我国储能技术发展的省域差异及其影响因素——以全国装机排名前五省份储能专利为例

李 力，周 烨，张佳銮，曾乐民

（广东省技术经济研究发展中心，广东广州 510070）

0 引言

随着能源革命的推进，我国的储能政策不断完善，储能科技和储能产业发展加快，储能产业从商业化初期转变到规模化发展阶段［1］，为新型能源体系的构建发挥了重要作用。2022 年我国可再生能源装机容量首次超过化石能源装机容量，保障可再生能源供电的新型储能累计装机规模显著增加，储能装机规模排名前5 位的省份（以下简称“五省份”）分别为：山东（155 万 kW）、宁夏（90 万 kW）、广东（71 万 kW）、湖南（63 万 kW）、内蒙古（59万 kW），全国（未含港澳台地区。下同）新型储能累计装机容量是13.30 GW，山东等五省份的新型储能累计装机规模占全国的32.86%［2］。

专利申请量的多少是衡量一个行业科技进步的重要标准，在一定程度上反映出该行业专利工作的发展水平。发明专利在我国专利体系中居于核心地位，是Ⅰ类知识产权，因而本研究选用储能发明专利数作为储能科技发展的分析指标。R&D 费用是储能科技发展的物质基础，技术市场成交额反映了储能科技发展要素的流动性，风电光伏发电量对储能装机容量有市场需求，这些因素都直接影响储能科技发展，但其对储能科技发展的影响有待进一步阐明。

我国储能产业发展领先的五省份的经济发展基础、地理区位、产业基础差异较大，特色分明，具有典型性。据《中国统计年鉴》，2022 年，广东生产总值为12.91 万亿元，居全国第一位，三次产业比重为4.1 ∶40.9 ∶55.0，先进制造业增加值占规模以上工业增加值55.1%；山东生产总值为87.4万亿元，居全国第3 位，三次产业比重为9.7 ∶57.1 ∶33.2，规模以上制造业增加值占规模以上工业增加值的86.3%；湖南生产总值为4.87 万亿元，居全国第九位，三次产业比重为9.5 ∶39.4 ∶51.1，装备制造业增加值占规模以上工业增加值的31.7%；内蒙古生产总值为1.68 万亿元，居全国第21 位，三次产业比重为9.5 ∶54 ∶36.5，能源、冶金、农畜产品加工业、机械装备制造业、服务业是支柱产业；宁夏生产总值为0.51 万亿元，居全国第29 位，三次产业比重为8.0 ∶48.3 ∶43.7，采矿业、制造业、电力、热力、燃气及水生产和供应业是主要工业［3］。五省份的储能装机虽然都位居全国前列，但经济发展、科技发展基础差异较大，因此，以这5 个省份的储能科技发展为研究对象，分析储能科技发展区域特点、差异及影响因素，揭示储能科技区域创新发展趋势与特征，以期为我国制定和完善储能科技政策、储能产业政策，促进储能产业发展提供参考。

1 文献回顾

国内学者对我国储能专利的地区分布等方面进行了大量分析，例如，刘帅等［4］在2014年从专利数量、专利权人以及地域等方面分析我国储能技术专利的分布现状，阐述了储能专利产出的重点产出区域为广东、江苏、北京、上海和浙江，东部地区明显高于中部和西部；绿色技术创新活动主要集中在替代能源生产、储能、交通、废弃物管理等领域，王班班等［5］通过我国省份面板数据研究发现，绿色专利主要集中分布在东、中部地区，最重要的主体是企业，西部地区对东、中部地区存在追赶效应；张娴等［6］研究表明，我国储能技术专利从重点产出区域广东、江苏、北京、上海和浙江发展到中部、西部地区。

同时，储能专利的研究逐渐成为热点，学者们从多个角度进行了研究。有研究利用社会网络分析方法探讨了储能产业产学研合作演化趋势，认为积极政策推动合作网络不断扩大，网络的“小世界”特征明显，逐渐呈现出选择中介中心度大的节点优先合作特征［7］；也有研究通过计量回归分析绿色专利的影响因素，认为政策因素在绿色专利和质量提升方面作用最为突出，但技术市场发展并未很好地转化为绿色创新能力［8］。有学者还研究了储能科技的发展方向、趋势、不同国家地区的发展差异，例如，陈锦攀等［9］从专利视角，利用语义专利检索系统对电力储能领域专利的申请量、同族专利、PCT 专利和专利申请地域、申请人、申请人与国际分类分布等进行分析，揭示电力储能领域研发态势和专利竞争态势；瞿海妮等［10］研究发现全球液流电池的专利申请数量呈现爆发式增长并开始走向商业化应用，其中日本在此领域处于全球领先地位；王艳辉等［11］认为我国和日本是全球范围内两个完全掌握钠硫电池技术的国家，但我国在商业化方面与日本存在一些差距；赵晏强等［12］认为我国与美国、日本等在锂离子电池专利方面居于世界前列；仇洁洁等［13］认为飞轮储能技术、锂离子电池和超级电容储能技术将成为储能技术的核心研究方向；李维思等［14］通过分析国内外储能专利技术，指出燃料电池、二次电池等的发展趋势；周文博［15］构建专利指标体系评价模型，以专利技术主题研究和论文文献计量为辅的方法综合比较新兴电化学储能技术的产业影响力，分析了（锌、钠、铝）-空气电池、（锌、钠、铝）-离子电池、（锌、钠、铝）-CO2电池，认为锌空气电池的产业影响力最大，钠离子电池的产业影响力略低于锌空气电池，再次是铝空气电池。

