我國儲能技術發展的省域差異及其影響因素
——以全國裝機排名前五省份儲能專利為例

李 力，周 燁，張佳鑾，曾樂民

（廣東省技術經濟研究發展中心，廣東廣州 510070）

0 引言

隨著能源革命的推進，我國的儲能政策不斷完善，儲能科技和儲能產業發展加快，儲能產業從商業化初期轉變到規模化發展階段［1］，為新型能源體系的構建發揮了重要作用。2022 年我國可再生能源裝機容量首次超過化石能源裝機容量，保障可再生能源供電的新型儲能累計裝機規模顯著增加，儲能裝機規模排名前5 位的省份（以下簡稱“五省份”）分別為：山東（155 萬 kW）、寧夏（90 萬 kW）、廣東（71 萬 kW）、湖南（63 萬 kW）、內蒙古（59萬 kW），全國（未含港澳臺地區。下同）新型儲能累計裝機容量是13.30 GW，山東等五省份的新型儲能累計裝機規模占全國的32.86%［2］。

專利申請量的多少是衡量一個行業科技進步的重要標準，在一定程度上反映出該行業專利工作的發展水平。發明專利在我國專利體系中居于核心地位，是Ⅰ類知識產權，因而本研究選用儲能發明專利數作為儲能科技發展的分析指標。R&D 費用是儲能科技發展的物質基礎，技術市場成交額反映了儲能科技發展要素的流動性，風電光伏發電量對儲能裝機容量有市場需求，這些因素都直接影響儲能科技發展，但其對儲能科技發展的影響有待進一步闡明。

我國儲能產業發展領先的五省份的經濟發展基礎、地理區位、產業基礎差異較大，特色分明，具有典型性。據《中國統計年鑒》，2022 年，廣東生產總值為12.91 萬億元，居全國第一位，三次產業比重為4.1 ∶40.9 ∶55.0，先進制造業增加值占規模以上工業增加值55.1%；山東生產總值為87.4萬億元，居全國第3 位，三次產業比重為9.7 ∶57.1 ∶33.2，規模以上制造業增加值占規模以上工業增加值的86.3%；湖南生產總值為4.87 萬億元，居全國第九位，三次產業比重為9.5 ∶39.4 ∶51.1，裝備制造業增加值占規模以上工業增加值的31.7%；內蒙古生產總值為1.68 萬億元，居全國第21 位，三次產業比重為9.5 ∶54 ∶36.5，能源、冶金、農畜產品加工業、機械裝備制造業、服務業是支柱產業；寧夏生產總值為0.51 萬億元，居全國第29 位，三次產業比重為8.0 ∶48.3 ∶43.7，采礦業、制造業、電力、熱力、燃氣及水生產和供應業是主要工業［3］。五省份的儲能裝機雖然都位居全國前列，但經濟發展、科技發展基礎差異較大，因此，以這5 個省份的儲能科技發展為研究對象，分析儲能科技發展區域特點、差異及影響因素，揭示儲能科技區域創新發展趨勢與特征，以期為我國制定和完善儲能科技政策、儲能產業政策，促進儲能產業發展提供參考。

1 文獻回顧

國內學者對我國儲能專利的地區分布等方面進行了大量分析，例如，劉帥等［4］在2014年從專利數量、專利權人以及地域等方面分析我國儲能技術專利的分布現狀，闡述了儲能專利產出的重點產出區域為廣東、江蘇、北京、上海和浙江，東部地區明顯高于中部和西部；綠色技術創新活動主要集中在替代能源生產、儲能、交通、廢棄物管理等領域，王班班等［5］通過我國省份面板數據研究發現，綠色專利主要集中分布在東、中部地區，最重要的主體是企業，西部地區對東、中部地區存在追趕效應；張嫻等［6］研究表明，我國儲能技術專利從重點產出區域廣東、江蘇、北京、上海和浙江發展到中部、西部地區。

