创新 • 创优 • 创见
近日，国际能源署（IEA）和欧洲专利局（EPO）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，分析了全球低碳能源技术创新的发展趋势。研究显示，在经历了过去十年专利申请活动的低迷之后，许多关键的低碳能源新兴技术和交叉技术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趋势形成了鲜明对比，但总体上低碳能源技术专利的增长率仍低于2013年之前的水平。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全新转型阶段。报告关键要点如下：
一、能源供应技术创新趋势
1、太阳能技术在低碳能源供应技术专利申请中继续占据主导地位。
2000-2019年，太阳能（特别是光伏）相关的技术专利申请数量最多，达46500件，其次是风能（17000件）、替代燃料（10000件）相关技术，同期其他可再生能源、核能和高效燃烧技术专利申请数量相对较低，分别为2000、5000、6600件。
2、太阳能电池仍然是技术创新密集度最高的领域。
2010-2019年，光伏领域中太阳能电池技术专利申请比例最高（48%）。在电池设计方面，专利申请活动已经由无机太阳能电池转向新一代有机太阳能电池，这有助于实现更低成本、更广阔场景应用，如可穿戴和物联网设备。日本、韩国在太阳能电池领域处于领先地位，中国在有机太阳能电池领域已取代了专门生产无机太阳能电池的美国。
3、太阳能光伏等能源供应技术创新已转向下游。
自2010年以来，商业太阳能光伏技术在很大程度上围绕晶体硅电池的主要设计进行整合，持续活动转向优化制造和扩大规模以降低生产成本。这种趋势降低了其他设计达到规模化的竞争力，并抑制发明新电池的动力。与此同时，值得注意的两个明显趋势是转向其他类型太阳能光伏设计，以及聚焦于更具成本效益的安装和运行技术。随着电池和组件价格的下降，移动安装和智能跟踪等能有效实现成本削减、产量提升，其技术价值也在不断增加，这也导致提高太阳能光伏板性能和价值的相关技术专利快速增长，尤其在主要采用进口太阳能光伏组件的地区。
二、终端应用技术创新趋势
1、全球低碳能源技术创新正在从供应端转向终端应用技术。
自2012年以来，终端领域的燃料转换和能效技术创新活动高度活跃，推动低碳能源专利申请稳步增长。这些技术在过去五年中占到低碳能源技术国际专利族总量的60%，反映了整个经济发展深刻影响能源需求的巨大挑战。尽管如此，风能、太阳能、地热或水电等可再生能源和其他低碳能源供应技术在2019年仅占低碳能源技术国际专利族总量的17%。与之前10年的快速增长形成鲜明对比，2012年以来这些领域的专利申请数量一直在下降。
2、电动汽车及其相关基础设施的快速发展成为过去十年低碳能源技术创新的最大驱动力。
在不同终端低碳能源技术中，交通领域的专利申请占比最高。2000-2019年，超过40%国际专利与终端应用技术有关，交通领域约占35%；电动汽车增长速度最快，其他减少内燃机车辆碳足迹技术及其他交通领域技术均保持增长。降低工业生产排放和能源强度是另一个主要的创新领域，约占终端部门国际专利的1/3；金属矿物加工领域节能技术创新尤为活跃，2000-2019年年均增长率接近12%；自2015年，石油化工领域与清洁能源技术相关的国际专利数量显著减少；其他工业领域国际专利占比达16%，包括消费品创新和清洁农业技术。建筑节能也是重要的创新领域，占终端部门国际专利总量的17.7%，但2015-2019年较2000-2014年下降了10%；信息通信技术领域的清洁能源国际专利以年均10%的惊人速度增长。
三、使能技术创新趋势
