楊棟，馮向梅

（1.中節(jié)能建筑節(jié)能有限公司，北京 100083；2.中國化工信息中心有限公司，北京 100029）

面臨雙碳政策的收緊和能源環(huán)保壓力增加，區(qū)域能源成為實現(xiàn)降低能耗強(qiáng)度，提高能源利用率，減少能源生產(chǎn)與使用過程對環(huán)境影響的有力保證。區(qū)域能源可定義為，區(qū)域供暖、區(qū)域供冷、區(qū)域供電以及解決區(qū)域能源需求的能源系統(tǒng)的綜合集成。隨著水源熱泵、地源熱泵、污水源熱泵、風(fēng)冷熱泵等供熱、供冷技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，區(qū)域供能系統(tǒng)隨之誕生，且在部分區(qū)域的節(jié)能方面優(yōu)勢明顯，得到了大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。鑒于區(qū)域供能技術(shù)的優(yōu)勢，本文對國內(nèi)外此領(lǐng)域內(nèi)的專利展開深度分析，以期了解國內(nèi)外區(qū)域供能領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為持續(xù)提高區(qū)域能源節(jié)能效益并推動國家雙碳戰(zhàn)略落地提供參考和借鑒。

1 數(shù)據(jù)獲取及研究方法

本研究基于orbit全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫，利用Orit Questal文獻(xiàn)計量分析工具，對區(qū)域供能相關(guān)專利文獻(xiàn)進(jìn)行分析，識別區(qū)域供能研究領(lǐng)域的技術(shù)布局、研究熱點、投資趨勢，以及專利權(quán)人分布。根據(jù)區(qū)域供能的特點，檢索關(guān)鍵詞涉及：區(qū)域供能、三聯(lián)供系統(tǒng)、冷熱電三聯(lián)供、冷熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域供冷、區(qū)域供熱、REGIONAL ENERGY SUPPLY、DISTRICT ENERGY SUPPLY、COMBINED COOLING HEATING、CCHP、DISTRICT COOLING、DISTRICT HEATING OR REGIONAL COOLING、REGIONAL HEATING，檢索字段為標(biāo)題和摘要，數(shù)據(jù)去重后得到2308個家族，檢索起始時間不作限制，檢索截止日期為2022年4月30日。

2 區(qū)域供能領(lǐng)域發(fā)展分析

2.1 專利技術(shù)領(lǐng)域布局分析

從專利IPC號分布情況來看，專利成果主要集中在“熱處理工藝和設(shè)備”（980項）、“IT方法管理”（224項）、“機(jī)械元件”（168項）、“發(fā)動機(jī)、泵和渦輪”（148項）、“電機(jī)、設(shè)備和能源”（101項）、“控制技術(shù)”（82項）、“環(huán)境技術(shù)”（76項）、“測量”（71項）等技術(shù)領(lǐng)域。

（1）熱處理工藝和設(shè)備的相關(guān)專利最多，尤其是對地區(qū)供暖系統(tǒng)的研究，再就是對控制裝置或安全裝置的安裝，還有些對集中供暖系統(tǒng)的研究，如輸送管線、貯熱設(shè)備等。

（2）對IT方法管理的專利研究，以適用于電力、天然氣或水供應(yīng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或方法為主，對工作流、人員管理等數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或方法，對供電或配電電路裝置的預(yù)測、優(yōu)化、驗證或模擬等也有涉及。

（3）機(jī)械元件領(lǐng)域的專利，以管道絕緣裝置的研發(fā)為主，如對埋地管絕緣裝置、絕緣材料等研究，對不可拆管接頭的絕緣材料或裝置研發(fā)也有涉及。

（4）對發(fā)動機(jī)、泵和渦輪的研究，以蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)熱能利用的專利研究為主，此外，還涉及一些加熱和制冷系統(tǒng)組合系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方式等專利。

（5）對電機(jī)、設(shè)備和能源的研究，以電力裝置安裝為主，此外，涉及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或方法、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)或設(shè)備等專利研發(fā)。

（6）對控制技術(shù)的研究，以溫度控制，尤其是使用電裝置的溫度控制為主，涉及廠區(qū)全面程序控制系統(tǒng)，如分布數(shù)字控制、柔性制造系統(tǒng)、集成制造系統(tǒng)等。

