電力系統關鍵領域“卡脖子” 技術評價研究

〔摘 要〕 電力系統技術的發展關乎社會經濟結構優化調整和國家安全的戰略。目前我國電力行業正在快速發展， 但在關鍵領域依然存在技術短板， 亟需突破。為進一步識別、評價電力系統關鍵領域存在的“卡脖子” 技術問題， 本文基于電力系統的特征， 構建關鍵領域“卡脖子” 技術評價體系， 并采用相關二手數據進一步識別和分析具體的“卡脖子” 技術， 為該系統未來技術突破提供方向性指導。

〔關鍵詞〕 電力系統 技術創新 技術突破 技術評價 關鍵領域 “卡脖子” 技術 專利 技術甄別

ＤＯＩ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－９１０Ｘ．２０２４．１１．０１７

〔中圖分類號〕Ｆ４０７. ６； Ｆ０６２. ４ 〔文獻標識碼〕Ａ

引 言

電力系統是國家基礎設施的基石， 它的穩定性和效率對國家經濟持續增長和社會平穩運行至關重要。在全球化和技術創新的浪潮中， 電力系統正迎來前所未有的發展機遇和挑戰。特別是在“十四五” 規劃期間， 中國正處于實現全面小康社會向全面建設社會主義現代化國家轉型的關鍵時期， 能源電力行業的結構性改革也步入了重要階段。這一時期， 電力系統不僅要滿足日益增長的能源需求， 還要應對新能源的融合、智能化管理、環境保護等多重挑戰， 以實現高質量發展和綠色轉型。能源電力企業既是國民經濟發展的關鍵角色， 更是落實“雙碳目標” 的引領者與踐行者。伴隨著我國經濟邁入新常態， 能源電力企業的轉型任務變得更為艱巨， 對于高質量發展的要求也更為凸顯， 其技術創新與核心技術突破迫在眉睫。特別是在新冠肺炎疫情與中美貿易沖突不斷加劇的影響下， 國際經濟環境日益復雜， 電力行業企業面臨著諸多不確定性。其中一個重大挑戰便是電力系統領域核心技術被“卡脖子” 的風險極大加劇， 這也限制了中國電力系統的高質量發展。

盡管近些年來我國電力行業正在高速發展， 但某些領域的核心技術仍存在受制于人的局面， 具有較高的安全風險。“卡脖子” 技術的識別與分析對于促進電力系統產業自主化、推動經濟轉型和高質量發展、提高國際競爭力都具有十分重要的意義。“卡脖子” 技術與一般核心技術有所不同，其具有戰略性意義， 關系到整個產業鏈的安全以及國家科技安全與民生社會穩定［１１］ 。因此突破“卡脖子” 技術問題刻不容緩。如何識別電力系統的核心技術， 實現對自身技術短板的精準認知， 避免在相關領域受到外部制約， 確保產業鏈自主、安全、可控， 已成為我國電力行業現階段實現高質量發展的重要任務。因此， 開展新型電力系統關鍵核心技術和“卡脖子” 技術評價， 建立相應的指標體系并進行精準量化識別十分必要。

根據現有研究的總結來看， 學者們大多運用定性和定量兩種方法對核心技術或者“卡脖子” 技術進行識別分析。由于定量分析具備更強的可操作性， 因此定量分析法更受學者們的關注， 其中最為常用的方法是基于專利數據的指標評價法。專利水平能夠在一定程度上代表一個國家或地區的技術研發及創新能力， 因此本文基于ＩｎｃｏＰａｔ 全球專利數據庫， 以電力行業數據為研究樣本， 從知識產權的視角分析電力行業的“卡脖子” 水平， 衡量電力行業的產業自主化。本文通過調研整理出電力行業各個領域的關鍵詞表， 據此制定檢索式，再依照卡脖子定量識別模型甄別卡脖子技術， 分析得出中國電力行業的“卡脖子” 技術清單， 并提出相應的對策建議。

