28271

نگاشت فناوري مبتني بر تجزيه و تحليل داده هاي ثبت اختراع در حوزه انرژي زمين گرمايي

دكتري تخصصي

مديريت تكنولوژي - مديريت نوآوري

1398

1401/12/20

جناب آقاي دكتر علي بنيادي نائيني

Professor Dr. Tugrul U. Daim

مديريت، اقتصاد و مهندسي پيشرفت

امروزه استفاده از انرژي هاي تجديد پذير به دليل راندمان بالا و آلايندگي كمتر زيست محيطي بيش از پيش مورد توجه دولت ها قرار گرفته است. در اين بين انرژي زمين گرمايي بر خلاف ساير انرژيهاي تجديد پذير محدود به فصل، زمان وشرايط خاصي نبوده و بدون وقفه قابل بهره برداري مي باشد. همچنين فناوري هاي اين نوع انرژي از جمله فناوري هايي است كه به كاهش انتشار كربن كمك شاياني كرده و استفاده از آن در ساختمان هاي مسكوني به سرعت در حال افزايش است. لذا شناسايي فناوري هاي حال حاضر و نيز آينده اين حوزه جهت سرمايه گذاري در بخش تحقيق و توسعه ضروري به نظر مي رسد. لذا در پژوهش حاضر پس از احصاء شكاف تحقيقاتي و ضرورت مطالعه، چهار سوال كليدي با محوريت چهار هدف مطرح گرديد. در گام اول، جايگاه حوزه انرژي زمين گرمايي از منظر تحقيق و توسعه با بهره گيري از اسناد اختراع و بهره گيري و چرخه عمر فناوري مورد مطالعه قرار گرفت. سپس استراتژي‌هاي مناسب سرمايه گذاري تحقيق و توسعه (با در نظر گرفتن دو مفهوم "تداوم " - وضعيت بقاي يك موضوع يا به بيان ديگر تداوم وجود موضوعات فناوري و مباحث تكامل يافته در مراحل مختلف چرخه عمر - و "قدرت " - تعداد فعاليتهاي تحقيق و توسعه فناوري مرتبط در يك موضوع خاص يا به بيان ديگر تعداد ثبت اختراعات در هر مرحله از چرخه عمر) در هر مرحله از چرخه عمر فناوري بررسي گرديد. در گام سوم فناوري هاي آينده حوزه انرژي زمين گرمايي و ارتباط آنها با يكديگر از نظر سرمايه گذاري و توسعه با يكديگر بررسي گرديد. در انتها جهت اعتبار‌سنجي نتايج و همچنين رفع معدود ابهامات نتايج پژوهش كه برگرفته از رويكرد احتمالي مطالعه حاضر مي باشد، به بررسي فناوري هاي مرتبط با پمپ هاي حرارتي كه يكي از فناوري هاي انرژي زمين گرمايي محسوب مي شود به صورت خاص پرداخته شد. پس از استخراج نتايج كمي پژوهش و تشكيل پنل خبرگاني با حضور جمعي از متخصصين حوزه انرژي هاي تجديد پذير و انرژي زمين گرمايي به اعتبار سنجي نتايج، مطابقت آنها با وضع موجود، شناسايي چالش‌ها و موانع توسعه، سياست گذاري و اقدامات مورد نياز (با توجه به زير ساخت هاي موجود و نتايج اين پژوهش) جهت توسعه فناوري‌هاي