发布时间：2021-11-11T06:44:29.523Z 来源：《中国科技人才》2021年第23期作者：谭启龙张庆栋（等同第一作者）[导读] 所谓潮汐，就是指海水时进时退、海面时涨时落的这种自然现象，海水白天涨落叫“潮”，晚上涨落叫“汐”，合称为“潮汐”。
国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心摘要：基于CNABS和VEN数据库，通过检索、统计和分析国内外潮汐能发电的专利申请文献，梳理了潮汐能利用的技术发展状况，并通过对专利申请的时空特征、技术领域以及分布等方面信息的分析，对潮汐能利用的专利申请状况和技术发展路线进行了梳理，有助于提 高审查员对该领域发明构思的把握能力，进而提高审查效率与审查质量。关键词：潮汐能；发电；重要申请人；技术领域；专利审查
引言
所谓潮汐，就是指海水时进时退、海面时涨时落的这种自然现象，海水白天涨落叫“潮”，晚上涨落叫“汐”，合称为“潮汐”。据科学研究发现，潮汐是由于海水在天体（主要是月球和太阳）的引潮力作用下所产生的周期性涨落运动，潮汐能是海水在该运动中所具有的能量，其水位差表现为势能，其潮流的速度表现为动能，这两种能量都可以利用，是一种可再生的环保能源。
一、潮汐能概述
海洋占地球表面积的71%，占地球总水量的97%，蕴藏着巨大的能量。主要包括：潮汐能、潮流能、波浪能、海流能、温差能和盐差能。据测算，其中潮汐能约为30亿kW，虽然占比较少，但由于在海水的各种运动中潮汐最守信、最具有规律性，又涨落于岸边，是较易被利用的能量。潮汐能是取之不尽，用之不竭的新型环保能源，在化石能源枯竭以及环境严重污染、气候变暖的大背景下，潮汐能的利用越来越为各国所重视。潮汐能利用领域的专利申请量也逐年增多。
1.潮汐能利用的发展历程1912年在德国胡苏姆兴建了世界上第一座小型潮汐能电站，由此开始把潮汐发电的理想变为现实。
1966年在法国西部沿海建造的朗斯洛潮汐电站，它使潮汐电站进入了实用阶段，是世界上第一座具有经济价值，而且也是目前世界上最大的潮汐发电站，其总装机容量为24万千瓦，年均发电量为5.44亿千瓦时。
1968年原苏联建成的基斯洛潮汐电站，其总装机容量为800千瓦，年发电量为230万千瓦时。
我国利用潮汐发电虽然起步较晚，却是世界上建造潮汐电站最多的国家，在20世纪50-70年代先后建造了近50座，总装机容量6120千瓦。其中1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是目前世界上较大的一座双向潮汐电站，它的总装机容量为3900千瓦，年发电量1070万千瓦时。
2002年英国提出利用近海浅滩人工筑库的潮汐电站，可以不占用宝贵的港湾、河口，不干扰海洋自然环境，英国在威尔士已建有3座正在验证。
韩国拟在Incheon Bay建设100万千瓦的潮汐电站，目前正在进行可行性研究。
2.潮汐能利用的形式
由于电能具有易于生产、便于传输、使用方便、利用率高等一系列优点，因而利用潮汐能来发电已成为世界各国利用潮汐能的主要方式。潮汐发电就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再由水轮机带动发电机发电。其发电原理与一般的水力发电原理差别不大。不过，一般的水力发电的水流方向是单向的，而潮汐发电则不同。从能量转换的角度来说，潮汐发电首先是把潮汐的动能和位能通过水轮机转变成机械能，然后由水轮机带动发电机，把机械能转变为电能。虽然潮汐能是海水能量中较易利用的部分，但与河流筑坝发电相比，潮汐能还是相当不稳定的，海水对金属的腐蚀性也远高于淡水，这也导致了潮汐电站是在变功况下工作，水轮发电机组和电站系统的设计要考虑变功况、低水头、大流量以及海水腐蚀等因素，远比常规的水电站复杂，效率也低于常规水电站。潮汐电站按照运行方式和对设备要求的不同，可以分成单库单向型、单库双向型和双库单向型三种（参见图1）。2.1单库单向电站
这种发电站仅建造1个水库调节进出水量，来满足发电要求（如图1-a）。一般在连接海湾的河口修建 水坝使河口内形成水库。在涨潮时使海水进入水库；落潮时则让海水通过大坝里的涡轮电机向海湾泄水，从而发电。
2.2单库双向式
单库双向式潮汐能发电站与单库单向式潮汐能发电站一样，也只有一个水库（如图1-b），但不管是潮涨还是落潮均能发电。涨潮时外海水位要高于水库水位，落潮时水库水位要高于外海水位。通过控制，在使内外水位差大于水轮发电机所需要的最小水头时即可发电。若要保证涨潮落潮时均能发电，一是采用双向水轮发电机组，以适应涨潮，落潮时相反的水流方向；二是建造适用于水流变向的流通结构。
2.3双库（高、低库）式
这种潮汐发电方式需要建造毗邻水库，一个水库设进水阀，仅在潮水位比水库内水位高时引水进库；另一个水库设泄水阀（如图1-c），仅在潮水位比水位低时泄水出库。这样，前一个水库的水位始终较后一个水库的水位高。故前者称为高位水库，后者称为低位水库，高位水库和低位水库之间终日保持着水位差，水轮发电机组放置于两水库之间的隔坝内，水流即可终日通过水轮发电机组不断地发电，此种方法发电较为稳定。
图1
二、潮汐能利用相关专利申请情况
1.潮汐能利用的分类号
由于潮汐能利用的广泛的影响力，在IPC分类表里有专门的分类号，分别是：