同時，儲能專利的研究逐漸成為熱點，學者們從多個角度進行了研究。有研究利用社會網絡分析方法探討了儲能產業產學研合作演化趨勢，認為積極政策推動合作網絡不斷擴大，網絡的“小世界”特征明顯，逐漸呈現出選擇中介中心度大的節點優先合作特征［7］；也有研究通過計量回歸分析綠色專利的影響因素，認為政策因素在綠色專利和質量提升方面作用最為突出，但技術市場發展并未很好地轉化為綠色創新能力［8］。有學者還研究了儲能科技的發展方向、趨勢、不同國家地區的發展差異，例如，陳錦攀等［9］從專利視角，利用語義專利檢索系統對電力儲能領域專利的申請量、同族專利、PCT 專利和專利申請地域、申請人、申請人與國際分類分布等進行分析，揭示電力儲能領域研發態勢和專利競爭態勢；瞿海妮等［10］研究發現全球液流電池的專利申請數量呈現爆發式增長并開始走向商業化應用，其中日本在此領域處于全球領先地位；王艷輝等［11］認為我國和日本是全球范圍內兩個完全掌握鈉硫電池技術的國家，但我國在商業化方面與日本存在一些差距；趙晏強等［12］認為我國與美國、日本等在鋰離子電池專利方面居于世界前列；仇潔潔等［13］認為飛輪儲能技術、鋰離子電池和超級電容儲能技術將成為儲能技術的核心研究方向；李維思等［14］通過分析國內外儲能專利技術，指出燃料電池、二次電池等的發展趨勢；周文博［15］構建專利指標體系評價模型，以專利技術主題研究和論文文獻計量為輔的方法綜合比較新興電化學儲能技術的產業影響力，分析了（鋅、鈉、鋁）-空氣電池、（鋅、鈉、鋁）-離子電池、（鋅、鈉、鋁）-CO2電池，認為鋅空氣電池的產業影響力最大，鈉離子電池的產業影響力略低于鋅空氣電池，再次是鋁空氣電池。

國外學者對儲能技術、儲能專利發展方向作出了預測，并分析了重要企業的發展。如Harell 等［16］利用 SWOT 方法、成長曲線公式測算技術的未來發展態勢，推導出在與風能互補的儲能技術中，壓縮空氣儲能技術是最具潛力的儲能技術；Abbas 等［17］集中分析了熱能儲存研究領域的全球專利情況，提出熱能儲存領域隨時間推移的發展趨勢。

學者們對儲能專利歷年發展情況、國內外地區發展現狀、發展趨勢及產學研發展情況進行了較深入的研究，但對于儲能科技發展的物質基礎、儲能科技發展的市場條件、市場需求對儲能科技的影響研究較少，因此，本研究選取國內儲能裝機量位居前列的五省份，著重分析影響儲能科技發展的相關因素，剖析儲能科技發展的區域差異，為我國不同省份的儲能科技和產業發展提出有針對性的發展策略。

2 五省份近年儲能產業及專利概況

2.1 儲能產業概況

從技術分布上看，我國在運項目應用的儲能技術主要以鋰離子電池、鉛蓄電池和液流電池為主。從應用分布上看，國內最主要的儲能應用包括大規模集中式可再生能源、分布式發電及微電網、調頻輔助服務、延緩輸配電擴容升級等［18］。從電力系統角度看，儲能的應用場景可分為發電側、電網側和用戶側三大場景。

截至2022 年年底，我國儲能累計裝機59.8 GW，其中抽水蓄能裝機46.1 GW，占儲能累計裝機的比例為77.1%；電化學儲能累計裝機規模居第2 位，為7.47 GW，占儲能累計裝機的比例為12.5%［19］。可見，抽水蓄能目前仍然是高可靠的主流大容量儲能手段，但其存在初始投資成本高昂、建造工期長和選址困難等制約因素，電化學儲能技術因配置靈活兼具成本快速下降優勢，成為新型儲能發展的重要方向。目前國內電化學儲能技術主要包括鋰離子電池、鉛蓄電池和液流電池。其中，鋰離子電池裝機規模占90%以上［20］，鋰離子電池作為產業規模最大、綜合特性最優、發展潛力最大的電化學儲能技術發展迅速，并開始逐漸占據主導地位［21］。

