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1、2023储能路线图挑战目录一、技术研发4（一）以应用示范带动技术发展5（二）建立技术组合6（三）加快建立创新生态系统7二、生产制造和供应链8（一）梳理共性技术问题，确定关键技术指标10（二）加大创新力度，攻克共同技术问题10（三）加强测试验证能力，扩大制造规模11（四）提高系统设计和测试协议标准化程度，简化集成制造创新11（五）加深理解追求创新，提高关键材料供应链弹性12（六）建立国内电池制造生态系统12三、技术转化12（一）加强实验室与外部合作伙伴关系13（二）开展示范应用14（三）寻求产业合作和跨部门参与14（四）进行产业和市场分析14（五）进行数据采集和分析16四、政策与评估16五、劳动
2、力发展18（一）深入了解劳动力缺口和需求19（二）进行需求评估和技能评估19（三）增加劳动力发展的创新机遇20六、产业发展目标20储能大挑战路线图（下文简称“路线图”）将集中能源部的所有资源加速新一代储能技术的研发、制造和应用，确立并保持美国在储能领域的全球领导地位。通过大规模应用储能，构建弹性、灵活、经济、安全的能源系统，为电网、交通运输及整个经济领域持续带来收益。具体目标见下文。报告认为，要实现上述目标还存在三大关键挑战：一是国内创新。要在储能技术研发领域保持领先，并将接受过能源部投资的知识产权留在美国国内。二是国内制造。要减少对国外材料和组件的依赖，降低技术的成本和能耗，确保国内供应链安
3、全。三是全球部署。要满足国内市场，同时向国外出口技术。针对这些挑战，路线图提出了一个综合性战略，贯穿研发、制造和部署，涵盖技术研发、生产制造与供应链、技术转化、政策与评估、劳动力发展五大方面。一、技术研发路线图建立了一个匹配长期市场需求与长期研究计划的技术研发框架，涵盖应用场景、技术组合以及发展道路三个部分。通过协调实验室、学术界和产业构成的创新生态系统，强化终端用户利益和每个研究阶段之间的联系，加速整个创新流程。从各个应用场景的测试和示范中迅速判断其中包含的能够匹配终端用户需求的技术，实现更多的国内创新与部署。（一）以应用示范带动技术发展路线图描绘了6种未来可能实现广泛应用储能的场景（见表1
4、）,涵盖早期高价值项目到未来超大规模应用各个阶段。能源部将支持每种应用场景开展示范项目，以协助验证对未来储能系统的需求与技术要求。示范项目将集中在两个方向：一是新型或增强型技术路径基础设施，特别是开发或测试设施，以便尽快、尽早地验证储能和灵活性技术概念；二是准商业示范项目，可增强终端用户的信心并促进市场应用。能源部也会争取外部支持，将这些示范项目打造成结合技术、政策、制造和劳动力的综合性区域示范。在电力系统的发电、输电、配电、用电、交通运输、离网电力等部分均有应用。其中，“促进电网发展”、“移动设备电气化”、“设施灵活性”等应用已有相对明确的市场价值，可通过能源套利和需量电费等方式获利。而“相
5、互依存的网络基础设施”和“关键服务”的市场价值尚不明确，亟待开发并厘清，反过来为技术研发设定成本目标。表1：应用场景概述应用场景应用范围促进电网发展波动性可再生能源比例高等稳定性差的电网服务偏远社区独立于大容量电力系统的岛屿、海岸和偏远社区移动设备电气化充电基础设施导致突发负荷高的配电网电动汽车储能系统相互依存的网络基础设施对电网运行有影响的其他基础设施部门，包括： 天然气、水 通信 信息技术 金融服务关键服务提供关键服务的部门，包括： 国防、政府设施 紧急服务、医疗保健 有严格的运营需求的企业设施灵活性、效率和增值商业和住宅建筑能源密集型单位，包括：发电厂工业设备设施（二）建立技术组合根据示
