【干货】光热发电领域专利情况调查

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作者：李雪 天津市企兴知识产权管理咨询有限公司

来源：IPRdaily

太阳能光热发电是太阳能利用的重要新技术领域，同等装机规模下，无论是发电效率还是电源的稳定性都比较高。太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。

一、行业背景

太阳能光热发电是太阳能利用的重要新技术领域，同等装机规模下，无论是发电效率还是电源的稳定性都比较高。太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。

1950年，原苏联设计了世界上第一座太阳能塔式电站，建造了一个小型试验装置。70年代，太阳电池价格昂贵，效率较低，相对而言，太阳热发电与光伏发电相比，效率较高，技术比较成熟，因此当时许多工业发达国家都将太阳热发电作为重点，投资兴建了一批试验性太阳能热发电站。从1981~1991年，全世界建造的太阳能热发电站(500kw以上)约有20余座，发电功率最大达80MW。按太阳能采集方式划分，太阳能热发电站主要有塔式、槽式、蝶式和菲涅尔式四类。这些电站基本上都是试验性的，例如，日本按照阳光计划建造的一座1MW塔式电站，一座1MW槽式电站，完成了试验工作后即停止运行。 美国10MW太阳1号塔式电站，进行一段时间试验运行后及时进行技术总结，很快将它改建为太阳1号电站，并于1996年1月投入运行。80年代中期，人们对建成的太阳能热发电站进行技术总结后认为，虽然太阳能热发电在技术上可行，但投资过大(美国太阳1号电站投资为1.42亿美元)，且降低造价十分困难，所以各国都改变了原来的计划，使太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。正当人们怀疑太阳能热发电的时候，美国和以色列联合组成的路兹太阳能热发电国际有限公司，自1980年开始进行太阳热发电技术研究，主要开发槽式太阳能热发电系统，5年后奇迹般地进入商品化阶段。该公司满怀信心，计划到2000年，在加州建成装机容量达800MW槽式太阳能热发电站，发电成本降到5~6分/kwh。遗憾的是，1991年因路兹公司破产而使计划中断。路兹热电站的成功实践表明，不能简单地否定太阳能热发电技术，而应继续进行研究开发，不断完善，使其早日实现商业化。

我国前期在太阳能热发电领域受经费和技术条件的限制，开展的工作比较少。在"六五"期间建立了一套功率为lkw的太阳能塔式热发电模拟装置和一套功率为lkw的平板式太阳能低热发电模拟装置。此外，我国还与美国合作设计并试制成功率为5kw的盘式太阳能发电装置样机。

近期来看，自2009年底全球投运的光热电站装机容量为668.15MW，截至2010年，全球已投入运行的光热装机容量达988.65MW，其中，槽式占94.57%，塔式次之，占4.37%。从国内光热发电来看:近年来，光热发电在中国太阳能发电政策规划中的地位开始显著提升。伴随光热发电在中国能源结构中的战略地位的提升，光热发电行业有望获得更多政策倾斜，随之而来的是光热发电产业化进程加快。

二、光热发电领域专利信息分析

1、在华专利申请趋势

从图1中可以看出，本领域的技术在中国经历了起步阶段（1997至2005）、稳定发展阶段（2006-2008年）和快速发展阶段（2009年至今），由于技术限制，我国光热技术起步虽然很早，但是技术进展非常缓慢，直至2006年我国公布了《中华人民共和国可再生能源法》，对可再生能源做了详细的发展规划，从而刺激了相应领域的参与者进行技术研发或改进，专利申请量稳步上升。

进入十二五后，我国推出的中国《可再生能源发展“十二五”规划》和《太阳能发电发展“十二五”规划》中均对光热发电行业发展做出了部署，要求加大技术开发和装备制造力度，并在具备较好资源和条件的地区积极推动光热发电示范项目建设，《产业结构调整指导目录》也已将光热发电系统制造列人鼓励类范畴，从而进一步刺激了相关领域的技术发展与专利申请，连带国内很多光热发电项目预计于2011年开始实施，但由于资金及场地等原因，很多项目2013年才正式动工，直至2015年才完成建设。导致本领域专利申请在某一阶段（2013年左右）热度下降。如原计划应于2012年8月动工，2014年10月完工的德令哈光热发电项目，终于在2014年7月1日正式动工，预计到2016年9月实现商业化运行。这比原计划将近晚了两年。2015年9月30日，《国家能源局关于组织太阳能热发电示范建设的通知》又引爆了光热产业。一时间业内呈现出一种热火朝天又兵荒马乱的情境。由此可见，本领域技术、资金、建设场地等软硬件要求均很高，同时受国家政策影响波动较大，是典型的政策导向型技术领域，在国家政策持续推进的情况下，本领域仍会在未来一段时间内处于快速发展阶段（2015年专利公开不全，数量仅供参考）

2、专利申请类型

在华专利类型介绍：

发明专利：对产品、方法或者其改进进行保护，经过初步审查和实质审查。一般来说授权时间为3年左右，具有较高的技术价值。（申请号中标示为“1”）

实用新型专利：对产品的形状、构造或者其结合进行保护，只经过初步审查。一般来说授权时间为半年至1年，技术价值一般。（申请号中标示为“2”）

外观设计专利：对产品的形状、图案或者其结合以及色彩与形状、图案的结合所作出的富有美感并适于工业应用的新设计。一般来说授权时间为3个月至半年。（申请号中标示为“3”）

