摘要：基于文献计量的方法，对全球储能技术领域分布、储能专利申请量年度变化情况、储能专利技术构成、储能技术专利申请国家/地区、全球储能技术机构和专利技术主题分布进行分析，并进一步分析全球储能专利技术发展态势。结果表明，全球储能专利申请量正在快速增加，其中电池储能占比最大，中国储能技术专利申请量占全球相关专利的66.21%，日本和美国次之；主要机构包括中国国家电网、丰田自动车株式会社、日立集团等；专利技术主题主要集中在锂离子电池、电池负极材料、换热器、储能模式与设备等方面。电池储能为主的新型储能已经在快速发展并且具有较大的发展潜力，我国储能产业的发展要继续坚持自主创新，加强技术攻关，推进核心技术研究和开发，使得我国储能产业能够在全球竞争中占据有利地位。
关键词：储能，专利分析，研发态势，文献计量
0 引言
碳达峰碳中和战略为储能行业发展提供了良好的机遇，国际能源格局从化石能源绝对主导向多种低碳新能源融合转变。储能系统作为能量存储和转化设备，能够解决光伏、风电等新能源消纳难题[1]，还能改善电能质量和调节电力系统功率[2]，同时能够推动能源结构转型[3]。储能系统可以实现动态吸收能量与释放，实现电力的削峰填谷，解决电力的产生与消费矛盾[4]，是实现“双碳”目标的重要支撑技术[5]，同时对完成能源革命具有重大意义[6]。
全球主要发达国家都出台了一系列支持储能产业的发展的相关政策。比如美国出台了一系列政策来促进储能技术的发展，比如美国联邦政府颁布的《投资税收抵免》（Investment Tax Credit，ITC）和《生产税收抵免》（Production Tax Credit，PTC）均是为了美国的可再生能源和储能技术的发展，降低能源成本，减少对化石燃料的依赖，促进清洁能源的发展。2020年，美国能源部的《储能大挑战路线图》（Energy Storage Grand Challenge Roadmap），强调了储能技术的多样性和灵活性，阐述了储能技术研发和商业化的重要性和挑战[7]；《能源存储技术研发计划》的实施将有助于推动能源存储技术的发展和应用，促进能源系统的转型和升级，实现能源的可持续发展。2021年11月，美国众议院通过了《Build Back Better》的法案，主要用于投资清洁能源，并提出5kW·h以上储能系统最高可享受30%的税收减免[8]。欧盟颁布的《欧盟电池联盟》（European Battery Alliance）和《欧洲清洁能源包》（Clean Energy Package），旨在为储能设备提供更加公平、透明和灵活的市场环境，摆脱欧盟在电池储能领域对亚洲厂商的依赖，促进可再生能源的大规模应用，推动能源转型进程，实现可持续发展。2016年4月，日本《能源环境技术创新战略2050》提出，到2050年全球温室气体减排和构建新兴能源体系的目标与战略[9]；日本经济产业省最新版本的《第六次基本能源计划》，提出以脱碳、能源稳定供给为目标稳步推进电力系统改革[10]；通过降低蓄电池、水电解成本等方式，扩大可再生能源，明确系统蓄电池在电力事业的法律定位，《蓄电池产业战略》提出到2030年建立150GW·h/年的国内制造基地，全球生产能力达600GW·h/年，这些均是旨在确保日本未来能源安全、经济效益和环境可持续性[11]。2020年以来，中国国家相关部门密集颁布了多项政策文件指导和规范储能产业的发展。国家发改委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》明确提出到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件，到2030年，新型储能全面市场化发展，全面支撑能源领域碳达峰目标如期实现[12]。总结全球主要国家/地区的相关储能政策如下表1所示。
