可再生能源的专利趋势

2020年3月

詹姆斯·纳顿,自由撰稿人

开发可再生能源(如太阳能、风能和潮汐能)对于解决气候危机而言至关重要。我们能从专利数据中了解哪些这方面的情况?

过去十年,可再生能源投资达到前所未有的水平,新技术也有显著发展。各地都有太阳能电池和风力涡轮机,星罗棋布,可见一斑。还有一个衡量标准则是已公布专利申请数量的趋势。

专利广泛用于衡量创新总量、创新地点和创新领域。因此,深入研究这些数据可以揭示该领域创新的一些情况。

2002年到2012年这十年,可再生能源领域提倡创新,PCT公布的可再生能源专利申请数量增长547%。尽管2019年数量下降,仍比2002年高出3.5倍。(图片:chinaface / E+ / Getty Images)

整体形势

根据联合国环境规划署和BloombergNEF机构发布的《2019年可再生能源投资全球趋势》 pdf 报告,2014年至2018年,可再生能源产能投资每年超过2,500亿美元。从整个十年来看,报告估计全世界总共投资2.6万亿美元。到2019年,可再生能源总量(含大型水力发电)占全球总发电量的26.3%。

然而,每年的投资情况不尽相同。尽管2018年投资额很高,但实际水平低于2017年,《全球趋势》报告作者如此解释:“对,2018年全球投资数据比前一年下降12%,但这不是倒退。可再生能源,尤其是太阳能光伏发电,价格越来越低。”

自2002年以来最显著的趋势是太阳能技术的发展。2002年,在公布的可再生能源PCT申请中,太阳能所占比例略超四分之一,而2019年则达到申请总数的一半以上。(图片:alexs / iStock / Getty Images Plus)

翟永平和Yoonah Lee提交世界经济论坛的一篇文章这样解释,可再生能源投资正在放缓,但这不一定是坏消息。“可再生能源投资增长放缓的主要原因是全球太阳能和风能成本下降,以及许多国家减少补贴导致市场情况变化……换言之,安装同等水平太阳能或风能发电能力所需的投资额降低。”

审视可再生能源领域的专利申请趋势时,有必要牢记上述因素。

專利與可再生能源

申请国际专利的发明者普遍使用产权组织管理的《专利合作条约》(PCT)。申请人提交一份PCT申请即可在150多个该条约签署国为发明寻求专利保护。然而,专利授予仍由国家或地区专利局管控。

增加可再生能源的使用是将全球变暖限制在提高1.5摄氏度水平的关键。

在PCT体系下,专利申请人可以提交国际申请,触发在多个司法管辖区获取权利的程序。重要的是,申请通常会在最早申请日期过去18个月时公布,也即在这个时间点公开披露发明。此后,在寻求专利保护的国家或地区,由各个国家或地区的专利局进行审查并(在符合相关专利标准的情况下)授予专利。如授予专利,专利的有效期通常为申请日期起20年,须缴纳维持费。专利权失效时,相关技术进入公有领域,意味着公众可以自由使用,不会有诉讼风险。

只要牢记一些限制因素,研究《专利合作条约》下公布的国际申请数量趋势可以获得一些关于全世界技术趋势的宝贵信息。首先,PCT数据不能体现全球所有发明活动:一些发明者可能选择在国家或地区一级提交个人专利申请,不使用PCT体系,或者根本不提交专利申请。其次,公布数据附有公布时的趋势简介,通常时间是提交专利申请后18个月,专利尚有多年才会到期;专利有效期长短以及专利商用或市场上许可授权的情况,这些都不得而知。

总体趋势

如图1所示,从2002年到2012年,在《专利合作条约》下提交和公布的可再生能源技术国际申请总数逐年增加,最高达到4,541件。此后,从2013年到2018年,申请数量逐年下降,但2019年的数字略有上升。

从整体情况来看,2018年 pdf 产权组织公布237,378项PCT申请,涉及所有技术,也就是说可再生能源专利比例略超1%。相比之下少于计算机技术、数字通信、医疗技术和制药等领域,上述每个领域至少占到国际申请总数的6%。

然而,可再生能源领域的增长速度令人印象深刻:从2002年到2012年,可再生能源领域公布的PCT专利申请数量增长547%。正是在这十年,该部门获得投资最多而且提倡创新。此外,尽管PCT发布总数自2012年高峰期以来有所下降,但2019年仍比2002年高出3.5倍。

衡量趋势的另一种方法是研究专利家族数据。一个专利家族包括优先权日相同的所有国家/地区专利;换言之,可以用来衡量创新的数量和提交申请的市场数量。使用这种衡量方法,以首次申请登记的提交年份计,与可再生能源有关的专利申请总数从2002年的10,463项增加到2011年的27,089项,达到峰值。2017年(有数据可查的最近一年)的数据是24,027项。

从这些数据中我们可以得出什么结论?应当记住专利是一项长期投资。举例来说,2012年申请的专利在2032年可能仍然有效。在此期间专利申请人可以随时将发明用于商业目的,开发包含专利技术的产品或服务,或者授权他人使用发明。

