单位：1. 我国科学院武汉文献情报中心；2. 科技大数据湖北省要点实验室；3. 我国;科学院大学经济与办理学院

  引证： 汤匀,岳芳,郭榜样等.下一代电化学储能技能世界展开态势剖析[J].储能科学与技能,2022,11(01):89-97.

  摘 要 全球碳中和大布景下，世界动力格式从化石动力肯定主导朝着低碳多能交融发生改变，储能技能作为推动可再生动力从替代动力走向主体动力的要害技能越来越遭到业界高度重视。比照剖析了美国、欧盟、日本等首要国家和地区的电化学储能技能战略布局、项目布置和要点演示项目状况。跟着我国许诺2030碳达峰、2060碳中和方针，我国政府对电化学储能技能的开发日益重视，先后出台一系列支撑方针，发动严重研制项目展开技能研讨，并布置了一批电化学储能演示工程。但是，我国虽然在电化学储能制作技能上尽力追逐欧、美、日、韩等先进技能国家，但对储能电池机理研讨、技能打破以及要害资料制作上间隔技能发达国家仍有必定间隔，多种类型电化学储能技能的演示运用才刚刚起步。因而，需进一步从顶层规划、技能研制、工业布局和根底设备建造等多方面采纳办法，加速完成下一代新式电化学储能技能的大范围运用，促进动力高效运用、多能交融互补，构建“清洁低碳、安全高效”的现代动力格式。

  要害词 电化学储能技能；下一代电池技能；世界展开态势；战略规划；项目研制；碳中和

  跟着全球各首要国家连续宣告完成碳中和方针时刻节点，太阳能、风能等可再生清洁动力完成全面展开。但这类可调度可再生动力受地理环境影响较大，在时空上具有间歇性和散布不均的特色，假如将其直接并网运转，对电网将会发生较大冲击。而储能体系作为能量存储和转化设备，成为了动力革新的要害支撑技能。储能技能分为物理储能、化学储能等大类。其间，物理储能首要包含抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能以及储冷储热等，化学储能则首要包含电池储能等。不同储能方法各有特色，因而适用于不同的场景。抽水蓄能、压缩空气储能和电池储能较适用于电网的削峰填谷、体系调频，超导磁储能和超级电容器则适用于改善电能质量、安稳输出，储热技能则可处理归纳动力体系中的热需求和供应的不平衡，平抑需求侧的热负荷动摇。而电化学储能技能相较于物理储能技能来说，受地理环境影响较小，电能存储和开释更直接，对电力调度调控更具灵敏性，因而，遭到新式商场和科研范畴的广泛重视。

  电化学储能技能的展开进程(图1)最早上于1800年的伏打(Volta)电池和1836年的丹尼尔(Daniell)电池(也称为锌铜电池)。随后，铅/酸电池(1882年)、镍/氢电池(1970年)和锂电池(1990年)不断涌现，完成商业化运用。但跟着电气化、电网等大型运用的展开，现已商业化的锂离子电池一般选用有机电解液作为电解质，该电池存在漏液和易燃易爆问题，且在高温、大电流作业时锂金属负极在循环进程中易生成锂枝晶形成电池短路，当其用于大容量存储时具有较大的安全隐患。此外，为处理电动轿车中退役的电池组收回运用问题，提出锂离子电池梯次运用方案，行将作废的车用锂离子电池降级运用，继续发挥余热，但该方案具有较高的隐形本钱以及再次降级运用时与新储能场景不适配的问题。因而，现在商业化的锂离子已不能彻底满意现阶段能量存储所要求的功用、本钱和其他扩展方针。针对移动式储能和中大型储能运用范畴，研制“下一代电池”技能以进步电池安全性、添加电池能量密度，并进一步降形本钱以及对环境友好显得尤为重要。依据欧盟2020年12月最新发布的电池技能分类(表1)，电化学储能技能正逐步从锂离子电池(第4代曾经)朝向下一代电池技能(第4代之后)展开，首要包含：固态锂电池、钠离子电池、钾离子电池、锌离子电池、全固态电池、多价离子电池和金属-空气电池等技能范畴，并有望于2025年今后完成商场化运用。