通常，储能技术分为电储能和热储能，未来应用于全球能源互联网的主要是电储能。目前电储能技术主要有3类：一是机械储能（主要包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）[13]；二是电磁储能（主要包括超导电磁储能、超级电容器储能等）[14]；三是电池储能（主要包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等）。储热技术又称相变储能，主要包括有机类相变储热、熔融盐类相变储热、合金类相变储热、复合类相变储热等具有实际发展前景，其中以熔融盐类相变储热发展势头最好。储能技术应用于电力系统时，种类选择既取决于满足系统瞬时功率平衡所需的短时功率[15]，也取决于长期电源总输出电能与负荷需求的差值能量[16]，不同应用场合对储能系统的时间尺度和技术性能要求不同。
根据中国能源研究会储能专委会/中关村储能产业技术联盟（CNESA）全球储能项目库的不完全统计，截至2022年12月31日，全球已投运电力储能项目累计装机规模237.2GW，年增长率15%。抽水蓄能累计装机规模占比79.3%，首次低于80%，而新型储能累计装机规模达45.7GW，年增长率80%，锂离子电池仍占据绝对主导地位，年增长率超过85%[17]。
随着全球可再生能源的开发利用以及收输电、供配电、新能源汽车动力电池、工业、交通运输、船电等领域的迅速发展，如范成君[18]、石文明等[19]、张卓然等[20]的相关研究。储能技术将成为促进能源转型发展的关键环节。因此，本文采用文献计量方法，针对全球储能领域技术发展和储能技术在能源转型中的布局以及推动全球储能产业发展，对全球储能领域专利技术发展态势进行了分析，以期为储能技术研究提供有益信息。
1 数据来源及分析方法
本文的专利数据主要来自德温特创新索引数据库（Derwent Innovations Index，DII），主要专利分析工具为德温特数据分析软件Derwent Data Analyzer（DDA）和德温特创新平台Derwent Innovation（DI）。本研究利用文献计量与可视化分析的方法，定量分析全球储能专利技术发展现状与该领域研究主题及重点国家/地区和机构的技术布局情况。
储能技术专利检索式：通过检索，共获得符合检索条件的原始数据记录共计195199条（数据下载时间：2022年7月6日）。
2 结果与讨论
2.1 全球储能技术领域分布
全球储能专利技术领域分布如图1所示，其中左边圆为新型储能主要方向，右边小的圆则为电池储能部分的细分方向。图1中电池储能占比最大，因此电池储能为主的新型储能已经成为储能产业发展的主力。
2.2 全球储能专利申请量年度变化情况
全球及中国储能技术专利总体申请随时间的变化趋势。其中，考虑到中国台湾省在储能领域的专利数量具有一定优势，将其相关专利数据单列，因此本文中的中国有关数据均不含台湾省的相关数据。中国申请的专利总数最高，在全球占比66.21%，专利申请数量变化趋势与全球一致，呈现出持续增长的态势。从全球专利申请数量的变化可以看出，自20世纪60年代储能技术第一件专利诞生以来，之后经历了大约20年的初步探索阶段。1985—2005年，储能技术相关专利缓慢增长，并在1997年全球首次达到了1000件；2005年后相关专利申请量开始快速增长，目前仍处于快速增长阶段，2013年专利数量达到第一个高点（12768件）；2016年有了一个小的波动后继续快速增长，并于2020年达到了历年最高（21254件）。
2.3 全球储能专利技术构成
以IPC分类为基础，通过统计各类专利技术小类的出现频次，从IPC小类和IPC小组分别看全球储能技术专利申请量排名前十的技术构成，如表3和表4所示。
2.4 全球储能技术专利申请国家（地区）/机构分析
图3为全球储能专利申请数量排名前十的国家（地区）/机构，其中专利数量在1万件以上的国家包括中国（129239件，占全球相关专利总量的66.21%）、日本（30457件，占15.60%）、美国（15081件，占7.73%）、韩国（10842件，占5.55%）、德国（10368件，占5.31%）。
