基于专利分析的LNG领域技术创新策略探讨

赵耀,李训周,战庭军,丁慧,王廷勇

(青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司,山东 青岛 266101)

液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)船舶是一种能够运输液化天然气并且能够用液化天然气作为动力来源的船舶。随着全球变暖话题的持续高涨,温室气体污染问题受到全球公众的普遍重视,为应对全球气候变化,大力推动清洁能源技术的向前发展已成为必然趋势。液化天然气具有高氢碳比、高热值、低价格的特性,被公认为是地球上最干净的化石能源,在“双碳”目标实现过程中,LNG贸易正成为全球能源市场的新热点[1]。目前LNG运输主要采用公路运输、管道运输、铁路运输和船舶运输4种方式,其中公路运输、管道运输和铁路运输限制在相邻的国家和地区之间,对于一些跨洋国家之间或海上天然气开采的LNG运输,只能通过船舶运输的方式[2-4]。由此可见,LNG船舶的发展对于国家海洋经济的增长和能源经济的发展具有十分重要的作用。

LNG船舶的发展有赖于船舶企业的技术创新,随着技术创新成为引领发展的第一动力,创新已经成为当今时代的主题,并且极大地推动了社会生产力的进步和发展[5]。特别是二十一世纪以来,计算机技术的蓬勃发展也促进了各行各业的技术创新,信息和知识逐步取代劳动力资本成为企业生存发展的重要资源。企业也越来越意识到创新对于自身生存与发展的重要性,纷纷将主要精力投入到技术创新上来[6-8]。LNG领域内的船舶企业作为技术密集型产业,也不断寻求技术的创新以持续提高核心竞争力。但是盲目地、没有规划地创新会导致产品的技术过剩,在市场上也难以获得最佳的经济效益。所以LNG领域内的船舶企业在进行技术创新前,应该确立科学的技术创新策略。

随着知识产权强国战略工作的不断深入,专利对于激励、保护创新的意义愈发凸显,越来越多的企业开始注重专利权,并将其作为技术创新的关键手段和重要保障。专利是指受到专利法保护的发明创造,即专利技术。企业不仅可以从专利中获得技术信息,还可以明晰技术竞争者、寻找技术合作者[9-11]。可以说,专利已经成为企业制定技术创新策略、发展技术和保障技术竞争力的重要手段和有力措施。因此,本文采用专利分析方法,探究LNG船舶领域的技术发展情况,为我国LNG船舶领域的企业提供技术情报,并且对LNG船舶领域内的技术研发热点进行识别,以帮助企业明确技术研发方向,也为其制定技术创新战略奠定正确且坚实的基础。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

本文以全球性专利数据库智慧芽(Patsnap)作为数据来源,辅以其它非专利文献资料。在检索方法上,梳理LNG船舶关键技术,确定技术关键词为“船+LNG”,采用查表法和归纳法确定技术分支的IPC分类号为“B63、F17、F16、F02、F01”,为减少噪音专利文献,以“关键词+分类号”的检索方法采集专利数据集后,再通过数据清洗和人工去噪,检索时间至2022年12月31日,获得LNG船舶领域内的中国专利申请数量总计1 745件。

1.2 研究方法

在本研究工作中,重点采取了以下研究方法:针对LNG船舶技术专利申请趋势、专利权人区域分布及技术热点申请趋势分析研判LNG船舶技术的发展方向,预测未来的研发热点,了解专利申请的密集点和空白点,找出核心技术分支及重点专利;主要专利权人解析专利申请技术分布,有利于掌握该技术领域内的竞争对手及其主要技术策略与布局;技术生命周期分析评估当前技术所处的发展阶段,用来判断是否需要进入当前技术领域。