国外学者对储能技术、储能专利发展方向作出了预测，并分析了重要企业的发展。如Harell 等［16］利用 SWOT 方法、成长曲线公式测算技术的未来发展态势，推导出在与风能互补的储能技术中，压缩空气储能技术是最具潜力的储能技术；Abbas 等［17］集中分析了热能储存研究领域的全球专利情况，提出热能储存领域随时间推移的发展趋势。

学者们对储能专利历年发展情况、国内外地区发展现状、发展趋势及产学研发展情况进行了较深入的研究，但对于储能科技发展的物质基础、储能科技发展的市场条件、市场需求对储能科技的影响研究较少，因此，本研究选取国内储能装机量位居前列的五省份，着重分析影响储能科技发展的相关因素，剖析储能科技发展的区域差异，为我国不同省份的储能科技和产业发展提出有针对性的发展策略。

2 五省份近年储能产业及专利概况

2.1 储能产业概况

从技术分布上看，我国在运项目应用的储能技术主要以锂离子电池、铅蓄电池和液流电池为主。从应用分布上看，国内最主要的储能应用包括大规模集中式可再生能源、分布式发电及微电网、调频辅助服务、延缓输配电扩容升级等［18］。从电力系统角度看，储能的应用场景可分为发电侧、电网侧和用户侧三大场景。

截至2022 年年底，我国储能累计装机59.8 GW，其中抽水蓄能装机46.1 GW，占储能累计装机的比例为77.1%；电化学储能累计装机规模居第2 位，为7.47 GW，占储能累计装机的比例为12.5%［19］。可见，抽水蓄能目前仍然是高可靠的主流大容量储能手段，但其存在初始投资成本高昂、建造工期长和选址困难等制约因素，电化学储能技术因配置灵活兼具成本快速下降优势，成为新型储能发展的重要方向。目前国内电化学储能技术主要包括锂离子电池、铅蓄电池和液流电池。其中，锂离子电池装机规模占90%以上［20］，锂离子电池作为产业规模最大、综合特性最优、发展潜力最大的电化学储能技术发展迅速，并开始逐渐占据主导地位［21］。

2.2 储能装机概况

从各省份上报的储能项目汇总及中国能源研究会储能专委会（中关村储能产业技术联盟）数据库中查阅得到，我国2010 年已投运储能装机总量是14.9 GW，2022 年已投运储能装机总量是59.8 GW，是2010 年的4.01 倍，年均增速为12.26%（见图1）。

图1 我国已投运储能装机容量年度变化

2.3 五省份储能专利发展概况

储能专利作为新型能源结构重要的支撑技术，在储能产业快速发展和社会认知度不断提升的同时，也得到政府和企业越来越多的重视，高校、研发机构、企业也均发挥自身优势，研发了大量的储能专利。采用“储能”关键词在中国专利公布公告网搜索了2001 年1 月1 日至2021 年12 月31 日五省份的储能专利信息，汇总整理其数量年度变化见图2。

图2 五省份储能专利申请数量年度变化

2001—2021 年五省份的储能专利申请数共有19 499 件，其中发明专利占47.75%，实用新型专利占45.73%。五省份的储能专利申请总量不断增长，2001 年为27 件，2021 年达3 826 件，是2001 年的141.70 倍，年均增长率达26.60%。其中，2001—2010 年专利申请量变化缓慢，因为此时我国储能技术领域处于起步阶段；2011—2016 年增长率进入较快增长阶段，之后更是进入起飞和快速成长阶段。2011—2016 年五省份储能专利申请量快速增长主要有三方面原因：一是该时期政府推出大量政策刺激电力领域的发展，电力领域发展带动了储能技术的研究；二是这一时期储能技术方面有了一定积累，发展较快；三是储能领域专利申请人开始越来越意识到知识产权的重要性，对申请专利的积极性提高。