１ 文獻回顧

學術界對電力系統各方面的評價貫穿了該領域發展的整個歷程， 從早期的電力系統建設到現代的智能化、綠色化轉型， 學術界始終對其進行著持續的關注和深入的分析。在電力系統運營人員的安全職業適應性評估方面， 李森和宋守信（２０１０）［３０］采用一套綜合的評價方法， 這有利于運營人員提升事故預防和應急響應能力， 并顯著增強電力系統運行的安全性。鄧英芝（２０１５）［２９］ 基于環境效率層面， 利用松弛變量的網絡數據包絡分析方法（ＳＢＭ－ＮＤＥＡ）來評價中國電力系統， 對電力系統的環境效率層面進行了深入分析， 為政策制定提供了參考依據。冷亞軍等（２０１９）［２８］ 基于改進熵權法和灰關聯法的黑啟動方案評估模型， 提出了評價電力系統的黑啟動方案， 為電力系統在遇到大規模停電時的安全運行提供了技術支持。李廣凱等（２０１９）［２７］ 使用了Ｇ２ 法與灰色關聯度分析方法（Ｇ２－ＧＲＡ）來評價電力企業的創新競爭力， 為電力企業的科技創新和市場競爭力提供了定量分析。譚雪等（２０２１）［２６］ 通過模糊綜合評價方法來評估電力系統的多維效益， 構建了一套綜合效益評價指標體系， 為電力系統規劃和決策提供了有效的模型工具和分析方法。邱麗君等（２０２３）［２５］基于新型電力系統采用了規劃政策研究、項目歸納分析、調研研討、專家論證等方法研究特定領域科技績效評估的適應性和完備性， 有助于提高科研項目的實施效果和科技創新的整體效益。Ｇｒｉｍａｌｄｉ和Ｃｒｉｃｅｌｌ （２０２０）［１７］ 對過去２０ 年間文獻中提出的關鍵技術指標進行了徹底的梳理， 并將它們按照專利的內在屬性和外在屬性進行了實證分類。然而從以往的文獻來看， 學者們對電力系統中“卡脖子” 技術評價與甄選的研究相對較少。

所謂“卡脖子” 技術， 指的是那些對國家安全和發展至關重要， 但當前尚未被國內所掌握或難以通過正常渠道獲得的核心技術。這些技術不僅具有顯著的戰略意義， 而且在技術供應鏈中占據著舉足輕重的地位。它們往往具有壟斷性， 技術復雜度高， 一旦遭遇國際市場的限制或禁運， 不僅會威脅到相關企業的運營和發展， 更可能對整個國家的經濟安全和產業自主性帶來深遠的影響［１２］ 。技術的擁有方會通過“斷供” 行為以在激烈的市場競爭環境中獲取競爭優勢［１６］ 。也有學者指出“卡脖子” 技術具有戰略性、壟斷性以及復雜性， 即“卡脖子” 技術屬于關鍵核心技術的范疇， 在技術價值鏈上占有極高的位置， 同時在國際上技術來源少， 形成技術壟斷的局面， 一旦被技術供給方制裁， 技術的需求方將難以在短期內取得技術上的突破， 這將會對企業存亡和國家經濟安全產生直接威脅［２］ 。江瑤等（２０２３）［６］ 通過建立關鍵核心技術評價體系， 構建出技術數量與技術質量區位熵指數， 主要從前沿技術性、復雜創新性以及國家戰略性這３ 個方面展開評價進而篩選出“卡脖子” 技術。羅天雨（２０１２）［２２］ 同樣利用核心專利判別方法， 聚焦于風力發電領域， 通過層次分析法構建指標體系， 識別出風力發電領域的核心技術。Ｋｉｍ 等（２０１１）［１４］ 的研究通過結合關聯規則挖掘（ＡＲＭ）和分析網絡過程（ＡＮＰ）， 提出了一種通過分析技術之間的交叉影響來識別核心技術的方法。而Ｆｒｅｅｍａｎ （２００４）［１５］ 側重于技術管理和戰略規劃的應用， 從社會學的角度出發， 分析關鍵技術。楊武和王爽（２０２１）［１９］ 在其研究中， 從特征分析的視角出發， 探討了如何識別核心技術的動態趨勢。他們以光刻技術為例， 通過分析技術特征的演變， 揭示了核心技術的發展路徑和趨勢。黃魯成等（２０２０）［２１］ 的研究則提出了一種基于網絡物理因果影響分析（ＮＰＣＩＡ）的核心技術識別模型， 并將其應用于實際研究中。他們的模型通過分析技術之間的因果關系， 識別了關鍵技術節點， 為技術發展和創新決策提供了支持。

總體來看， “卡脖子” 技術的研究主要聚焦于國內。學者們從多個維度， 包括技術差距、技術軌道、創新生態系統、高科技競爭態勢以及國家戰略等視角， 探討“卡脖子” 技術的相關概念、形成機制、內涵與特性以及解決路徑等方面。

