1 海洋核动力平台概述
1.1 基本情况
核能作为一种清洁能源,广泛应用于军事、能源、航天等领域,最大的用途是生产电力。目前全球已有规模不小的陆上核电站,但由于陆上资源的局限性,近些年对于海洋的开发力度不断加大,推动了海洋核电的发展。海洋核动力平台是一个较为宽泛的概念,是海洋工程与船舶工程和核工程的有机结合,是利用海洋浮动平台（例如海洋平台或船舶等）建造的可移动的核电站,既可以用在没有电网、人烟罕至、靠近海的地方,也能用在不需要建造大型电网系统的边远地区,还可以应用于能源密集型的海水淡化领域
[1,2,3]。海洋核动力平台可以用于发电、海水淡化、采暖等,能够满足区域供电、区域供热、海上石油开采、化工、极地或偏远地区、孤岛等的特殊需要
[4,5]。
1.2 各国发展现状
目前根据核电平台在海洋中的结构形式,主要有4种类型：驳船式,以俄罗斯最具代表性;重力基础结构式,以韩国最具代表性;圆柱式,以美国最具代表性;下沉式,以法国最具代表性
[2]。陆地核电站与海洋核动力平台类型的对比示意图如
图1所示。
早在1950年代初,美国开发了SL2小型核电装置,主要是为军事基地供电,但后期由于设计问题导致堆芯熔化,随后被放弃。1963年,美国军方将设计的MH-1A核电装置装备在轮船上,解决巴拿马运河地区的电荒问题。2014年美国又重新提出海洋核动力平台的计划,将小型模块化核电站放置于海洋平台上,系泊于水深足够的地方,从而避免地震和海啸的影响。
俄罗斯的世界上首座浮动核电站“罗蒙诺索夫院士”号于2007年开始建造,2010年船体下水,2018年4月28日该电站离开圣彼得堡的造船厂首航前往西伯利亚,最终将前往摩尔曼斯克装载燃料。俄罗斯当地时间2019年12月19日“罗蒙诺索夫院士”号开始在俄罗斯远东楚科奇地区的佩斯韦克市试运行,任务是为港口城市以及一个石油钻井平台和海水淡化厂提供电力。
法国国有船舶制造企业正在开发名为Flexblue的下沉式、柱形全模块化移动式的海洋浮动核电站。该下沉式核电站将被安装于距离海岸线一定距离、一定深度位置的海床上,采用与法国潜艇用反应堆类似的小型压水堆技术。
韩国的重力基础结构式海洋浮动核电站采用重力基础结构作为容器和支撑结构,该结构模块被拖拽到指定的系泊点后,用压载系统将模块放置在海床上,最后将结构模块刚性连接。
1.3 重要意义
海洋核动力平台对推动我国远洋油气资源开采和水面舰船核动力技术发展具有重要意义。我国已将海洋核动力平台列入国防科技工业“十三五”规划和核工业发展“十三五”规划,目前已开展相关标准研究和关键技术攻关
[6]。2016年1月,国家发展改革委复函同意设立中船重工申报的国家能源重大科技创新工程海洋核动力平台示范工程项目,海洋核动力平台正式立项,加快推进HHP25军转民示范工程项目的建设,实现中国海洋核动力平台“零突破”。据报道,中核集团已启动示范堆建设,而中广核和中船重工集团公司合作建造的海洋核动力平台也将建设运行。
2 数据来源及检索方法
海洋核动力平台在国际专利分类表（IPC）的分类号中并没有专门的分类号,通常可能会将其分类到G21D1/00（核发电厂的部件）这一分类号下。而对于船舶式或浮式的海洋核动力平台,尤其是核动力船只类,IPC分类号有一个单独的分类号,即B63H21/18（·船只是核能动力的）,同时,也会利用B63B（船舶或其他水上船只;船用设备）这一分类号,结合核电、核能、核动力、反应堆等相关的关键词进行补漏检索。对于其他类型的海洋核动力平台,通常在检索的时候更多地需要使用关键词进行检索。同时,考虑到海洋核动力平台涉及核潜艇等军工技术,因此出于各方面考虑,检索时未针对核潜艇（分类号涉及B63G）进行检索,并通过关键词将与潜艇等可能涉及军事工业的文献去噪。总的来说,对于海洋核动力平台这一技术而言,更多地需要用关键词进行检索,而通过关键词检索则会更多地引入噪声。
在进行检索时,需对国内外的数据分别进行统计分析,国内数据主要利用CNABS中文摘要库进行检索;而国外数据则分别利用DWPI外文摘要库和SIPOABS外文摘要库进行检索,这是由于DWPI外文摘要库可以自动聚族,便于数量上的统计分析,而SIPOABS外文摘要库便于同族数据、核心专利被引频次及申请涉及的国家和地区的统计