انرژي زمين‌گرمايي در كشور عزيزمان پرداخته شد. در اين پژوهش با بهره گيري از اسناد ثبت اختراع حوزه انرژي زمين گرمايي، روش تخصيص پنهان ديريكله، كاوش قواعد وابستگي و تجزيه و تحليل شبكه هاي اجتماعي به سوالات مطرح شده پاسخ داده شد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه توسعه فناوري در زمينه انرژي زمين گرمايي در حال حاضر در مرحله رشد اوليه خود قرار دارد. از طرفي با مقايسه نتايج كمي و نظرات خبرگان حوزه انرژي زمين گرمايي مشخص گرديد فناوري هاي مرتبط با حفر چاه و چاه آزمايي (حفاري و تعمير و نگهداري چاه هاي زمين گرمايي) فناوري هاي كليدي محسوب شده و بايستي جزء اولويت هاي اول سرمايه گذاري قرار گيرد. همچنين فناوري هاي مرتبط با پمپ هاي حرارتي (كويل زميني)، فناوري هاي مرتبط با پايدارسازي توليد تجديدپذير سيال زمين گرمايي (مهندسي مخزن) و فناوري هاي مرتبط با نيروگاه (توليد برق از سيال زمين گرمايي) جزء فناوري هاي داغ حوزه انرژي زمين گرمايي قلمداد ميگردند. به اين فناوري ها بايستي نگرشي اميدوارانه داشته و در مراحل اوليه سرمايه گذاري به عنوان پنجره فرصت محسوب گردند. اين فناوري ها ممكن است در آينده به عنوان تاثيرگذارترين فناوري ها بدل گردند. بنابراين در مورد سرمايه گذاري بر روي آنها از منظر تحقيق و توسعه بايستي تحليل هاي دقيق تري صورت گيرد. از سويي ديگر فناوري هاي مرتبط با بخش الكتريكال نيروگاه هاي انرژي زمين گرمايي و نيز فناوري هاي مرتبط با اكتشاف تحت الارضي (مانيتورينگ حفاري) جزء فناوري هاي خالي (داراي اولويت كمتر نسبت به ساير فناوري ها) محسوب مي شوند و سياست هاي سرمايه گذاري بايستي محتاطانه (با اولويت پايين تر نسبت به موضوعات داغ) در مورد اين فناوري ها اعمال گردد. در گام بعد با استفاده از روش كاوش قوانين وابستگي و شاخص هاي تجزيه و تحليل شبكه هاي اجتماعي به استخراج فناوري هاي آينده دار و ارتباط آنها از منظر تحقيق و توسعه با يكديگر پرداخته شد. نتايج نشان داد زير فناوري هاي آينده دار مرتبط با مبدل ، مولد و مخزن زيرفناوري هاي آينده دار حوزه انرژي زمين گرمايي هستند كه توسعه هر يك منجر به توسعه ديگري در آينده خواهد شد. در گام بعدي اين پژوهش با هدف تحليل دقيقتر فناوري هاي انرژي زمين گرمايي به بررسي وضعيت تحقيق و توسعه اختراعات و فناوري هاي مرتبط با "پمپ هاي حرارتي" پرداخته شد. در اين راستا همانند مسير پيموده شده بر روي فناوري هاي انرژي زمين گرمايي، فناوري‌هاي