6、范应用经验，确立可实现的、积极的性能目标，挑选出可行的储能技术，建立技术组合，从而解决应用示范中面临的困难。流程是先确定每种应用场景的初始性能目标及其具体要求，然后综合考虑全生命周期成本和应用价值，挑选出合适的技术进行进一步研发。每一种应用场景可以有多种技术解决方案，每一种技术也可以满足多种应用场景需求。图1列出了每种应用场景对性能的需求，以及每种技术可达到的性能目标。促在电网发国凰务运社区相互依存的河洛MS!设蒋移动设备电动化关键跟务建筑设施性能对应用场景Ie不重要技术更不可能实现性能目标K也型整N性期应负长响载期应负中响命寿力电质我期应负短响三J性rtt可展启能力黑动力性能对应用场景越重要
7、技术更可能实现性能目标图1性能功能框架图解（三）加快建立创新生态系统要确保长期的领导地位，除了要找出有可能实现重大功能改进的技术组合之外，还需要完善不断创新的研发生态系统。该生态系统囊括了合作企业、产业联盟、基础设施，以及其他长期资源。美国有大量储能技术创新者，且美国的大学占据了全球储能技术专利的主要份额。路线图建议协调实验室、学术界和产业生态系统的产出能力，组成跨能源部、实验室联合体进行科研攻关，提升储能系统的性能和指标，以实现更多的国内创新与部署。图2以电化学储能研发为例，展示了创新生态系统运用实例。图2：电化学储能技术路径示例二、生产制造和供应链将美国强大的科学创新能力转化为面向全球市场
8、的工业产品是确立美国产业竞争优势的关键举措。路线图提出要建立强大的、具备集成供应链的国内制造基地，将技术进步更快地用于规模化生产及产业应用，成为技术研发的影响力倍增器。路线图分析了储能材料、组件和系统的制造，专注于解决国内储能技术生产和供应链所面临的4个挑战：一是扩大、整合急需的技术，使其从实验室到示范再到商业化；二是降低储能技术的国内生产成本；三是提高性能，同时降低能耗和新技术的全生命周期成本；四是强化国内的供应链，增加国内生产供给，减少对国外材料和组件的依赖。不同储能技术面临的挑战详见表2o能源部的研发机构推动了多种储能技术应用的材料及组件发展，以及用于制造储能系统的平台技术。能源部还建立
9、了各种合作关系，通过推广手段和培训来促进技术创新和知识转移。表2：跨储能技术的制造挑战储能类型锂电池其他化学成分电池液流电池机械储能化学储能热储能发展回收加工，推动关键材料来源多元化XXXX降低成本过滤膜XXX先进的阳极、阴极、电解质和化学成分XXXX安全壳的结构和材料XX提升性能电解槽X先进的存储材料XXX双极板XX（一）梳理共性技术问题，确定关键技术指标随着储能技术和市场的发展，能源部将继续与原始设备制造商及其他有关方开展合作，研究解决储能技术系统的关键制造瓶颈。同时，能源部的各个办公室将进行有针对性的技术分析及研讨，加深对生产和制造环节共性技术问题的了解，增进能源部对现有产业及其所面临的
10、困难的了解，提升先进储能技术的产能。例如，能源效率和可再生能源办公室下辖的先进制造办公室和车辆技术办公室将对储能及其相关技术展开评估性研究。（二）加大创新力度，攻克共同技术问题路线图将根据以上的技术分析，决定材料和制造研发投入的优先顺序。目前，能源部的各个办公室和产业界都有着大量已在进行和计划中的研发投资。其中部分工作的重点在于直接改善储能系统。例如，降低锂电池阴极的制造成本与生命周期成本，以及改进某些先进的热能存储系统在高温下工作的组件的制造工艺。还有一些工作间接针对储能的研发计划，其研发的制造导向型解决方案也能够用于储能系统。例如，旨在改进恶劣条件下材料制造工艺的先进制造办公室项目。（三）
