基于专利视角的电力储能领域发展态势与对策

陈锦攀，刘 俏，裘 钢

（1广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080；2索意互动（北京）信息技术有限公司，北京 100038）

随着能源互联网发展，电力储能技术越来越重要，它是电网运行过程中“采发输变配用储”等各大环节的重要组成部分。当各环节引入储能后，有效实现需求侧管理、消除昼夜间峰谷差、平滑负荷、有效利用电力设备、降低成本，更能促进可再生能源应用，也可成为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段[1-2]。

根据中关村储能产业技术联盟《储能产业研究白皮书2017（摘要版）》[3]获悉，2016年，全球新增投运的电化学储能项目主要采用锂离子电池、钠硫电池和铅蓄电池等储能技术，三种技术的新增装机规模共占全部新增项目装机规模的99%以上，其中，锂离子电池的装机规模最大，比重为85%。所有储能技术中，钠硫电池的新增投运规模的同比增速最大，为2400%，其次是铅蓄电池，同比增速为563%。从全球新增投运的电化学储能项目的应用分布来看，2016年辅助服务领域的新增装机规模最大，为282.7 MW，比重为44%。可再生能源并网、辅助服务和分布式发电及微网领域等各个应用领域中，分布式发电及微网领域新增投运规模的同比增速最大，为698%，其次是可再生能源并网领域，同比增速为656%。随着电力储能技术发展和各领域大规模应用，储能电池、储能控制、储能系统集成、储能管理运营等的储能领域相关技术起到非常重要的作用，储能技术竞争日趋激烈。

专利信息是自主创新成果的重要载体，它能够反映某一技术领域创新发展的现状和历程，专利竞争情报已成为开展科技情报的重要来源[4-5]。经过检索，先后有学者对储能技术及细分领域专利分析进行研究，利用专利工具，对储能技术申请量、技术、申请人、分类号等等维度分析，揭示储能技术发展趋势、竞争态势、研究热点、区域分布等现状，以指导政府、企业等战略决策、产业化发展和技术研发参考，可以说开了专利信息分析在储能领域应用的先河[6-10]。

本文基于专利视角，利用先进的语义专利检索系统Patentics[11],对电力储能领域专利的申请量、同族、PCT、地域、申请人、申请人与国际分类分布等单一维度或多维度进行分析，揭示电力储能领域研发与专利布局特点，全面客观展现电力储能领域研发态势和专利竞争态势，为我国政府、企业、科研院所等在储能领域的研发决策、产业化布局等方面提供战略参考。

1 数据来源

通过Patentics语义专利检索系统，检索日期范围为2018年11月17日的中国申请库①中国申请是指在中国境内申请的中国和外国专利申请的中国申请，利用检索式(a/(储能 or 储能系统) and a/(电网 or 微网 or 微电网 or 电力 or 电站 or 发电 or 输电 or 配电 or 变电 or 用电 or 供电) andnot a/(车 or 耳机 or纱 or 交通 or 船 or 鞋 or 医 or 药 or 心脏 or 旗 or飞机 or 航模 or 玩具 or 车辆 or 自行车 or 电梯 or锁 or 鱼) and APD/20171118-20181117) 合并 (r/储能 and ctop/1000 and APD/20171118-20181117)获得近一年初始数据②利用Patentics 语义检索技术（r/）与布尔逻辑主题检索(a/)结合进行检索，通过合并获得查全率与查准率均较为理想的分析数据。经过去重，分组，标引等步骤③利用Patentics 系统和人工处理结合的方式进行去重和标引，获得可分析数据，筛选出可分析“储能领域”近一年专利数量1319篇。然后，将该数据与2017年11月18日④2017年11月18日为上一次检索时间，为了滚动分析，采用该日期为近一年数据的检索起始日期分析数据8931篇合并，获得可分析数据10250篇。

表1 检索信息表Table1 Retrieval information

2 研究结论与分析可视化

2.1 储能领域技术进入成熟期，开启大规模转化应用

图1 申请量历年分布图Fig.1 The distribution of the patent applications number

图2 生命周期图Fig.2 The diagram of life cycle

截止2018年11月17日，储能领域专利中国申请总量共10250篇。见图1，自中国专利元年1985年开始有专利申请，至今已有33年时间，可分为四个发展阶段：1985—2002年技术萌芽期；2003—2009年技术缓慢发展期；2010—2016年技术爆发期；2017年出现首次下跌，开始显现向技术成熟阶段发展的趋势⑤根据发明专利申请人会提前申请公开的一般情况，假设2017年申请专利在检索日前就已全部公开。

由图2生命周期图[12]可知，2016年出现拐点，自2017年开始申请人和申请量首次出现回落。结合申请量趋势，参考技术创新规律[13]，与2017年趋势判断相比，可以推断，储能技术领域经过2010年至2016年的技术爆发，2017年开始出现向技术成熟阶段发展的趋势，也正式利用成熟技术进行产品开发或系统应用的起始阶段。

2.2 全球竞争态势形成，中美是未来储能领域竞争焦点

截止2018年11月18日，中国具有同族的专利2979项，在18个国家或地区布局了专利329项，占同族专利11.1%，其中在美国布局最多79项，占比21.12%，见图3。

