「離岸風電」全球專利地圖解析

一、離岸風電

按，「離岸風電」是風力發電的一種，過去的風力發電多為將風機裝設在陸地上的「陸域風電」為主，例如：高美濕地旁的「臺中港風力發電站」就是一個陸域風電發電站；而隨著風電技術的日益成熟，已朝將風機架設在近海或外海的「離岸風電」技術發展。

據國際風力發電顧問公司 4C Offshore 的評比，全球排名前 50 名的優良風場，就有 17 處在臺灣，皆位於臺灣西部沿岸，集中於桃竹苗至臺中外海一帶。換言之，臺灣具備了發展離岸風電的絕佳地理條件^[註1]。

離岸風電的組成結構(照片取自:科技大觀園)^[註2]

鑑於台灣因為風場條件佳、離岸風電產業鏈逐漸成形，加上政府政策，離岸風電技術發展日趨熱絡、成熟，發展離岸風電之條件優良，未來離岸風電可望成為台灣重要之再生能源之一。為進一步探討各國離岸風電技術運用的發展現況，本所擷取智慧局(TIPO)所做成的「離岸風電專利分析報告」較重要的內容^[註3]，以窺探各國離岸風電產業之技術布局現況。

二、全球「離岸風電」專利的年度發展趨勢

從下圖之公開/公告件數，在2020年4月以前，可知2001年以前各年度專利公開/公告件數零星，1987年、1992年、1996年、2000年各有1件，2002年開始件數穩定成長，直至2011年專利公開/公告件數明顯增加，當年度有62件公開/公告，到2019年達到本案技術公開/公告之高峰點，有268件公開/公告。隨著技術的大量公開與公告，預期市場應用發展也將更加活絡。

三、全球「離岸風電」專利的國家別分析

如下表及圖所示，在2020年4月以前，在全球關於「離岸風電」的主要技術投資國(地區)包括有「德國」、「丹麥」、「美國」、「日本」及「西班牙」五個國家，占整體專利申請件數的75%，顯示這五國為本案於歐洲地區之主要技術產出國。

其中「德國」是本案最大的技術產出國，專利產出件數高達458件，占整體專利申請件數的30%，且投入技術發展之申請人/專利權人數高達108位，顯示該國在本案技術之投入明顯領先其他各國。「丹麥」專利申請件數為298件，占整體專利申請件數的20%，在技術投資者部分，申請人/專利權人聚焦於37位，顯示發展本案技術者特別集中。

其餘，「美國」專利申請件數有176件，投入之申請人/專利權人數共39位；「日本」專利申請件數有114件，投入之申請人/專利權人數共25位；「西班牙」專利申請件數有77件，投入之申請人/專利權人數共36位，在本案技術投入之申請人/專利權人較美國、日本分散。

四、全球「離岸風電」公司別分析

公司別研發能力詳細數據分析係利用專利資料對特定之競爭對手進行各式之競爭指標分析。換言之，公司別研發能力詳細數據分析係就公司投入本案技術發展之研發資訊解析，分析資訊包括有各主要公司之專利產出件數、投入之發明人數及各專利之平均年齡。透過此等資訊以評析各公司在本案技術之競爭實力，以達知己知彼之效益。

從上表觀察可知，在歐洲市場中，在2020年4月以前，本案技術專利產出件數前四名為「Siemens Gamesa Renewable Energy」、「Vestas Wind Systems A/S」、「General Electric Company」及「Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.」。

上述四大公司中，「Siemens Gamesa Renewable Energy」為德國的一家跨國企業，其電子與電機產品是全球業界先驅，也活躍於能源、醫療、工業、基礎建設及城市業務等領域；

「Vestas Wind Systems A/S」為丹麥一間集合風力發電機設計、製造、銷售、安裝及服務為一體的公司，「General Electric Company」是美國的跨國綜合企業，經營產業包括電子工業、能源、運輸工業、航空航天、醫療與金融服務，「Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.」則是日本一間綜合機械製造商，其中為共同發展風電事業，2014年Vestas Wind Systems A/S和Mitsubishi Heavy Industries (MHI)雙方合資成立MHI VESTAS公司。

第一大競爭公司為德國「Siemens Gamesa Renewable Energy」，專利申請件數有209件，發明人數有239位，第二大競爭公司為丹麥「Vestas Wind Systems A/S」，專利申請件數有176件，發明人數242位，從上述兩家公司之專利產出及研發團隊人數觀察，可知其投入本案技術發展之資源豐裕，技術實力不容小覷。