  跟着电力体系灵敏性需求增强，散布式动力逐步增多，电化学储能技能日益得到重视，世界各首要国家纷繁出台举动以推动储能技能研制，不断改善锂离子电池功用，并探究开发新式储能电池。

  美国是全球储能工业展开较早的国家，也是现在具有储能项目最多的国家，并具有全球近对折的演示项目。在2021年3月美国储能协会(ESA)和伍德麦肯兹(Wood Mackenzie)发布的《美国储能监测》陈述显现，2020年美国新增储能规划到达1464 MW，较2019年添加179%，其间，电网侧储能在美国展开迅速，2020年第四季度布置的651 MW储能体系中，电网侧储能贡献了529 MW。住所储能占第四季度总储能的14%，为90.1 MW，剩下31.9 MW为非住所用户储能。

  美国极为重视对储能技能的开发，较早出台了储能技能的研制规划和战略布置道路年专门树立了新一代电池的研制安排“储能联合研讨中心(JCESR)”。2016年7月，奥巴马政府宣告发起了“电池500”方案，用五年时刻打造高能量密度和高循环寿数的高功用电池。2020年1月，DOE宣告投入1.58亿美元发动“储能大应战”方案，并在2020年12月，DOE正式发布了美国首个归纳性储能战略《储能大应战道路图》，提出将在储能技能开发、储能制作和供应链、储能技能转化、方针与评价、劳动力开发五大要点范畴展开举动，完成到2030年美国国内的储能技能及设备的开发制作才能将可以满意美国商场一切需求，无需依托国外来历，并在全球储能范畴树立领导位置。2021年6月发布的《国家锂电蓝图2021—2030》，设定了到2030年的举动方针以构建美国本乡的锂电池制作价值链。

  美国动力部经过电力传输与动力可靠性办公室的“储能方案”继续对储能技能进行研制，2018年12月，美国动力部宣告未来五年内为JCESR第二期投入1.2亿美元，以推动电池科学和技能研讨开发。到2019年，DOE在“储能方案”下共展开了16个项目，触及铅酸电池、锂离子电池、钠离子电池、全钒液流电池、飞轮储能、等温压缩空气储能、储能数据库构建等技能。

  此外，DOE经过其部属的先进动力研讨方案署(ARPA-E)对储能技能给予支撑，2009—2019年共在13个研制方案下展开了95个储能相关的项目，包含：演示了一种用于液流电池的新式隔阂；在用Mg2+替代Li+的电池科学根底方面取得了实质性展开；开发了核算东西，运用该东西挑选出了逾越24000种潜在的电解质和电极化合物，用于新的电池概念和化学品。2018—2022年，JCESR将在五个方向要点研讨[10]，包含：液体溶剂化科学、固体溶剂化科学、流动性氧化复原科学、动态界面的电荷搬运、资料杂乱性科学(表2)

  表2 2018—2022年美国动力部储能联合研讨中心支撑的电化学储能相关要点研讨方向

  欧盟极为重视对电池储能技能的研制，将其视为完成工业、交通、修建等职业电气化，促进向“碳中和”社会展开的重要要素，期望经过开发高功用电池抢占未来电气化社会竞赛制高点，抢夺全球电池研制和出产的主导权。

  2010年，欧盟树立欧洲动力研讨联盟(EERA)，确认电化学储能、化学储能、储热、机械储能、超导磁储能和储能技能经济六个要点技能范畴。2017年11月，欧盟发布了“战略动力技能规划”(SET-Plan)电池施行方案，提出电池研讨立异的要点范畴：电池资料/化学/规划和收回、制作技能、电池运用和集成。同年，欧洲储能协会(EASE)和EERA联合发布新版《欧洲储能技能展开道路年经过推动组成欧洲电池联盟(EBA)、欧洲技能与立异渠道“电池欧洲”(Batteries Europe)和“电池2030+”联合研讨方案，推动不同技能老练度的研讨和开发作业，这些彼此联接互补的机制构建起欧洲电池研讨与立异生态体系(图2)。

