压缩空气储能领域全球专利检索分析报告

压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage, CAES）是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在地上储气装置或报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井、新建储气井中，在电网负荷高峰期将压缩空气的物理能转化成电能的储能方式。压缩空气储能具有规模大、成本低、储能周期不受限制、寿命长等优点，能够在实现电网削峰填谷、促进新能源高效消纳、提升电力系统安全性和灵活性等方面发挥重要作用。

国外市场方面，自1949年科学家提出利用压缩空气储能以来，国内外学者进行了大量的研究。世界上已有两座大型传统的压缩空气储能电站投入运营，这两座储能电站的压缩机组功率可达50MW以上规模。1978年，第一台商业运行的压缩空气储能机组Huntorf在德国诞生，1991年5月第二座电站McIntosh在美国阿拉巴马州投入运行。

国内市场方面，2017年发改委办公厅等四部门联合制定了《贯彻落实<关于促进储能技术与产业发展的指导意见>2019-2020年行动计划》，全文于7月1日正式发布，提出了六大部分共16项具体措施。在先进储能技术研发方面，要求重点推进大容量压缩空气储能等重大先进技术项目建设，推动百兆瓦级压缩空气储能项目实现验证示范。关于国内压缩空气储能项目的初步检索发现，中国科学院工程热物理研究所于2011年在北京中关村建成国际首套15kW超临界压缩空气储能示范系统；于2013年在河北廊坊建成国际首套1.5MW先进压缩空气储能示范系统，系统效率为52.1%；于2016年在贵州毕节建成国际首套10MW先进压缩空气储能示范系统，效率达60.2%，为全球压缩空气储能系统最高效率。清华大学于2014年11月建成500kW的非补燃式压缩空气储能发电示范电站，系统效率与国外大型补燃式储能电站相当。葛洲坝中科储能技术有限公司和中储国能（北京）技术有限公司是目前国内最具实力的压缩空气储能系统供应商。

由此可见，压缩空气储能作为一种规模化物理储能，由于其突出的技术优势，在国家政策指引和支持下正处于蓬勃发展阶段，前景广阔。近期，北京合享智慧科技有限公司开展了压缩空气储能领域全球专利检索，希望通过专利角度帮助能源领域的从业者、管理者和决策者更好地了解压缩空气储能的专利布局和技术发展趋势。现将报告主要内容摘录如下：

一、检索范围及边界条件

围绕压缩空气储能领域主要技术主题对全球专利进行检索。截止至2020年6月29日，按该检索条件检索并进行申请号合并后检出专利15680件。本报告对这15680件专利进行发明人与申请/权利归属机构的相关分析。

二、检索结果分析

1、重要相关专利信息

根据检索结果，按照检索相关度及专利价值度综合排序，列出压缩空气储能领域前10件重要相关度的专利著录信息。

2、压缩空气储能领域申请人分析

压缩空气储能领域排名前20位的申请人如下所示。其中，中国科学院工程热物理研究所申请量最高，以170件专利位居排名榜首，为压缩空气储能领域的申请主力；国家电网有限公司以143件专利位居第二。排名前两位的申请人为第一梯队，专利数量明显超过排名并列第三位的华北电力大学及西安交通大学（96件）。

图1  压缩空气储能领域主要申请人（前20）

3、压缩空气储能领域发明人分析

压缩空气储能领域排名前20位的发明人如下所示。其中陈海生以150件专利量位居发明人榜首，并且显著高于第二位发明人MATSUKUMA MASAKI（发明专利77件）及第三位发明人TROY O MCBRIDE（发明专利70件）的专利数量。

图2  压缩空气储能领域主要发明人（前20）

4、杰出发明人分析

基于统计出的压缩空气储能领域排名前三位的发明人，对其在所属机构的专利申请类型及技术组成做介绍。

统计分析得出，排名第一的发明人陈海生在中国科学院工程热物理研究所发明的专利137件，其中实用新型专利52件（有效44件，失效8件），发明专利85件（有效34件，审中46件，失效5件），陈海生职务发明中的发明专利占比较高。排名第二的发明人MATSUKUMA MASAKI发明的全部77件专利均为发明专利，且均在KOBE STEEL LTD公司完成。排名第三位的发明人TROY O MCBRIDE在SUSTAINX INC完成48件专利，全部是发明专利，其中有38件为失效状态，5件为有效状态，5件为审中状态。

统计排名前三位发明人的技术组成情况：陈海生在F01K（蒸汽机装置、贮汽器、不包含在其他类目中的发动机装置、应用特殊工作流体或循环的发动机）技术分支上的发明专利量相对于其他分支最高，为50件；在F01D（非变容式机器或发动机，如汽轮机）及F04B（液体变容式机械；泵）技术分支上申请量相对较高，分别为29件及26件。陈海生在F01K、F01D及F04B等技术分支上均有一定的研究，研究范围较广。MATSUKUMA MASAKI在F02C（燃气轮机装置；喷气推进装置的空气进气道；空气助燃的喷气推进装置燃料供给的控制）技术分支上发明量较高，为89件，说明在此技术分支上研究的较深入。TROY O MCBRIDE在F01K（蒸汽机装置；贮汽器；不包含在其他类目中的发动机装置；应用特殊工作流体或循环的发动机）上发明量较高，为17件。

三、结论

在压缩空气储能领域，中国科学院工程热物理研究所以170件专利位居排名榜首，具有明显的知识产权优势，为压缩空气储能领域的申请主力。陈海生以150件专利量位居发明人榜首，其在中国科学院工程热物理研究所完成的职务发明专利为137件。

压缩空气储能领域的重要核心专利“超临界空气储能系统”（CN2009102252523）是该领域的重要基础专利和高价值专利。以该专利为核心的专利集群，保护范围涉及超临界压缩空气储能系统工艺流程、多级宽负荷压缩机、大容量紧凑式蓄冷（热）/换热器、多级高负荷膨胀机等关键领域，建立了系统的专利保护体系。以该专利为优先权（CN2009102370290）的PCT国际申请，已进入美国、欧洲、日本等国家和地区，并获得专利权，基本完成了对世界主要发达国家和地区的覆盖，在全球范围内形成了有效的保护。发明人陈海生在压缩空气储能基础研究和技术研发方面均体现出极佳的优势，是国际上压缩空气储能领域的杰出发明人和技术引领者。