图3 中国在其他国家或地区申请专利地理分布图Fig.3 Hegeographical distribution map of patents applied by China in other countries or regions

图4 其他国家或地区在中国申请专利比例图Fig.4 Roportion of patent application in China by other countries or regions

图5 PCT 进入中国专利申请量趋势Fig.5 Tendency of PCT patent application in China

全球24个国家或地区在中国布局329项专利，占比3.21%，其中布局最多的是美国，在中国布局119项，占比36.28%，见图4。

PCT进入中国专利2014年高峰，自2015年开始，PCT进入中国专利开始减少。

全球其他国家或地区在中国专利布局，自2013年申请45项达到顶峰后呈现下降趋势，见图6。

图6 国外历年在中国申请趋势Fig.6 Trends of overseas patent applications in China

图7 中美两国互相布局趋势比较图Fig.7 The comparison of trends in the mutual distribution between China and the United States

美国自1993年在中国布局开始，自2012年16项达到顶峰，2013年也开始呈现下降趋势。自2014年，中国在美国布局专利申请量开始高于美国在中国布局，且呈现出申请量比美国高的发展趋势，见图7。

2.3 国内竞争态势激烈，国家电网领跑，南方电网紧跟

截至2018年11月18日，标准化申请人[14]为3151个，较2017多354个，申请人在不断增加，竞争态势激烈，见图8。

专利申请量方面[14]，国家电网遥遥领先，南方电网、中国科学院、华北电力大学、清华大学等单位紧跟其后，但与国家电网差距较大。见图9和图10。

申请专利的专利度和特征度方面[14]，中国科学院质量最高，企业和高校较低，见图11；申请专利被引度方面[14]，中国科学院、清华大学等知名研究机构最高，企业较低，见图12。

图8 申请总量和标准化申请人分布Fig.8 Total number of applications and distribution of standardized applicants

图9 2018年前10 标准化申请人分布图Fig.9 Distribution of top 10 standardized applicants before 2018

图10 申请量排名前10 位申请人分布比较图Fig.10 Distribution comparison chart of top 10 applicants

专利布局领域，国家电网在H02J、H02M、G06Q影响力较高15，中国科学院在H01M影响力较高。见表2和图13。

近年来受诸多因素影响，国家电网专利申请量已出现放缓迹象，见图14。

然而随着国家储能发展政策推出和储能技术发展及大规模应用[16]，中国南方电网、中国科学院等单位结合自身发展战略，积极参与电力储能领域研究中来，不断扩大研究投入，申请量呈现逆势增长的趋势，见图15。

图11 申请量排名前5 的主要申请人专利度、特征度分布Fig.11 Distribution of patent degree and characteristic degree of major applicants in the top 5

图12 申请量排名前5的主要申请人专利被引Fig.12 Patent citation of the top five applicants

图13 申请量排名前5 的主要申请人与主要国际分类布局气泡图Fig.13 Bubble charts of the top 5 applicants and major international classifications

表2 主要申请人与主要国际分类布局分布Table 2 Distribution of major applicants and major international classifications

图14 申请量排名前5 的主要申请人历年申请分布Fig.14 Distribution of major applicants in the top 5 of the application number over the years

图15 较上一年增速曲线及多项式拟合曲线Fig.15 The growth curve and polynomial fitting curve of the previous year

3 策略建议

3.1 专利战略先行，制定研发路径

目前，全球专利数据已超过1亿条，从大数据角度来看，如此巨量专利信息足已覆盖方方面面，需要充分利用“专利大数据”，避免重复研发浪费资源。提前做好布局，聚焦我们的研发方向和研发重点，使研发更有价值，并具有潜在转移转化的可能。

根据技术发展阶段的预判，在成熟技术产品开发或系统应用的趋势下，应做好专利分析、挖掘和布局，考虑产业定位、研发成本和自身优势，结合经济与政策等因素影响，制定属于各机构自身的储能技术研发战略，是为当务之急。

3.2 根据储能市场和自身战略，合理布局国内与国际市场

抓住国际在国内布局相对较少的时机做好国内专利布局，紧跟竞争对手做好专利预警与挖掘，国内市场占据一席之地，形成竞争壁垒。开拓海外市场，特别是美国，充分利用美国专利信息，做好美国专利布局研究，紧跟竞争对手，做好专利预警与专利挖掘。根据储能市场和自身能源战略，适当考虑海外其他国家或地区专利布局。

3.3 聚焦各自优势形成技术竞争壁垒，掌握话语权

各研究机构根据自身条件，做好技术布局，优势领域要扩大投资全面布局，劣势领域要减少投入，至于关键领域要聚焦核心技术，集中突破，占领制高点。针对未来热点领域，要重点关注，提前布局，通过引进人才、合作研发等形成竞争壁垒，掌握储能市场主导权。

4 未来展望

基于专利视角，揭示了储能领域发展态势、国际布局和国内布局等状况，提出专利战略先行，制定研发路径；根据储能市场和自身战略，考虑合理布局国内与国际市场；聚焦各自优势形成技术竞争壁垒，掌握话语权等建设性研发和专利策略。

接下来，为了进一步深入理解储能领域全貌，继续揭示储能领域未来研究热点、研究机构竞争态势等方面，提出具体的专利和研发建议，指导科学决策。