中國儲能網(wǎng)訊：儲能技術(shù)是新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，本文利用德溫特創(chuàng)新索引數(shù)據(jù)庫（DII）、ThomsonDataAnalyer工具分析了儲能關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域全球?qū)＠暾埖臅r序分布、領(lǐng)域技術(shù)主題、重點國家/地區(qū)及其重點申請人等，以期了解全球儲能競爭態(tài)勢，為我國儲能技術(shù)領(lǐng)域中的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供支撐。
一直以來，儲能技術(shù)的研究和發(fā)展備受各國能源、交通、電力、電訊等部門的高度關(guān)注，尤其對發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)具有重大意義。受環(huán)境約束，各國紛紛大力提倡發(fā)展新能源，然而由于新能源發(fā)電具有不穩(wěn)定性和間歇性，大規(guī)模開發(fā)和利用將使供需矛盾更加突出,全球棄風(fēng)、棄光問題普遍存在，嚴(yán)重制約了新能源的發(fā)展，因此，儲能技術(shù)的突破和創(chuàng)新就成為新能源能否順利發(fā)展的關(guān)鍵。從某種意義上說，儲能技術(shù)應(yīng)用的程度將決定新能源的發(fā)展水平。
本文主要基于專利分析，旨在通過對儲能關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)專利的分析，揭示該技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)和專利申請活動的特點，全面、客觀地展現(xiàn)全球儲能關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)態(tài)勢和專利競爭態(tài)勢，為我國在這一優(yōu)勢儲能技術(shù)領(lǐng)域中的研發(fā)決策、產(chǎn)業(yè)化布局提供參考。
一、全球儲能發(fā)展現(xiàn)狀
儲能是解決新能源電力存儲的關(guān)鍵，智能電網(wǎng)、可再生能源接入、電動汽車發(fā)展的主要支撐技術(shù)之一也是儲能，越來越多的儲能示范項目投入運營，但整個儲能產(chǎn)業(yè)仍處在技術(shù)研發(fā)和市場推廣期。
1.從儲能市場年度變化來看，儲能產(chǎn)業(yè)市場空間巨大，未來隨著電網(wǎng)需求增加、新能源并網(wǎng)比重提高，儲能產(chǎn)業(yè)快速增長。
據(jù)CNESA項目庫不完全統(tǒng)計（如圖1所示），截至2016年底，全球投運儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模168.7GW，同比增長2.4%。其中電化學(xué)儲能項目的累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)1769.9MW，同比增長56%。全球電化學(xué)儲能項目的累計裝機(jī)規(guī)模保持穩(wěn)步增長，2012-2016年復(fù)合增長率達(dá)32%。截至2016年底，中國投運儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模24.3GW，同比增長4.7%。其中電化學(xué)儲能項目的累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)243.0MW，同比增長72%。2016年中國首個配套有熔融鹽儲熱的光熱電站在青海投運，中國大規(guī)模儲熱市場正式啟動。
2.從區(qū)域和國家分布來看，美國和日本在國際儲能產(chǎn)業(yè)中扮演主要角色，產(chǎn)業(yè)發(fā)展及研發(fā)投入均居世界前列
中國、日本、美國儲能裝機(jī)容量排名全球前三位，裝機(jī)項目數(shù)來看，美國項目數(shù)量大幅領(lǐng)先（圖2）。從IEA成員國的儲能領(lǐng)域經(jīng)費投入來看（圖3），2006-2015年，儲能領(lǐng)域經(jīng)費投入，日本、美國排名前兩位。美國于2002年開始關(guān)注儲能領(lǐng)域，隨后推進(jìn)了一系列的儲能研究項目，目前全球近半的儲能示范項目分布在美國。美國能源部（DOE）發(fā)布《儲能安全性戰(zhàn)略規(guī)劃》，提出了安全可靠部署電網(wǎng)儲能技術(shù)的高層次路線圖。日本新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）2014財年預(yù)算在在儲能電池和能源系統(tǒng)領(lǐng)域投入83億日元。技術(shù)開發(fā)重大任務(wù)包括：儲能電池，包括創(chuàng)新電池基礎(chǔ)研究、下一代電池材料評估、安全低成本大規(guī)模電力儲能技術(shù)開發(fā)、鋰離子電池應(yīng)用與商業(yè)化先進(jìn)技術(shù)等。