第三大競爭公司為美國「General Electric Company」，專利申請件數為153件，發明人數310位，投入研發人數為四家主要競爭公司中最多者，顯示該公司對於本案技術之發展寄予厚望，故投入大量研發人力進行技術之發展。第四大公司為日本「Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.」，專利申請件數有71件，發明人數132位。

若就四家主要競爭公司在歐洲專利布局之平均專利年齡觀察，可發現均落在7~9年之間，以「General Electric Company」投入最早，平均專利年齡為9年，「Vestas Wind Systems A/S」及「Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.」為8年，「SiemensGamesa Renewable Energy」為7年，此等廠商都是歐洲地區早期進入本案技術發展之大廠。

五、全球「離岸風電」相關專利

經由本所在全球專利檢索系統(Global Patent Search System，GPSS)[註4]，挑選出主要公司別所申請的專利案如下:

1.丹麥商西門子歌美颯再生能源公司的TW202146761A「用於判定浮動式風力渦輪機相對其環境的空間配置的方法」係公開：敘述用於浮動式風力渦輪機(100)的感測器系統。感測器系統包含：風感測器(160)，構造成提供指示風流(110)之風感測器信號；及處理單元(170)，構造成接收此風感測器信號，並基於此風感測器信號來判定指示浮動式風力渦輪機(100)的浮動式基座(120)相對於浮動式風力渦輪機(100)之環境(108)的空間配置(101、102、103、104、105、106)之資訊。此外，敘述對應的浮動式風力渦輪機(100)及操作浮動式風力渦輪機(100)之方法。

TW202146761A發明專利案

2.丹麥商西門子歌美颯再生能源公司的TW202146758A「可在逆向操作模式操作的風力渦輪機及操作風力渦輪機的對應方法」係公開：敘述一種風力渦輪機(100)。風力渦輪機(100)包含風力轉子(101)及機械地耦接至風力轉子(101)的發電機(108)。風力渦輪機(100)構造成以第一操作模式及第二操作模式操作，其中，在第二操作模式中，與第一操作模式相比，風力轉子(101)相對風向(104)於相反方向中定向。風力渦輪機(101)之發電機(108)構造成在第一操作模式及第二操作模式兩者中產生電力。再者，敘述一種操作風力渦輪機(100)的對應方法。

TW202146758A發明專利案

3.美商奇異電器公司的CN113316886A「由風力渦輪驅動的超導發電機」係公開：一種超導發電機包括可連接以與風力渦輪的旋轉構件一起旋轉的環形電樞。靜止環形場繞組與電樞同軸並且與電樞通過間隙分開。場繞組包括超導線圈，並且存在用於場繞組的非旋轉支撐件。非旋轉支撐件為扭矩管。扭矩管是由複合材料形成的部件或由多個分段的節段形成的部件、空間框架或支柱扭矩承載元件。扭矩管連接到熱遮罩件外殼或場繞組殼體。

CN113316886A發明專利案

4.日商三菱重工業股份有限公司的TWI376454B「風車及風車葉片之除冰方法」係公開：提供一種風車及風車葉片之除冰方法，該風車係具備具有複數葉片之轉子與除冰部。除冰部只對複數葉片中之方位角被包含於特定範圍之葉片進行除冰動作。特定範圍係包含於90度以上、270度以下之範圍，且包含180度。因此，進行風車葉片之除冰時可抑制冰之飛散。

TWI376454B發明專利案

六、結論

在歐洲，離岸風電技術蓬勃發展，且其專利申請量逐年增加，技術發展相當地成熟，並已在歐洲北海（North Sea）沿岸建造許多大型風機，目前供應全歐盟約2%的電力；隨著歐洲的離岸風電技術的持續發展，其建造成本持續下降，近年來逐漸成為各國政府青睞的熱門再生能源選項之一。

鑑於歐洲政府政策及國營電力公司皆積極推動著離岸風電產業前進，而這股產業生態圈體系也已涵蓋推播至台灣，對於台灣的產業鏈發展有莫大的幫助。雖然，離岸風電存在著較高的技術門檻及開發成本，且離岸風機尺寸大，裝設地點又是海洋上，因此在施工或維運時，載運風機相關機件或施工安裝的船舶，都需要使用專屬的離岸風機工作船，並且還要額外考慮颱風、地震、鹽風、高溫高濕等氣候問題；雖然挑戰不少，但也促成技術突破及催生產業轉型的新機會。