基于專利計量的廣州氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

汪 婧, 曾惠芬

(廣州市科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究中心, 廣東 廣州 510230)

0 引言

氫能作為六大未來產(chǎn)業(yè)之一,是未來顛覆性技術(shù)變革的重要方向,對經(jīng)濟社會具有全局帶動和重大引領(lǐng)作用。 2021 年,廣東獲批為中國首批燃料電池汽車示范城市群之一。 廣州作為粵港澳大灣區(qū)的氫能產(chǎn)業(yè)高地,正全力打造城市群燃料電池汽車創(chuàng)新研發(fā)中心和燃料電池汽車示范應(yīng)用核心區(qū),著力建成全國南部地區(qū)氫能樞紐,推動氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)、綠色發(fā)展,力爭在國際競爭中搶占制勝高地。

國內(nèi)外學(xué)者對于氫能領(lǐng)域的研究熱情一直居高不下。 文獻[1-3]主要針對氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)技術(shù)進行了梳理和研究,并對未來氫能技術(shù)發(fā)展趨勢進行了預(yù)測和建議;文獻[4-5]基于全球范疇對氫燃料電池技術(shù)專利數(shù)據(jù)進行了計量研究,綜合運用專利計量、技術(shù)生命周期等方法;文獻[6]針對我國氫能產(chǎn)業(yè)政策情況進行了統(tǒng)計分析,主要利用文獻計量、政策工具與產(chǎn)業(yè)鏈的二維分類、主題詞內(nèi)容分析等方法;文獻[7]基于全球氫能文獻數(shù)據(jù),借助多種可視化工具進行了定量和研究主題聚類分析。

利用氫能論文和專利數(shù)據(jù)進行計量學(xué)的現(xiàn)有研究多數(shù)集中在致力于提升技術(shù)水平方面;關(guān)于助推氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面也多為針對政策的分析研究,鮮少有針對全產(chǎn)業(yè)鏈的專利計量研究。 鑒于此,本文以廣州氫能產(chǎn)業(yè)為研究對象,以全鏈條產(chǎn)業(yè)鏈的專利數(shù)據(jù)為切入點,基于科學(xué)計量分析方法和城市網(wǎng)絡(luò)分析方法,深入分析廣州氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點,梳理發(fā)展存在的問題并提出相應(yīng)對策建議,期望為廣州氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供決策參考。

1 廣州氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與特點

由于氫能產(chǎn)業(yè)鏈條較長且涉及領(lǐng)域廣泛,為提高專利檢索的準確性和權(quán)威性,本文參照國家知識產(chǎn)權(quán)局編制的“氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)分類與國際專利分類IPC 對照及檢索應(yīng)用”[8],對應(yīng)修改專利檢索式,利用智慧芽專利檢索平臺,對中國和廣州氫能產(chǎn)業(yè)近十年相關(guān)專利進行檢索,專利數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 2013 年-2022 年中國和廣州氫能產(chǎn)業(yè)專利數(shù)據(jù)

表2 2013—2022 年廣州氫能產(chǎn)業(yè)專利申請量前十名

1.1 廣州氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近十年,廣州專利申請量逐年穩(wěn)步上升,由2013年44 項增長到2022 年392 項,增長了近8 倍,如圖1所示。 自2016 年8 月國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中明確提出“發(fā)展氫燃料電池技術(shù)”以來,廣州氫能產(chǎn)業(yè)專利數(shù)量大幅增長。 從總量來看,近十年廣州氫能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)＠暾埧偭亢嫌? 972項,其中發(fā)明專利申請量1 475 項、占比75%,高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)業(yè)特征明顯。 從產(chǎn)業(yè)鏈看,廣州在制氫和用氫兩大細分產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新活躍度明顯較高,其年專利申請量占廣州氫能產(chǎn)業(yè)專利年申請總量的90%以上,且呈現(xiàn)整體增長趨勢。 廣州在儲氫、運氫加氫兩大細分產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新能力相對偏弱,尤其在運氫加氫領(lǐng)域從2017 年開始專利申請量實現(xiàn)零的突破,逐步探索發(fā)展。