1、使能技术的快速进步成为能源供应和终端应用创新的强大驱动力。
电池、氢能、智能电网和碳捕集、利用与封存（CCUS）等交叉技术在能源转型中发挥着关键作用，这将有助于在供应方面部署清洁能源，同时促进这些能源（特别是可再生能源发电）在终端应用领域的部署。自2010年以来，多达1/3的使能技术相关国际专利申请达到了低碳能源供应和/或终端技术的水平。
2、交叉技术领域发挥越来越重要的作用。
作为低碳能源技术的推动者，交叉技术领域使能源系统更加灵活并可以协同相关领域，且与能源供应和终端应用技术的重叠日益明显。自2017年以来，低碳能源增长的主要驱动力是电池、氢能、智能电网、CCUS等交叉领域技术创新，这些技术在低碳能源技术国际专利族总量的份额由2000年的27%增加到2019年的34%。其中，低碳能源使能技术专利活动的积极发展趋势主要来自于电池技术创新，其在2000-2019年就创造了57%的国际专利数量，年均增长率达13%。
3、氢能技术创新仍有待重大突破。
尽管在2010-2015年间，氢能技术的关注度有所减弱，但近期热度激增，相关专利活动仍保持相对稳定，反映持续的研究资金确保了稳定的技术发明产出，以及缺乏促进竞争、扩大规模的供氢市场。日本在燃料电池研究中占据着主导地位，而欧洲在低碳氢供应和储存（包括电解槽）的技术开发方面处于领先地位，其中仅德国就约占欧洲氢能存储技术相关的国际专利数量的一半，低碳氢气供应技术的三分之一。氢能供应和储存领域的专利申请数量在2010-2019年间迅速增加，但仍低于燃料电池领域。
四、低碳能源技术专利申请人分析
1、大学和公共研究机构低碳能源技术创新发明活跃。
过去20年，大学和公共研究机构在低碳能源技术国际专利族总量中的比例一直在增加，由2000-2009年的6.6%增长至2010-2019年的8.5%。低碳能源终端应用技术在整个低碳能源技术专利申请活动中占主导地位，研究机构在低碳能源供应技术（替代燃料、核能和一些可再生能源）和新兴应用技术（如CCUS和氢能）方面尤其活跃。除化学和炼油之外，研究机构在终端应用技术的国际专利数量中占比较低。
2、全球主要汽车制造公司持续部署电动汽车技术创新。
低碳能源技术专利申请人排名前15位的机构包括：6家汽车公司（丰田、通用、福特、本田、大众、现代），6家主要电池供应商（三星、松下、LG、博世、日立、东芝），2家直接涉足能源领域的公司（通用电气、西门子公司），以及美国雷神公司（航空业低碳能源技术为其专长）。这突显了主要制造商对电动汽车持续增长的专利布局，以及在不断变化的交通运输领域争夺市场份额的发展格局。
五、低碳能源技术专利地理分布分析
1、欧、日、美在低碳能源技术国际专利处于领先地位。
自2000年以来，欧洲在低碳能源技术专利申请活动中保持领先，2010-2019年占国际专利族总量的28%（仅德国就占11.6%），在大多数可再生能源领域排名第一，在铁路等终端领域表现良好。日本、美国分别以25%、20%紧随其后，日本在电池和氢燃料方面处于全球领先，电动汽车领域也具有优势；除化石燃料技术外，美国在低碳燃烧（替代燃料、高效燃烧、核能以及CCUS）和航空等相关终端领域具有技术优势。韩国（占国际专利总量的10%）和中国（8%）专利活动在过去十年持续增长，也是低碳能源技术创新中心。韩国主要优势在于电池、太阳能光伏技术、能效和通信技术，中国主要优势在信息通信技术和铁路。
2、低碳能源技术国际合作促进知识扩散，为进一步加快研发工作提供基础。
合作网络通常涉及美国和欧洲国家，尤其美国在这些网络的组织和技术导向方面发挥着重要作用。在10个最具协作性的领域中，美、欧在7个领域显示出技术优势，并且几乎在所有领域主要的双边合作中（铁路除外）都是合作伙伴。