  图2 欧洲电池研讨与立异生态体系-欧洲电池联盟、电池欧洲技能与立异渠道和电池2030+之间的联接互补

  2017年，欧盟树立“欧洲电池联盟”，旨在欧洲打造出具有全球竞赛力的电池价值链。2018年发布《电池战略举动方案》，宣告将树立一个规划为10亿欧元的新式电池技能旗舰研讨方案。依据此方案，2019年2月，欧盟宣告创立欧洲电池技能与立异渠道“电池欧洲”，以确认电池研讨优先范畴、拟定长时间愿景、论述战略研讨议程与展开道路+”方案作业组发布的电池研制道路年欧盟电池技能研制要点将环绕资料开发、相界面研讨、先进传感器、自修正功用四个首要范畴，开发智能、安全、可继续且具有本钱竞赛力的超高功用电池。2020年7月，“电池欧洲”发布《欧洲电池职业短期研制立异优先事项》陈述，针对欧洲电池立异价值链提出了短期(2021—2023年)的七大优先立异研制事项。同年12月，“电池欧洲”发布了其榜首个《电池战略研讨议程》，清晰了到2030年从电池运用、电池制作与资料、原资料循环经济、欧洲电池竞赛优势四方面要害举动，旨在推动电池价值链相关研讨和立异举动的施行。

  2018年6月欧盟在“地平线”方案根底上拟定了“地平线欧洲”结构方案，清晰支撑“可再生动力存储技能和有竞赛力的电池工业链”，为其投入150亿欧元的研制经费。同年7月更新了“地平线)方案中动力和交通运输的项目赞助方案，即新增一个主题名为“树立一个低碳、弹性的未来气候：下一代电池”跨范畴研讨活动，旨在整合“地平线)涣散赞助的与下一代电池有关的研讨立异作业，推动欧盟国家电池技能立异打破，开发更具价格竞赛力、更高功用和更长寿数的电池技能。新增赞助方案将在2019年供给1.14亿欧元用于支撑7个主题的电池研讨课题，首要包含：高功用、高安全性的车用固态电池技能；非车用电池技能；氧化复原液流电池仿真建模研讨；适用于固定式储能的先进氧化复原液流电池；先进锂离子电池的研讨与立异；锂离子电池资料及输运进程建模；锂离子电池出产试点网络。2020年，估计欧盟将再投入7000万欧元用于电池相关研讨项目。

  欧盟委员会猜测，到2025年欧洲电池商场规划将到达2500亿欧元，此外，欧盟委员于2019年12月和2021年1月别离发布两项与电池相关的“欧洲一同利益重要项目”(IPCEI)。2019年宣告由比利时、芬兰、法国、德国、意大利、波兰和瑞典七国到2031年前一同投入32亿欧元公共资金，并将撬动50亿欧元的私家出资，用于开发高度立异和可继续的锂离子电池技能(液态电解质和固态电池)，以完成整个电池价值链的立异。2021年1月，欧盟委员会宣告除开始欧盟电池IPCEI项意图7个欧盟成员国之外，奥地利、克罗地亚、希腊、斯洛伐克和西班牙也一同参加一项近120亿欧元的新项目。将在电池制作的四个中心阶段(原资料挖掘、电池芯规划、电池组体系和收回供应链)出资创立新的处理方案，整个项目将继续到2028年。迄今为止，欧盟委员会已拨出60亿欧元用于进步欧洲电池制作才能。此外，欧洲方案树立22个大型电池工厂，到2025年，欧洲电池产能将从2020年的49 GW·h进步到460 GW·h，增幅近10倍，满意年产800万辆电动轿车的需求，其间一半产能坐落德国。到2030年欧洲将树立6座总年产能到达240 GW·h的超级电池厂，其间坐落瑞典专心于出产高端电池的谢莱夫特奥(Skellefte)工厂有望在2023年投入商用，年产能将扩张至40 GW·h。

  因为日本国土面积小、需求量占比大，以及地貌特征等要素，比较大规划太阳能发电站，房顶光伏工业和散布式电站的展开炽热。与此一起，日本选用鼓舞办法鼓舞住所选用储能体系，以缓解很多涌入的散布式太阳能带来的电网办理应战，这也让电池储能体系的需求不断添加。