圖1 2013—2022 年廣州氫能產(chǎn)業(yè)專利申請時間趨勢

1.2 廣州氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點

1.2.1 氫能全產(chǎn)業(yè)鏈條均有布局,制氫環(huán)節(jié)排名全國前列

廣州氫能產(chǎn)業(yè)近十年專利總量1 972 項,占全國專利近十年總量的3%,全省排名第一,全國地市排名第七。 專利檢索數(shù)據(jù)顯示,廣州氫能產(chǎn)業(yè)全鏈條都有專利分布,各環(huán)節(jié)專利量均排名全國前列,基本框架已經(jīng)搭建成型。 廣州制氫環(huán)節(jié)近十年專利量968 項,占全國制氫環(huán)節(jié)近十年專利量的4.2%,全國地市排名第三,廣州制氫10 個三級技術(shù)分類中有7 個均排名全國前五。 廣州也積極布局綠氫領(lǐng)域發(fā)展,已建成廣州南沙氫電融合智慧能源站項目,實現(xiàn)小規(guī)模綠氫儲能融合示范應(yīng)用。

1.2.2 氫能領(lǐng)域科研優(yōu)勢突出,基礎(chǔ)研發(fā)能力強

基礎(chǔ)研發(fā)能力是促進氫能產(chǎn)業(yè)進階發(fā)展的主要動力,廣州氫能領(lǐng)域科研機構(gòu)與人才資源匯聚,科研優(yōu)勢突出。 由院校/科研院所申請的氫能專利數(shù)量為1 101 項,超廣州專利申請總量的一半以上;發(fā)明專利授權(quán)量499 項,占廣州發(fā)明授權(quán)總量的82%。 華南理工大學(xué)申請氫能專利數(shù)量和發(fā)明專利授權(quán)數(shù)量分別為437 項和191 項,均占廣州總量20%以上;在氫能產(chǎn)業(yè)和各環(huán)節(jié)專利數(shù)量中基本排名第一,數(shù)量遙遙領(lǐng)先于其他單位。 依托華南理工大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)等科研單位,在燃料電池材料、電解制氫等瓶頸問題開展技術(shù)攻關(guān),助力廣州建成大灣區(qū)氫能研發(fā)設(shè)計中心。

1.2.3 氫燃料電池汽車發(fā)展基礎(chǔ)堅固,構(gòu)建廣州氫能產(chǎn)業(yè)核心競爭力

廣州堅持“制造業(yè)立市”,在傳統(tǒng)汽車整車制造及零部件產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域擁有雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),廣州完備的汽車產(chǎn)業(yè)鏈能為氫燃料電池汽車發(fā)展提供強有力的支撐。 廣州用氫環(huán)節(jié)1 050 項專利中528 項均與氫燃料汽車相關(guān),其中308 項由公司申請,專利申請數(shù)量排名前十的單位中有一半為企業(yè):能創(chuàng)科技(44 項)、廣州汽車(43 項)、摩氫科技(32 項)、雄川氫能(22項)、鴻基創(chuàng)能(15 項)。 鴻基創(chuàng)能是國內(nèi)首家實現(xiàn)膜電極產(chǎn)業(yè)化的企業(yè),打破了外國的壟斷,產(chǎn)品性能和供應(yīng)能力在國內(nèi)市場均處于頂尖水平,構(gòu)建了廣州氫能產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。

2 廣州氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在問題

2.1 儲運環(huán)節(jié)相對薄弱,用氫成本居高不下

廣州儲氫和運氫加氫環(huán)節(jié)專利數(shù)量為142 項和77 項,其中發(fā)明專利授權(quán)量僅37 項和9 項,高技術(shù)專利數(shù)量少;除固態(tài)儲氫領(lǐng)域外,廣州在其他氫儲運領(lǐng)域?qū)＠珖厥信琶亢?且其中部分方向的專利申請量為0,廣州部分關(guān)鍵技術(shù)存在明顯短板。 現(xiàn)階段,廣州氫源供應(yīng)較為充足,但是制氫成本仍較高,加之儲運環(huán)節(jié)“卡脖子”進一步拉升成本,廣州用氫成本居高不下。 儲運環(huán)節(jié)短板可能成為制約廣州氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸之一。

2.2 高校科研院所與企業(yè)專利合作少,科研成果本地轉(zhuǎn)化少

廣州氫能產(chǎn)業(yè)交叉合作申請的專利量僅62 項,僅占廣州氫能專利總量的3%。 華南理工大學(xué)擁有交叉合作專利20 項、排名廣州第一,但其與廣州本地企業(yè)合作的專利數(shù)量僅5 項,大部分都是與佛山企業(yè)合作的專利(11 項)。 由院校/科研院所原始申請后發(fā)生權(quán)力轉(zhuǎn)移的專利僅16 項;其中,僅有1 項專利源自廣州高校科研成果本地轉(zhuǎn)化,由廣州大學(xué)轉(zhuǎn)移至廣東鼎誠電子科技有限公司。 廣州氫能產(chǎn)業(yè)未能形成協(xié)同共生的校企合作生態(tài),高校科研成果轉(zhuǎn)化率較低,成果本土轉(zhuǎn)化環(huán)境不完善。

