基于專利分析的LNG領域技術創新策略探討

趙耀,李訓周,戰庭軍,丁慧,王廷勇

(青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司,山東 青島 266101)

液化天然氣(Liquefied Natural Gas,簡稱LNG)船舶是一種能夠運輸液化天然氣并且能夠用液化天然氣作為動力來源的船舶。隨著全球變暖話題的持續高漲,溫室氣體污染問題受到全球公眾的普遍重視,為應對全球氣候變化,大力推動清潔能源技術的向前發展已成為必然趨勢。液化天然氣具有高氫碳比、高熱值、低價格的特性,被公認為是地球上最干凈的化石能源,在“雙碳”目標實現過程中,LNG貿易正成為全球能源市場的新熱點[1]。目前LNG運輸主要采用公路運輸、管道運輸、鐵路運輸和船舶運輸4種方式,其中公路運輸、管道運輸和鐵路運輸限制在相鄰的國家和地區之間,對于一些跨洋國家之間或海上天然氣開采的LNG運輸,只能通過船舶運輸的方式[2-4]。由此可見,LNG船舶的發展對于國家海洋經濟的增長和能源經濟的發展具有十分重要的作用。

LNG船舶的發展有賴于船舶企業的技術創新,隨著技術創新成為引領發展的第一動力,創新已經成為當今時代的主題,并且極大地推動了社會生產力的進步和發展[5]。特別是二十一世紀以來,計算機技術的蓬勃發展也促進了各行各業的技術創新,信息和知識逐步取代勞動力資本成為企業生存發展的重要資源。企業也越來越意識到創新對于自身生存與發展的重要性,紛紛將主要精力投入到技術創新上來[6-8]。LNG領域內的船舶企業作為技術密集型產業,也不斷尋求技術的創新以持續提高核心競爭力。但是盲目地、沒有規劃地創新會導致產品的技術過剩,在市場上也難以獲得最佳的經濟效益。所以LNG領域內的船舶企業在進行技術創新前,應該確立科學的技術創新策略。

隨著知識產權強國戰略工作的不斷深入,專利對于激勵、保護創新的意義愈發凸顯,越來越多的企業開始注重專利權,并將其作為技術創新的關鍵手段和重要保障。專利是指受到專利法保護的發明創造,即專利技術。企業不僅可以從專利中獲得技術信息,還可以明晰技術競爭者、尋找技術合作者[9-11]。可以說,專利已經成為企業制定技術創新策略、發展技術和保障技術競爭力的重要手段和有力措施。因此,本文采用專利分析方法,探究LNG船舶領域的技術發展情況,為我國LNG船舶領域的企業提供技術情報,并且對LNG船舶領域內的技術研發熱點進行識別,以幫助企業明確技術研發方向,也為其制定技術創新戰略奠定正確且堅實的基礎。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

本文以全球性專利數據庫智慧芽(Patsnap)作為數據來源,輔以其它非專利文獻資料。在檢索方法上,梳理LNG船舶關鍵技術,確定技術關鍵詞為“船+LNG”,采用查表法和歸納法確定技術分支的IPC分類號為“B63、F17、F16、F02、F01”,為減少噪音專利文獻,以“關鍵詞+分類號”的檢索方法采集專利數據集后,再通過數據清洗和人工去噪,檢索時間至2022年12月31日,獲得LNG船舶領域內的中國專利申請數量總計1 745件。

1.2 研究方法

在本研究工作中,重點采取了以下研究方法:針對LNG船舶技術專利申請趨勢、專利權人區域分布及技術熱點申請趨勢分析研判LNG船舶技術的發展方向,預測未來的研發熱點,了解專利申請的密集點和空白點,找出核心技術分支及重點專利;主要專利權人解析專利申請技術分布,有利于掌握該技術領域內的競爭對手及其主要技術策略與布局;技術生命周期分析評估當前技術所處的發展階段,用來判斷是否需要進入當前技術領域。

