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全球能源互联网主题国际态势分析
作者:王阳 发表时间:2019年08月26日

 

 

  目前全球经济力量正在重新平衡,由第二次世界大战塑造的世界格局已经被改变。面对日趋多元化的世界格局和各地区愈加紧密的经济联系,促进世界发展的根源应在可持续发展。全球能源互联网是指以特高压电网为骨干网架(通道)、以输送清洁能源为主、全球互联的坚强智能电网1

 

  全球能源互联网的提出,无疑将能源互联网规模化发展的进程进行了加速提高,令相关的政府及企业意识到,开展能源互联网已经不仅仅局限于企业级或园区级的规模,而应站在国家乃至国际视角上思考布局。

  本部分内容是在全球能源互联网快速发展的大背景下,通过科技论文文献和专利文献这两个角度,分析“全球能源互联网”主题的国际态势。

  文献分析

  根据用户提供的检索词,构建“全球能源互联网”的检索策略2,在ISI Web of Science数据库中,共检索到2871篇论文(检索时间为2018年8月17日),对检索出的数据采用TDA、Excel、VOSviewer等工具进行分析,结果如下。

  研究产出分析

  (1)       年代分布

  从检出结果看,1990年BERGANOV,IR首次报道了“用于光纤传输系统的自适应太阳能电源的研究”,通过对中亚地区太阳辐射调查的数据分析,研究了用于光纤传输系统的自适应太阳能电源,确定其最佳蓄电容量。

  从图1中可以看出,纵观整个研究历程,前期发文量少,时断时续,研究进展缓慢。进入2006年,发文量突破20篇,并呈现缓慢增长的趋势。2012年,发文量猛然增长至269篇,并一直呈快速增长态势,到2017年发文量达459篇。

 

 

  (2)       国家(地区)分布

  全球共有110多个国家开展了全球能源互联网的研究,其前十位的国家排名见下图(图2)。发文量前十位的国家分别是中国、美国、印度、英国、德国、加拿大、意大利、日本、伊朗和丹麦,上述十个国家在全球能源互联网主题中的发文量占总量的70%。

 

  从国家角度看,中国在该主题的研究中占有绝对优势,其发文量占全部论文的31.7%。位居第二位的是美国,其发文量占全部论文的15.70%。前两位的国家发文量较其它国家发文数量有一定的差距,从第三名(印度)开始,发文量数量级在130篇以内。

  (3)       机构分布

  表1列出了关于全球能源互联网的全球发表大于15篇的机构,其中前十位的机构中,中国的机构有8家。其中,中国国家电网发文量最多,遥遥领先位居首位,发文数量达到了326篇。华北电力大学以185篇的发文量位于第二位,前2位的机构发文量超过了百篇,从第3位起,发文量低于100篇。发文量大于15篇的机构中,中国有18家机构,美国有3家,丹麦、印度、葡萄牙、日本、加拿大、瑞士和新加坡分别1家。可见,机构研究力量相对集中,主要集中在中国。

  此外,在这28个机构中,以高校为主。其中,科研单位有2家,分别是中国科学院和印度科学院;企业有2家,分别是国家电网和ABB公司;大学有23家,所占比例较多。

  (4)       期刊分布

  该主题发表论文涉及期刊213多种,发文量最多的前五种期刊分别是:ENERGIES(70篇)、IEEE TRANSACTIONS ON SMARTGRID(56篇)、APPLIED ENERGY(49篇)、ENERGY(46篇)和RENEWABLEENERGY(39篇)。

  国家(地区)被引频次分析

  对全球发表的关于全球能源互联网研究论文的被引频次进行分析,以国家进行累积加和,并计算其篇均被引频次(表3)。总被引次数和篇均被引次的高低说明研究的影响力大小,其中,总被引次数表示国家在该研究领域的影响力,篇均被引次数表示发表论文的被关注的程度。

 

 

  以发文量前10位国家的国家名称、发文量和及其篇均被引频次三个指标作气泡图,气泡大小表示篇均被引频次高低。由图可以直观看出,从被引总频次来看,总被引量超过1000次的国家排位依次是美国、中国、英国、意大利。美国总被引频次达7782,遥遥领先于其它国家;其篇均被引频次为14.6,同样排在世界第1位。中国总被引量为5064,虽然排在第二位,但是篇均被引次数仅为4.71,说明我国发文质量有待提高。英国、加拿大和意大利的篇均被引频次也超过了10,说明发文质量较高。

  该领域研究技术主题分析(VOSviewer制图)

  根据检索出的文献,通过TDA分析工具对关键词进行分析,排除无效概念,得到全球能源互联网研究所涉及的高频关键词。根据专家意见,将主题关键词分为三类,能源传输过程的技术研究(红色部分),应用研究(绿色部分)和政策经济预测(蓝色和黄色部分)。在能源传输过程的技术研究方面,主要包括了能源效率、储能、基础设备等。在应用研究方面,主要是风电场、风力涡轮机、调节器、电压、稳定性等。政策经济预测方面,主要包括了对中国地区、经济预测、电能预测、风能预测、评估模型、预测准确度等。

  小结

  本部分对全球能源互联网的国际基础性研究进行了文献分析,通过分析从整体上把握该领域国际发展态势,为科学决策提供支撑。

  (1)       全球能源互联网国际发展态势

  全球对全球能源互联网的研究历史不长,在2010年左右才逐渐引起科学界的关注,呈规模化发展始于2014年,此后一直呈稳步发展的态势。全球关于全球能源互联网的研究涉及110多个国家(地区),中国是这方面研究最多的国家,其次是美国。从机构角度来看,排名前六的机构均属中国,尤其是中国电网公司,遥遥领先于其它机构,说明我国整体实力很强。