3.從技術(shù)分類上看，除抽水蓄能、壓縮空氣以及儲熱技術(shù)之外，主流儲能技術(shù)主要為鈉硫電池、鋰離子電池、鉛蓄電池和液流電池。
鈉硫電池是目前累計裝機(jī)量最大的電化學(xué)儲能技術(shù)，占有47%的份額（截至2016年8月，如圖4所示），鋰離子電池則是應(yīng)用領(lǐng)域最廣的儲能技術(shù)，項目數(shù)量占到42%，未來鋰離子電池儲能將繼續(xù)快速增長。
據(jù)儲能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2016年全球新增投運的電化學(xué)儲能項目裝機(jī)規(guī)模達(dá)638.5MW，同比增長87%。從應(yīng)用分布來看，輔助服務(wù)是2016年全球新增投運電化學(xué)儲能項目應(yīng)用規(guī)模最大的領(lǐng)域，達(dá)282.7MW，占比44%。從技術(shù)分布來看，鋰離子電池是2016年全球新增投運的電化學(xué)儲能項目應(yīng)用最主要的技術(shù)，達(dá)541.6MW，占比85%。德國、美國、中國、韓國、日本、英國、澳大利亞是2016年全球儲能市場最活躍的國家，7個國家2016年新增投運電化學(xué)儲能項目規(guī)模占全球市場97%的份額。
2016年中國新增投運電化學(xué)儲能項目的裝機(jī)規(guī)模為101.4MW，同比增長299%。從應(yīng)用分布來看，可再生能源并網(wǎng)仍然是2016年中國新增投運電化學(xué)儲能項目應(yīng)用規(guī)模最大的領(lǐng)域，占比55%。從技術(shù)分布來看，2016年中國新增投運的電化學(xué)儲能項目幾乎全部使用鋰離子電池和鉛蓄電池，兩類技術(shù)的新增裝機(jī)占比分別為62%和37%。
4.在科技項目與計劃方面，美國、歐盟、日本紛紛在儲能領(lǐng)域加大項目和計劃投入，研究重點為電化學(xué)儲能技術(shù)
美國在儲能領(lǐng)域的研發(fā)重點主要在：電網(wǎng)的分布式儲能、先進(jìn)儲能技術(shù)、動力電池、新型固態(tài)離子導(dǎo)體集成優(yōu)化、大規(guī)模電力儲能示范項目。日本主要集中在電化學(xué)儲能技術(shù)領(lǐng)域，包括創(chuàng)新電池基礎(chǔ)研究、下一代電池材料評估、安全低成本大規(guī)模電力儲能技術(shù)開發(fā)、鋰離子電池應(yīng)用與商業(yè)化先進(jìn)技術(shù)等，日本曾經(jīng)支持過的電池技術(shù)包括鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池以及鋰離子電池。歐盟在第六框架計劃（FP6）和第七框架計劃（FP7）中部署有多個儲能領(lǐng)域聯(lián)合研究項目，重點領(lǐng)域包括發(fā)展分布式能源、可再生能源并網(wǎng)、儲氫、儲熱、鋰離子電池和超級電容器。
由于受到地域和資源限制，日本的電力儲能研究集中在電化學(xué)儲能領(lǐng)域，自20世紀(jì)70年代以來，投入大量資金進(jìn)行電池技術(shù)的研究與開發(fā)。獨立行政法人新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)NEDO2014財年在儲能電池和能源系統(tǒng)領(lǐng)域投入83億日元。NEDO在能源領(lǐng)域部署的技術(shù)開發(fā)重大任務(wù)包括：儲能電池，包括創(chuàng)新電池基礎(chǔ)研究、下一代電池材料評估、安全低成本大規(guī)模電力儲能技術(shù)開發(fā)、鋰離子電池應(yīng)用與商業(yè)化先進(jìn)技術(shù)等。日本曾經(jīng)支持過的電池技術(shù)包括鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池以及鋰離子電池等，目前在鈉硫電池、液流電池等多個電池技術(shù)領(lǐng)域都處于世界領(lǐng)先的地位。
二、儲能關(guān)鍵技術(shù)專利競爭態(tài)勢分析
為了了解全球儲能關(guān)鍵技術(shù)的競爭態(tài)勢，本部分內(nèi)容分析了全球儲能關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠植记闆r，數(shù)據(jù)來源為德溫特創(chuàng)新索引數(shù)據(jù)庫（DII），分析工具為ThomsonDataAnalyzer和EXCEl，專利地圖使用ThomsonInnovation數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)檢索時間為2017年，由于2016和2017年專利數(shù)據(jù)未完全公開，因此本部門僅利用2015年數(shù)據(jù)。