2 結果分析

2.1 LNG船舶專利技術年度申請趨勢

圖1描述了LNG船舶技術領域全國專利的年度申請趨勢。LNG船舶領域的技術發展可以分為3個階段:2006年之前為初始階段,船舶的發展歷史悠久,但LNG船舶相較于其他一般船舶而言,發展歷史較短,因此這一時期專利申請量較低;第二階段是2006～2010年,隨著全球科學技術的不斷進步,與LNG船舶相關的技術也得到同步發展,此階段LNG船舶領域的專利開始緩慢增長;第三階段是技術快速發展期(2010～2020年),LNG 船舶領域內的專利申請數量急劇上升,該領域內相關技術呈現迅猛發展態勢。一方面,由于全球科學技術的快速發展,電子計算機、互聯網等相關技術開始在LNG船舶上應用[12-13]。另一方面,中國作為后發大國,開始在LNG船舶等領域發力,各大企業、高校以及研究機構都堅持不懈地進行研發。此外,在全球環境問題日益凸顯和國際燃油價格持續上漲等多種因素疊加下,導致全球LNG船舶需求大幅提升[14-15]。因此,國內對于LNG船舶技術的研發熱情高漲,2011～2020年這一時期的專利申請量急速增長,LNG船舶產業進入高速發展期。而2020年后專利申請量有所下降,推測LNG船舶技術進入技術成熟期,但需要注意的是,由于專利從申請到公開有較長時間的滯后期,因此近兩年的數據僅供參考。

圖1 LNG船舶領域全國專利申請年度趨勢

2.2 LNG船舶技術區域分布分析

2.2.1 專利權人區域分布

一個地區在某領域的專利申請量可以從一定水平上反映出該地區技術的創新能力和市場競爭力,專利申請數量越多的地區,意味著其在相關技術領域的需求或創新能力越大。通過分析LNG船舶領域內專利在全國的分布情況,企業可以更加清晰地了解各個地區的技術發展情況,進而針對性地實施技術借鑒、升級和布局。圖2是LNG船舶領域全國專利權人區域分布情況,主要專利權人的區域分布及專利數量如表1所示。

從地理角度出發,LNG船舶領域全國專利權人主要分布在東部、南部沿海及中原地區。其中,上海和江蘇是國內LNG船舶領域專利的主要申請地區。上海作為國內最早發展LNG船舶的地區,保護知識產權的意識非常強烈,專利申請量較大。江蘇、浙江為鄰省,而且中國南部、東部環海,貿易市場與船舶緊密相連,且各地區對于天然氣資源的開發更加離不開LNG船舶。通過表1可以看出,目前LNG船舶領域內專利申請數量最多的省市是上海,擁有353件專利,在全國專利申請總量中占20.23%;其次是江蘇,擁有343件專利,在全國專利申請總量中占19.66%;排名第三的是北京,擁有146件專利,在全國專利申請總量中占8.37%。可以看出,僅上海、江蘇和北京的專利申請之和就占據了全國專利申請總量的48.25%。其后的地區分別是四川、遼寧、湖北、山東、浙江、廣東及天津,排名前十的省市專利數量之和達到1 296件,共占全國專利申請總量的74.27%。可見LNG船舶領域的技術分布較為集中。

圖2 LNG 船舶領域全國專利權人區域分布

表1 LNG 船舶領域全國主要專利權人區域分布及專利數量

2.2.2 主要專利權人分析

對主要專利權人進行分析可以明確該領域內的技術競爭對手或合作伙伴,并可預測未來市場的競爭局勢[16]。通過分析LNG船舶領域內的主要專利權人,企業可以發現專利技術來源于潛在的競爭者。LNG船舶技術領域國內排名前十的專利權人如圖3所示。

圖3 全國LNG船舶領域專利申請量排名前十的專利權人

由圖3可知,在LNG船舶領域中,企業充分發揮了技術研發創新的主體作用。其中,排名第一的是位于上海的滬東中華造船(集團)有限公司,其LNG船舶專利申請量遠大于其他專利權人,共有148件,占全國總量的8.48%,占上海總量的41.93%。由此可知,上海在LNG船舶領域的技術優勢非常明顯,且技術大多集中于幾大造船巨頭公司。在排名前十的專利權人中,有3家企業來自北京,分別是排名第三的中海石油氣電集團有限責任公司、排名第六的中海油能源發展股份有限公司及排名第八的中國海洋石油總公司,其專利申請總量為115件,占全國LNG船舶專利申請總量的6.59%。另外,國外有一家公司入圍,是來自于韓國的大宇造船海洋株式會社。