  2012年7月，日本经济工业省发布了《蓄电池战略》，提出在2020年左右将钠硫、镍氢等大型蓄电池的电力本钱降至与抽水蓄能发电本钱适当，完成全球蓄电池商场占有率50%的方针。2013年8月，日本新动力与工业技能开发安排(NEDO)拟定了《充电电池技能展开道路年固定式电池、车用电池及电池资料的研制方针和道路月，日本经济工业省发布了面向2050年技能前沿的《动力环境技能立异战略》，清晰将电化学储能技能归入五大技能立异范畴并提出要点开发范畴包含固态锂电池、锂硫电池、锌-空气电池、新式金属-空气电池和其他新式电池(如氟化物电池、钠电池、多价离子电池、新概念氧化复原电池等)。要点研制低本钱、安全可靠的快速充放电先进蓄电池技能，使其能量密度到达现有锂离子电池的7倍，一起本钱降至1/10，使得小型电动轿车续航路程到达700 km以。2020年12月，日本经济工业省发布了《绿色添加战略》，清晰提出开发功用更优异但本钱更低价的新式电池技能。

  日本NEDO继续树立国家层面研制项目，支撑储能技能开发。2019财年关于储能范畴，正要点进行全固态锂离子电池和逾越锂离子电池的新式电池研制。2000—2019年，NEDO共展开了10个储能相关项目。其间，2018年7月，NEDO经过了“立异性蓄电池-固态电池”开发项目，联合23家企业、15家日本国立研讨机构，方案未来5年内联合研制电动车全固态电池。该项目分两个阶段，榜首期(2016—2020年)研制内容是新概念电池根底技能开发以促进商业化，将开发逾越锂离子电池的新式电池。2021年正在展开研讨项目是：新式高效电池技能开发第二期项目(项目周期2018—2022年，总经费100亿日元)，将霸占全固态电池商业化运用的技能瓶颈，为在2030年左右完成规划化量产奠定技能根底。

  我国储能工业起步较晚，但展开迅速，多项方针辅导并促进了电化学储能技能展开。2010年《可再生动力法修正案》中初次说到要展开储能技能，奠定了储能技能在推动我国动力革新中的重要位置。2015年3月《中心国务院关于进一步深化电力体制变革的若干定见》中，清晰提出在确保安全的前提下，活跃展开交融先进储能技能。并在次年《国民经济和社会展开第十三个五年规划大纲》中提出的动力展开八大严重工程中要点提出要加速推动大规划储能等技能研制运用。为处理储能布置中面临的技能瓶颈，同年发布的《动力技能革新立异举动方案(2016—2030年)》清晰提出了储能展开方针：到2020年，打破化学储电的各种新资料制备、储能体系集成和能量办理等中心要害技能。到2050年，活跃探究新资料、新方法，完成具有优势的先进储能技能储备，并在高储能密度低保温本钱热化学储热技能、新概念电化学储能技能(液体电池、镁基电池等)、依据超导磁和电化学的多功用全新混合储能技能等完成严重打破。为进一步推动储能技能灵敏运用，2020年8月，国家发改委、国家动力局在《关于展开“风景水火储一体化”“源网荷储一体化”的辅导定见(征求定见稿)》中提出储能快速灵敏调理才能须在归纳动力展开项目中表现。2021年跟着我国提出碳达峰、碳中和“3060方针”，为构建清洁低碳、安全高效动力体，国家展开变革委、国家动力局发布《关于加速推动新式储能展开的辅导定见(征求定见稿)》，提出将展开新式储能作为提高动力电力体系调理才能、归纳功率和安全保证才能，支撑新式电力体系建造的重要举动，终究完成碳达峰碳中和方针。

  “十三五”以来，我国政府更加重视电化学储能技能的相关研制，布置了一系列严重研讨项目。《动力技能革新立异举动方案(2016—2030年)》清晰提出了电池储能展开方针：到2020年，演示推行100 MW级全钒液流电池储能体系、10 MW级钠硫电池储能体系和100 MW级锂离子电池储能体系等一批趋于老练的储能技能。此外，一系列国家要点研制方案(2017年、2018年、2021年)均提出推动液流电池、锂离子电池、铅酸电池、金属空气电池、固态电池等新式技能项目研制布置。2021年“储能与智能电网技能”要点专项清晰提出，要点环绕中长时刻尺度储能技能在内的六大技能方向进行研讨，包含发动吉瓦时级锂离子电池储能体系技能、兆瓦时级实质安全固态锂离子储能电池技能、金属硫基储能电池等严重研讨项目。同年，“新动力轿车”要点专项中也提出将要点研制全固态金属锂电池技能、高安全、全气候动力电池体系技能等技能范畴。相较于美国、欧盟和日本电化学储能研制支撑，我国新式高能电化学储能技能竞赛态势布局比照如表3所示。