3 数据来源、指标选取与分析方法

3.1 数据来源与指标选取

研究采用的R&D 经费数据、技术市场成交额来源于《中国科技统计年鉴》，风电光伏装机容量来源于《中国电力年鉴》，储能专利数来源于中国专利公布公告网。提取的储能专利包括中国发明公开、中国实用新型申请、中国外观设计申请、中国发明授权4 项。

因为专利获得授权受专利审批流程影响会有一定的时间延滞，而储能发明专利申请数能反映当年储能科技活跃程度，且储能发明专利授权与储能发明专利申请数高度相关，因此选用储能发明专利作为储能科技发展的分析指标。发明专利申请经过初审后，相关的申请材料如果没有缺陷就会被公开，避免同行继续申请同类发明专利，因而本研究中的储能发明专利数是指公开发布的发明专利数量。

3.2 研究方法

以储能发明专利数（PPub）为被解释变量，以地区生产总值（GDP）、风电光伏发电量（ETot）、R&D 经费、技术市场成交额（TM）4 个变量为解释变量，采用Stata16 软件构建回归方程定性分析储能科技发展影响因素及区域差异。

3.2.1 多重共线性检验

由于各变量的数据跨度比较大，为使数据在各个数量级上具有更好的可比性，采用共线性分析方法筛除指标的同质性。对5 个变量进行对数处理后进行相关分析，结果见表1，地区生产总值与R&D经费相关系数高达0.98，因此在回归方程中筛除了地区生产总值指标。

表1 变量相关性检验结果

3.2.2 线性回归初步分析

对变量进行散点分析，存在线性关系后再构建回归方程，以规避假线性关系。运用Stata16 软件绘制相关散点图，分别如图3、图4 所示，可看到储能发明专利数与R&D 经费、技术市场成交额存在线性关系，而与风电光伏发电量的线性关系有两种类型（见图5），以广东、山东、湖南为一类，内蒙古、宁夏为另一类，具体分析将在下文进一步明确。

图3 储能发明专利数与R&D 经费的关系

图4 储能发明专利数与技术市场成交额的关系

3.2.3 线性回归模型构建

分析各省份的储能专利发展特点和趋势，构建回归方程如下：

式（1）中：i表示省份；t表示年份；yit表示储能发明专利数；Xit表示不同的影响因素矩阵；c 是常数项。

4 线性回归模型结果

4.1 五省份线性回归结果分析

五省份总量回归结果见表2，模型的置信度大于99.99%，拟合度较高，表明模型的预测准确性较高；各变量均在1%的水平显著相关，其中ln R&D的回归系数最高。具体来看，R&D 经费每增长1%，储能发明专利数增长0.550 3%；技术市场成交额每增长1%，储能发明专利数增长0.398 3%；风电光伏发电量每增长1%，储能发明专利数增长0.119 5%。

4.2 各省份回归分析结果比较

4.2.1 广东

如表3 所示，广东的ln R&D 的回归系数最高，表明广东R&D 经费每增长1%，储能发明专利数增长3.444 1%；技术市场成交额每增长1%，储能发明专利数增长0.298 9%，技术市场成交额对储能发明专利数的影响正向；风电光伏发电量每增长1%，储能发明专利数增长为-1.210 0%，风电光伏发电量对储能发明专利数的影响显著。广东生产总值和R&D经费投入近年来居全国前列，十分重视科技发展，因而其R&D 经费对储能发明专利数有着显著影响。在2013—2015 年及2018—2020 年期间，广东的风电光伏发电量增长非常迅速，储能发明专利数增长却相对较为缓慢，这是由于风电光伏发电量对储能发明专利数的促进作用有时延，因而导致发明专利数与风电光伏发电量呈负相关。因此，广东的储能发明专利数模型属于典型的以R&D 经费投入量为代表的科技促进型模式。

表3 各省份变量回归分析结果

4.2.2 山东

如表3 所示，山东R&D 经费投入每增长1%，储能发明专利数增长0.876 7%，R&D 经费投入对储能发明专利数影响非常显著；技术市场成交量每增长1%，储能发明专利数增长0.460 6%，技术市场成交额对储能发明专利数的影响极其显著；风电光伏发电量每增长1%，储能发明专利数增长0.111 2%，风电光伏发电量对储能发明专利数的影响正向。2015—2021 年期间，山东的R&D 经费年均增长率仅为6.28%，远低于同期其他4 个省份；高度重视科技成果的推广应用以及产业化推进，技术市场成交量年均增长率为39.8%，对储能发明专利数的影响极其显著。因此，山东的储能发明专利数模型属于以技术市场成交量为代表的科技交流促进型模式。