2 结果分析

2.1 LNG船舶专利技术年度申请趋势

图1描述了LNG船舶技术领域全国专利的年度申请趋势。LNG船舶领域的技术发展可以分为3个阶段:2006年之前为初始阶段,船舶的发展历史悠久,但LNG船舶相较于其他一般船舶而言,发展历史较短,因此这一时期专利申请量较低;第二阶段是2006～2010年,随着全球科学技术的不断进步,与LNG船舶相关的技术也得到同步发展,此阶段LNG船舶领域的专利开始缓慢增长;第三阶段是技术快速发展期(2010～2020年),LNG 船舶领域内的专利申请数量急剧上升,该领域内相关技术呈现迅猛发展态势。一方面,由于全球科学技术的快速发展,电子计算机、互联网等相关技术开始在LNG船舶上应用[12-13]。另一方面,中国作为后发大国,开始在LNG船舶等领域发力,各大企业、高校以及研究机构都坚持不懈地进行研发。此外,在全球环境问题日益凸显和国际燃油价格持续上涨等多种因素叠加下,导致全球LNG船舶需求大幅提升[14-15]。因此,国内对于LNG船舶技术的研发热情高涨,2011～2020年这一时期的专利申请量急速增长,LNG船舶产业进入高速发展期。而2020年后专利申请量有所下降,推测LNG船舶技术进入技术成熟期,但需要注意的是,由于专利从申请到公开有较长时间的滞后期,因此近两年的数据仅供参考。

图1 LNG船舶领域全国专利申请年度趋势

2.2 LNG船舶技术区域分布分析

2.2.1 专利权人区域分布

一个地区在某领域的专利申请量可以从一定水平上反映出该地区技术的创新能力和市场竞争力,专利申请数量越多的地区,意味着其在相关技术领域的需求或创新能力越大。通过分析LNG船舶领域内专利在全国的分布情况,企业可以更加清晰地了解各个地区的技术发展情况,进而针对性地实施技术借鉴、升级和布局。图2是LNG船舶领域全国专利权人区域分布情况,主要专利权人的区域分布及专利数量如表1所示。

从地理角度出发,LNG船舶领域全国专利权人主要分布在东部、南部沿海及中原地区。其中,上海和江苏是国内LNG船舶领域专利的主要申请地区。上海作为国内最早发展LNG船舶的地区,保护知识产权的意识非常强烈,专利申请量较大。江苏、浙江为邻省,而且中国南部、东部环海,贸易市场与船舶紧密相连,且各地区对于天然气资源的开发更加离不开LNG船舶。通过表1可以看出,目前LNG船舶领域内专利申请数量最多的省市是上海,拥有353件专利,在全国专利申请总量中占20.23%;其次是江苏,拥有343件专利,在全国专利申请总量中占19.66%;排名第三的是北京,拥有146件专利,在全国专利申请总量中占8.37%。可以看出,仅上海、江苏和北京的专利申请之和就占据了全国专利申请总量的48.25%。其后的地区分别是四川、辽宁、湖北、山东、浙江、广东及天津,排名前十的省市专利数量之和达到1 296件,共占全国专利申请总量的74.27%。可见LNG船舶领域的技术分布较为集中。

图2 LNG 船舶领域全国专利权人区域分布

表1 LNG 船舶领域全国主要专利权人区域分布及专利数量

2.2.2 主要专利权人分析

对主要专利权人进行分析可以明确该领域内的技术竞争对手或合作伙伴,并可预测未来市场的竞争局势[16]。通过分析LNG船舶领域内的主要专利权人,企业可以发现专利技术来源于潜在的竞争者。LNG船舶技术领域国内排名前十的专利权人如图3所示。

图3 全国LNG船舶领域专利申请量排名前十的专利权人

由图3可知,在LNG船舶领域中,企业充分发挥了技术研发创新的主体作用。其中,排名第一的是位于上海的沪东中华造船(集团)有限公司,其LNG船舶专利申请量远大于其他专利权人,共有148件,占全国总量的8.48%,占上海总量的41.93%。由此可知,上海在LNG船舶领域的技术优势非常明显,且技术大多集中于几大造船巨头公司。在排名前十的专利权人中,有3家企业来自北京,分别是排名第三的中海石油气电集团有限责任公司、排名第六的中海油能源发展股份有限公司及排名第八的中国海洋石油总公司,其专利申请总量为115件,占全国LNG船舶专利申请总量的6.59%。另外,国外有一家公司入围,是来自于韩国的大宇造船海洋株式会社。