图4（a）显示了全球储能专利申请量排名前十的国家（地区）/机构年度变化情况，可以看出排名前五的国家（中国、日本、美国、韩国、德国）的专利数量均呈增长态势，其中中国的专利数量远远高于其他国家和地区。图4（b）显示了重要国家（地区）/机构技术领域分布情况，中国关注度前三的技术领域分别为锂离子电池、铅酸电池、超级电容器储能，日本关注度前三的技术领域分别为锂离子电池、超级电容器储能、铅酸电池，美国关注度前3的技术领域也是锂离子电池、铅酸电池、超级电容器储能。图4（c）为专利申请量前十的国家/地区技术方向分布（IPC小类）情况。可以看出，前10的国家（地区）/机构中H01M占比最大，其中中国、日本、美国的前三的技术方向均为H01M、H02J、H01G，占比均超过70%；图4（d）为前十的国家（地区）/机构技术方向分布（IPC小组）情况，可以看出，前10的国家/地区的技术方向分布（IPC小组）比较散，不集中，基本在每个技术方向都有一定的专利布局。由此得出结论，排名前五的国家（地区）/机构的专利数量均呈增长态势，其中中国的专利数量远远高于其他国家和地区。在技术领域分布方面，锂离子电池、铅酸电池和超级电容器储能是各国关注度较高的技术领域，H01M技术方向是前十的国家（地区）/机构中占比最大的，同时前十的国家（地区）/机构的技术方向分布比较散、不集中。
图5展示的是全球储能技术专利申请主要国家（地区）/机构的合作网络，可以看出中国与世界知识产权组织（以下简称“世专局”）、日本的合作较为紧密，美国与世专局、加拿大、巴西的合作较为紧密，世专局则是和中国、中国香港、美国、欧专局、澳大利亚、加拿大、巴西、韩国的合作均较为紧密。
表5为全球排名前10的国家（地区）/机构2018至2020年的专利申请活跃程度，申请量排名前三的分别为中国（46864件）、美国（4972件）、日本（4938件），专利申请活跃程度前三的分别为世界知识产权组织（68.89%）、加拿大（61.02%）和欧洲专利局（37.59%）。
2.5 全球储能技术机构分析
图6（a）为全球储能技术专利申请量排名前10的专利权人（机构），其中专利数量在2000件以上的专利权人分别是中国国家电网（以下简称“国家电网”）（4625件，占全球相关专利申请总量的2.37%），丰田自动车株式会社（3631件，占1.86%），日立集团（2621件，占1.34%），罗伯特·博世有限公司（2113件，占1.08%），上述4家机构占相关专利总量的6.65%。图6（b）为储能专利量排名前10的机构专利申请量年度变化，中国的机构的专利申请量逐年增多，日本的丰田自动车株式会社、松下电器产业株式会社、日本汤浅株式会社均是波动式增长，且波动较为明显，日立集团则是在2013年后均处于下降状态，韩国三星SDI有限公司在2012年后大幅度下降，一直到2017年开始缓慢增长，但是数量明显减少，罗伯特·博世有限公司在2012年专利数量达到最多，之后缓慢下降，在2017年又实现增长，但是数量少于2012年，之后又缓慢下降。
图6（c）为储能专利申请量排名前十机构前十技术方向（IPC小类）布局，除了中国国家电网的技术主要集中在H02J（供电或配电的电路装置或系统；电能存储系统），其余9家机构的技术均主要集中在H01M（用于直接转变化学能为电能的方法或装置，例如电池组）。图6（d）为储能专利申请量排名前十机构前十技术方向（IPC小组）布局，除了中国国家电网的技术主要集中在H02J-007/00（用于电池组的充电或去极化或用于由电池组向负载供电或配电的电路装置或电能存储系统）、罗伯特·博世有限公司的技术主要集中在H02J-007/00（用于电池组的充电或去极化或用于由电池组向负载供电或配电的电路装置或电能存储系统）和H01M-010/42（使用或维护二次电池或二次半电池的方法及装置）外，宁德时代、国轩高科和塔菲尔新能源科技公司的技术主要集中在H01M-010/0525（用于直接转变化学能为电能的方法或装置），其余8家机构的技术方向比较分散。
图7为全球储能专利申请量排名前十专利权人的合作网络，中国的塔菲尔新能源科技公司和国家电网、宁德时代保持着紧密的合作关系，且仅限于国内，而日本汤浅株式会社除了与本国的丰田自动车株式会社、松下电器产业株式会社有紧密合作以外，还与德国的罗伯特·博世有限公司以及韩国的三星SDI有限公司保持着紧密合作关系。