2.2 儲能裝機概況

從各省份上報的儲能項目匯總及中國能源研究會儲能專委會（中關村儲能產業技術聯盟）數據庫中查閱得到，我國2010 年已投運儲能裝機總量是14.9 GW，2022 年已投運儲能裝機總量是59.8 GW，是2010 年的4.01 倍，年均增速為12.26%（見圖1）。

圖1 我國已投運儲能裝機容量年度變化

2.3 五省份儲能專利發展概況

儲能專利作為新型能源結構重要的支撐技術，在儲能產業快速發展和社會認知度不斷提升的同時，也得到政府和企業越來越多的重視，高校、研發機構、企業也均發揮自身優勢，研發了大量的儲能專利。采用“儲能”關鍵詞在中國專利公布公告網搜索了2001 年1 月1 日至2021 年12 月31 日五省份的儲能專利信息，匯總整理其數量年度變化見圖2。

圖2 五省份儲能專利申請數量年度變化

2001—2021 年五省份的儲能專利申請數共有19 499 件，其中發明專利占47.75%，實用新型專利占45.73%。五省份的儲能專利申請總量不斷增長，2001 年為27 件，2021 年達3 826 件，是2001 年的141.70 倍，年均增長率達26.60%。其中，2001—2010 年專利申請量變化緩慢，因為此時我國儲能技術領域處于起步階段；2011—2016 年增長率進入較快增長階段，之后更是進入起飛和快速成長階段。2011—2016 年五省份儲能專利申請量快速增長主要有三方面原因：一是該時期政府推出大量政策刺激電力領域的發展，電力領域發展帶動了儲能技術的研究；二是這一時期儲能技術方面有了一定積累，發展較快；三是儲能領域專利申請人開始越來越意識到知識產權的重要性，對申請專利的積極性提高。

3 數據來源、指標選取與分析方法

3.1 數據來源與指標選取

研究采用的R&D 經費數據、技術市場成交額來源于《中國科技統計年鑒》，風電光伏裝機容量來源于《中國電力年鑒》，儲能專利數來源于中國專利公布公告網。提取的儲能專利包括中國發明公開、中國實用新型申請、中國外觀設計申請、中國發明授權4 項。

因為專利獲得授權受專利審批流程影響會有一定的時間延滯，而儲能發明專利申請數能反映當年儲能科技活躍程度，且儲能發明專利授權與儲能發明專利申請數高度相關，因此選用儲能發明專利作為儲能科技發展的分析指標。發明專利申請經過初審后，相關的申請材料如果沒有缺陷就會被公開，避免同行繼續申請同類發明專利，因而本研究中的儲能發明專利數是指公開發布的發明專利數量。

3.2 研究方法

以儲能發明專利數（PPub）為被解釋變量，以地區生產總值（GDP）、風電光伏發電量（ETot）、R&D 經費、技術市場成交額（TM）4 個變量為解釋變量，采用Stata16 軟件構建回歸方程定性分析儲能科技發展影響因素及區域差異。

3.2.1 多重共線性檢驗

由于各變量的數據跨度比較大，為使數據在各個數量級上具有更好的可比性，采用共線性分析方法篩除指標的同質性。對5 個變量進行對數處理后進行相關分析，結果見表1，地區生產總值與R&D經費相關系數高達0.98，因此在回歸方程中篩除了地區生產總值指標。

表1 變量相關性檢驗結果

3.2.2 線性回歸初步分析

對變量進行散點分析，存在線性關系后再構建回歸方程，以規避假線性關系。運用Stata16 軟件繪制相關散點圖，分別如圖3、圖4 所示，可看到儲能發明專利數與R&D 經費、技術市場成交額存在線性關系，而與風電光伏發電量的線性關系有兩種類型（見圖5），以廣東、山東、湖南為一類，內蒙古、寧夏為另一類，具體分析將在下文進一步明確。