2.3 氫能企業(yè)專利質(zhì)量有待提升,創(chuàng)新能力不足

廣州現(xiàn)已匯聚了90 多家氫能企業(yè),其中主要在黃埔區(qū)集中約40 家。 廣州氫能企業(yè)專利被引次數(shù)排名第一的專利被引用21 次,數(shù)量遠低于全國氫能企業(yè)排名第一被引用138 次;全國氫能專利被引次數(shù)排名前十中有3 項由企業(yè)申請,而廣州排名前十中沒有企業(yè)身影,廣州氫能企業(yè)專利技術(shù)創(chuàng)新質(zhì)量和影響力有待提升。 企業(yè)專利數(shù)量申請第一的為廣東能創(chuàng)(81項),全省排名第三,全國排名僅61 位;排名第二的為廣州汽車(47 項),全省排名第14 位,全國就已排名百強以外,廣州氫能企業(yè)創(chuàng)新能力和技術(shù)強度存在不足。 現(xiàn)如今,燃料電池的幾個關(guān)鍵材料和部件如催化劑、質(zhì)子交換膜等仍大量依賴進口;廣州雖然在固態(tài)儲氫、燃料電池系統(tǒng)、電堆、膜電極等方面雖已初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,但其技術(shù)和國外也存在較大差距。

2.4 與示范城市群其他城市專利合作較少,創(chuàng)新交流不深入

運用城市網(wǎng)絡(luò)分析方法,使用Gephi 分析軟件,挖掘廣州與其他城市氫能合作關(guān)聯(lián)關(guān)系并可視化展示,如圖2 所示。 廣州與國內(nèi)29 座城市氫能合作專利合計93 項,其中與佛山、東莞、深圳等廣東省內(nèi)12座城市合作專利53 項,廣州與廣東省燃料電池汽車示范城市群中其他城市專利合作數(shù)量較少。 廣州與佛山合作較為緊密,專利合作量12 項排名第一,合作領(lǐng)域主要為燃料電池雙極板、配套管理控制系統(tǒng)等,但未涉及佛山核心優(yōu)勢領(lǐng)域而廣州產(chǎn)業(yè)鏈缺失環(huán)節(jié),例如:燃料電池質(zhì)子交換膜、催化劑等方面的合作;廣州與示范城市群中其他城市也存在協(xié)同生態(tài)鏈不完善、創(chuàng)新交流合作不深入等問題。

圖2 廣州與其他城市氫能專利關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)

3 廣州氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策建議

本文通過科學(xué)計量分析方法和城市網(wǎng)絡(luò)分析方法研究廣州氫能產(chǎn)業(yè)近十年專利數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)廣州氫能產(chǎn)業(yè)專利申請量逐年穩(wěn)步上升,具有布局全產(chǎn)業(yè)鏈、科研優(yōu)勢突出、汽車領(lǐng)域基礎(chǔ)堅固等特點,存在氫儲運環(huán)節(jié)薄弱、校企合作少、企業(yè)創(chuàng)新能力待提升、城市群交流不深入等劣勢。 為助力廣州打造南部地區(qū)氫能樞紐,促進廣東燃料電池汽車示范城市群發(fā)展,本研究提出以下發(fā)展展望和建議。

3.1 加強氫能產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力,加快解決“卡脖子”難題

圍繞氫能產(chǎn)業(yè)重點領(lǐng)域開展“卡脖子”核心技術(shù)攻關(guān),加強自主創(chuàng)新能力,加大科技要素投入,促進關(guān)鍵領(lǐng)域與新技術(shù)路線的突破,加快推動氫能技術(shù)創(chuàng)新升級,解決關(guān)鍵材料及核心零部件依賴進口問題。 針對最核心催化劑、質(zhì)子交換膜等關(guān)鍵核心部件和材料,挖掘廣州高校較強的研發(fā)能力并轉(zhuǎn)化為實際成果,推動廣州高校成果產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同開展聯(lián)合攻關(guān),解決應(yīng)用阻礙和“卡脖子”技術(shù)難題,實現(xiàn)關(guān)鍵零部件廣州本土化研發(fā)生產(chǎn)制造。