11、加强测试验证能力，扩大制造规模加大各部门、企业协同力度，验证和扩展新的制造工艺，缩短从实验室原型到试验性生产的过程，解决该过程既耗时又昂贵的问题，加快验证和扩大储能技术相关组件和生产工艺，催生新一代受知识产权保护的制造工艺，使美国在新兴储能技术领域占据领先地位。能源部将资助旨在通过实地验证和规模化制造来加速创新的项目。例如，推动新型锂电池制造工艺原型设计与实地验证项目，以及验证电网级储能系统可靠性与安全性的项目。能源部也将为创新型研究人员及企业与公共及私营企业投资实体建立联系，共组未来储能技术的强大国内供应链，加快其验证与规模化制造的进度。（四）提高系统设计和测试协议标准化程度，简化集成制造创
12、新将多个制造商的单个组件集成到新兴存储技术和系统，要求使用统一的标准和集成机制。能源部将通过支持制造研发协作和分析工具，在单个组件和集成系统设计与制造之间搭建桥梁，支撑流体电池等新兴储能技术的简化集成，提供更广泛的组件和材料选择，更好地校准单个组件的成本和性能目标。同时，整个生态系统也能更便捷地了解并满足终端客户的性能和成本要求。（五）加深理解追求创新，提高关键材料供应链弹性钻、锂、粕族金属和天然石墨等储能关键材料的提炼和初级加工都集中在美国以外的少数国家。能源部致力于加强国内采购，降低主流技术对国外厂商的依赖，降低供应风险并提高供应链的弹性。目前，已资助关键材料研究所以多元化、可替代及可回收
13、来应对材料供应短缺，并设立锂电池回收中心和电池回收奖支持电池回收利用，未来还将重点关注对于关键材料加工和分离的规模化创新。此外，能源部将通过联邦政府关键矿产稳定供应战略来加强和巩固电池回收的研发工作。（六）建立国内电池制造生态系统能源部牵头跨部门成立了联邦先进电池联盟（FCAB）,旨在加强各个联邦机构在执行层面协调合作，保证战略一致性，共同打造国内电池材料与技术供应链，建立国内电池生态系统，使各种规模企业受益，更好地服务于商业和军事应用。联邦先进电池联盟将制定整体战略，支持战略实施，提供数据分析，分享成功案例和经验，做大做强安全的国内先进电池工业。同时，还将支持美国政府的关键政策方案，以保护、
14、强化和促进国内锂电池技术的研发和生产。三、技术转化路线图提出通过积极地实地验证、公私合作、可赢利商业模式的研发、融资、技术和互连标准、合同准则以及高质量市场数据的传播，实现储能技术的商业化、私营企业融资和最终部署，提振市场参与者信心，以减少生产或项目风险、降低项目成本、带动投资。联邦政府将降低对技术转移的行政和监管门槛，制定和执行更有效的合作模式与技术转移机制，鼓励私营企业加大对后期研发的投资力度。同时，改进联邦资助研发投资回报率及经济与国家安全影响的评估方法、重点资助已被证明有效的技术，来提高技术转移效率。能源部将要求受到政府资助的知识产权、技术和工艺留在美国国内从事实际制造，以申请人的国内
15、制造策略作为申报项目时的加分项，还会考虑制定针对性的贸易政策和国际知识产权规则。(一)加强实验室与外部合作伙伴关系能源部将通过“实验室合作服务I”这个平台，将能源部资产与外部各方联系起来，让企业、投资方接触到实验室专家、设备和知识产权，间接加速储能技术的商业化。能源部还将通过“加速技术商业化工作”项目，直接促进能源部国家实验室研发的储1实验室合作服务(1.abPartneringSerViCe)是美国能源部2018年推出的技术转让在线平台，公开了下属17个国家实验室开发的技术信息，帮助投资人、创新者和研究中心利用相关技术。能技术商业化。此外，由“技术商业化基金2”推出更多措施提升国家实验室的技