F03B 13/12?以利用波能或潮汐能为特点的
F03B 13/26???? ?利用潮汐能
关于潮汐能利用的专利文献共4139篇，其中我国841篇。
2.潮汐能利用方面的专利申请概述
1903年，在法国首先公开了潮汐能利用的专利申请，第一个公开的专利申请为：FR324629A，该申请
利用小型堤坝开设较为狭窄的潮汐涨落通道，采用水轮、锥齿轮、支架等机械结构浮体，实现潮汐能的利用。
1903年，在美国出现了通过潮汐能获得机械能的专利申请，公开号为US725887A，该专利公开了在较为狭窄的潮汐涨落通道中采用浮体、蜗杆、涡轮、锥齿轮、支架等机械结构，实现潮汐能的利用。
1911年，在英国出现了利用潮汐能发电的专利申请，公开号为GB191025833A，该专利公开了利用浮体上的齿条使与之配合的齿轮转动，该齿轮再经过四级齿轮增速，一级皮带轮增速后带动发电机发电，这也是利用潮汐能发电的最早的专利。
我国在20世纪50-70年代建造了大量的潮汐电站，随着我国专利制度的建立，1986年出现了关于潮汐能利用的专利，其公开号为CN85104286A。该专利公开了一种潮汐电站可逆式水轮泵及其蓄能运行方法。该专利是在当时已有潮汐电站基础上做的改进。其利用可逆式潮汐水轮泵在涨潮时通过潮汐水流的冲击力将海水抽到高位水库，退潮时放水发电，由于放水流量和时间可控，发电较为稳定，解决了直接利用潮汐流发电不稳定的缺点。
3. 对数据进行统计和分析
（1）申请量年度分布
自1903年首次出现潮汐能专利，直到20世纪二三十年代相关专利才有较大幅度的增长，由于欧美国家在20世纪三十年代相继爆发经济危机，以及之后爆发的第二次世界大战，潮汐能相关专利申请长期处于低迷状态，直到七十年代随着世界经济的恢复，相关专利才出现大幅增长（详见图2）。由于世界经济的发展，化石能源的枯竭，全球二氧化碳排放量的增加导致的温室效应的加剧，人类社会对环保的重视，不需要消耗化石燃料环保无污染的潮汐能逐渐获得了重视，自2005年以来，公开量不断增加并保持一个比较高的水平。
图2 全世界公开量年度分布（1903-2020）
（2）申请的地域分布
以专利公开的国别为目标，在CNABS中文摘要库以及VEN检索数据库中进行检索，检索对象限定在全球公开日或公告日在2020年12月之前专利申请，并对检索结果进行分析。根据图3可知，中国潮汐能
专利数量最多，远高于其他国家，由于中国海岸线较长，在海边适合建设潮汐能利用装置的港口、海湾比较多，随着国家和社会在科研方面投入的增加，在潮汐能利用方面取得了不少科研成果，主要涉及潮汐能电站类型的研究、潮汐能涡轮机的应用、潮汐能设备的防腐蚀研究等，展示了我国的研发能力。
图3 潮汐能专利公开国别的专利数量（2000-2020）
（3）重要申请人的专利分布
根据图4可知，虽然中国潮汐能专利数量最多，但世界前10名申请人均为外国公司或个人，说明我国在该方面的申请人较为分散，科研能力也比较分散，没有在该领域形成领军企业。
图4 重要申请人排名
（4）中国省市排名
图5是分析对象在中国省级行政区域的分布情况，仅统计中国专利。通过该分析可以了解在中国申请专利保护较多的省份，以及各省市的创新活跃程度，如沿海的浙江、山东、江苏占据了前三甲，该三个省份除了经济发达因素外，临海的优势更有利于科研人员开展相关研究。
图5 中国主要省市潮汐能专利排名
（5）中国专利当前法律状态
图6是专利最新的法律信息，仅统计中国专利。专利的法律状态在侵权诉讼、产品引进、产品出口、技术转让、企业并购、新产品开发、新项目申报等方面都有重要作用。通过分析当前法律状态的分布情
况，可以了解分析目标中专利的权利状态及失效原因，以作为专利
价值或管理能力评估、风险分析、技术引进或专利运营等决策行动的参考依据。由于潮汐能利用门槛较低，个人申请数量较大，部分个人申请质量不高，故本领域专利授权率不高。
图6 中国专利当前法律状态分布图
（6）中国专利有效性
专利权有效、失效、审中三种状态的占比分别为39%、46%、15%。通过该分析可以分别了解分析对象中当前已获得实质性保护、已失去专利权保护或正在审查中的专利数量分布情况，以从整体上掌握专利的权利保护和潜在风险情况，为专利权的法律性调查提供依据。筛选进入公知技术领域的失效专
利，可以进行无偿使用或改进利用。由于潮汐能利用装置初期建设投资大、工期长、工程较为复杂，部分专利长期得不到有效利用，故专利的有效保有率相对较低，今后需要加快有价值专利的快速工业化，加强科研成果的利用。
三、结论
通过对潮汐发电技术现状和申请状况进行梳理，明晰了潮汐发电领域的技术发展概况，有助于了解该技术主题下专利技术的发展脉络、重要申请人相关技术分布，能够快速理解发明的技术方案，准确定位发明点，有助于提高审查人员对该领域发明构思的把握能力，进而提高审查效率与审查质量。
参考文献：
[1]高扬等.潮汐发电技术的展望，国网技术学院学报，2016年第19卷第6期。
[2]胡苏萍.欧洲海洋能开发利用现状，第十六届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集，2013年8月。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议