2.3 LNG船舶技術研發方向識別及關鍵技術分析

國際專利分類(International Patent Classification,IPC)是國際通用的專利技術分類方法。通過對IPC統計分析,能夠了解當前技術領域的發展趨勢和關注焦點,從而把握目標技術未來的發展態勢。在一定的時間段內,IPC所涉及專利申請數量越多,越能表明該技術為研發方向和研發熱點[17-18]。因此,本文通過對2005～2022年LNG船舶領域專利的IPC進行統計分析,將排名前十的IPC技術定為技術焦點,對篩選出的1 745件專利進行分析,幫助企業挖掘近年來LNG船舶領域的專利技術研發熱點,為企業確定技術研發方向提供參考。LNG船舶領域專利技術研發熱點及其申請趨勢如圖4所示,氣泡越大代表數量越多,相應技術含義如表2 所示。

圖4 LNG船舶領域專利技術熱點申請趨勢

由圖4和表2可以得到以下結論:LNG船舶領域的技術研發熱點中排名第一的是代表 LNG儲罐技術的F17C,由于LNG船舶主要利用儲罐將液化的天然氣運送至目的地,儲罐的結構對LNG的儲貨量以及安全都至關重要。排名第二的是代表船舶或其他水上船只所用設備的B63B,由于一件專利往往不止一個IPC分類號,LNG船舶領域內的相關設備專利都隸屬于B63B技術分支,將LNG船舶領域主要專利權人的最熱研發焦點簡單歸結為船用設備不夠細化,因此,將B63B技術分支排除在外。排名第三的F02M為一般燃燒發動機可燃混合物的供給或其組成部分,排名第五的B63H代表了船舶動力推進裝置,排名第七、第九和第十的F01K、F02B和F02G代表了燃料發動機及其控制裝置,均屬于船舶動力系統技術。由此可見,動力推進系統技術也已成為LNG船舶的技術研發熱點。排名第四的F17D和排名第六的F16L分別代表了LNG液體輸送管路技術及管道系統,都與LNG的儲罐技術息息相關。由此可見,國際上已經將儲罐技術作為LNG船舶的一大技術研發熱點。綜上所述,LNG船舶領域的技術研發熱點主要集中在船舶動力推進系統領域和儲罐領域。

2.4 LNG船舶技術生命周期分析

技術生命周期曲線圖即技術的發展軌道,體現的是專利申請量與專利申請人數量隨時間的推移而變化的趨勢,由此可分析當前技術領域生命周期所處階段,幫助判斷是否需要對當前領域進行技術布局,實現技術的封鎖[19-20]。

由全國LNG船舶技術生命周期曲線圖(圖5)可以看出:2007年之前,LNG船舶技術申請量一直為個位數,該技術的關注度不高,2007～2020年申請人數和申請數量整體呈相對增加趨勢,國內LNG船舶技術處在快速地成長期,而2020年之后申請人數和申請數量均開始呈下降趨勢,結合圖1專利申請年度趨勢,推測LNG船舶技術進入技術成熟期,但也有專利從申請到公開滯后期的原因。船舶與海洋工程裝備是我國的戰略支撐產業,在我國經濟貿易、產業技術發展中都發揮著非常重要的作用[21-22],預計我國LNG船舶技術在未來幾年將會取得較大發展。

圖5 LNG船舶技術生命周期曲線圖

3 結論與展望

從發展態勢來看,目前我國LNG船舶技術相關專利申請數量達到一定規模,特別是企業的申請規模較大,說明LNG船舶技術的研究生產單位在進行產品開發及生產活動中時已具有較強的知識產權保護意識,并且船舶動力推進系統領域和儲罐領域是LNG船舶領域的技術研發熱點,建議企業在熟知國際海事組織(International Maritime Organization,IMO)要求的基礎上,加強研發投入,開展綠色設計,提升技術工藝,重點開發高效節能的供氣系統,增強企業核心競爭力。

從技術創新主體來看,中國LNG船舶技術研發的主體企業居多,而相關科研機構和高校較少,建議加強產學研合作,中國企業和科研院所可根據高校的專業特長有選擇性地進行技術合作,如共同承擔技術研發項目、建立協同創新的合作實驗室、研究中心或產業聯盟等共同體,共同建立以促進產業發展為目標、市場需求為導向的長效合作機制。除此以外,我國還應該建立協同創新發展機制,提供高效的科技成果轉化渠道,提供從早期研發到企業應用甚至知識產權管理、產品檢測、企業內部管理、原材料提供等的一系列解決方案和一站式服務,力求將頂尖知識轉化為實體產品,加快LNG船舶技術的產業化進程。