3.2 聚力推進氫能產(chǎn)業(yè)鏈強鏈補鏈,多來源、多途徑破解高價用氫難題

廣州氫儲運環(huán)節(jié)部分關(guān)鍵技術(shù)存在短板,而該環(huán)節(jié)是連接氫氣生產(chǎn)端與需求端的關(guān)鍵橋梁,是解決用氫成本的關(guān)鍵一環(huán)。 成都市《關(guān)于促進氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干意見》政策中強化氫氣儲運扶持,針對氫氣儲存、運輸成本高昂問題,給予氫氣儲存、運輸企業(yè)相應(yīng)補貼。 建議瞄準廣州氫能產(chǎn)業(yè)鏈缺失環(huán)節(jié)和關(guān)鍵環(huán)節(jié),聚力推進重點項目強鏈補鏈,積極推進運氫和加氫環(huán)節(jié)材料創(chuàng)新突破,提高儲運效率、降低儲運成本,支持探索多元化的氫能儲運形式。 聚焦高效低成本制氫與跨區(qū)域、長距離、低成本氫儲運難題,著力破解“用氫難、用氫貴”難點問題。

3.3 大力支持氫能科技成果本土落地轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化,加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力

科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化是科學(xué)技術(shù)最終轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的重要途徑,能有效推動轉(zhuǎn)化形成新質(zhì)生產(chǎn)力,推動廣州氫能產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)躍升。 圍繞集聚氫能產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新資源,支持建立由能源生產(chǎn)、裝備制造、交通運輸?shù)刃袠I(yè)的企業(yè)、科研院所和金融機構(gòu)等組成氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟,暢通科技成果轉(zhuǎn)化渠道,助力科研端與生產(chǎn)端開展對接合作。 建議加強企業(yè)主導(dǎo)的產(chǎn)學(xué)研深度融合,強化目標導(dǎo)向,激發(fā)創(chuàng)新活力,不斷提高氫能科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化水平。

3.4 推進氫能多元化示范應(yīng)用,助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標

現(xiàn)階段,廣州多為交通領(lǐng)域的氫能示范應(yīng)用,所頒布政策在具體應(yīng)用方面也僅支持了加氫站的建設(shè)和運營,對其他氫能關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)注不足。 深圳市《關(guān)于促進綠色低碳產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干措施》政策中對氫能分布式發(fā)電及備用電源應(yīng)用的示范項目給予扶持。 建議廣州在有序推進氫能在交通領(lǐng)域的示范應(yīng)用的同時,拓展氫能多元化應(yīng)用場景示范,推動氫能在儲能、發(fā)電、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用,加強氫能在分布式能源、熱電聯(lián)供、備用電源、氫能船舶等方面的探索,助力能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級和系統(tǒng)變革,全面挖掘氫能在用能終端的脫碳潛力,助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標。

3.5 加強示范城市群間協(xié)作,實現(xiàn)區(qū)域產(chǎn)業(yè)鏈錯位發(fā)展

通過國家燃料電池汽車示范城市群建設(shè),基于產(chǎn)業(yè)鏈強化資源共享和優(yōu)勢互補,建設(shè)新型創(chuàng)新聯(lián)合體,推動示范城市群內(nèi)各城市間的相互協(xié)作,實現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。 建議完善協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展機制,利用不同地方資源稟賦和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),致力于實現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈高效整合。 基于廣州具有氫源、整車制造、高校科研實力等優(yōu)勢,致力于將廣州打造成南部地區(qū)氫能樞紐,成為大灣區(qū)氫能研發(fā)設(shè)計中心、裝備制造中心、檢驗檢測中心、市場運營中心、國際交流中心。

4 結(jié)語

廣州氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)雄厚,制氫資源稟賦良好,高端領(lǐng)軍人才引進和技術(shù)創(chuàng)新初見成效,招商引資和龍頭企業(yè)培育成果初顯;產(chǎn)業(yè)鏈布局日趨完善,科技創(chuàng)新成效初現(xiàn),示范應(yīng)用規(guī)模逐步擴大。 廣州正著力建成全國南部地區(qū)氫能樞紐,推動氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)、綠色發(fā)展,力爭在國際競爭中搶占制勝高地。