地熱發(fā)電技術(shù)專(zhuān)利布局情況

  隨著(zhù)全球氣候問(wèn)題的日益嚴峻，地熱作為一種清潔能源越來(lái)越受到關(guān)注。地熱能源是現有經(jīng)濟技術(shù)條件下，地殼內可供開(kāi)發(fā)利用的地熱能、地熱流體及其有用組分，是一種十分寶貴的綜合性礦產(chǎn)資源。本文通過(guò)對地熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行專(zhuān)利檢索與分析，探析該領(lǐng)域的專(zhuān)利布局情況，以期為行業(yè)發(fā)展提供參考。

  隨著(zhù)全球氣候問(wèn)題的日益嚴峻，地熱作為一種清潔能源越來(lái)越受到關(guān)注。地熱能源是現有經(jīng)濟技術(shù)條件下，地殼內可供開(kāi)發(fā)利用的地熱能、地熱流體及其有用組分，是一種十分寶貴的綜合性礦產(chǎn)資源。從利用溫度范圍的不同，產(chǎn)業(yè)上利用地熱的方式主要有兩種，一種是中低溫地熱利用，另一種是高溫地熱利用，即地熱發(fā)電。

  地熱發(fā)電系統的常見(jiàn)類(lèi)型為熱水型地熱發(fā)電，就是將從蒸汽井里抽出的水氣混合液中分離出的蒸汽引入汽輪發(fā)電機組驅動(dòng)發(fā)電，剩下的熱水可通過(guò)還原井送回地下。本文通過(guò)對地熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行專(zhuān)利檢索與分析，探析該領(lǐng)域的專(zhuān)利布局情況，以期為行業(yè)發(fā)展提供參考。

  專(zhuān)利技術(shù)快速發(fā)展

  從全球范圍來(lái)看，上世紀七八十年代，地熱發(fā)電領(lǐng)域的專(zhuān)利申請人主要以美國為主，其他申請量較多的國家有德國、日本和法國。進(jìn)入21世紀后，地熱發(fā)電領(lǐng)域的專(zhuān)利申請量快速增長(cháng)，特別是近10年，全球專(zhuān)利申請活動(dòng)一直處于活躍期。

  筆者對全球地熱發(fā)電技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利申請按區域進(jìn)行了統計，其中，美國、中國、日本、德國的專(zhuān)利申請數量較多，申請較為活躍，美國相關(guān)專(zhuān)利申請量為729件，占全球申請總量的29.3%，中國緊隨其后，專(zhuān)利申請量為703件，占全球申請總量的28.3%。日本、德國的相關(guān)專(zhuān)利申請量分別為626件、213件。

  中國申請人有關(guān)地熱發(fā)電技術(shù)的專(zhuān)利申請在2000年以后增長(cháng)較為明顯，特別在2005年以后，該領(lǐng)域專(zhuān)利申請呈現出快速增長(cháng)的態(tài)勢，這也與我國逐步淘汰高能耗技術(shù)、不斷鼓勵發(fā)展新能源技術(shù)、提倡節能環(huán)保的政策相一致。

  筆者統計了地熱發(fā)電領(lǐng)域專(zhuān)利申請量排名靠前的申請人，排名前幾位的分別是東芝株式會(huì )社、三菱重工業(yè)株式會(huì )社、谷川浩保和谷川和永、奧馬特公司、加利福尼亞聯(lián)合石油公司、富士電機株式會(huì )社、斯佩里公司、通用電氣，以及我國的天津大學(xué)等?？傮w來(lái)看，在地熱發(fā)電領(lǐng)域，排名靠前的申請人的專(zhuān)利申請量占該領(lǐng)域申請總量的比例都不大，均不超過(guò)3%。此外，該領(lǐng)域排名靠前的申請人中，有4個(gè)為日本的企業(yè)或個(gè)人，其申請量之和占總申請量的9.2%，還有3個(gè)申請人為美國企業(yè)，其申請量之和占申請總量的4.2%。

  技術(shù)研發(fā)推陳出新

  筆者對地熱發(fā)電領(lǐng)域專(zhuān)利申請的IPC分類(lèi)號進(jìn)行了統計，申請量排在前8位的IPC分類(lèi)號下的申請量之和占申請總量的約60%。例如，地源熱泵領(lǐng)域專(zhuān)利申請的主要IPC分類(lèi)號有3個(gè)，分別為F03G、F01K、F01D。這3個(gè)分類(lèi)號下的地熱發(fā)電技術(shù)集中在發(fā)電系統、蒸汽機、汽輪機3個(gè)方面。

  下面，筆者對該領(lǐng)域中具有代表性的專(zhuān)利申請進(jìn)行分析，以便更好地介紹地熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展狀況。例如，奧馬特公司的一件專(zhuān)利申請，涉及一種用地熱流體發(fā)電的動(dòng)力裝置，可以將地熱流體分離成含不冷凝氣體的地熱蒸汽和地熱液體，其包括有許多組合的動(dòng)力裝置組合單元，每個(gè)單元具有一個(gè)用蒸汽驅動(dòng)的并產(chǎn)生廢熱蒸汽的蒸汽透平，最終驅動(dòng)發(fā)電機。東芝株式會(huì )社的一件專(zhuān)利申請，涉及地熱發(fā)電材料領(lǐng)域，是保護一種適合用于更大型的地熱發(fā)電用渦輪機轉子的材料，其為了改善耐偏析性以抑制在鋼錠冒口側的碳富集，由此可以制造均質(zhì)的大型鋼錠，且改善了淬透性并同時(shí)確保了韌性、耐腐蝕性和耐應力腐蝕開(kāi)裂性，這些性能都是地熱發(fā)電用渦輪機轉子所需要的。

  隨著(zhù)新能源利用技術(shù)的不斷發(fā)展，可再生能源發(fā)電占比越來(lái)越高。2017年，我國可再生能源發(fā)電裝機6.5億千瓦，發(fā)電量1.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，占我國全部發(fā)電量的26.4%。可再生能源替代傳統能源的作用越發(fā)明顯，提高各種能源的綜合利用率也是未來(lái)的發(fā)展趨勢。我國天津大學(xué)在2018年提交的一件專(zhuān)利申請就涉及一種基于風(fēng)力、光伏發(fā)電消納的超低溫蓄冷高效地熱發(fā)電系統，光伏電池板、風(fēng)力發(fā)電機均與逆變系統連接，逆變系統通過(guò)控制系統與制冷系統連接，制冷系統連接蓄冷裝置，蓄冷裝置冷量輸出分為兩路：一路傳輸冷量至建筑空調系統；另一路傳輸冷量至地熱發(fā)電模塊。該系統利用廢棄的風(fēng)力、光伏發(fā)電進(jìn)行超低溫蓄冷，由此作為地熱發(fā)電的超低溫的冷源，大幅度地提高地熱發(fā)電的效率。

  地熱發(fā)電不僅符合環(huán)境保護的要求，而且隨著(zhù)勘探和利用技術(shù)的不斷提高，已經(jīng)形成了一定的產(chǎn)業(yè)規模，具有市場(chǎng)競爭性，其開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。我國地熱發(fā)電領(lǐng)域的相關(guān)企業(yè)和科研機構應當進(jìn)一步加大科研力度，提高核心競爭力，重視知識產(chǎn)權保護，讓自主創(chuàng )新的技術(shù)更好地得到保護，為降低污染物和溫室氣體排放、保護環(huán)境做出更大貢獻。