中國儲能網訊：儲能技術是新能源產業(yè)發(fā)展的關鍵技術，本文利用德溫特創(chuàng)新索引數(shù)據庫（DII）、ThomsonDataAnalyer工具分析了儲能關鍵技術領域全球專利申請的時序分布、領域技術主題、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，為我國儲能技術領域中的研發(fā)和產業(yè)化提供支撐。
一直以來，儲能技術的研究和發(fā)展備受各國能源、交通、電力、電訊等部門的高度關注，尤其對發(fā)展新能源產業(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、棄光問題普遍存在，嚴重制約了新能源的發(fā)展，因此，儲能技術的突破和創(chuàng)新就成為新能源能否順利發(fā)展的關鍵。從某種意義上說，儲能技術應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，旨在通過對儲能關鍵技術相關專利的分析，揭示該技術領域技術研發(fā)和專利申請活動的特點，全面、客觀地展現(xiàn)全球儲能關鍵技術領域的技術研發(fā)態(tài)勢和專利競爭態(tài)勢，為我國在這一優(yōu)勢儲能技術領域中的研發(fā)決策、產業(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鍵，智能電網、可再生能源接入、電動汽車發(fā)展的主要支撐技術之一也是儲能，越來越多的儲能示范項目投入運營，但整個儲能產業(yè)仍處在技術研發(fā)和市場推廣期。
1.從儲能市場年度變化來看，儲能產業(yè)市場空間巨大，未來隨著電網需求增加、新能源并網比重提高，儲能產業(yè)快速增長。
據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規(guī)模168.7GW，同比增長2.4%。其中電化學儲能項目的累計裝機規(guī)模達1769.9MW，同比增長56%。全球電化學儲能項目的累計裝機規(guī)模保持穩(wěn)步增長，2012-2016年復合增長率達32%。截至2016年底，中國投運儲能項目累計裝機規(guī)模24.3GW，同比增長4.7%。其中電化學儲能項目的累計裝機規(guī)模達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業(yè)中扮演主要角色，產業(yè)發(fā)展及研發(fā)投入均居世界前列
中國、日本、美國儲能裝機容量排名全球前三位，裝機項目數(shù)來看，美國項目數(shù)量大幅領先（圖2）。從IEA成員國的儲能領域經費投入來看（圖3），2006-2015年，儲能領域經費投入，日本、美國排名前兩位。美國于2002年開始關注儲能領域，隨后推進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儲能技術的高層次路線圖。日本新能源與產業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）2014財年預算在在儲能電池和能源系統(tǒng)領域投入83億日元。技術開發(fā)重大任務包括：儲能電池，包括創(chuàng)新電池基礎研究、下一代電池材料評估、安全低成本大規(guī)模電力儲能技術開發(fā)、鋰離子電池應用與商業(yè)化先進技術等。
3.從技術分類上看，除抽水蓄能、壓縮空氣以及儲熱技術之外，主流儲能技術主要為鈉硫電池、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量最大的電化學儲能技術，占有47%的份額（截至2016年8月，如圖4所示），鋰離子電池則是應用領域最廣的儲能技術，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。
據儲能聯(lián)盟數(shù)據，2016年全球新增投運的電化學儲能項目裝機規(guī)模達638.5MW，同比增長87%。從應用分布來看，輔助服務是2016年全球新增投運電化學儲能項目應用規(guī)模最大的領域，達282.7MW，占比44%。從技術分布來看，鋰離子電池是2016年全球新增投運的電化學儲能項目應用最主要的技術，達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儲能項目的裝機規(guī)模為101.4MW，同比增長299%。從應用分布來看，可再生能源并網仍然是2016年中國新增投運電化學儲能項目應用規(guī)模最大的領域，占比55%。從技術分布來看，2016年中國新增投運的電化學儲能項目幾乎全部使用鋰離子電池和鉛蓄電池，兩類技術的新增裝機占比分別為62%和37%。
4.在科技項目與計劃方面，美國、歐盟、日本紛紛在儲能領域加大項目和計劃投入，研究重點為電化學儲能技術