（7）對環(huán)境技術(shù)的研究，集中在煙氣或廢氣裝置的安裝，以及煙氣或廢氣的處理方法或設(shè)備，如焚燒、凈化、干燥、脫水等。

（8）對測量相關(guān)的專利研究，以結(jié)構(gòu)部件的流體密封性測試為主，還涉及一些流量計、介質(zhì)傳遞的熱量測量等相關(guān)專利。此外，還有少量專利涉及化學(xué)工程、用于制備管狀物品的塑料材料的研究。

2.2 專利研究熱點分析

為了深入了解區(qū)域供能領(lǐng)域?qū)＠芯績?nèi)容，采用Qrbit Questal工具抽取和分析文本中的技術(shù)概念，基于詞頻統(tǒng)計各技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。熱處理工藝和設(shè)備領(lǐng)域，集中在換熱器、管道、鍋爐、蒸發(fā)器、溫度傳感器等器件研發(fā)上面，針對的主要是供熱系統(tǒng)。IT方法管理方面，關(guān)注對供暖負(fù)荷、能源利用、負(fù)荷估計、電價、冷負(fù)荷均衡約束、填谷、優(yōu)化模型等方法或設(shè)備研究。機(jī)械元件方面，集中在對外管、鋼管、套管等元件隔熱材料研究，如對聚氨酯泡沫研究。發(fā)動機(jī)、泵和渦輪方面，關(guān)注對蒸汽渦輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等余熱、廢氣方面的研究，同時，也涉及熱聯(lián)合利用的研究。電機(jī)、設(shè)備及能源研究方面，關(guān)注發(fā)電源（微電網(wǎng)、可再生能源）、熱電聯(lián)產(chǎn)、冷熱聯(lián)產(chǎn)、多能源經(jīng)濟(jì)效率、熱量需求預(yù)測等研究?？刂萍夹g(shù)方面，關(guān)注對供應(yīng)溫度、耗熱量、供熱管網(wǎng)的運營優(yōu)化、供熱管網(wǎng)的調(diào)度優(yōu)化、需熱量等控制研究。環(huán)境技術(shù)方面，關(guān)注對煙氣、廢棄的循環(huán)利用，如焚燒、干化淤泥等，以及熱回收研究。測量方面，關(guān)注對泄漏點、潤濕位置、密閉性、終端充值等檢測方法或設(shè)備的研究，如傳感器、流量計、磁場無線、超聲波熱能計等。此外，部分專利涉及諸如冷凝水儲存、家用燃料電池、移動設(shè)備、溫度變化熱床等設(shè)備的研發(fā)。

2.3 專利投資趨勢分析

區(qū)域供能領(lǐng)域的申請數(shù)量分布可體現(xiàn)了專利權(quán)人在此領(lǐng)域的投資趨勢，見圖1。區(qū)域供能領(lǐng)域投資趨勢可分為3個不同時期：1925～1972年為產(chǎn)業(yè)萌發(fā)期，全球范圍內(nèi)的專利申請數(shù)量不是很多；1973～2009年，處于成長階段，專利數(shù)量總體呈振蕩上升趨勢；2010年以后，處于產(chǎn)業(yè)爆發(fā)期，專利申請的節(jié)奏顯著加速，2015～2021年年均專利申請量達(dá)到140件，于2018年達(dá)到峰值。

圖1 區(qū)域供能專利申請的總體趨勢分析圖

2.4 專利權(quán)人分析

TOP10專利權(quán)人分別為：韓國地域暖房公社（51項）、東南大學(xué)（25項）、清華大學(xué)（21項）、國家電網(wǎng)（14項）、西門子（14項）、韓國能源研究所（13項）、天津大學(xué)（13項）、蘇爾壽（12項）、丹弗斯（11項）和格力電器（10項），包括6家企業(yè)專利權(quán)人，4家高?；蜓芯克鶎＠麢?quán)人，且中國與國外專利權(quán)人比例為1:1。國外專利權(quán)人以企業(yè)為主，中國的專利權(quán)人以東南大學(xué)、清華大學(xué)、天津大學(xué)3家高校為主。將專利申請量排名前10的專利權(quán)人與專利公開量排名前10的國家進(jìn)行組合分析來看，見表1，位于美國的丹弗斯、位于德國的西門子其專利公開基本覆蓋全球，韓國地域暖房公社的專利布局主要是以韓國本土為主，中國機(jī)構(gòu)的相關(guān)專利也主要集中在本土公開。