16、术成熟度、签署战略性合作研发协议，加强政企技术交换与合作，加速技术商业化进程。（二）开展示范应用通过示范应用获取性能验证和标准化数据，让市场参与者相信储能资产的性能可达预期且可与合适的基础设施集成，从而降低项目风险，扩大市场需求。这将有助于建立可盈利的项目和可预测的收入流。（三）寻求产业合作和跨部门参与能源部将促进工业界与国家实验室、州和地方实体间的协调与合作，以加快市场开发，协助项目进行标准化，评估融资机会和机制。还将加强跨部门和外部合作伙伴之间的联系，共同探索应用场景，实施接近或达到商业化水平的示范应用。（四）进行产业和市场分析能源部将撰写“传播储能数据、信息”的分析报告，为市场决策和技术
17、选取提供有力支撑，从而加速技术商业化。技术转化办公室牵头编制2020年储能市场报告，汇总现有的市场数据，对储能市场状态进行定量评估，已与储能大挑战路线图同时2技术商业化基金（TeChnOlOgyCOmmerCialiZationFUnd）是美国能源部2005年成立的一个基金项目，旨在通过投资促进部属国家实验室技术提高成熟度和商业化程度。发布。未来还将持续跟踪市场变化，并及时更新数据。（五）进行数据采集和分析技术转化办公室每年都会跟踪来自能源部所有实验室、站点和设施与技术转移相关的70多项指标，以形成向国会提交的法定报告，即技术转化执行计划和关于国家实验室和其他设施的技术转移及相关技术合作行动的
18、报告。四、政策与评估能源部将制定一项内部协调计划，利用能源部独有的分析能力、数据和计算资源为有关政策制定者提供实现有效决策所需的全部信息，支撑其政策法规和决策的制定，最大程度实现储能技术对电力和交通运输系统的价值。这需要解决弹性、电力系统运行、能源系统规划、交通运输四个关键问题，以及满足成本价格性能及财务数据、评估方法、工具、市场政策信息四个基本需求。（一）建立储能成本和性能数据库。为储能成本组件和成本度量制定通用术语，跟踪当前和预测的储能技术成本和性能，与行业和国家实验室合作验证数据，在公共网站上定期更新数据和方法，供公众下载。（二）对电网服务进行分类。对网格服务进行梳理，分门别类列出其技术
19、需求、市场差异、对储能补贴情况，以及未来可能的变化。（三）在不同的系统条件下估算大规模储能的价值。使用新的建模功能来量化和分解不同价值的储能技术，以便储能进入不同的地区和不同类型的市场。（四）评估分布式能源在配电网和大容量电力系统的价值。开发方法去评估多种分布式能源对住宅负荷的影响，以便全面评估分布式能源的总体成本，以及对配电系统和大容量电力系统可靠性的影响。（五）进行工具开发和模型测试。与国家实验室和工业界共同制定工具验证和比较的正式流程，直接与终端用户和供应商合作，确保开发的工具满足用户的需求，并可以集成到规划过程中。（六）在资源规划过程中跟踪储能。与工业界合作，跟踪储能领域有代表性的方向
20、、方法和工具，提供更多数据、工具和分析，帮助各州和公用事业公司做出明智的决定。（七）支持市场设计分析。与现有的独立系统运营商或区域输电组织、电力部门和研究伙伴合作，确定批发电力市场面临的储能问题。提供数据、工具和其他分析，帮助相关方评估不同的潜在市场结果。（八）支持跨部门的综合资源规划。制定一份报告，概述最佳实践和其他策略，以帮助公用事业、监管机构和其他实体协调和优化跨多个部门的规划过程，例如，整合配电、运输和大容量电力系统规划。（九）建立储能政策数据库。搜集整理储能相关政策，如实反映政策信息情况，但不进行政策推荐或评论。根据政策类型分别整理，使强制政策、激励政策等类型不同的政策易于比较，为各