  为推动储能项目由研制演示向商业化初期过渡，完成商业化初期向规划化展开的改变，2020年国家发改委、动力局发布了榜首批科技立异(储能)试点演示项目，首要对可再生动力发电侧、用户侧、电网侧、合作惯例火电参加辅佐服务等4个运用范畴共8个项目展开演示，项目名单见表4所示。

  依据我国动力研讨会储能专委会/中关村储能工业技能联盟(CNESA)于2021年4月发布的《储能工业研讨白皮书2021》数据，到2020年末，我国已投运电化学储能演示项目累计装机规划位列全国储能总装机规划第二，到达3269.2 MW，较往年同比添加91.2%。其间，锂离子电池累计装机规划最大，到达2902.4 MW。从我国电化学储能首要供给商装机规划来看，2020年，我国新增投运的电化学储能项目装机规划排名前十位的公司依次为：宁德年代、力神、海基新动力、亿纬动力、上海电气国轩新动力、南都电源、赣锋电池、比亚迪、中航锂电和国轩高科。

  近年来，我国虽然在电化学储能制作技能上尽力追逐欧、美、日、韩等先进技能国家，但对储能电池机理研讨，如了解充放电和物质搬运/传输的物理化学进程；技能打破，如开发高安全性、长寿数、低本钱的锂离子电池、钠离子电池及其他新式高能化学电源体系，集成体系、改善封装规划以及运用新资料等方面仍面临许多应战，在离子传导膜、电解液、双极板等要害资料制作上间隔技能发达国家有必定间隔，多种类型电化学储能技能的演示运用才刚刚起步。经过对电化学储能技能相关世界方针规划的解读，对该范畴展开提出以下主张：

  （1）清晰顶层规划，提出下一代新式电化学储能技能的中长时间展开途径。国家战略层面上，经过归纳考虑“双碳”方针布景下，我国动力格式展开方向以及相关根底设布置规划，加速出台推动下一代新式电化学储能技能的顶层规划方案。在中长时间动力转型进程中，清晰新式电化学储能技能阶段性展开方针、树立要点专项、鼓舞创立新式储能研制立异渠道，支撑工业转化运用，构建新式电化学储能技能的长时间安稳展开环境。

  （2）加大技能研制，促进新式电化学储能技能的项目演示。技能研制层面上，进一步提高锂离子电池功用及安全性，下降体系本钱，促进商场规划化出产。加速全固态锂电池技能的研制运用，不断推动以钠离子电池、金属-空气电池、多价离子电池等为代表的下一代新式电池技能研制，展开电池制备要害资料、单元和集成办理等全体系的技能攻关。探究新式电化学储能技能运用场景，不断推动下一代新式电化学储能技能大规划演示布置。

  （3）重视工业转化，树立有利于新式电化学储能技能的商场机制。工业运营层面上，应赶快清晰电化学储能独立商场运营体身份，从电力体系辅佐服务人物中剥离，赋予电化学储能技能运用更大的灵敏性，作为独立商场主体从工业全体系多角度完成电力高效运用，激起商场竞赛生机。加速树立新式电化学储能商场机制，充分表现储能技能对电力体系之外其他终端运用的商业价值。

  （4）完善配套根底设备建造，推动新式电化学储能设备才智化运转。根底设备建造层面上，面临终端运用的日趋多元化，新式电化学储能根底设备应加速推动标准化、易拆解以及通用性的衔接方法，完成储能设备灵敏高效并网运转。此外，结合我国“新基建”包括范畴和多种数字化技能移风易俗，树立新式电化学储能云渠道，运用大数据、云核算、移动互联网、物联网、人工智能、区块链等数字化技能，加强发电侧和终端运用同储能设备的灵敏互控，完成储能设备混合装备、和谐优化、高效控制的才智化运转。

  榜首作者：汤匀（1990—），女，博士，助理研讨员，研讨方向为动力战略情报研讨，E-mail：b.ac.cn

  通讯作者：陈伟，研讨员，研讨方向为动力战略情报研讨，E-mail：.cn。

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