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EPO-IEA联合发布清洁能源技术创新全球趋势报告

【摘要】2021年4月27日,欧洲专利局(EPO)和国际能源署(IEA)联合发布《专利与能源转型:清洁能源技术创新全球趋势》报告。研究显示,过去20年中,低碳能源技术的全球专利数量一直在增加,但近年来低碳能源专利的年均增长率仅为十年前的四分之一。这意味着从生产到传输、存储和终端应用等低碳能源技术方面,都需要将持续创新与政策措施相结合,以加快技术可得性和多样性,从而降低成本。该报告基于国际专利家族(IPFs),介绍了2000至2019年全球低碳能源技术创新的主要趋势。

    2021年4月27日,欧洲专利局(EPO)和国际能源署(IEA)联合发布《专利与能源转型:清洁能源技术创新全球趋势》(Patents and the Energy Transition: Global Trends in Clean Energy Technology Innovation)。报告主要研究了低碳能源(low-carbon energy,LCE)技术创新全球趋势,涵盖了清洁能源创新的过去、现在和未来。研究显示,在经历了过去十年专利活动的低迷之后,许多关键的新兴和交叉技术中的低碳能源专利申请已连续三年增长,这与2015年以来化石燃料专利数量下降形成鲜明对比。

    为了实现共同的净零排放目标,全球迫切需要将清洁能源创新的复苏推向一个全新的转型。本报告旨在为政策制定者提供借鉴,以确定有助于将新技术推向全球市场和消费者的行动措施。主要亮点结论如下。

  1. LCE技术创新自2017年起恢复增长

    如图1所示,全球低碳能源技术专利数量2013年之前保持快速增长,2014至2016年出现大幅下滑,2017至2019年持续增长,而化石燃料技术在2015至2019年出现下降。2000至2019年,LCE技术专利活动的增长速度一直快于化石燃料技术。然而,近三年LCE专利的年均增长率(2017至2019年均增长率3.3%)仍然低于2013年之前的水平(2000至2013年均增长率12.5%),表明LCE需要加速创新活动。

 图  1  全球LCE技术国际专利家族增长率(2000-2019)

  2. LCE创新正在从供应转向终端和使能技术

    2012年以来,终端应用技术中的燃料转换和能效技术高度活跃,使LCE专利申请保持平稳增长,这些技术在过去五年中占LCE国际专利家族总量的60%,反映了经济发展控制能源需求的巨大挑战。风能、太阳能、地热或水电等可再生能源和其他LCE供应技术在2019年仅占LCE国际专利家族总量的17%,且2012年以来一直下降。2017年以来,LCE增长的主要驱动力是交叉前沿技术领域的创新,例如电池、氢气、智能电网、碳捕获与封存技术(Carbon-capture, Utilisation and Storage,CCUS),这将是能源转型的关键推动力。使能技术的份额由2000年的27%增加到2019年的34%。

图  2  全球LCE供应、使能和终端应用技术国际专利家族数量(2000-2019)

  3. 交叉前沿技术领域在推动其他LCE技术方面发挥越来越重要的作用

    交叉前沿技术使能源系统更加灵活并可以协同相关领域。电池、智能电网、CCUS、氢气领域与能源供应、终端应用技术的专利活动日益重叠。随着电力供应更加多变,灵活的电网和终端应用技术及相互通信能力也越来越重要,例如,能够调整消费者能源需求模式、在能源供应最佳时机利用能源的数字技术,必将成为整个能源系统的关键要素。当前,电力存储和智能电网等领域正在创造市场价值,在未来,“能源即服务”,即帮助企业为消费者提供高质量的供暖、制冷和汽车充电服务的创新,将进一步扩大这些交叉领域。

  4.  电动汽车正在推动终端应用技术在LCE专利活动中占据主导

    在终端应用领域,电动汽车(EVs)及其基础设施的快速发展,是过去十年LCE技术创新最大的驱动力。截至2011年,电动汽车国际专利家族数量超过了其他汽车领域清洁能源技术,电池创新也作为使能技术迅速增长。此外,高减排难度(hard-to-abate)行业(如金属)也有大量的专利活动,其在能效和直接减排方面都有创新。

图 3  全球汽车运输业电动汽车和 LCE技术国际专利家族数量(2000-2019)

  5. 汽车制造公司在LCE技术领域持续布局电动汽车

    LCE技术Top15的申请人排名显示,汽车制造公司在电动汽车持续增长的专利布局,以及其在不断变化的交通运输领域争夺市场份额的商业格局。该排名包括6家汽车公司(丰田、通用、福特、本田、大众、现代)及6家主要电池供应商(三星、松下、LG、博世、日立、东芝),其余3家分别是直接涉足能源领域的通用电气、西门子、美国雷神(其在航空业LCE领域表现强劲)。

图 4  LCE技术Top15申请人(2000-2019)