PCT专利：是《专利合作条约》（Patent Cooperation Treaty）的英文缩写，是有关专利的国际条约。根据PCT的规定，专利申请人可以通过PCT途径递交国际专利申请，向多个国家申请专利。由于PCT途径申请专利时间和资金耗费较多，因此一般认为PCT专利具有极高的技术价值和市场价值。（申请号中标示为“8”或“9”）

从图2中我们可以看出，本领域专利类型发明专利居多，表明本领域技术门槛较高，同时还看出PCT发明专利占1%左右，可见本领域的国内市场并未引起国外竞争对手的兴趣，一个原因可能是考虑到跨地域投入与产出比的因素，另一个原因涉及民生用电，目前处于国家管控阶段，对其他发电模式并未给出明确的定论，因此国外企业一般不敢轻易试水，很多是以技术支持的方式与国内企业进行合作。可见就目前的国内光热发电市场来说，主要还是国内企业之间的竞争，但值得注意的是，随着国家政策对光热发电的逐步开放，不排除某一时间点大量国外企业爆发进入中国市场的可能。

3、专利申请省市分布

图3

从图3中我们可以看出，本领域的技术研发集中在经济与教育较为发达的地区，这也符合前面提到的本领域技术与资金要求高这一行业特点。专利申请量最多的是北京，主要依赖于各高校的技术研究与中海阳集团的专利申请。第二名是江苏，江苏是中国光热发电产业聚集地，主要研究CSP太阳能聚光发电技术，2011年中国首家光热发电储能技术研究所就成立在江苏南京，江苏开发性的创业思想也推进了一批企业的发展，如江苏太阳宝新能源公司等。其他优势地区还包括广东、陕西、上海。技术较为集中的地区更容易形成产业联盟化协同发展，从而有利于地区整体的市场运营。

4、国内专利申请重要申请人

这部分我们把专利申请排名靠前的专利申请人进行排序，从中我们可以看出，本领域的行业参与者较多，同时单一参与者拥有的专利数量也很多，如江苏龙头企业-江苏太阳宝新能源有限公司、积极进行项目建设的中海阳能源集团股份有限公司等。在结构中，聚光、集热和储热是光热发电的关键环节，是技术核心和难点所在，这三部分约占总成本的60%。而国内企业从零部件开始切入光热产业链，聚光和集热虽有实验产品，需要进一步研发突破。

5、国外重点国家专利申请趋势

全球光热市场经过了上世纪70年代的研发兴起，80年代的第一批建站建立之后，长期处于停滞阶段。直到2007年，市场开始逐渐复苏。2010~2012年，全球光热发电的装机量快速增长。

在图5中我们选取了美国、欧洲、日本作为国外专利申请重点国家。从图5中我们可以看出，美国和欧洲是本领域的技术密集国家和地区，两个地区的技术快速发展期在2010年之前，因此对于上述两地区来说目前技术已经较为成熟。日本在本领域技术并不发达。截止2014年4月底，全球已投入运行的光热电站约4000MW,大多集中于西班牙（欧洲）与美国;在建约1600MW，主要分布在美国、西班牙、印度、伊朗、中国等国家。可见美国和欧洲在未来一段时间内仍将是本领域技术与产业发展的重要地区。

6、光热发电的专利市场布局

从图6中我们可以看出，目前本领域的专利市场密集地区是美国和欧洲，这也与前面提到的上述地区专利技术密集有一定关系，这些双密集地区不利于其他国家企业的产品出口，一方面是市场相对饱和，另一个原因是有很大的侵权风险。从产品角度来说聚光、集热和储热是光热发电的关键环节，是技术核心和难点所在，这三部分约占总成本的60%。根据测算，在2011~2020年，集热器潜在规模为174亿美元，供应商有以色列Solel和美国SCHOTT；聚光镜的规模为174亿美元，德国Alanod和美国3M技术较为领先；储热系统规模达到306亿美元，由美国Radco垄断，可见美国和欧洲的企业具有非常强的行业技术优势和市场优势，

7、国内专利技术热点分布图

在这里我们具体看一下目前国内企业的专利技术研发方向，从图7中可以看出，集热器，真空管，储能装置，镜面反射装置是我国企业的热门研究方向，这也是前面提到了本领域的核心技术点，一方面说明我国企业技术呈现百花齐放的研究热态，而另一个角度也说明我国企业目前仍未掌握核心技术点，还以技术攻坚为主，与国外企业相比还有较大的技术差距。

三、总结

1）目前我国的光热发电技术处于快速发展阶段，前景较为乐观。

2）我国的光热发电技术政策导向性较强，因此发展中受政策影响会出现波动较大的现象。

3）目前国内的市场竞争海外参与者较少，目前竞争并不激烈，但不排除政策变化导致的海外参与者爆发式涌入的可能性。

4）海外市场以美国和欧洲为主，同时上述两个地区的专利市场和专利技术布局都较为密集，不利于我国企业的产品出口，会有较大的侵权风险。

5）目前核心技术大多掌握在国外企业的手中，国内企业研究热情较高，研究方向较多，但是仍处于技术攻坚阶段，与国外企业技术差距较大。

来源：IPRdaily

作者：李雪 天津市企兴知识产权管理咨询有限公司

编辑：IPRdaily 王梦婷