圖3 儲能發明專利數與R&D 經費的關系

圖4 儲能發明專利數與技術市場成交額的關系

3.2.3 線性回歸模型構建

分析各省份的儲能專利發展特點和趨勢，構建回歸方程如下：

式（1）中：i表示省份；t表示年份；yit表示儲能發明專利數；Xit表示不同的影響因素矩陣；c 是常數項。

4 線性回歸模型結果

4.1 五省份線性回歸結果分析

五省份總量回歸結果見表2，模型的置信度大于99.99%，擬合度較高，表明模型的預測準確性較高；各變量均在1%的水平顯著相關，其中ln R&D的回歸系數最高。具體來看，R&D 經費每增長1%，儲能發明專利數增長0.550 3%；技術市場成交額每增長1%，儲能發明專利數增長0.398 3%；風電光伏發電量每增長1%，儲能發明專利數增長0.119 5%。

4.2 各省份回歸分析結果比較

4.2.1 廣東

如表3 所示，廣東的ln R&D 的回歸系數最高，表明廣東R&D 經費每增長1%，儲能發明專利數增長3.444 1%；技術市場成交額每增長1%，儲能發明專利數增長0.298 9%，技術市場成交額對儲能發明專利數的影響正向；風電光伏發電量每增長1%，儲能發明專利數增長為-1.210 0%，風電光伏發電量對儲能發明專利數的影響顯著。廣東生產總值和R&D經費投入近年來居全國前列，十分重視科技發展，因而其R&D 經費對儲能發明專利數有著顯著影響。在2013—2015 年及2018—2020 年期間，廣東的風電光伏發電量增長非常迅速，儲能發明專利數增長卻相對較為緩慢，這是由于風電光伏發電量對儲能發明專利數的促進作用有時延，因而導致發明專利數與風電光伏發電量呈負相關。因此，廣東的儲能發明專利數模型屬于典型的以R&D 經費投入量為代表的科技促進型模式。

表3 各省份變量回歸分析結果

4.2.2 山東

如表3 所示，山東R&D 經費投入每增長1%，儲能發明專利數增長0.876 7%，R&D 經費投入對儲能發明專利數影響非常顯著；技術市場成交量每增長1%，儲能發明專利數增長0.460 6%，技術市場成交額對儲能發明專利數的影響極其顯著；風電光伏發電量每增長1%，儲能發明專利數增長0.111 2%，風電光伏發電量對儲能發明專利數的影響正向。2015—2021 年期間，山東的R&D 經費年均增長率僅為6.28%，遠低于同期其他4 個省份；高度重視科技成果的推廣應用以及產業化推進，技術市場成交量年均增長率為39.8%，對儲能發明專利數的影響極其顯著。因此，山東的儲能發明專利數模型屬于以技術市場成交量為代表的科技交流促進型模式。

4.2.3 湖南

如表3 所示，湖南的R&D 經費投入每增長1%，儲能發明專利數增長1.021 6%，對儲能發明專利數影響非常顯著；技術市場成交量每增長1%，儲能發明專利數增長0.232 7%，對儲能發明專利數的正面促進作用較大，影響達到顯著水平；風電光伏發電量每增長1%，儲能發明專利數增長0.068 3%，對儲能發明專利數影響是正向的。湖南經濟總量在全國居于中等偏上水平，R&D 經費投入比例較高，R&D經費對儲能發明專利數影響非常重要和顯著，技術市場成交額對儲能發明專利數的正面促進作用較大，影響達到顯著水平。因此，湖南的儲能發明專利數模型屬于以R&D 經費投入量為主、技術市場成交量為輔的科技促進型模式。