因此,现在以及未来十年的商用产品和服务中有可能看到2002年至2012年繁荣期间获得专利的可再生能源技术相关发明。从这些统计数据可以看出,自2002年以来,这个领域出现大量创新,现在我们才刚刚开始看到这些发明创造的收益。此外,统计数据按技术类型细分后,我们可以判断可再生能源部门的趋势。

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公布年份 可再生能源专利总数
2002 831
2003 1,084
2004 1,123
2005 1,464
2006 1,701
2007 2,048
2008 2,575
2009 3,090
2010 3,662
2011 4,272
2012 4,541
2013 4,308
2014 3,556
2015 2,752
2016 2,477
2017 2,606
2018 2,689
2019 2,863

来源:产权组织经济学与统计司

技术细分

公布的可再生能源PCT申请总数可分为四个主要部门:太阳能、燃料电池(通过化学反应发电)、风能和地热(利用地下热能)。

自2002年以来最显著的趋势是太阳能技术的发展(见图2)。2002年,在公布的可再生能源PCT申请中,太阳能所占比例略超四分之一,而2019年则达到申请总数的一半以上。

过去17年,公布的太阳能相关PCT申请数量增加678%。自2009年以来,太阳能技术每年都位于领先地位。2012年公布国际专利申请为2,691份,达到顶峰。这种对创新的投资反映了全世界太阳能发电量的增长:前述全球趋势报告发现,2009年底太阳能发电能力只有25千兆瓦(GW)。2010年到2019年期间新增638千兆瓦。

太阳能技术的数据与燃料电池技术的数据形成鲜明对照,后者在2008年早些时候达到顶峰,当时它属于领先技术类别。自那以后,公布专利申请数量下降大约一半。2019年,燃料电池技术的国际专利申请在可再生能源类别仅占19%。

公布的风能国际专利申请数量波动很大,但总体趋势是增长。2019年,风能占可再生能源领域公布数量的28%。然而,与地热能相关的国际专利申请仅占该领域公布专利申请的1.4%。

2

公布年份 太阳能 燃料电池 风能 地热
2002 218 488 120 5
2003 239 640 194 11
2004 252 696 170 5
2005 403 902 148 11
2006 526 971 193 11
2007 722 1,045 263 18
2008 997 1,173 385 20
2009 1,536 976 530 48
2010 2,026 834 767 35
2011 2,522 854 848 48
2012 2,691 883 914 53
2013 2,465 921 875 47
2014 1,846 949 714 47
2015 1,290 819 608 35
2016 1,296 647 508 26
2017 1,374 577 619 36
2018 1,363 571 713 42
2019 1,479 537 807 40

来源:产权组织经济学与统计司

地区细分

还有一种分析专利趋势的方法是查看专利来源。申请人国籍必须在申请表上注明,如果申请人不止一个,数据按排名第一者归类。

基于这一分析,从2010年到2019年的十年间,我们可以看到日本在全部可再生能源类别以及太阳能和燃料电池技术类别的专利申请总数方面均居榜首。美国的地热技术排名最高(见图3),风能排名最高的是丹麦,其次是德国。

然而,观察这个十年的后半部分,情况有所不同。在公布可再生能源国际专利申请中,尽管日本仍以3,114项位居榜首,美国以2,247项排名第二,中国以1,522项上升至第三位。在中国的所有公布申请中,有1,115份属于太阳能技术领域,中国近年来这方面进步很大:2017年,中国成为第一个太阳能发电容量超过100千兆瓦的国家。中国的目标是2050年达到1,330千兆瓦。

从专利家族来看,中国也稳居榜首。举例来说,2013年至2017年期间,算上所有专利家族,来自中国的专利有45,472项,数量达到第二名日本(21,386项)专利数量的两倍还多。这一趋势要归功于太阳能技术,中国申请人在这个领域拥有的专利数量是日本的三倍。

公布专利数据与专利家族数据之间的对比引人关注,因为数据表明,与其他地区的申请人相比,中国申请人在更多的司法管辖区申请专利。这相应又说明申请专利的发明可能全球商用潜力更大。

图3

2010-2019
领先国家 可再生能源总数 太阳能 燃料电池 风能 地热
日本 9,394 5,360 3,292 702 40
美国 6,300 3,876 1,391 927 106
德国 3,684 1,534 813 1,309 28
韩国 2,695 1,803 506 360 26
中国 2,659 1,892 189 555 23
丹麦 1,495 52 81 1,358 4
法国 1,226 660 348 184 34
英国 709 208 271 218 12
西班牙 678 341 29 300 8
意大利 509 316 57 123 13

来源:产权组织经济学与统计司

改进技术

增加可再生能源的使用是将全球变暖限制在高于工业化前1.5摄氏度水平的关键,这是《巴黎协定》设定的目标之一。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2018年的报告分析各种设想情境后作出预测,为达到1.5摄氏度的目标,到2050年可再生能源所提供电力的比重要达到70%至85%。报告补充道:“承认存在挑战以及可选方案和各国国情不同的同时也要看到,过去几年太阳能、风能和电力储存技术在政治、经济、社会和技术各方面的可行性已经大大提高……这些进步标志着发电产业有系统转型的潜力。”

公布的专利数据证实上述发现,表明可再生能源领域的创新在2012年之前的10年中起飞,太阳能技术表现尤其出色。未来几年,我们会看到创新在实践中帮助解决全球变暖问题。

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