美國在儲能領域的研發(fā)重點主要在：電網的分布式儲能、先進儲能技術、動力電池、新型固態(tài)離子導體集成優(yōu)化、大規(guī)模電力儲能示范項目。日本主要集中在電化學儲能技術領域，包括創(chuàng)新電池基礎研究、下一代電池材料評估、安全低成本大規(guī)模電力儲能技術開發(fā)、鋰離子電池應用與商業(yè)化先進技術等，日本曾經支持過的電池技術包括鉛酸電池、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域聯(lián)合研究項目，重點領域包括發(fā)展分布式能源、可再生能源并網、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儲能領域，自20世紀70年代以來，投入大量資金進行電池技術的研究與開發(fā)。獨立行政法人新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構NEDO2014財年在儲能電池和能源系統(tǒng)領域投入83億日元。NEDO在能源領域部署的技術開發(fā)重大任務包括：儲能電池，包括創(chuàng)新電池基礎研究、下一代電池材料評估、安全低成本大規(guī)模電力儲能技術開發(fā)、鋰離子電池應用與商業(yè)化先進技術等。日本曾經支持過的電池技術包括鉛酸電池、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領域都處于世界領先的地位。
二、儲能關鍵技術專利競爭態(tài)勢分析
為了了解全球儲能關鍵技術的競爭態(tài)勢，本部分內容分析了全球儲能關鍵技術領域專利分布情況，數(shù)據來源為德溫特創(chuàng)新索引數(shù)據庫（DII），分析工具為ThomsonDataAnalyzer和EXCEl，專利地圖使用ThomsonInnovation數(shù)據庫。數(shù)據檢索時間為2017年，由于2016和2017年專利數(shù)據未完全公開，因此本部門僅利用2015年數(shù)據。
1.整體發(fā)展趨勢
圖5為1993-2017年主要儲能關鍵技術專利申請數(shù)量年度變化圖，如圖所示，進入21世紀之前，鉛酸電池技術的專利產出明顯高于其他三種儲能技術，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出在2008年后開始大幅增長，專利數(shù)量遙遙領先其他電池技術，成為最熱儲能技術。
2.專利技術熱點
利用ThomsonInnovation平臺的專利地圖功能，結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熱點進行了分析。圖6為鋰離子電池的專利熱點技術地圖，可以看出，鋰離子電池專利的熱點技術主題包括：（1）聚合物電解質；（2）正極、負極氧化物材料研究；（3）儲能、電動汽車及圖像處理技術應用；（4）充放電研究；
基于同樣的聚類方法，鈉硫電池熱點技術主題包括：（1）粉末燒結制氧化鋁陶瓷管電介質材料；（2）絕熱保溫技術；（3）電池的密封；（4）充放電研究；（5）電極材料改進。
液流電池熱點技術主題包括：（1）電力儲能系統(tǒng)應用；（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。
鉛酸電池熱點技術主題包括：（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；（6）電池檢測及監(jiān)測技術。
3.國家/地區(qū)分布
在鋰離子電池領域，中國、日本、美國、韓國、德國為主要專利產出國，其中中國專利申請量大幅領先（如圖7所示）。在鈉硫電池領域，日本專利數(shù)量處于絕對領先地位（如圖8所示）；液流電池領域，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
儲能關鍵技術領域，日本企業(yè)具有較大領先優(yōu)勢。鋰離子電池領域，松下、索尼、豐田和三洋排名前四位（圖11所示）；鈉硫電池領域，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公司排名第5位（圖12所示）；液流電池領域，日本住友、中國科學院、日本明電舍、日本關西電力、中國大連融科排名前5位（圖13所示）；鉛酸電池領域，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、結論
1.截至2016年底，全球投運儲能項目累計裝機規(guī)模168.7GW，同比增長2.4%，中國投運儲能項目累計裝機規(guī)模24.3GW，同比增長4.7%。其中電化學儲能項目的累計裝機規(guī)模達243.0MW，同比增長72%。從儲能市場年度變化來看，儲能產業(yè)市場空間巨大，未來隨著電網需求增加、新能源并網比重提高，儲能產業(yè)快速增長。
2.從技術分類上看，除抽水蓄能、壓縮空氣以及儲熱技術之外，主流儲能技術主要為鈉硫電池、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)量大幅度領先，但在鈉硫電池、鉛酸電池領域與世界技術強國仍有差距，特別是在鈉硫電池領域，較日本存在差距巨大。
4.我國研發(fā)機構對于海外專利布局重視不夠，PCT申請量與國外研發(fā)機構相比明顯較少，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構多，專利分布較為分散，相比日本、韓國等大型跨國集團，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。