1(1 CNABS中文摘要库：中国专利文摘数据库,收录了1985年至今全部中国申请的信息。DWPI外文摘要库：德温特世界专利索引数据库,涵盖了各技术领域,提供各种分类的信息,同时人工改写了摘要等信息。SIPOABS外文摘要库：世界专利文摘数据库,包括的专利信息主要有著录项目、引证、摘要、分类号等。)。通过采用分类号（主要是B63H21/18）及关键词在专利检索与服务系统中进行检索,并进行一定程度的机筛,在CNABS中文摘要库获取到1 279件专利文献;在DWPI外文摘要库中检索得到2 080件专利文献;鉴于统计需要,另在SIPOABS外文摘要库中检索（采用与在DWPI库中相同的检索式,如
表1所示）得到1 730件专利文献。
通过初步阅读理解并分析所得到的文献,对于海洋核动力平台这个领域,可按照下述方式对技术分支进行简单划分。
通过人工筛选,发现中文库检索得到的专利中有170篇是完全相关且值得重点分析的文献,因此,在后续对于中文库的数据进行统计处理时主要以这170篇为主。外文库虽也存在噪声及相关度不高的文献,但根据人工浏览的情况,认为并不影响数据分析的趋势,因此只对申请人在统计时进行了常规的归一化处理。
通过检索中文库和外文库,根据检索结果的数量和信息的对比可以看出：关于海洋核动力平台的研究,国外起步较早,相关专利也较多,同时拥有较多基础性专利;国内在民用海洋核动力平台方面的研究起步较晚,相关专利相对较少,这与我国核电事业的发展以及专利制度的发展有关,同时由于领域的特殊性,在该领域的研发建设会受到国家层面的影响。目前,国内相关企业通过不断吸收消化先进技术,在原有海洋核动力平台的基础上,不断努力发展民用海洋核动力平台相关方面的自主知识产权拥有量及涉及面。
3 数据统计和分析
3.1 全球申请情况
3.1.1 申请量年度分布
从
图3中可以看出,全球关于海洋核动力平台的关注和研究最早可追溯到1959年,而人工筛选发现实际相关度最高的可追溯的专利申请（在SIPOABS库中）是美国政府海军机构（US GOV SEC NAVY）于1962年公开（申请文件上未注明申请日）的主题为“MERCHANT MARINE SHIP PRESSURIZED WATER NUCLEAR REACTOR”的申请（公开号CA638259A,公开日1962年3月13日）。
图3显示,全球范围内对于海洋核动力平台的研究整体上是持续增长的趋势,这与世界范围内经济快速增长以及对于海洋资源的需求不断加大密切相关。而海洋开发对于电力能源的需求也在不断加大,在这样的背景下,核能是非常适合与海洋平台相结合的选择。2008年之后该领域的专利申请呈快速增长趋势,这与2007年世界上首座浮式核电站“罗蒙诺索夫院士”号的建造有关,“罗蒙诺索夫院士”号的建造直接或间接推动了世界范围内对于海洋核动力平台的研究。
早期,世界范围内有关海洋核动力平台的相关专利申请均集中于国外,而且整体的年度申请量并不大,一方面是由于海洋核动力平台在早期以军事方面的应用为主,多为未公开的保密技术,另一方面,早期对于海洋的开发程度有限,对民用海洋核动力平台的需求不大。此外,中国现阶段虽然是世界上最大的核能市场,但与早期的美法日俄等国相比,核电产业和专利制度起步时间较晚,因此早期各大核电企业在中国市场的布局数量相对较少,同时,我国核能项目的开发与我国的具体国情密切相关。而近些年来,为申报海洋核动力平台示范工程项目,相关申请人在海洋核动力平台方面的准备工作使得整体申请量增加,海洋核动力平台的中国专利申请量大幅度提升。
虽然核电站本身的原理性技术已经是业内所熟知的,但是建设海洋平台上的核电站,不仅要考虑核电设备本身的固有安全性,还需要考虑堆型、破冰、在海洋中的稳定性以及台风等外界环境对于平台的影响。因此,对于海洋核动力平台的相关专利申请仍在增长。
3.1.2 目标市场的地域分布
全球申请目标市场的地域分布可以相对客观地反映出产品的市场分配比重。在S系统DWPI数据库中对海洋核动力平台专利申请的国家和地区分布进行统计分析,可以得到
图4的海洋核动力平台申请全球地域分布的饼状图。
