增强型电网专利物理和智能电网创新的全球趋势分析

正如Mario Draghi在里程碑式的报告中最近强调的那样，引领新的清洁技术并在能源转型方面远离化石燃料加速发展是确保欧洲经济竞争力的关键条件。已经取得了显著进展：欧洲正在创下可再生能源发电的新纪录，并在大陆范围内部署了电力驱动的车辆或热泵。这些趋势使得投资更智能、更灵活的传输和分配网络变得愈发紧迫，以有效平衡不断增长的电力需求与新的、可变的能源来源之间的关系。在此背景下，生产关于创新趋势相关的可用技术选项的可靠情报对于支持稳健的商业和政策决策至关重要。这也是欧洲专利局可持续发展战略承诺的一部分。 本研究——自2020年以来与国际能源署（IEA）合作开展的第四项此类研究——关注电力电网领域的创新趋势。结合IEA在能源领域的专业知识与欧洲专利局（EPO）的专利知识，该报告特别突出了数字技术对该领域的颠覆性影响，并揭示了百年老行业正在经历的深刻变革。由于专利信息是最早的工业创新信号，该报告为全球决策者提供了一种独特的情报来源，以了解一个复杂且快速发展的技术领域，该领域正达到前所未有的战略重要性。专利保护对于创新者将研究成果转化为市场可用的产品至关重要。专利使企业和大学能够获得其创造力和辛勤工作的回报。作为欧洲的专利局，欧洲专利局为多达45个国家（包括所有欧盟成员国）提供高质量的专利以保护创新。欧洲专利不仅适用于大型跨国公司，也是帮助小型企业筹集资金、建立合作关系并最终扩大规模的关键工具。 该研究为政策制定者、监管机构和运营商提供了指南，帮助他们预见技术变革、评估在电力分配行业中不同细分市场的相对优势，并将资源投向有潜力的选项。依托欧洲专利局（EPO）独一无二的整理和汇总的证据基础，该研究引入了新颖的专利数据分析策略，以评估影响能源基础设施（包括其物理和智能维度）组成部分和架构的现代化动态。它揭示了创新企业和研究领域贡献于长期可持续增长所开辟的道路。该研究得到了参与EPO观察站能源转型活动的十二个专利局的支持，分别是奥地利、波斯尼亚和 Herzegovina、捷克共和国、芬兰、意大利、拉脱维亚、立陶宛、摩纳哥、荷兰、西班牙、瑞典和土耳其。 研究结果揭示了在过去十五年中电网技术领域创新的显著加速，为新时代的电力网络铺平了道路，这些网络能够无缝地感知和管理成千上万的电气设备。此外，这些发现还突显了欧洲在这一转型中的重要贡献，从而强调了欧洲工业——无论是初创企业还是大型公司——进行能源转型的机会。尤为重要的是，这份报告还提醒我们清洁技术领域创新的竞争性本质：全球更智能电网技术的竞争正在展开，并且近年来由于人工智能和智能电动汽车充电的影响增强而加速。通过为决策者提供前所未有的专利趋势视角，这些发现为我们向新的能源系统过渡提供了一份宝贵的地图。 Ant ó nio Campinos 欧洲专利局主席 电网在过去一个世纪以上一直是电力系统的支柱，通过为家庭、工业和服务提供电力，支撑了经济活动。电力的作用正变得越来越重要，国际能源署（IEA）明确指出，全球能源系统未来的趋势将是日益电气化。在能源史上，我们见证了煤炭时代和石油时代——我们现在正迈向电气时代。这使得扩大电力基础设施对于持续的社会和经济发展变得更加重要。 缺乏足够的电力网络来输送新的电力供应至需求中心，经济活动可能会受到阻碍，而社会中最脆弱的群体很可能会受到最大影响。新兴和发展中经济体的能源接入可能会停滞，整合新的能源来源可能会变得更加昂贵和复杂。确保全球电网符合用途不仅需要建设新的线路，还需要翻新和升级现有网络以充分利用现有的基础设施。 互联的电力网络为消费者带来了益处，并且对于能源安全至关重要。据估计，欧洲跨境电力贸易每年为经济带来的利益约为340亿欧元。随着2022年俄罗斯全面入侵，乌克兰的电力网络在创纪录的时间内与大陆欧洲系统相连，并且到2024年夏天，来自欧洲的出口几乎占到了乌克兰高峰电力需求的五分之一。2025年4月，国际能源安全未来峰会将在英国政府主办下召开，由国际能源署（IEA）组织，届时电力网络和稳定供电问题将被列入议程。 新的电网扩展和翻新方法可以为国家竞争力做出贡献，这在经历了全球能源危机和高价格时期后，成为许多国家相关政策的优先事项。技术创新是这一挑战的核心。世界将继续依赖创新者推动进展速度以解决一系列新兴挑战，包括整合更大比例的可变可再生能源（如风能和太阳能），并改进需求侧管理措施以确保消费者能够发挥作用。 政府在支持创新和鼓励电网运营商采用最新解决方案方面发挥着关键作用。许多国家现在正致力于促进清洁能源技术的制造并刺激国内需求。到目前为止，这些努力主要集中在太阳能光伏、风力涡轮机、电池、电动汽车、电解器和热泵等产品上。但本报告指出，电力 grid 创新领域的领导权竞争正在加剧，扩大工业战略以涵盖与电网相关的技术具有强烈必要性。 这项研究是国际能源署（IEA）与欧洲专利局（EPO）强大合作关系的又一例证，是对电力电网技术领域专利趋势进行全面分析的研究。这种综合方法——不仅关注物理电网技术、智能电网技术，还关注它们之间的日益重叠——对于理解向先进和新兴经济体面临的挑战迈进的进展至关重要。 报告的研究发现使我们有信心全球的创新者正在应对电力 grid 所面临的新挑战，并抓住这一经济机遇。但报告也指出了某些地区可能失去技术领先地位或需要更多努力的领域。我们与欧洲专利局（EPO）的持续合作将允许我们继续跟踪这一进展。 目录 7缩写列表 执行摘要 1. Introduction171.1. 电网对于清洁能源转型的重要性..............................................................................................................................171.2. 