پمپ هاي حرارتي نيز با روش هاي مذكور مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از تقسيم مراحل توسعه فناوري نشان داد توسعه فناوري در اين زمينه در مرحله رشد اوليه خود قرار دارد. همچنين پس از تطابق نتايج كمي و نظرات متخصصين مشخص شد، فناوري هاي مرتبط با كويل زميني، فناوري هاي مرتبط با سيستم كنترل سامانه پمپ حرارتي، فناوري هاي مرتبط با كلكتور كويل زميني و فناوري هاي مرتبط با سيال عامل سيكل تبريد جزء طبقه بندي فناوري هاي داغ محسوب شده كه در مراحل اوليه سرمايه گذاري به عنوان پنجره فرصت محسوب مي گردند. در واقع اين فناوري ها ممكن است در آينده به عنوان تاثيرگذارترين فناوري هاي پمپ هاي حرارتي بدل گردند. از سويي ديگر فناوري هاي مرتبط با تجهيزات و اتصالات كويل زميني و نيز فناوري هاي مرتبط با تهويه مطبوع جزء فناوري هاي آينده دار محسوب شده و سرمايه گذاري بر روي اين دسته از فناوري ها بايستي به صورت محتاطانه و با در نظر گرفتن عوامل متعدد و شاخص هاي متناسب بيشتري بر روي آن ها انجام شود. همچنين فناوري هاي مرتبط با سيال داخل لوله كويل زميني و نيز فناوري هاي مرتبط با صفحات مبدل حرارتي جزء فناوري هاي خالي يا داراي اولويت كمتر نسبت به ساير فناوري ها محسوب مي شوند و سياست هاي سرمايه گذاري بايستي محتاطانه (با اولويت پايين تر نسبت به موضوعات داغ) در مورد اين فناوري ها اعمال گردد. همچنين با بررسي نتايج مشخص گرديد زير فناوري هاي آينده دار كه توسعه هر يك منجر به توسعه ديگري مي شود شامل زير فناوري هاي مرتبط با كلكتور ، مبدل ، مخزن ، كمپرسور ، كنترلر ، كويل ، دستگاه تهويه ، نگهدارنده و خنك كننده مي باشد. در گام نهايي اين پژوهش با بهره گيري از روش نمونه گيري هدفمند و مصاحبه نيمه ساختاريافته، از نظرات جمعي از كارشناسان خبره سازمان انرزي هاي تجديدپذير (ساتبا) جهت تحليل نتايج اين پژوهش (برچسب گذاري بر روي تاپيك ها و نيز احصاء چالش ها و سياست هاي متناسب با آنها) استفاده گرديد و در نهايت سياست ها و اقدامات مورد نياز در اين خصوص (با توجه به زير ساخت هاي موجود و نتايج اين پژوهش) در قالب 5 كاركرد شكل دهي به بازار، كار آفريني، جهت دهي به سيستم، تامين منابع و مشروعيت بخشي در حوزه دالان زمين گرمايي و 4 كاركرد توسعه دانش، انتشار دانش، تامين منابع و جهت دهي به سيستم به صورت مشترك در خصوص كاربردهاي مستقيم انرژي زمين گرمايي و نيروگاههاي زمين گرمايي هيدروترمال مطرح گرديد.