21、方制定政策提供便利。（十）召开弹性评估研讨会。与行业、监管机构和国家实验室合作伙伴举办研讨会，以确定现有的最先进的弹性评估方法，数据、模型和规划过程需要改进的领域，以及其他阻碍有效评估弹性的障碍。（十一）定期召开储能及政策评估研讨会。举办年度研讨会，宣传应对储能大挑战的政策和评估有关的最新数据、工具和分析，并让有关方反馈和交流他们当前工作的需求。五、劳动力发展储能是一个高度专业化的工作范畴，但却不是两年制或四年制大学教育的重点。缺少训练有素的劳动力已被认为是美国工业基础发展的一大痛点，在储能领域亦然。能源部将依托技术教育和劳动力发展计划，建设人员培养渠道、培育储能研究、开发、设计、制造和运行所
22、需的大量劳动力，构建包含技工、工程师、科学家的全方位人才体系。目前，能源部已推出50个教育和劳动力发展计划，涵盖高中到大学的各个阶段。其中有2个计划与储能直接相关，一个是“研究生科研计划”，支持研究生在国家实验室中开展储能相关科研；另一个是“储能实习计划”，为本科生和研究生提供在国家实验室开展为期10周的暑期科研实习机会。能源部将更加注重储能领域专业人才的培养，在教育和劳动力发展计划框架内采取以下措施：（一）深入了解劳动力缺口和需求路线图将持续征求储能产业相关方对劳动力发展问题的反馈意见。前期征求意见表明，目前储能教育和培训方面存在一些关键缺口，例如高等教育的电化学课程和专业不足、交叉学科教育
23、程度不高。但其中也蕴含很多发展机会，例如体验式学习培训、传统黑人学院和大学以及其他为少数人群服务的机构不断增加的项目，美国原住民社区的发展项目。能源部将继续践行以大学、国家实验室和工业公司之间的战略伙伴关系为基础的培训模式，加强相关方对储能行业就业前景的信心。（二）进行需求评估和技能评估对储能及相关技术领域现有的教育和劳动力发展计划进行梳理和分析，整理出针对不同教育阶段和目标受众的所有举措。这项工作还将对这些计划的效果加以评估和评价。基于这些分析结果，找出需要以新计划填补空白的领域，确定计划需要增强或扩展的地方。（三）增加劳动力发展的创新机遇增加对储能领域劳动力发展举措的关注度，将提升现有教育
24、和劳动力发展计划对储能的认知，并鼓励其与储能领域其他计划的交流。此外，新计划可以鼓舞社区，激发人们对储能大挑战以及满足关键社会需求的劳动力发展需求的认识。六、产业发展目标按照各种工业文献中指出的技术水平，路线图提出了一些列价格相关的产业发展目标。到2030年，长期固定式应用的储能成本比2020年降低90%,达0.05美元/千瓦时，以实现在用电高峰期满足用电负荷、为电动汽车快速充电做好电网准备、确保通信等关键基础设施可靠性等功能；300英里里程的电动汽车电池包的制造成本比2020年下降44%,达80美元/千瓦时，使电动汽车具有成本竞争力。此外，为推动或加速储能成为六大应用场景的商业可行和经济有效
25、的解决方案，路线图提出了每个应用场景的成本目标和实现该目标的驱动力（见图3）。便巡电展发展驱动力新材料的使用用户需求增加价格目标储能平准化成本降S0.03-0.05kWh储能系统成本降至S200kWh美做服务驱动力灾害等导致停机价格目标为保障可靠性每年支出$77/kW为发电机备份每年支出$1392/kW相百笈的4络J牌驱动力电网相互依存导致的功能和服务丧失将产生长远的成本和影响价格目标存储资本支出S77kW博辽设省中.气让驱动力降低制造成本提升电池性能价格目标电池包生产成本$80/kWh存储资本支出每年S104kW服务偏沅社区驱动力燃料运输导致的电力溢价燃料供应中断价格目标供电价格$65/mWh.鼓窣和烯值驱动力增强业主、运营方和终端用户的整体设施价值价格目标商业和居民建筑价格$85/kWh、每年S52kwo用电大户每年$20-$50/kw图3六大应用场景和价格目标