1.整體發(fā)展趨勢
圖5為1993-2017年主要儲能關(guān)鍵技術(shù)專利申請數(shù)量年度變化圖，如圖所示，進(jìn)入21世紀(jì)之前，鉛酸電池技術(shù)的專利產(chǎn)出明顯高于其他三種儲能技術(shù)，直到2003年被鋰離子電池超越。從年度專利變化來看，鋰離子電池的專利產(chǎn)出在2008年后開始大幅增長，專利數(shù)量遙遙領(lǐng)先其他電池技術(shù)，成為最熱儲能技術(shù)。
2.專利技術(shù)熱點
利用ThomsonInnovation平臺的專利地圖功能，結(jié)合專利分類號的分析，我們對鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池及鉛酸電池專利技術(shù)熱點進(jìn)行了分析。圖6為鋰離子電池的專利熱點技術(shù)地圖，可以看出，鋰離子電池專利的熱點技術(shù)主題包括：（1）聚合物電解質(zhì)；（2）正極、負(fù)極氧化物材料研究；（3）儲能、電動汽車及圖像處理技術(shù)應(yīng)用；（4）充放電研究；
基于同樣的聚類方法，鈉硫電池?zé)狳c技術(shù)主題包括：（1）粉末燒結(jié)制氧化鋁陶瓷管電介質(zhì)材料；（2）絕熱保溫技術(shù)；（3）電池的密封；（4）充放電研究；（5）電極材料改進(jìn)。
液流電池?zé)狳c技術(shù)主題包括：（1）電力儲能系統(tǒng)應(yīng)用；（2）陰極電解液、陽極電解液、隔膜；（3）電解液的制備，硫酸氧釩溶液；（4）碳素電極材料，如石墨氈；（5）全氟磺酸型離子交換膜；（6）荷電狀態(tài)檢測。
鉛酸電池?zé)狳c技術(shù)主題包括：（1）電極活性材料及電極制備方法；（2）鉛酸電池載體或集電器；（3）鉛酸電池箱、套或罩等的制備（4）鉛酸電池隔板、隔膜等間隔元件；（5）鉛酸電池電解質(zhì)；（6）電池檢測及監(jiān)測技術(shù)。
3.國家/地區(qū)分布
在鋰離子電池領(lǐng)域，中國、日本、美國、韓國、德國為主要專利產(chǎn)出國，其中中國專利申請量大幅領(lǐng)先（如圖7所示）。在鈉硫電池領(lǐng)域，日本專利數(shù)量處于絕對領(lǐng)先地位（如圖8所示）；液流電池領(lǐng)域，中國、日本和美國三國專利占到全球申請總量的80%以上，中國排名首位（如圖9所示）；鉛酸電池領(lǐng)域，日本、中國、美國三國的專利申請數(shù)量占全球申請總量的90%，日本排名首位（如圖10所示）。
4.專利申請人分析
儲能關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，日本企業(yè)具有較大領(lǐng)先優(yōu)勢。鋰離子電池領(lǐng)域，松下、索尼、豐田和三洋排名前四位（圖11所示）；鈉硫電池領(lǐng)域，礙子（NGK）、日立、湯淺、東京電力排名前4位，中國上海電氣鈉硫儲能技術(shù)公司排名第5位（圖12所示）；液流電池領(lǐng)域，日本住友、中國科學(xué)院、日本明電舍、日本關(guān)西電力、中國大連融科排名前5位（圖13所示）；鉛酸電池領(lǐng)域，日本湯淺、松下、新神戶和古河電池專利申請量排名前4位，中國超威、天能、理士國際排名5-7位（圖14所示）。
三、結(jié)論
1.截至2016年底，全球投運儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模168.7GW，同比增長2.4%，中國投運儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模24.3GW，同比增長4.7%。其中電化學(xué)儲能項目的累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)243.0MW，同比增長72%。從儲能市場年度變化來看，儲能產(chǎn)業(yè)市場空間巨大，未來隨著電網(wǎng)需求增加、新能源并網(wǎng)比重提高，儲能產(chǎn)業(yè)快速增長。
2.從技術(shù)分類上看，除抽水蓄能、壓縮空氣以及儲熱技術(shù)之外，主流儲能技術(shù)主要為鈉硫電池、鋰離子電池、鉛蓄電池和液流電池。
3.我國在鋰離子電池、液流電池領(lǐng)域的專利申請量排名全球首位，且鋰離子電池專利數(shù)量大幅度領(lǐng)先，但在鈉硫電池、鉛酸電池領(lǐng)域與世界技術(shù)強(qiáng)國仍有差距，特別是在鈉硫電池領(lǐng)域，較日本存在差距巨大。
4.我國研發(fā)機(jī)構(gòu)對于海外專利布局重視不夠，PCT申請量與國外研發(fā)機(jī)構(gòu)相比明顯較少，不利于我國企業(yè)開拓海外市場。
5.在儲能我國專利申請機(jī)構(gòu)多，專利分布較為分散，相比日本、韓國等大型跨國集團(tuán)，我國專利申請中小企業(yè)多，集中度低，在市場上相對處于弱勢。
