地热发电技术为环保添助力

随着全球气候问题的日益严峻，地热作为一种清洁能源越来越受到关注。地热能源是现有经济技术条件下，地壳内可供开发利用的地热能、地热流体及其有用组分，是一种十分宝贵的综合性矿产资源。从利用温度范围的不同，产业上利用地热的方式主要有两种，一种是中低温地热利用，另一种是高温地热利用，即地热发电。

地热发电系统的常见类型为热水型地热发电，就是将从蒸汽井里抽出的水气混合液中分离出的蒸汽引入汽轮发电机组驱动发电，剩下的热水可通过还原井送回地下。本文通过对地热发电技术进行专利检索与分析，探析该领域的专利布局情况，以期为行业发展提供参考。

专利技术快速发展

从全球范围来看，上世纪七八十年代，地热发电领域的专利申请人主要以美国为主，其他申请量较多的国家有德国、日本和法国。进入21世纪后，地热发电领域的专利申请量快速增长，特别是近10年，全球专利申请活动一直处于活跃期。

笔者对全球地热发电技术相关专利申请按区域进行了统计，其中，美国、中国、日本、德国的专利申请数量较多，申请较为活跃，美国相关专利申请量为729件，占全球申请总量的29.3％，中国紧随其后，专利申请量为703件，占全球申请总量的28.3%。日本、德国的相关专利申请量分别为626件、213件。

中国申请人有关地热发电技术的专利申请在2000年以后增长较为明显，特别在2005年以后，该领域专利申请呈现出快速增长的态势，这也与我国逐步淘汰高能耗技术、不断鼓励发展新能源技术、提倡节能环保的政策相一致。

笔者统计了地热发电领域专利申请量排名靠前的申请人，排名前几位的分别是东芝株式会社、三菱重工业株式会社、谷川浩保和谷川和永、奥马特公司、加利福尼亚联合石油公司、富士电机株式会社、斯佩里公司、通用电气，以及我国的天津大学等。总体来看，在地热发电领域，排名靠前的申请人的专利申请量占该领域申请总量的比例都不大，均不超过3%。此外，该领域排名靠前的申请人中，有4个为日本的企业或个人，其申请量之和占总申请量的9.2%，还有3个申请人为美国企业，其申请量之和占申请总量的4.2%。

技术研发推陈出新

笔者对地热发电领域专利申请的IPC分类号进行了统计，申请量排在前8位的IPC分类号下的申请量之和占申请总量的约60%。例如，地源热泵领域专利申请的主要IPC分类号有3个，分别为F03G、F01K、F01D。这3个分类号下的地热发电技术集中在发电系统、蒸汽机、汽轮机3个方面。

下面，笔者对该领域中具有代表性的专利申请进行分析，以便更好地介绍地热发电技术领域的发展状况。例如，奥马特公司的一件专利申请，涉及一种用地热流体发电的动力装置，可以将地热流体分离成含不冷凝气体的地热蒸汽和地热液体，其包括有许多组合的动力装置组合单元，每个单元具有一个用蒸汽驱动的并产生废热蒸汽的蒸汽透平，最终驱动发电机。东芝株式会社的一件专利申请，涉及地热发电材料领域，是保护一种适合用于更大型的地热发电用涡轮机转子的材料，其为了改善耐偏析性以抑制在钢锭冒口侧的碳富集，由此可以制造均质的大型钢锭，且改善了淬透性并同时确保了韧性、耐腐蚀性和耐应力腐蚀开裂性，这些性能都是地热发电用涡轮机转子所需要的。

随着新能源利用技术的不断发展，可再生能源发电占比越来越高。2017年，我国可再生能源发电装机6.5亿千瓦，发电量1.7万亿千瓦时，占我国全部发电量的26.4％。可再生能源替代传统能源的作用越发明显，提高各种能源的综合利用率也是未来的发展趋势。我国天津大学在2018年提交的一件专利申请就涉及一种基于风力、光伏发电消纳的超低温蓄冷高效地热发电系统，光伏电池板、风力发电机均与逆变系统连接，逆变系统通过控制系统与制冷系统连接，制冷系统连接蓄冷装置，蓄冷装置冷量输出分为两路：一路传输冷量至建筑空调系统；另一路传输冷量至地热发电模块。该系统利用废弃的风力、光伏发电进行超低温蓄冷，由此作为地热发电的超低温的冷源，大幅度地提高地热发电的效率。

地热发电不仅符合环境保护的要求，而且随着勘探和利用技术的不断提高，已经形成了一定的产业规模，具有市场竞争性，其开发利用前景广阔。我国地热发电领域的相关企业和科研机构应当进一步加大科研力度，提高核心竞争力，重视知识产权保护，让自主创新的技术更好地得到保护，为降低污染物和温室气体排放、保护环境做出更大贡献。