1402/02/27

Technology Mapping Based on Patent Data Analysis in the Field of Geothermal Energy

3/10/2024 12:00:00 AM

Nowadays, the use of renewable energy has been receiving more and more attention from governments due to its high efficiency and less environmental pollution. In the meantime, unlike other renewable energies, geothermal energy is not limited to seasons, time and conditions and can be exploited without interruption. Also, the technologies of this type of energy are among the technologies that have helped to reduce carbon emissions and its use in residential buildings is increasing rapidly. Therefore, it seems necessary to identify the current and future technologies of this field in order to invest in research and development. Therefore, in the current research, after the research gap and the necessity of the study, four key questions centered on four objectives were raised. In the first step, the position of the field of geothermal energy was studied from the perspective of research and development using the patent and exploitation documents and the life cycle of technology. Then, appropriate research and development investment strategies (taking into account the two concepts of "Technology Continuity" - the survival status of a subject or in other words the continuity of the existence of technological subjects and evolved subjects in different stages of the life cycle - and "Technology Strength" - the number of research activities and The development of related technology in a specific subject or in other words the number of patents in each stage of the life cycle) was investigated in each stage of the technology life cycle. In the third step, the future technologies of the field of geothermal energy and their relationship with each other in terms of investment and development were examined. In the end, in order to validate the results and also to resolve the few ambiguities of the research results, which are derived from the possible approach of the present study, the technologies related to "Heat Pumps", which are considered one of the geothermal energy technologies, were investigated in a special way. After extracting the quantitative results of the research and forming an expert panel with the presence of a group of experts in the field of renewable energy and geothermal energy to validate the results, their compliance with the current situation, identify the challenges and obstacles to development, policy making and required measures (with regard to the existing infrastructure and the results of this research) were discussed for the development of geothermal energy technologies in our beloved country. In this research, the questions raised were answered by using patent documents in the field of geothermal energy, Latent Dirichlet Allocation method, Association Rule Mining and Social Networks Analysis. The results of this research showed that the development of technology in the field of geothermal energy is currently in its initial growth stage. By comparing the quantitative results and the opinions of experts in the field of geothermal energy, it was determined that technologies related to well drilling and well testing (drilling and maintenance of geothermal wells) are considered key technologies and should be among the first priorities of investment. Moreover, technologies related to heat pumps (ground coils), technologies related to the stabilization of renewable production of geothermal fluid (reservoir engineering) and technologies related to power plants (electricity generation from geothermal fluid) are among the hot technologies in the energy field. They should have a hopeful attitude towards these technologies and consider them as a window of opportunity in the early stages of investment. These technologies may become the most influential technologies in the future. Therefore, more detailed analysis should be done regarding investing in them from the perspective of research and development. Furthermore, technologies related to the electrical part of geothermal power plants and technologies related to underground exploration (drilling monitoring) are considered empty technologies (having lower priority than other technologies) and investment policies should apply cautiously (with lower priority than hot topics) to these technologies. In the next step, the extraction of promising technologies and their relationship with each other from the perspective of research and development were done using the Association Rule Mining method and social network analysis indicators. The results showed that the promising sub-technologies related to the converter, generator and tank are promising sub-technologies in the field of geothermal energy, the development of each of which will lead to the development of another in the future. In the next step of this research, with the aim of a more detailed analysis of geothermal energy technologies, the state of research and development of inventions and technologies related to "Heat Pumps" was investigated. In this regard, just like the path taken on geothermal energy technologies, heat pump technologies were also investigated with the mentioned methods. The results of dividing the stages of technology development showed that the development of technology in this field is in its initial growth stage. Also, after matching the quantitative results and experts' opinions, it was determined that the technologies related to the ground coil, the technologies related to the control system of the heat pump system, the technologies related to the ground coil collector and the technologies related to the refrigerant cycle operating fluid are part of the classification of technologies. It is considered as a window of opportunity in the early stages of investment. In fact, these technologies may become the most influential heat pump technologies in the future. Moreover, technologies related to ground coil equipment and connections, as well as technologies related to air conditioning, are considered promising technologies, and investment in this category of technologies should be done cautiously, taking into account numerous factors and indicators. More proportional actions should be done on them. Also, the technologies related to the fluid inside the ground coil tube as well as the technologies related to the heat exchanger plates are considered to be empty technologies or have lower priority than other technologies and investment policies should be cautious (with a lower priority than the subjects hot) to be applied to these technologies. Also, by examining the results, it was determined that promising sub-technologies, the development of each of which leads to the development of others, include sub-technologies related to collectors, converters, tanks, compressors, controllers, coils, conditioners, storage and coolant devices. In the final step of this research, by using the purposeful sampling method and semi-structured interview, from the opinions of a group of expert experts of the Renewable Energy Organization (SATBA) to analyze the results of this research (labeling on the topics as well as the statistics of challenges and policy appropriate to them) were used and finally the policies and actions needed in this regard (according to the existing infrastructure and the results of this research) in the form of 5 functions of shaping the market, entrepreneurship, directing the system, supplying Resources and legitimacy in the field of geothermal corridor and 4 functions of knowledge development, knowledge dissemination, resource provision and system direction were jointly discussed regarding the direct applications of geothermal energy and hydrothermal geothermal power plants.

،نگاشت فناوري، , ،تجزيه و تحليل ثبت اختراع، , ،الگوريتم تخصيص پنهان ديركله، , ،انرژي زمين گرمايي، , ،اختراعات اثرگذار، , ،كاوش قواعد وابستگي، , ،پيش بيني فناوري،

،Technology Mapping، , ،Patent Analysis، , ،Latent Dirichlet Allocation (LDA) Algorithm، , ،Geothermal Energy، , ،Invention Influencers، , ،Association Rule Mining، , ،Technology Forecasting،

Mehdi Zamani

Dr. Ali Bonyadi Naeini