关于核能供热技术创新专利分析

关于核能供热技术创新专利分析

王德楠

国家电力投资集团有限公司，北京， 100029

摘要：核能是可大规模替代化石能源的清洁能源，可应用于发电供热。本文研究国内外有关核能供热的技术专利，分析其专利申请趋势、申请人分布、创新区域分布等内容，以全面了解核能供热核心技术，为核能供热项目落地提供重要参考与技术支撑。

关键词：核能供热、技术专利

1 核能供热概述

核电是安全、清洁、低碳、高能量密度的战略能源。核能供热是清洁取暖的一种重要形式，可为周边城镇居民清洁供暖，在提高资源利用效率的同时，进一步减少煤炭等化石能源消耗，有助于从源头上解决城市雾霾问题。以一座400MW的供热堆为例，每年可替代32万吨燃煤或1.6亿立方米燃气，与燃煤供热相比，可减少排放二氧化碳64万吨、二氧化硫5 000吨、氮氧化物1600吨、烟尘颗粒物5000吨。

2 核能发展现状

截止2020年底，全球33个国家或地区共有443座核电机组投入运行，总装机容量约393GW，在建核电机组50座，在建核电总装机容量约53GW^[1-2]。此外，还有大约240座研究堆运行在56个国家，180座动力堆为约140艘舰船、潜艇提供动力^[3]。

3 核能供热技术全球专利分析

截止2020年底，全球近10个国家共申请核能供热有关技术专利共252条，其中发明专利共194条，实用新型专利共58条；从专利法律状态而言，有效专利、失效专利及在审专利分别占专利总申请量的32.14%、47.62%与17.46%。核能供热发明专利远多于实用新型专利，核能供热领域不仅技术创新程度相对较高，而且国内外研究人员关注的核心问题是技术功能保护；失效专利数量众多，而在审专利较为有限，说明核能供热领域的专利申请时间跨度较长。专利大多由中国申请并授权，主要集中于核能非电力供热系统设计与反应堆堆型设计，系统结构的优化与设计仍是核能供热研发的重要方向。就专利申请人而言，主要由国家电投集团科学技术研究院有限公司与启迪新核能源科技有限公司申请，具备较强的技术实力。

3.1地域分布

核能供热技术专利申请目标国家分布较为集中且数量较少，全球仅有10个国家拥有相关技术专利，按照数量排序依次为中国、日本、俄罗斯、法国、德国、瑞典、美国等。向中国提交的专利申请量居于全球首位，尽管中国的核能供热技术起步相对较晚，但发展十分迅速；日本、韩国在核能供热技术研发领域处于世界前列，具有较强的技术创新能力；除中国外，核能供热领域相关专利多分布于欧美发达国家，包括俄罗斯、法国、德国、瑞典、美国等，其具有丰富的建造、运行经验。

3.2技术分支

核能供热主要包括10项技术分支，多集中于核能非电力供热系统设计、反应堆堆型、冷却剂类型与压力容器冷却技术及装置，而有关集中供热系统中的储能技术与装置、热交换器结构设计、反应堆燃料元件材料选择及组装应用的专利申请量均不足专利总申请量的5%，由此说明材料、换热器特性以及储能技术是核能供热领域的研究难点。

表1 核能供热主要技术分支

核能非电力供热系统设计作为核能供热研究的首要技术分支，申请量于2016年达到峰值；反应堆堆型、冷却剂类型与压力容器冷却技术及装置的相关研究则具有相似的申请趋势，申请量均在2013年达到峰值。除集中供热系统中的储能技术与装置相关研究外，中国在核能供热的各主要技术分支中，专利申请量基本均处于首位。以蒸汽蓄热器为代表的集中供热系统中的储能技术领域，中国的专利申请量较少；而在热交换器结构设计领域，其他国家几乎没有相关专利申请，说明中国在该研究领域具有明显优势。

3.3 申请人

国内外众多高校、科研院所、企业从事核能供热的相关技术研究，取得了一系列丰硕的专利成果。全球核能供热领域中，排名前十的申请人有七家来在中国，说明中国在核能供热领域掌握大量核心技术，发展潜力强劲。

4. 核能供热技术专利主要特点

4.1 近十年核能供热技术相关专利申请活动振荡增长

全球核能供热技术专利申请整体呈上升态势，以中国为代表的能源需求大国给予了核能供热更多关注，加大相关技术研发力度，核能供热再次成为了研究的热点问题。

4.2 核能供热技术专利地域分布差异明显

全球核能供热技术创新主要来自于亚洲与欧洲，其中法国、德国、瑞典等核电强国在核能供热领域具有明显技术优势，具有丰富的核能供热经验；以中日韩为代表的亚洲国家尽管核能供热应用相对滞后，但近年来技术进步明显。

4.3 传统技术仍是核能供热技术研发的主导

传统的热工水力、反应堆堆型设计、中间热交换器结构设计等传统问题仍然是核能供热技术研发的主导内容，核能供热与传统核电技术具有很强的技术互补性，但新兴技术方向研发投入相对不足，如人工智能、能源的高效转化等，需进一步加强国际合作。

4.4 核能供热技术创新主要集中于高校及科研院所

高校、科研院所在技术研发方面优势明显，是核能供热技术创新的主力军，依托现有技术储备，促进科学研究与工程实践相结合，推动“产学研用”一体化进程。

4.5 中国是核能供热未来发展的重点区域

核能供热是一种可持续发展的能源形式，具有传统化石能源所不具备的一系列突出优势。中国在核能供热技术创新领域，专利申请量居全球首位，后发优势明显，核能供热技术发展迎来了关键机遇期，需加快推进示范工程落地，持续完善全产业链条。

参考文献：

[1]IAEA.ElectricityStatistics[DB/OL].https://www.iea.org/statistics/electricity/.

[2] IAEA. The database on nuclear power reactors[DB/OL]. https://pris.iaea.org/pris/.

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Research_reactor;https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power#cite_ref-256 . [DB/OL].

[4] 周拯晔, 郑乐, 步伟东, 等. 核电热能工业应用规划研究初探[J]. 中国能源, 2020, 42(8): 13-15.

[5] 王建强, 戴志敏, 徐洪杰. 核能综合利用研究现状与发展[J]. 中国科学院院刊, 2019, 34(4): 460-468.

[6] 谷立鹏. 浅谈核能低温供热[J]. 低温建筑技术, 2018, 4: 117-118.

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