4.2.3 湖南

如表3 所示，湖南的R&D 经费投入每增长1%，储能发明专利数增长1.021 6%，对储能发明专利数影响非常显著；技术市场成交量每增长1%，储能发明专利数增长0.232 7%，对储能发明专利数的正面促进作用较大，影响达到显著水平；风电光伏发电量每增长1%，储能发明专利数增长0.068 3%，对储能发明专利数影响是正向的。湖南经济总量在全国居于中等偏上水平，R&D 经费投入比例较高，R&D经费对储能发明专利数影响非常重要和显著，技术市场成交额对储能发明专利数的正面促进作用较大，影响达到显著水平。因此，湖南的储能发明专利数模型属于以R&D 经费投入量为主、技术市场成交量为辅的科技促进型模式。

4.2.4 内蒙古

如表3 所示，内蒙古R&D 经费投入每增长1%，储能发明专利数增长1.5437%；技术市场成交额每增长1%，储能发明专利数增长0.086 8%；风电光伏发电量每增长1%，储能发明专利数增长0.350 9%。R&D 经费投入、风电光伏发电量、技术市场成交额对储能发明专利数都是正向影响。内蒙古的风电光伏发电量位居全国首位，2021 年全年发电量是5 953亿 kW·h，全社会用电量为3 957 亿 kW·h，外输电力约占本省发电量的33.52%，有1/3 的电力用于供应外省的经济发展［22］。内蒙古是国家重要的战略资源基地，也是国家重要的农畜产品生产基地，但受经济总量及经济结构的影响，其R&D 经费投入相对较低、技术市场成交额也较低，然而大量的风电光伏发电量消纳需求、外输电力需求、R&D 经费、风电光伏发电量、技术市场成交额促进了储能产业的发展促进了其储能发明专利的增加，因此，内蒙古的储能发明专利数模型属于电力输出促进型。

4.2.5 宁夏

如表3 所示，宁夏的风电光伏发电量每增长1%，储能发明专利数增长1.302 9%；R&D 经费投入每增长1%，储能发明专利数增长-2.155 0%；技术市场成交额每增长1%，储能发明专利数增长0.616 1%。2021 年宁夏全社会用电量为1 158 亿 kW·h，发电量为2 083 亿 kW·h，外输电力约占发电量的44.41%［23］。根据本研究的数据分析，2021 年宁夏的生产总值是广东的3.95%，R&D 经费投入是广东的1.75%，技术市场成交额是广东的0.61%。受经济总量及经济结构的影响，宁夏的R&D 经费投入少、技术市场成交少，但风电光伏发电量对储能发明专利数正向影响非常显著，风电光伏发电量的消纳要求加快了储能装机发展，从而促进了储能发明专利数增长，因此，宁夏的储能发明专利数模型属电力输出促进型。

5 结论与启示

对广东、山东、湖南、内蒙古、宁夏的储能发明专利数变化趋势及影响因素进行线性回归，得出以下结论：（1）我国R&D 经费绝对量逐年上升，R&D 经费强度不断提高，因此风电光伏发电量、R&D 经费促进了储能发明专利数的快速上升，储能专利质量走向新的高点，储能发明专利数、技术市场的交易额、R&D 经费投入、风电光伏发电量初步形成了互相促进的良性循环；（2）储能科技的发展与国家能源政策和地区经济发展关系紧密，五省份的储能发明公布专利数量在2010 年以后以较快速度增长，特别是经济总量在全国居前列的广东和山东增长快速，从研发示范向商业化初期战略转型；（3）从储能发明公布专利数量模型中各解释变量的影响力大小来分类，广东、湖南属于科技促进型，山东属于科技交流促进型，内蒙古和宁夏属于电力输出促进型；（4）储能科技创新活动主要集中在经济发达的东部、中部地区，西部地区的内蒙古、宁夏的资源丰富，储能科技创新活动已实现零的突破，近年也已进入较快的发展阶段，但与东部、中部地区存在较大差距，发展空间很大。

基于以上结论，建议不同地区根据自身储能技术发展情况采取有针对性的措施。其中，科技促进型省份更好发挥技术市场作用，加快储能专利扩散，加强储能专利的技术渗透、普惠，发挥储能专利对储能产业的促进作用，同时也提高储能专利权人的创新收益和积极性；科技交流促进型省份与科技促进型省份与电力输出型省份加强合作，建立跨省份的技术交易市场，在电力输出型省份建立合作平台、合作项目，以储能企业为载体，带动资金、技术、人才的畅通流动和资源合理利用，带动电力输出促进型省份的经济和科技发展。另外，也可以探索建立储能虚拟产业集群项目。由于聚合资源类型不同、政策与市场成熟度不同、核心技术发展程度不同、商业模式成熟度不同，全球呈现多元化发展趋势，目前中国虚拟电厂以负荷侧为主、欧洲以聚合发电侧资源为主、美国聚焦可控负荷的需求响应［24］，中国近期可以关注储能虚拟电厂的优化调度和对分布式能源的闭环控制方向。