从总量的占比来看,海洋核动力平台的设计研究主要集中在中国、日本、美国、韩国、德国、俄罗斯这些核电产业大国,海洋核动力平台相关研究的地域分布与核电产业发展的地域分布紧密相关。日本作为一个狭长的岛国,陆地面积有限,同时日本对于电力及海洋资源的需求旺盛,使得日本在海洋核动力平台相关方面的申请量相对较大。美国是最先开展海洋核电技术研究的国家,在海洋核动力平台方面的研究也相对较多,检索结果显示,美国西屋等核电相关的申请人在海洋核动力平台相关方面的专利研究起步早、也更深入。各国企业早期在日本和美国市场的专利申请量领先于其他国家和地区,占有较大的市场份额。中国的市场比重与美国相差不大,申请量略领先于美国,这得益于近年来我国海洋核动力平台示范工程项目的获批,使得相关专利申请量快速增加,提高了我国的全球占比。
3.1.3 申请人情况
在SIPOABS外文摘要库中分析国外关于海洋核动力平台的统计数据（同族数据）,得到如
图6所示的全球申请人排名。
从
图5可以看出,在海洋核动力平台领域排名前列的申请人均为核电领域的重要申请人,这也进一步说明海洋核动力平台领域的重点仍为其核心的核反应堆相关技术。因此核电技术相关的重要申请人占据大半江山,当然船舶领域的重要申请人也有其技术优势,如法国国有船舶制造企业（DCNS）及中船重工等。同时通过数据增长趋势的分析,国内相关企业近年在海洋核动力平台方面的申请量增长迅速。
在国外申请人中,法国原子能委员会的专利申请数量相对较多,通过浏览可以看到其相关专利申请以反应堆本身,特别是堆芯相关的技术为主。巴布科克&威尔科克斯的申请量紧随其后,同样是以堆芯相关技术为主,同时还包括换热系统的相关技术。东芝的专利申请更多的在于反应堆的监测和设备相关的技术等方面。
从
图6全球申请人国别分布来看,美、法、韩、俄、德等国的申请人是海洋核动力平台的主力,这与国外海洋核电的技术发展状况相关。而我国申请人（例如,中国核动力研究设计院和中船重工等）在全球市场占比不高,这归因于我国对海洋核动力平台的研究起步较晚。
通过上述分析,同时结合检索结果,不难看出：在海洋核动力平台领域,国外申请人的专利布局起步时间早、持续时间长。
3.1.4 核心专利
通过S系统在SIPOABS库中进行检索,将检索结果进行核心专利被引频次及该申请涉及的国家和地区统计,得到高频被引证核心专利（
表2）。
通常情况下,一件专利申请的被引频次越高说明其重要性越大,同族越多其市场价值也越高。从
表2可以看出,被引频次排名前10位的专利申请主要集中于欧美等国家和地区的申请人,其中西门子公司、美国西屋公司、英国原子能机构、法国原子能委员会等机构的专利拥有较高的被引用次数。并且,被引频次排名前10位的专利申请其同族专利的布局范围较为广泛,均涉及世界范围内各核电产业及核能需求大国。
被引频次排名首位的是西门子公司的申请,其被引频次高达61次,其同族主要涉及英国和美国,说明该项重要专利在英美两国的市场价值更大。根据SIPOABS数据库给出的引证数据,欧美（US/EP）对于该专利的引证最多,也进一步说明该专利在欧美地区的重要性。该专利主要对核动力船的反应堆本身进行设计改进,而海洋核动力平台最重要的便是反应堆的相关技术,这也是该专利被引次数相对较高的原因之一。
3.2 中国申请情况
3.2.1 申请量年度分布
图7显示了中国申请量年度分布变化趋势,从图中可以看出2012年之后有关海洋核动力平台的申请量明显上升,这与2011年的福岛核事故有关,也与民用核动力与海洋平台相结合的发展趋势以及我国的迫切需求紧密相关。
3.2.2 申请类型
中国在海洋核动力平台领域的专利申请中,发明专利占67%,实用新型专利占33%。根据人工去噪的结果,国内申请人在进行发明专利申请时,会同时提交实用新型专利申请,这使得申请人在发明专利获得授权后可以放弃实用新型的专利权,鉴于实用新型授权较发明更快,这样可以尽早获得专利权并给予最长期限的保护;如果发明专利申请被驳回,在实用新型不被无效的情况下,可拥有10年的保护期,可以最大程度对专利申请给予保护。
3.2.3 重要申请人分析
分析国内关于海洋核动力平台的统计数据,对申请人进行归一化后,得到如
图8所示的海洋核动力平台排名前5位的国内申请人。