在研究識別卡脖子問題的領域中， 學者們廣泛采用定性分析和定量分析兩種方法。定性分析注重利用專家知識和經驗， 通過問卷調查、德爾菲法等方式來辨識特定領域中存在的“卡脖子”技術。陳勁等（２０２０）［３］ 針對“金字塔” 模型， 構建了一個用于識別“卡脖子” 技術的分析框架。湯志偉等（２０２１）［２］ 基于技術壟斷、攻克難度、價值鏈位置３ 個方面， 并運用問卷調查法進行調查，識別出３５ 項關鍵核心技術。但專家評價的方法在數據收集和分析時會面臨部分指標難以獲取和量化的問題， 使其可操作性受限， 并且可能存在主觀偏差。戚筠等（２０２０）［２０］ 采用了世界網絡理論來分析技術領域中的核心技術， 以石墨烯技術為例， 通過構建技術領域內專利的網絡結構， 利用小世界網絡的特性來識別關鍵技術節點。Ｓｏｎｇ 等（２０１８）［２３］ 采用了專利分析的方法來識別有前景的技術， 通過回顧性特征分析和前瞻性需求分析， 特別關注了異常專利。Ｇｕｏ 等（２０１９）［２４］ 建立了次要任務駕駛的特征評價指標體系， 并通過分析其重要性， 探討了這些指標對駕駛行為的影響。同時， 部分學者開始將機器學習、深度學習等新方法引入到“卡脖子” 技術的識別研究中， 為此領域的研究帶來了新的視角和工具。

定量分析方法主要通過指標體系和模型構建等方法， 其中學者們廣泛采用基于專利數據構建指標體系， 以便識別出存在“卡脖子” 問題的技術從而對技術信息進行深度分析。如董坤等（２０２１）［８］選取山東省區塊鏈產業數據， 構建以專利數量和專利價值度為關鍵指標的技術優勢指數評價體系， 成功識別出３２ 項“卡脖子” 技術。但此方法的識別結果不夠全面。后續學者們如江瑤等（２０２３）［６］ 開始嘗試將識別過程分為兩個階段。首先建立關鍵核心技術評價體系， 接著為篩選出“卡脖子” 技術， 構建技術數量與技術質量區位熵指數?，F階段， 學者們對于“卡脖子” 技術的甄別方法愈加豐富。如曹琨等（２０２３）［１３］ 的研究中， 從技術競爭優勢、技術價值優勢、技術壟斷地位以及自主創新能力４ 個維度， 設計了“卡脖子” 技術識別指標體系， 并運用ＣＲＩＴＩＣ－ＴＯＰＳＩＳ 方法進行賦權，以此構建一套系統的“卡脖子” 技術識別模型，最終識別出數控機床領域３４ 項“卡脖子” 技術。而專利作為科技創新成果的重要表現， 其對“卡脖子” 技術短板識別工作的重要性不言而喻， 因此通過專利視角對“卡脖子” 技術短板進行甄選具有很強的現實意義。

２ 電力行業“卡脖子”關鍵核心技術評價與甄選

２. １ 數據來源與分析

本文利用ＩｎｃｏＰａｔ 專利數據庫作為數據源， 針對全球范圍內的電力技術領域進行專利數據的搜集工作。ＩｎｃｏＰａｔ 是一款集成了專利檢索、分析、管理及應用的全面型專利信息平臺， 被學者們廣泛應用。它涵蓋了全球１００ 多個國家和地區的專利數據， 為用戶提供了一個廣泛的專利信息資源庫。本文從“電工材料” “電網” “自主可控” “儲能技術” “工控” 等方面設計檢索關鍵詞。為了確保研究的針對性和有效性， 本文選擇了發明申請類型的專利， 并限定申請時間為２０１９～２０２３。此外，參考沙銳等［２５］ 的研究方法， 將國際專利分類（ＩＰＣ）號Ｇ、Ｈ 和Ｃ 部作為篩選的重點（占比９４ ７９％）。并選擇專利總數大于１００ 的國家或地區， 最終收集到了５１７２４ 項專利數據。

２. ２ 全球電力行業技術布局態勢

在對電力行業進行全球布局態勢的分析時， 本文采用了多維度的視角， 深入探討了技術流動的各個方面， 包括技術流出、流入以及它們之間的交互作用。全球范圍內， 專利申請人主要來自６１個不同的國家（地區）或組織。然而， 在這６１ 個國家（地區）或組織中， 只有５ 個在發明申請專利數量上超過了１０００ 件， 分別是中國、美國、日本、韓國和歐洲專利局。具體占比情況如表１ 所示。