表1 區(qū)域供能領(lǐng)域?qū)＠_國統(tǒng)計

對TOP10專利權(quán)人重點關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域分析發(fā)現(xiàn)，除了格力電器主要關(guān)注區(qū)域供冷單元、熱泵空調(diào)系統(tǒng)、室內(nèi)空調(diào)器等技術(shù)外，其他4個中國專利權(quán)人關(guān)注領(lǐng)域有共同點，都有關(guān)于綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型和方法研究，但仍存在不同，如東南大學(xué)主要關(guān)注基于質(zhì)子膜燃料電池作為動力裝置的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，清華大學(xué)還關(guān)注低碳規(guī)劃、碳排放計算以及余熱控制與利用技術(shù)，國家電網(wǎng)給予環(huán)保技術(shù)較多關(guān)注，天津大學(xué)重點關(guān)注CCHP的智能控制技術(shù)。國外專利權(quán)人相對于中國專利權(quán)人略有不同，重點關(guān)注熱處理裝備、機(jī)械元件等方面的研發(fā)。韓國地域暖房公社主要關(guān)注供應(yīng)負(fù)荷控制裝置與計算方法，能量轉(zhuǎn)換控制與管理，除濕冷卻裝置，儲熱罐、熱泵、冷凝鍋爐等裝置的研發(fā)，以及對廢氣、余氣的循環(huán)利用；西門子重點以CCHP的供需、控制預(yù)測和建模，汽輪機(jī)設(shè)備、蓄熱器、儲能裝置研發(fā)，以及泄漏檢測和定位為主；韓國能源研究所主要關(guān)注熱交換、熱損失計算以及煙氣回收利用技術(shù)；蘇爾壽主要以熱水區(qū)域供暖裝置研發(fā)、安裝和控制為主；丹弗斯重點研發(fā)溫度控制裝置，如帶有傳感器的加熱系統(tǒng)、帶有溫控閥的熱交換器等。

3 結(jié)語

根據(jù)上述研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)區(qū)域供能領(lǐng)域正處于產(chǎn)業(yè)爆發(fā)期，且在我國具有較好發(fā)展前景。結(jié)合國家雙碳戰(zhàn)略與國內(nèi)區(qū)域供能現(xiàn)狀，就區(qū)域供能未來發(fā)展方向給出以下4方面建議。

（1）鼓勵本土專利工程化應(yīng)用轉(zhuǎn)化，積極推進(jìn)全球布局。國內(nèi)在區(qū)域供能領(lǐng)域的專利數(shù)量處于領(lǐng)先地位，表明我國在區(qū)域供能方面具有良好的知識儲備，且發(fā)現(xiàn)我國的專利權(quán)申請以高校和科研機(jī)構(gòu)為主，后續(xù)需要加強(qiáng)高校和企業(yè)間合作，加速推進(jìn)專利成果轉(zhuǎn)化。

（2）繼續(xù)發(fā)展低碳化、環(huán)保、分布式的區(qū)域供能技術(shù)，國內(nèi)外專利權(quán)人十分重視對可再生能源、太陽能等多種低碳綜合能源的利用，以及對廢氣、余氣、煙氣等回收和循環(huán)利用，此外，國外也高度重視對提高供熱效率，降低熱損失，提升能源利用率技術(shù)的研發(fā)，如對熱損失估算、溫控裝置、計量管理系統(tǒng)的研發(fā)等。

（3）重點推進(jìn)和拓展區(qū)域供能技術(shù)在熱處理工藝、機(jī)械元件等方面的技術(shù)研發(fā)。國內(nèi)除了對區(qū)域供冷、供暖裝置（或系統(tǒng)）進(jìn)行規(guī)劃、控制外，還應(yīng)重視對熱交換器、儲能罐、絕熱材料等設(shè)備或元件的技術(shù)研發(fā)。

（4）從區(qū)域供熱到多能巧供。國內(nèi)外區(qū)域供能系統(tǒng)或裝置經(jīng)歷了從鍋爐到熱電聯(lián)產(chǎn)再到冷熱電三聯(lián)供的技術(shù)改進(jìn)。且伴隨可再生能源迅速增加的形勢，發(fā)展多能綜合利用的區(qū)域供能系統(tǒng)，降低能耗，基于能源充分利用的靈活供能方式，已成為區(qū)域供能發(fā)展趨勢。