电网面临的新挑战..........................................................................................................................................................171.3. 挑战 1：扩展和增强物理连接....................................................................................................................................181.4. 挑战 2：使电网运营更具灵活性和双向性.............................................................................................................241.5. 挑战 3：保护人员、数据和环境.............................................................................................................................261.6. 报告结构................................................................................................................................................................... 2.1.总体专利趋势。. 31 2.2.电网创新的地理学。. 33 2.3.申请人简介。. 36. 3. 物理网格和固定存储403.1 、物理网格技术的主要申请专利趋势 40 3.2 、固定存储技术的近期趋势 53 4. 智能电网574.1 、智能电网技术申请专利的主要趋势 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 64 表格和数字清单 Tables 表1.3.1 可以帮助解决扩展和增强物理连接挑战的技术 23 表1.4.1 可以帮助解决使电网操作更加灵活和双向化的挑战的技术25表 1.5. 1 有助于应对保护人员、数据和环境的挑战的技术27表 2.2. 1 2011 - 2022 年按细分市场显示的网格技术优势35表 4.1. 1 2011 - 2022 年关键使能技术对智能电网其他领域子集的影响63 数字图 E1按主要世界区域分列的专利趋势(IPF ， 2001 - 2022 年)11 图 E2国际专利申请份额和隐含技术优势按主要世界区域和主要类型的相关电网技术（IPFs，2011-2022）12图 E3网格相关技术的前 15 名申请人(IPF ， 2011 - 2022)13图 E42001 - 2022 年部分智能电网技术申请专利的增长14图 E5人工智能对智能电网创新日益增长的影响15图 E6网格相关技术的初创企业 ： 2011 - 2022 年按世界主要地区划分的初创企业数量和专利概况16图 1.3. 1 本报告涵盖的电网示意图20图 1.3. 2 1971 - 2021 年全球电网长度21图 1.6. 1 电网相关技术图29图 2.1. 1 物理电网 ， 智能电网和固定存储的专利趋势(IPF ， 2001 - 2022)31图 2.1. 2 网格相关技术专利的增长(IPF ， 2001 - 2022)32图 2.1. 3 与电网相关领域的公共研发支出33图 2.2. 1 按主要世界区域分列的专利申请趋势(IPF ， 2001 - 2022 年)34图2.3.1 公司在电网和选定的固定式储能技术领域的前15大申请者（IPFs，2011-2022） 36图2.3.2 研究机构在电网和选定的固定式储能技术领域的前15大申请者（IPFs，2011-2022）37图 2.3. 3 网格相关技术的初创企业 ： 按主要世界地区划分的初创企业数量和专利申请概况(2011 - 2022)39图 2.3. 4 与网格相关的初创企业概况 ： 按主要活动划分的初创企业数量和专利申请概况(2011 - 2022)40图 3.1. 1 1971 - 2021 年高压直流输电的扩展41图 3.1. 2 2001 - 2022 年网格相关技术专利增长42图 3.1. 3 物理网格技术中智能特征的渗透率43图 3.1. 4 2011 - 2022 年物理电网相关专利的全球起源44图 3.1. 5 2011 - 2022 年物理电网相关专利的欧洲起源44图 3.1. 6 按主要地区划分的物理电网技术中智能特征的渗透率 ， 2011 - 2022 年45图 3.1. 7 远程故障检测和定位的专利趋势(IPF ， 2001 - 2022)46图 3.1. 8 远程故障检测和定位中 IPF 的全球起源(IPF ， 2011 - 2022)47图 3.1. 9 按地区划分的飞轮与合成惯性的专利趋势(IPF ， 2011 - 2022 年)49 图 3.1. 10 电力传输的专利趋势(IPF ， 2001 - 2022)50图 3.1. 11 超导电缆中的区域生态系统(IPF ， 2011 - 2022 年)51图 3.1. 12 2011 - 2022 年超导电缆前 10 名申请人52图 3.2. 1 选定固定存储技术的专利(IPF ， 2001 - 2022)54图 3.2. 2 2011 - 2022 年固定存储技术专利的全球起源55图 3.