2.3 LNG船舶技术研发方向识别及关键技术分析

国际专利分类(International Patent Classification,IPC)是国际通用的专利技术分类方法。通过对IPC统计分析,能够了解当前技术领域的发展趋势和关注焦点,从而把握目标技术未来的发展态势。在一定的时间段内,IPC所涉及专利申请数量越多,越能表明该技术为研发方向和研发热点[17-18]。因此,本文通过对2005～2022年LNG船舶领域专利的IPC进行统计分析,将排名前十的IPC技术定为技术焦点,对筛选出的1 745件专利进行分析,帮助企业挖掘近年来LNG船舶领域的专利技术研发热点,为企业确定技术研发方向提供参考。LNG船舶领域专利技术研发热点及其申请趋势如图4所示,气泡越大代表数量越多,相应技术含义如表2 所示。

图4 LNG船舶领域专利技术热点申请趋势

由图4和表2可以得到以下结论:LNG船舶领域的技术研发热点中排名第一的是代表 LNG储罐技术的F17C,由于LNG船舶主要利用储罐将液化的天然气运送至目的地,储罐的结构对LNG的储货量以及安全都至关重要。排名第二的是代表船舶或其他水上船只所用设备的B63B,由于一件专利往往不止一个IPC分类号,LNG船舶领域内的相关设备专利都隶属于B63B技术分支,将LNG船舶领域主要专利权人的最热研发焦点简单归结为船用设备不够细化,因此,将B63B技术分支排除在外。排名第三的F02M为一般燃烧发动机可燃混合物的供给或其组成部分,排名第五的B63H代表了船舶动力推进装置,排名第七、第九和第十的F01K、F02B和F02G代表了燃料发动机及其控制装置,均属于船舶动力系统技术。由此可见,动力推进系统技术也已成为LNG船舶的技术研发热点。排名第四的F17D和排名第六的F16L分别代表了LNG液体输送管路技术及管道系统,都与LNG的储罐技术息息相关。由此可见,国际上已经将储罐技术作为LNG船舶的一大技术研发热点。综上所述,LNG船舶领域的技术研发热点主要集中在船舶动力推进系统领域和储罐领域。

2.4 LNG船舶技术生命周期分析

技术生命周期曲线图即技术的发展轨道,体现的是专利申请量与专利申请人数量随时间的推移而变化的趋势,由此可分析当前技术领域生命周期所处阶段,帮助判断是否需要对当前领域进行技术布局,实现技术的封锁[19-20]。

由全国LNG船舶技术生命周期曲线图(图5)可以看出:2007年之前,LNG船舶技术申请量一直为个位数,该技术的关注度不高,2007～2020年申请人数和申请数量整体呈相对增加趋势,国内LNG船舶技术处在快速地成长期,而2020年之后申请人数和申请数量均开始呈下降趋势,结合图1专利申请年度趋势,推测LNG船舶技术进入技术成熟期,但也有专利从申请到公开滞后期的原因。船舶与海洋工程装备是我国的战略支撑产业,在我国经济贸易、产业技术发展中都发挥着非常重要的作用[21-22],预计我国LNG船舶技术在未来几年将会取得较大发展。

图5 LNG船舶技术生命周期曲线图

3 结论与展望

从发展态势来看,目前我国LNG船舶技术相关专利申请数量达到一定规模,特别是企业的申请规模较大,说明LNG船舶技术的研究生产单位在进行产品开发及生产活动中时已具有较强的知识产权保护意识,并且船舶动力推进系统领域和储罐领域是LNG船舶领域的技术研发热点,建议企业在熟知国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)要求的基础上,加强研发投入,开展绿色设计,提升技术工艺,重点开发高效节能的供气系统,增强企业核心竞争力。

从技术创新主体来看,中国LNG船舶技术研发的主体企业居多,而相关科研机构和高校较少,建议加强产学研合作,中国企业和科研院所可根据高校的专业特长有选择性地进行技术合作,如共同承担技术研发项目、建立协同创新的合作实验室、研究中心或产业联盟等共同体,共同建立以促进产业发展为目标、市场需求为导向的长效合作机制。除此以外,我国还应该建立协同创新发展机制,提供高效的科技成果转化渠道,提供从早期研发到企业应用甚至知识产权管理、产品检测、企业内部管理、原材料提供等的一系列解决方案和一站式服务,力求将顶尖知识转化为实体产品,加快LNG船舶技术的产业化进程。