（1）中广核集团
中广核集团是国内核电三大巨头之一,有着丰富的核电站及反应堆设计能力,并对相关技术具有自主知识产权,其有关海洋核动力平台的专利申请的历年申请量如
图9所示。同样地,2016年海洋核动力平台项目正式立项,中广核在2016–2019年持续对海洋核动力平台的相关技术进行专利申请。
中广核有关海洋核动力平台的专利申请涵盖的技术分支包括：海洋平台的结构形式（例如CN106335611A的海洋反应堆系统平台及其安装方法）、反应堆结构（例如CN106098121A的气液流通管及安全壳、CN108062985A的适用于海洋工况的反应堆压力容器）、反应堆安全相关（例如CN107293335A的安全壳非能动抑压系统）、反应堆的控制（例如CN106325131A的海上小型堆严重事故仪控系统及控制方法）以及其他相关的技术。此外,中广核与中海油有一件合作专利申请（CN205028667U）,其涉及一种海上核能热电联产系统,主要针对系统内部结构回路的改进。
（2）中国船舶重工集团公司
海洋核动力平台示范工程是以中国船舶重工集团公司主导申报的国家能源重大科技创新示范工程。中船重工是中国军工集团之一,也是中国最大的造修船集团之一,拥有齐全的船舰配套能力。中船重工有关海洋核动力平台的专利申请的历年申请量如
图10所示。2016年海洋核动力平台项目正式立项,中船重工在随后的2017–2019年集中持续地对海洋核动力平台的相关技术进行专利申请。在海洋核动力平台的项目中,已与中国核燃料有限公司、中核北方核燃料元件有限公司联合签署了海洋核动力平台示范工程首炉燃料组件的采购合同。
中船重工有关海洋核动力平台的专利申请涵盖的技术分支包括：海洋平台的结构形式（例如CN107610798A的奖杯式浮动核电站）、反应堆本身（例如CN108039212A的适用于浮动式反应堆的上部堆内构件）、反应堆安全相关（例如CN107464590A的船用压水堆二次侧非能动余热排出系统）、海洋平台的管理（例如CN107734016A的适用于涉核海洋平台的信息管理系统及方法）、反应堆相关测量系统（例如CN108257695A的船用小型反应堆堆外轴向功率量程测量装置）以及其他相关技术。
（3）中国核动力研究设计院
中国核动力研究设计院是国内最早成批量成体系针对海洋核动力平台相关技术方案进行专利申请的申请人,其历年申请量如
图11所示。
中国核动力研究设计院早期是军工出身,在转型开发民用海洋核动力平台时,在技术及其他资源上有相对更大的优势。中国核动力研究设计院有关海洋核动力平台的专利申请几乎涵盖了海洋核动力平台的所有技术分支,包括：海洋平台的结构形式（例如CN104036838A的移动平台式浮动核电站、CN104021827A的半潜式平台浮动核电站、CN104021828A的固定平台式浮动核电站、CN104332202A的穿浪型船体式浮动核电站、CN104538071A的圆柱型浮动平台）、反应堆回路（例如CN104021829A的多用途的浮动核能装置对二、三回路的改进）、反应堆安全相关（例如CN104979024A的浮动核电站非能动降压注水冷却系统、CN106373622A的能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统）、反应堆控制管理（CN108053892A的船用反应堆反应性控制方法）、反应堆相关测量试验（例如CN104934082A的温压可控的海洋热工环境模拟系统）以及其他平台相关的技术（例如平台的固定方式、抗冰结构等）。
（4）中海油
中海油是一家产业链完整的国际能源公司,作为主营业务的油气勘探对于海洋平台的需求非常迫切。在人烟罕至、没有电网的远海地区进行勘探开发需要建立海洋核动力平台以提供稳定的电力能源及其他转化能源。中海油关于海洋核动力平台的历年专利申请量如
图12所示。
从检索结果看,中海油关于海洋核动力平台的专利申请主要集中于海洋平台的结构（例如CN104299662A的可移动海上核电平台的核电站、CN104376886A的桶型基础的海上核电平台、CN104960637A的浅水冰区海域的海上核电平台）及防撞抗冰装置等相关设备（例如CN104314062A的海上核电平台用围堰式液压防撞抗冰装置等）的改进。