表6为全球储能专利申请量排名前十机构近三年的专利申请活跃程度。其中，申请量排名前三的机构分别为中国国家电网（1780件）、丰田自动车株式会社（683件）、国轩高科（555件）；专利申请活跃程度排名前三的机构分别为国轩高科（43.94%）、塔菲尔新能源科技公司（41.21%）和国家电网（38.49%）。全球主要机构申请的储能专利技术除在本国（地区）为主外，在其他国家和地区都有一定程度的专利布局，尤其是韩国三星SDI有限公司在德国的专利申请比例高达37.58%；中国机构在其他国家（地区）的专利布局相对较低，日本的机构在中国的专利布局高于其他国家和地区。
2.6 专利技术主题分布
德温特创新平台（Derwent Innovation）是全球权威可靠的专利数据平台，具备强大的智能检索、分析、预警和海量文献图像化功能，协助组织建立跨部门的技术情报搜集与分析能力，为用户提供更广泛视角的技术信息来源。因此，本研究通过Derwent Innovation数据库对全球储能专利技术主题进行文本聚类分析，并获得了专利地图。分析结果表明（见图8），全球储能技术研发热点为锂离子电池、电池负极材料、换热器、储能模式、储能设备、控制循环系统等。
3 结论与建议
本文对全球以及我国的储能技术发展环境进行了分析，重点是基于DII专利数据和专利分析工具DDA对储能技术的研发现状与态势、专利技术布局情况、重点国家/地区及机构专利技术及其对比分析等进行了深入的分析，得出了以下结论：（1）全球储能技术相关的专利申请已经处于快速增长阶段，尤其是电池储能占比达到了81.25%，目前以电池储能为主的新型储能已经在快速发展并且具有较大的发展潜力。（2）专利申请量排名前3的国家分别是中国、日本、美国，其专利申请量合计占所有专利的89.54%，2018至2020年专利申请活跃程度排名前三的国家（地区）/机构分别为世界知识产权组织、加拿大和欧洲专利局。（3）专利申请量排名前三的机构分别是中国国家电网、丰田自动车株式会社、日立集团，其专利申请量合计占所有专利的5.57%；2018至2020年专利申请活跃程度排名前三的机构分别为中国国家电网、丰田自动车株式会社和国轩高科。（4）中国储能技术专利申请增长趋势和全球保持一致，且技术领域分布相似，专利技术同样集中在H01M（用于直接转变化学能为电能的方法或装置，例如电池组）；中国储能专利的申请地区主要分布在本国，申请量排名前三的机构分别为国家电网、宁德时代、国轩高科，合计占所有专利的5.54%。（5）目前全球储能技术研发热点为锂离子电池、电池负极材料、换热器、储能模式、储能设备、控制循环系统等。
储能产业的发展要继续坚持自主创新，加强技术攻关，推进核心技术研究和开发，使得我国储能产业能够在全球竞争中占据有利地位。同时，也要依托国内储能重点企业，加强与国外企业的合作交流，加强产、学、研等各界合作，促进储能技术的转化和推广。此外，还要注重人才培养，引进和培育储能技术领域优秀人才，助力产业升级和发展。最后结合能源转型推进电网智能化建设，将储能技术与风电、光伏等新能源相结合，推动低碳经济发展，提高我国能源结构的安全性和可持续性。
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作者简介：孟欢欢（1993—），女，陕西凤翔人，硕士研究生，主要研究方向为竞争情报；靳军宝（1986—），通信作者，男，甘肃会宁人，硕士生导师，副研究馆员，博士，主要研究方向为产业技术情报、知识产权、科技人才流动与评价；郑玉荣（1974—），男，甘肃白银人，副研究馆员，硕士，主要研究方向为产业竞争情报；白光祖（1984—），男，甘肃张掖人，研究馆员，博士，主要研究方向为产业技术情报；曹琨（1993—），男，甘肃会宁人，博士研究生，主要研究方向为产业技术情报；付爽（1994—），男，湖北天门人，助理研究员，硕士，主要研究方向为产业技术情报。