  6. 能源供应技术(如太阳能光伏)创新已转向下游

    在技术发展到技术开发的关键阶段,专利活动的变化揭示了创新的路径。2010年以来,商业太阳能光伏板技术在很大程度上围绕晶体硅电池的两种主要设计进行整合,发明活动转向优化制造和扩大规模,以降低生产成本。专利数据显示,这种趋势降低了未达到足够规模的设计方案参与竞争的能力,并减少了发明新电池设计的动力,但是太阳能技术在LCE供应技术继续占据主导。

    两个明显趋势是设计其他类型太阳能光伏,以及聚焦于更低成本效益的安装和操作技术。电池设计方面,专利申请活动已经从无机电池转向新一代有机光伏电池,有助于更低成本地制造、集成能源、应用到更多的领域。随着电池和组件价格的下降,低成本的移动安装和智能跟踪等提高产量的技术价值也在增加,这促使提升太阳能光伏板性能、提高太阳能光伏板价值的相关专利技术快速增长,尤其是在主要采用进口太阳能光伏组件的地区。

图 5  新兴技术太阳能光伏电池和组装领域国际专利家族份额(2015-2019)

  7. 氢气技术创新仍有待取得重大突破

    (1)2010至2015年,人们对氢气的关注减弱,近期热度激增,相关的专利活动仍保持相对稳定,这反映了持续的研究资金能够确保稳定的发明活动,但缺乏用以产生竞争、扩大规模的供氢市场。日本在燃料电池研究中占据主导,欧洲在供应和存储低碳氢(包括电解槽)的技术开发方面处于领先。尽管氢气供应和存储领域的专利申请活动在2010至2019年间迅速增加,但仍低于燃料电池领域。德国约占欧洲存储相关的国际专利家族数量的一半,且约占低碳氢气供应的三分之一。

图 6  燃料电池和低碳制氢领域国际专利家族份额(2010-2019)

    (2)过去20年中,大学和公共研究机构LCE技术的比例一直在增加,由2000至2009年的6.6%增长至2010至2019年的8.5%。LCE终端应用技术在整个LCE专利申请活动中占主导地位,研究机构在LCE供应技术(替代燃料、核能和一些可再生能源)和新兴使能技术(如CCUS和氢气)方面尤其活跃。除化工和炼油之外,研究机构终端应用技术的国际专利家族占比较低。

图 7  大学和公共研究机构LCE技术国际专利家族份额(2000-2019)

  8. 各国开展专门研究与国际合作,以发挥本土技术优势

    2000以来,欧洲LCE专利活动一直处于领先地位,2010至2019年,占所有国际专利家族的28%(德国占11.6%),在大多数可再生能源领域排名第一。2010年以来,日本第二(25%),美国第三(20%)。

    日本在电池和氢燃料方面处于世界领先地位。美国在化石燃料、低碳燃烧和航空等相关终端应用领域具有技术优势。韩国(占国际专利家族总量的10%)和中国(占国际专利家族总量的8%)的专利活动在过去十年持续增长,也是LCE技术创新中心。韩国的主要优势是电池、太阳能光伏技术、生产能效和信息通信技术。中国的主要优势是信息通信技术和铁路。

图 8  全球LCE创新中心的主要技术领域

    LCE技术开发的国际合作促进了知识传播,为进一步加快研发工作奠定了基础。合作网络通常涉及美国和欧洲国家,美国在组织和技术导向上发挥重要作用。在10个最具合作优势的领域中,美国和欧洲在7个领域显示出技术优势,并且几乎在所有领域的双边合作中(铁路除外)都是合作伙伴。

  9. 全球LCE创新前景广阔,仍然有很多工作要做

    研究认为,电池和智能电网等领域的发明活动的增加,将促使人们更加确信清洁能源的转型。终端应用技术在LCE发明活动中占据主导地位,反映出这类技术在未来能源系统中将会发挥更大的作用。LCE发明的来源也变得更加广泛。与此同时,在清洁能源转型(CET)的核心领域,机构和国际研究合作也在增加。

    预计报告所呈现的趋势有望成为未来,并为制定清洁能源政策提供依据。部分能源创新仍然依赖于资本密集型的大规模技术。但能源创新范围的扩大和新参与者的加入,与不断扩大的清洁能源挑战一致,将面临更激烈的竞争。如果创新者继续专注于标准化、模块化和适合消费者偏好的技术,那么LCE技术的成本有望下降。

    目前,清洁能源专利活动的停滞应该引起政府和人们的关注。如果没有正确的政策支持,就无法保证长远的气候变化目标为LCE技术创新重新注入活力。虽然气候和创新政策是原始驱动力,但其他政策杠杆在鼓励开发和推广LCE技术方面也发挥着重要作用。随着清洁能源转型(CET)所需的各类技术在经济发展过程中深入人心,制定完善的竞争、消费、贸易和投资政策,将与环境和创新政策相辅相成。

李秋菊  编译,李姝影 校译
来源:https://www.epo.org/news-events/news/2021/20210427.html
  原文标题:Patents and the Energy Transition: Global Trend in Clean Energy Technology Innovation
检索日期:2021年4月27日

 


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