（5）上海核工程研究设计院
上海核工程研究设计院是核电领域的重要申请人之一,其关于海洋核动力平台的历年申请量如
图13所示。
上海核工程研究设计院的专利申请涉及的技术分支包括：反应堆结构及回路（例如CN105679382A的一回路主设备直连方式、CN105957560A的反应堆堆本体结构、CN105913889A的三环路核能系统）、反应堆安全相关（例如CN104934079A的长期非能动应急给水系统、CN105448357A的安全壳冷却系统、CN107808701A的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统）及反应堆控制（例如CN105788667A的控制棒驱动机构）等。
表3对国内主要申请人相关专利申请的技术分支分布进行了汇总。中国核动力研究设计院和中船重工的海洋核动力平台相关技术较为全面,从海洋平台的结构到核反应堆相关的技术均有涉及。而中广核和上海核工程研究设计院作为核电领域的重要申请人,在海洋核动力平台项目上的侧重点也更倾向于在核反应堆相关技术上进行改进。中海油在海洋平台上的技术优势令其在海洋核动力平台项目上更倾向于海洋平台本身的改进。
而海洋核动力平台这一项目本身就是船舶工程与核工程的有机结合,在检索中也了解到中广核与中海油有一件合作专利申请。笔者认为,对于中海油和中船重工而言,其优势技术更多在于海洋平台结构,可以考虑更深入地与核电技术突出的中国核动力研究设计院、中广核、上海核工程研究设计院等企业或研究所进行合作,充分发挥各自的技术优势,进一步完善及提高海洋核动力平台的综合性能。
国内申请人对海上核动力平台的研究各有所长,为我国开展海洋核动力平台相关重点工程项目奠定了良好的基础,也将为后续的工程实施提供有力的技术保障。
4 结语
通过在全球专利数据库以及中文专利数据库中进行检索,得到有关海洋核动力平台各方面相关的专利数据,选取部分数据（例如中国和全球申请量数据、申请地域分布数据等）进行统计分析,对海洋核动力平台相关技术的专利申请状况进行初步的了解。
专利申请人的技术领域不同,申请的侧重点也不同,海洋平台领域的相关申请人在海洋平台的改进上有更大的优势,而核电领域的相关申请人在核动力结构上的改进都是围绕反应堆堆芯、反应堆的安全和监测相关技术。同时国外申请人会在更为细节的结构和操作方法上进行改进。基于此,在技术层面,建议国内申请人在已有成熟技术的基础上,进一步加强细节的改进以期获得更好的海洋核动力平台的整体性能。
海洋核动力平台这一领域存在特殊性,不仅与核电技术相关（涉及到海洋平台用核反应堆通常都需要是小型堆）,还与海洋平台的相关技术相关,其发展除了与海洋能源经济开发及国防需求息息相关,还离不开国家的扶持,与国家政策的变化息息相关。当前,我国正在着力建设知识产权强国,虽然在海洋核动力平台这一技术领域,我国相关技术分支的专利申请时间较晚且缺乏全球布局及基础性专利,但现在仍可以借助国家和地方政府对专利的扶持,充分利用国内强大的检索分析能力,努力提升专利质量,加大全球布局的力度和广度,实现海洋核动力平台相关专利技术的“走出去”。另一方面,从检索统计结果可以看出海洋核动力平台国内申请人的积极性在提高,专利布局的技术分支在不断扩展,并且从核电到海洋平台领域,国内申请人都在引进消化吸收的基础上进行了创新,已经拥有了一定数量的自主知识产权。在此基础上,建议不同领域的申请人加强合作,充分发挥各自的技术优势,通过合作共赢的方式,在提高海洋核动力平台整体性能的同时实现海洋核动力平台技术的“走出去”。
近年来,随着我国大力发展核电等清洁能源的政策出台,以及我国海洋经济开发的逐步深化,以成熟的陆上核电站（以小型堆和压水堆为主）作为核电技术支撑,加上成熟的船舶和海洋工程技术的技术保障,用于海洋资源开发中电热联供等能源供应和应急保障的、作为民用核电设施的海洋核动力平台将发挥重要的战略作用,并通过专利布局让相关技术“走出去”,成为中国提升“海洋强国”的实力证明。
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