉及佛山核心優勢領域而廣州產業鏈缺失環節,例如:燃料電池質子交換膜、催化劑等方面的合作;廣州與示范城市群中其他城市也存在協同生態鏈不完善、創新交流合作不深入等問題。

圖2 廣州與其他城市氫能專利關聯關系網絡

3 廣州氫能產業發展對策建議

本文通過科學計量分析方法和城市網絡分析方法研究廣州氫能產業近十年專利數據,發現廣州氫能產業專利申請量逐年穩步上升,具有布局全產業鏈、科研優勢突出、汽車領域基礎堅固等特點,存在氫儲運環節薄弱、校企合作少、企業創新能力待提升、城市群交流不深入等劣勢。 為助力廣州打造南部地區氫能樞紐,促進廣東燃料電池汽車示范城市群發展,本研究提出以下發展展望和建議。

3.1 加強氫能產業自主創新能力,加快解決“卡脖子”難題

圍繞氫能產業重點領域開展“卡脖子”核心技術攻關,加強自主創新能力,加大科技要素投入,促進關鍵領域與新技術路線的突破,加快推動氫能技術創新升級,解決關鍵材料及核心零部件依賴進口問題。 針對最核心催化劑、質子交換膜等關鍵核心部件和材料,挖掘廣州高校較強的研發能力并轉化為實際成果,推動廣州高校成果產業化和產學研用協同開展聯合攻關,解決應用阻礙和“卡脖子”技術難題,實現關鍵零部件廣州本土化研發生產制造。

3.2 聚力推進氫能產業鏈強鏈補鏈,多來源、多途徑破解高價用氫難題

廣州氫儲運環節部分關鍵技術存在短板,而該環節是連接氫氣生產端與需求端的關鍵橋梁,是解決用氫成本的關鍵一環。 成都市《關于促進氫能產業高質量發展的若干意見》政策中強化氫氣儲運扶持,針對氫氣儲存、運輸成本高昂問題,給予氫氣儲存、運輸企業相應補貼。 建議瞄準廣州氫能產業鏈缺失環節和關鍵環節,聚力推進重點項目強鏈補鏈,積極推進運氫和加氫環節材料創新突破,提高儲運效率、降低儲運成本,支持探索多元化的氫能儲運形式。 聚焦高效低成本制氫與跨區域、長距離、低成本氫儲運難題,著力破解“用氫難、用氫貴”難點問題。

3.3 大力支持氫能科技成果本土落地轉移轉化,加快形成新質生產力

科技成果轉移轉化是科學技術最終轉化為現實生產力的重要途徑,能有效推動轉化形成新質生產力,推動廣州氫能產業實現躍升。 圍繞集聚氫能產業鏈創新資源,支持建立由能源生產、裝備制造、交通運輸等行業的企業、科研院所和金融機構等組成氫能產業發展聯盟,暢通科技成果轉化渠道,助力科研端與生產端開展對接合作。 建議加強企業主導的產學研深度融合,強化目標導向,激發創新活力,不斷提高氫能科技成果轉化和產業化水平。

3.4 推進氫能多元化示范應用,助力實現碳達峰碳中和目標

現階段,廣州多為交通領域的氫能示范應用,所頒布政策在具體應用方面也僅支持了加氫站的建設和運營,對其他氫能關鍵應用領域關注不足。 深圳市《關于促進綠色低碳產業高質量發展的若干措施》政策中對氫能分布式發電及備用電源應用的示范項目給予扶持。 建議廣州在有序推進氫能在交通領域的示范應用的同時,拓展氫能多元化應用場景示范,推動氫能在儲能、發電、工業等領域的應用,加強氫能在分布式能源、熱電聯供、備用電源、氫能船舶等方面的探索,助力能源結構優化升級和系統變革,全面挖掘氫能在用能終端的脫碳潛力,助力實現碳達峰碳中和目標。

3.5 加強示范城市群間協作,實現區域產業鏈錯位發展

通過國家燃料電池汽車示范城市群建設,基于產業鏈強化資源共享和優勢互補,建設新型創新聯合體,推動示范城市群內各城市間的相互協作,實現氫能產業集群發展。 建議完善協同創新發展機制,利用不同地方資源稟賦和產業基礎,致力于實現氫能產業鏈高效整合。 基于廣州具有氫源、整車制造、高校科研實力等優勢,致力于將廣州打造成南部地區氫能樞紐,成為大灣區氫能研發設計中心、裝備制造中心、檢驗檢測中心、市場運營中心、國際交流中心。

4 結語

廣州氫能產業發展基礎雄厚,制氫資源稟賦良好,高端領軍人才引進和技術創新初見成效,招商引資和龍頭企業培育成果初顯;產業鏈布局日趨完善,科技創新成效初現,示范應用規模逐步擴大。 廣州正著力建成全國南部地區氫能樞紐,推動氫能產業可持續、綠色發展,力爭在國際競爭中搶占制勝高地。