4.2.4 內蒙古

如表3 所示，內蒙古R&D 經費投入每增長1%，儲能發明專利數增長1.5437%；技術市場成交額每增長1%，儲能發明專利數增長0.086 8%；風電光伏發電量每增長1%，儲能發明專利數增長0.350 9%。R&D 經費投入、風電光伏發電量、技術市場成交額對儲能發明專利數都是正向影響。內蒙古的風電光伏發電量位居全國首位，2021 年全年發電量是5 953億 kW·h，全社會用電量為3 957 億 kW·h，外輸電力約占本省發電量的33.52%，有1/3 的電力用于供應外省的經濟發展［22］。內蒙古是國家重要的戰略資源基地，也是國家重要的農畜產品生產基地，但受經濟總量及經濟結構的影響，其R&D 經費投入相對較低、技術市場成交額也較低，然而大量的風電光伏發電量消納需求、外輸電力需求、R&D 經費、風電光伏發電量、技術市場成交額促進了儲能產業的發展促進了其儲能發明專利的增加，因此，內蒙古的儲能發明專利數模型屬于電力輸出促進型。

4.2.5 寧夏

如表3 所示，寧夏的風電光伏發電量每增長1%，儲能發明專利數增長1.302 9%；R&D 經費投入每增長1%，儲能發明專利數增長-2.155 0%；技術市場成交額每增長1%，儲能發明專利數增長0.616 1%。2021 年寧夏全社會用電量為1 158 億 kW·h，發電量為2 083 億 kW·h，外輸電力約占發電量的44.41%［23］。根據本研究的數據分析，2021 年寧夏的生產總值是廣東的3.95%，R&D 經費投入是廣東的1.75%，技術市場成交額是廣東的0.61%。受經濟總量及經濟結構的影響，寧夏的R&D 經費投入少、技術市場成交少，但風電光伏發電量對儲能發明專利數正向影響非常顯著，風電光伏發電量的消納要求加快了儲能裝機發展，從而促進了儲能發明專利數增長，因此，寧夏的儲能發明專利數模型屬電力輸出促進型。

5 結論與啟示

對廣東、山東、湖南、內蒙古、寧夏的儲能發明專利數變化趨勢及影響因素進行線性回歸，得出以下結論：（1）我國R&D 經費絕對量逐年上升，R&D 經費強度不斷提高，因此風電光伏發電量、R&D 經費促進了儲能發明專利數的快速上升，儲能專利質量走向新的高點，儲能發明專利數、技術市場的交易額、R&D 經費投入、風電光伏發電量初步形成了互相促進的良性循環；（2）儲能科技的發展與國家能源政策和地區經濟發展關系緊密，五省份的儲能發明公布專利數量在2010 年以后以較快速度增長，特別是經濟總量在全國居前列的廣東和山東增長快速，從研發示范向商業化初期戰略轉型；（3）從儲能發明公布專利數量模型中各解釋變量的影響力大小來分類，廣東、湖南屬于科技促進型，山東屬于科技交流促進型，內蒙古和寧夏屬于電力輸出促進型；（4）儲能科技創新活動主要集中在經濟發達的東部、中部地區，西部地區的內蒙古、寧夏的資源豐富，儲能科技創新活動已實現零的突破，近年也已進入較快的發展階段，但與東部、中部地區存在較大差距，發展空間很大。

基于以上結論，建議不同地區根據自身儲能技術發展情況采取有針對性的措施。其中，科技促進型省份更好發揮技術市場作用，加快儲能專利擴散，加強儲能專利的技術滲透、普惠，發揮儲能專利對儲能產業的促進作用，同時也提高儲能專利權人的創新收益和積極性；科技交流促進型省份與科技促進型省份與電力輸出型省份加強合作，建立跨省份的技術交易市場，在電力輸出型省份建立合作平臺、合作項目，以儲能企業為載體，帶動資金、技術、人才的暢通流動和資源合理利用，帶動電力輸出促進型省份的經濟和科技發展。另外，也可以探索建立儲能虛擬產業集群項目。由于聚合資源類型不同、政策與市場成熟度不同、核心技術發展程度不同、商業模式成熟度不同，全球呈現多元化發展趨勢，目前中國虛擬電廠以負荷側為主、歐洲以聚合發電側資源為主、美國聚焦可控負荷的需求響應［24］，中國近期可以關注儲能虛擬電廠的優化調度和對分布式能源的閉環控制方向。