潮汐能发电专利技术综述

张冬梅

0 引言

潮汐是海水在月球和太阳引潮力的作用下产生的垂直于海面的周期性涨落现象。潮汐发电的优点是耗能小，每度电的成本仅火力发电站的八分之一。按运行方式将潮汐电站分为三种，即单库单向型、单库双向型和双库单向型。单库单向型只用一个水库，仅在涨潮（或落潮）时发电。现在潮汐发电的设计方式主要有两种，即横轴式和立轴式。早在 20 世纪初， 欧美等一些发达国家就已经开始了潮汐发电技术的研究。而后，1968 年前苏联也在基斯拉雅湾建造了一座潮汐电站。加拿大在 1980 年建设了一座试验潮汐电站。

在日本、中国、菲律宾等国家的诸多海岸都具备建设潮汐电站的条件。为了研究潮汐发电专利技术的发展情况，本文采用专利检索数据库CNABS、DWPI和SIPOABS数据库，通过IPC分类号（F03B13/26）、CPC分类号、关键词（潮汐、发电）、追踪检索、块检索、转库检索等检索策略进行检索，并对检索数据进行数据整理、建立数据库，利用S系统中的统计命令和Excel对该领域的专利申请数据进行统计分析并产生可视化报告，本次专利分析的检索数据包括截止到2017年4月24日公开的专利申请。

1 国内与国外专利性分析

截止到2008年，我国的潮汐发电技术一直处于缓慢发展的阶段，专利申请量变化不大，该阶段我国潮汐发电技术还处于起步阶段。自2008年以来，我国对于加大了对清洁能源发电的重视程度，许多高校、研究机构都着力对潮汐发电技术进行深入研究与开发。由于专利从申请放到公开一般存在18个月的滞后期，因此从2009年起，专利公开量持续增加，这是由于仅有上半年数据以及部分申请尚未公开。在潮汐发电技术迅猛发展的今天，外资企业十分重视中国市场，在我国申请专利的国家除中国（含中国台湾、香港地区）以外，英国、美国、爱尔兰和韩国的申请量较高。申请量较大的区域主要包括浙江、江苏等沿海城市与北京等高校、与科研机构较为集中的城市，与中部和西部各省专利申请量相差较大。在中国，潮汐发电技术领域专利申请人以大学及科研机构为主。反映出我国对于潮汐发电技术的应用仍存在很大的潜力，仍需要进一步促进科研成果的转化。潮汐发电技术专利申请较大的企业为国电联合动力技术有限公司，外国企业为开放水知识产权有限公司，表明该领域的技术已向产业化迈进。潮汐发电技术领域主要集中在F部， （机械工程；照明；加热；武器；爆破），主要分类为F03B（液力机械或液力发动机），其相近技术领域包括F03D（风力发动机），存在一些風力与潮汐组合发电的专利申请及将风力发动机原理用于潮汐发电的专利申请。

全球最早关于潮汐发电技术专利申请始于1900年，直到2001年，专利申请量都较为平缓，说明此阶段市场对于潮汐发电技术的认识与研究均不足，研发尚未大规模开展，从2002年以后专利申请量开始逐渐上升。潮汐发电技术专利申请量较多的国家包括中国、韩国、英国、美国、日本及欧盟各国。

2 专利技术发展路线

在DWPI和SIPOABS数据库中通过分类号与关键词进行进一步限定，针对水下涡轮机结构在潮汐发电中的应用专利进一步分析。选取重要专利研究水下水轮机结构在潮汐发电应用中的技术发展与脉络。经分析发现，水下涡轮机结构在潮汐发电的应用中面临的主要问题包括：如何加强涡轮机及发电机的密封性能；如何便于装置的安装、维护和维修，如何在紧急情况下实现停机；如何适用水位变化；如何增强流体动力、控制速度、减小水流损失、提高发电效率。根据上述技术问题，水下涡轮机结构用于潮汐发电技术中主要发展脉络包括：流动控制及安装维护，流动控制技术手段主要包括叶片形状设计、叶片角度和节距调整、附加导流结构、轮毂形状设置、流道形状设置、水轮机安装方式等，利于安装维护的技术手段主要包括支撑结构（悬挂、绳系、支撑住、浮船、浮体等）、水轮机分布设置、密封结构等方面。

对于流动控制与安装维护方向的专利申请一直处于快速发展阶段，在流动控制方面，初期的专利主要集中在通过将水轮机阵列分布，从而适应不同方向的水流，或者通过双向水流的利用提高发电效率。中期的专利主要集中在设置轮毂与流道的形状，从而使水力损失减小，控制叶片转速，或者通过导流机构对水流方向与速度进行控制。近期的研究着重于对叶片结构和形状的设计，以使得叶片更加符合流体水力特性，因此，对于叶片的结构以及叶片支撑和锁紧手段，均是近期的热点技术。在如何利于安装维护方面，系绳式、支撑柱式、悬挂式、悬臂式和浮船式等支撑结构一直都是研究的热点，近期，对于水轮机高度的调节已逐渐偏向智能化，水轮机高度控制手段将成为研究热点。

3 小结

基于以上分析可以看出，潮汐发电技术涉及的技术点较为广泛，中国已成为该领域专利的申请大国，而对于关键技术如水下涡轮机在潮汐发电中的应用，英国、美国、德国等国家仍处于技术领先的地位，且申请人属性主要为企业性质，此类专利成果在这些国家已经得到较为成熟的转化；而国内的申请人主要集中在高校与研究机构，与发达国家具有一定的技术差距，专利成果转化仍任重道远。潮汐发电技术的研究主要的技术问题包括如何利于安装维护及如何高效控制流动以提高发电效率，目前潮汐能采集方式多种多样，但采用水下水轮机作为动力收集，仍然是技术重点。