表１ 的結果顯示， 在全球范圍內， 中國在電力行業的發明申請專利數量占據了壓倒性的領先地位， 其占比高達６１ ４％。這一比例不僅顯示了中國在電力技術領域的研發實力， 也凸顯了中國在全球電力技術創新中的中心地位。美國的發明申請專利數量占比為２０ ０％， 位列第二。盡管美國的占比遠低于中國， 但其在全球電力技術發展中仍然扮演著重要角色。日本以６ ３％的占比位居第三， 韓國的發明申請專利數量占比與日本相近。

相比之下， 剩余５６ 個國家或地區的發明申請專利數量則顯得較為分散， 總和占比僅為４ ５％。這一數據反映出全球電力技術專利申請的分布極不均衡， 少數國家或地區集中了大部分的專利申請， 而大部分國家或地區則在這一領域的影響力相對較小。從技術流入的角度來看， 全球電力行業的專利公開主要集中在美國、歐洲專利局、中國和日本等幾個關鍵國家（地區）或組織， 其專利公開數量均超過了１０００ 件， 顯示出它們在全球電力技術發展中的核心地位。這些國家（地區）或組織不僅擁有強大的研發實力， 而且在技術傳播和推廣方面也發揮著重要作用。然而， 除了這６ 個主要國家（地區）或組織外， 其他國家和地區的專利公開數量則相對較少。

２. ３ 電力系統關鍵核心技術評價

本文遵循綜合性、戰略性、前瞻性的原則，構建電力系統關鍵核心技術的評價指標。借鑒江瑤等（２０２３）［６］ 、Ｐａｒｋ 和Ｙｏｏｎ （２０１４）［７］ 、董坤等（２０２１）［８］ 、楊大飛等（２０２１）［９］ 、李乾瑞等（２０２１）［１０］ 、陳旭等（２０２３）［１８］ 的做法， 本文通過應用指標評估方法， 識別具備戰略安全性、技術先進性以及經濟價值的關鍵核心技術。針對戰略安全性， 選取合享價值度、權利要求數、技術先進性３ 項指標， 反映出該專利處于整個技術體系的核心地位， 能夠促進本國相關技術的全球引領性地位形成。為了衡量技術前沿性， 本文采用了發明人數、引證次數和被引次數３ 個關鍵指標。這些指標能夠顯示電力行業專利技術創新技術的程度。評估這些指標有助于確保專利在該行業中的領先地位和影響力。在經濟價值方面， 技術穩定性和同族專利數量體現了專利技術的可靠性和市場接受度， 顯示出其良好的經濟價值。核心技術識別的指標體系具體參見表２。

為了更為科學地對一級指標， 戰略安全性、前沿技術性、經濟價值性， 以及二級指標賦予權重，本文采用經典的層次分析法（ＡＨＰ）。層次分析法能夠有效地將定性和定量相結合， 是一種較多地運用于各類指標評價的決策分析方法。為此， 本文根據３ 位相關領域專家針對各指標間的相對重要性進行的打分， 建立判斷矩陣。隨后， 根據采集的數據采用ＡＨＰ 相關方法計算出各指標的權重（參見表２）， 其中一級指標權重分配為， 戰略安全性占比０ ５４、技術前沿性占比０ ３０、經濟價值性占比０ １６。從這一指標權重的分配也能看出， 電力系統相關技術的戰略安全性極為關鍵， 這也與此領域在國民經濟和地區安全中的地位密切相關。

進一步， 本文根據以上指標權重， 并結合Ｉｎ?ｃｏＰａｔ 專利數據庫中各項指標的數據， 加總求和得到每項專利最后的總得分。根據總得分排序， 選取前５％為關鍵核心技術。最終本文篩選出２５８６項關鍵核心技術。在關鍵核心技術中各國家（地區）或組織所占比例如表３ 所示。

在電力行業中， 美國擁有１３６６ 條關鍵核心技術專利， 共占據了全球一半以上的關鍵核心技術，位居全球第一。緊隨其后的是中國和日本， 但數量大幅度落后于美國， 關鍵核心技術專利數量分別為３５８ 和３２５， 分別占到全球的１３. ８４％、１２. ５７％。而后， 韓國和澳大利亞的關鍵核心技術數量也均在１００ 以上。由此可初步判斷， 中國在電力行業技術創新方面存在較大的進步空間。