  (2)       全球能源互联网主要研究内容

  从全球能源互联网研究所涉及的高频关键词可以看出主要研究内容涉及能源传输过程的技术研究、应用研究和政策经济预测。在能源传输过程的技术研究方面,主要包括了能源效率、储能、基础设备等。在应用研究方面,主要是风电场、风力涡轮机、调节器、电压、稳定性等。政策经济预测方面,主要包括了对中国地区、经济预测、电能预测、风能预测、评估模型、预测准确度等。

  专利分析

  在ISI Derwent Innovations Index(DII)数据库中3,共检索到6665条专利文献(检索时间2018年8月)。对检索出的数据采用TDA和Excel等工具进行分析,结果如下。

  1.总体情况分析

  (1)专利申请国家(地区)和时间分布从全球的全球能源互联网技术专利申请来看(图5),全球能源互联网的专利技术最早可追溯到1975年。在2000年前,全球能源互联网专利年申请量不超过10条,进入2000年后,全球关于全球能源互联网的专利申请量呈逐年稳步上升的态势。其中,2009年专利申请量破百,2014年申请量破千。

 

 

  中国自1994年就有相关专利申请,且一直处于全球领跑位置。在前期虽然发展缓慢,但近十年来中国发展迅速。进入2010年,专利量占全球比例达到60%,2012年起,专利量占比达到了80%以上。申请量最多的前5位国家分别是中国、美国、日本、韩国和德国。其中,美国是最早开展全球能源互联网研究的国家,其年专利申请量稳步上升,但上升趋势不明显。

  (2)       专利技术国家(地区)分布

  从专利技术的国家(地区)来源来看,中国的专利技术最多,占总数的83.21%;其次是美国,占总数的6.40%;日本的专利占比为4.29%。从专利技术的市场分布来看,专利主要分布于中国、美国、WO、日本和欧洲。从图6和图7可以看出,中国是全球能源互联网技术的输出国,其技术来源比例高于市场应用的比例。欧洲除了拥有美国、日本这样的技术强国外,还是一个重要的市场。

  与文献分析部分不同,日本和韩国进入了前五位排名。说明在亚洲,能源互联网的专利技术处于整体领先的地位。

  (3)       主要申请人分析

  从检索结果看,约有4000多家机构活跃在全球能源互联网研发领域。专利申请数量位居前10位的机构有5家为大学,4家为企业,1家为科研机构(表4)。前10位的机构中,中国所属的机构有8家,美国所属机构有1家,日本所属机构有1家,前20名的申请人中,均是企业/机构申请,没有个人申请。

 

 

  中国研发机构在全球能源互联网领域申请专利的全球排位处于绝对领先的地位,进入前20位的中国所属申请人包括了国家电网、中国电力科学研究院、华北电力大学、清华大学、国电公司、西南大学、华南理工大学、上海交通大学、武汉大学、重庆大学、华中科技大学、湖南大学和山东大学。

  (4)       全球能源互联网技术主题分析

  基于专利题名和摘要关键词绘制全球能源互联网研发主题布局专利地图,由图8可以看出,全球能源互联网领域关注主题明显集中于电力生产、时间负荷、电力负荷、电压发生器等方向。

 

 

  小结

  本部分对全球能源互联网主题进行了专利文献分析。全球专利文献中关于全球能源互联网的研究可以回溯到1975年,进入2000年后,全球关于全球能源互联网的专利申请量呈逐年稳步上升的态势。其中,2009年专利申请量破百,2014年申请量破千。中国自1994年就有相关专利申请,且一直处于全球领跑位置。在前期虽然发展缓慢,但近十年来中国发展迅速。进入2010年,专利量占全球比例达到60%,2012年起,专利量占比达到了80%以上。

  从专利技术的国家(地区)来源来看,中国的专利技术最多,占总数的83.21%;其次是美国、日本,整体表明亚洲处于能源互联网专利技术的领先的地位。从专利技术的市场分布来看,专利主要分布于中国、美国、WO、日本和欧洲。中国是全球能源互联网技术的输出国,其技术来源比例高于市场应用的比例。欧洲除了拥有美国、日本这样的技术强国外,还是一个重要的市场。

  在全球开展全球能源互联网研究的近4000家机构中,中国研发机构在全球能源互联网领域申请专利的全球排位处于绝对领先的地位。进入前20位的中国所属申请人包括了国家电网、中国电力科学研究院、华北电力大学、清华大学、国电公司、西南大学、华南理工大学、上海交通大学、武汉大学、重庆大学、华中科技大学、湖南大学和山东大学。

  全球能源互联网领域关注主题明显集中于电力生产、时间负荷、电力负荷、电压发生器等方向。(作者单位:中国科学院文献情报中心咨询服务部)

 

  参考文献

  1 刘振亚.构建全球能源互联网推动能源与环境协调发展[J].中国电力企业管理,2014(23):14-17.

  2  检索策略:TS=((”Smartgrid”or“Powergrid”)and(”cleanenergy”or“electricenergy”or“petroleum”or“oil”or“naturalgas”or“hydrogen”or“hydropower”or“hydroelectric*”or“windelectric*”or“windpower”or“solarenergy”or“solarpower”or“biogas”))

  3  检索策略:TS=((”Smartgrid”or“Powergrid”)and(”cleanenergy”or“electricenergy”or“petroleum”or“oil”or“naturalgas”or“hydrogen”or“hydropower”or“hydroelectric*”or“windelectric*”or“windpower”or“solarenergy”or“solarpower”or“biogas”))

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