近年来，越来越多的研究认为储能可能是实现未来能源系统变革的基础。根据国际能源署的研究，预测美国、欧洲、中国和印度到2050年将需要增加310GW并网电力储存能力，为此至少需投资3800亿美元。麦肯锡的研究则将储能列为到2025年将产生颠覆性作用、对经济发生显著影响的技术，预测市场价值将达0.1万亿～0.6万亿美元。



美国、日本、欧洲等发达国家及地区从国家层面均已在储能这一关键技术领域进行研发布局，研究机构相关的技术研发和示范活动进展迅速，电网运营商等公用事业机构、大型能源设备制造企业及一些中小型科技企业看好储能产业的市场前景，纷纷进入这一领域。



技术路线图主要用于所有在未知环境中发展的新技术，是为了满足产品的开发需求而进行被选技术的识别、选择和开发的技术规划，可以用于探寻和确认技术资源、组织目标和不断变化的外在环境三者的联系，是支撑技术和规划的有效工具。



对储能的发展，一些主要国家和组织开始运用技术路线图方法展开研究，还有部分政府、机构或协会已经把储能技术路线图作为工作计划的关键目标。2009年欧盟委员会在技术路线图的基础上提出了《欧盟能源技术战略规划》(SETPlan)，指出可以利用技术路线图定义新储能技术策略。下文主要介绍近年来主要储能技术路线图的研究成果。

国际组织相关研究



目前，国际能源署和欧盟对储能长期发展均有评估和规划工作，这些成果一方面体现了国际储能科学技术的最新水平，另一方面主要是依据发达国家和地区的能源生产和消费结构提出阶段性发展目标。



国际能源署：国际能源署于2010年制定了《能源技术路线图改进和实施指南》，2014年发布了《储能技术路线图》。该路线图从最初的大纲及范围设立，到数据的采集、筛选，再到路线图的模拟和起草，经过专家的咨询和评审最终完成，共耗时近一年时间。该路线图的内容主要包括：调查能源系统中储能的优点并分类;探索新的方法，使得在利用储能优势的同时降低成本，以及识别部署中的障碍;对其它技术进行竞争分析。主要研究的技术包括蓄电(机械转换、化学转化等)、蓄热(水/冰蓄冷、热化学存储)。



国际能源署指出：储能技术在大部分能源系统中极具价值，但不同储能技术的成熟度大相径庭;目前部分小规模储能系统在偏远社区和离网应用中具有成本竞争力，而大型蓄热技术在满足许多地区的供暖制冷需求上具有竞争力;市场设计是加速储能技术部署的关键;同时，还需要加强对储能技术研究开发的公共支持。



路线图还提出了在未来10年内成功开发和部署储能技术所需要开展的最重要行动的建议：确定近期具有成本效益的利基市场并支持在这些领域的部署，激励现有储能设施的改造以提高效率和灵活性;通过消除价格扭曲和产生利益叠加打造良好的市场和监管环境，支持还没有广泛部署的技术开展示范项目和处于早期发展阶段的储能技术研究开发，包括高温蓄热和可扩展电池以及混合储能系统;建立国际标准综合数据集，并随着储能技术进步进行递增式修订;完成已建储能设施的评估，定量化评价在特定区域和能源市场的储能价值;开展国际和国家层面数据合作以加速研究、监测进展和评估研发瓶颈。



欧盟：2009年欧盟委员会在技术路线图的基础上提出了《欧盟能源技术战略规划》。2011年欧盟委员会提出《能源技术材料战略规划》(MaterialsSETPlan)，并发表了《低碳能源技术材料路线图》，作为欧盟能源技术战略规划技术路线图的补充和扩展，其中详细描述了欧盟未来10年推进11项能源技术[风电、光伏、太阳能热发电、地热、蓄电、电网、生物能、化石能源(包括碳捕集与封存)、氢能和燃料电池、核裂变能以及建筑节能]发展的关键材料研究和创新活动。



《低碳能源技术材料路线图》指出：蓄电是一项重要的技术，可以提高欧洲电力系统的可管理性和灵活性;目前，大多数储能技术过于昂贵，在系统规模的广泛部署和集成方面技术性能不足;材料往往限制性能提高，而这也是安全和可靠电网中存储技术经济性、有效性和可靠性选择方面的决定因素;将存储技术带入商业成熟阶段，并加快过渡到大规模商业化是一项优先任务。



为此，蓄电材料路线图提出了一项全面的研究和发展计划(如下图)：针对低成本、安全和可持续的电化学、电解质结构材料，具有超级电化学、热学和力学性质，能够在极端工作条件下工作，循环寿命长，为欧洲面向能源技术(如锂离子电池、氧化还原电池、压缩空气储能、抽水蓄能)和电力技术(如电解电容、超导磁储能和飞轮)提供具有工业潜力的创新电池/系统设计和制造工艺。这项计划重点是发展新的电化学途径和新兴技术(如金属空气电池、固态电池、液态金属系统等)概念验证。路线图提出4个工业试点项目来示范产业规模高速、低成本双电层电容、锂离子电池、飞轮转子和电机，以及高温压缩机材料和用于压缩空气储能(CAES)蓄热容器的耐高热量和压力的介质材料;5个试点项目用来测试和验证这些先进存储技术的重复使用和耐用性，包括在不同市场环境操作条件下兆瓦或更大规模全钒氧化还原系统替代产品。这是对建立泛欧洲研究和创新网络的补充，广泛集合更大范围内的技术和研究以及创新活动的工业和科研资源，同时建立一个针对固定应用的安全测试机构网络。路线图还建议建立电化学和存储领域的教育和培训中心。

主要国家的相关研究



对一个国家和地区的能源决策者来说，需要通过对影响储能技术诸多因素的全面研究，明确储能技术在能源体系中的影响和地位，通过对其知识产权、技术经济性、国家需求、政策保障等方面的分析，对如何发展符合本国条件的储能技术提出思路。



储能研究水平较高的国家主要是日本、美国等发达国家，这些国家已经具备较为完备的储能研发基础，并得到政府的充分重视，因此在路线图研究上也往往比较超前和完善。



日本：早在2008年，日本经济贸易产业省就在凉爽地球-能源技术革新项目的框架下提出了一个高性能的储能技术路线图。该技术路线图主要集中于能源传输问题，包括高效超导传输技术路线图、高性能电力存储技术路线图、氢能生产、运输与存储技术路线图。



从日本高效超导传输技术路线图(图1)中可以看到，到2030年要实现传输距离由100米提升至数千米;电压由66kV增加至275kV;电流由1kA增加至10kA;低功率由1W/m/phase降至0.3W/m/phase。关联技术包括：冷冻机技术、系统管理技术、电气绝缘技术、超导发电机(包括风力发电)。




从日本高性能电力存储技术路线图(图2)中可以看到，到2040年设备的寿命由10年延长至20年，费用由40000JPY/(kWdot;h)降至15000JPY/(kWdot;h)。通过研发新概念电池(如金属空气电池)、加强型锂电池、钠硫电池、氧化还原液流电池、镍金属氢化物电池、加强型镍氢电池、新概念电容器，从而极大地提高性能，减少费用。主要的关联技术包括：住宅能源管理系统、大厦能源管理系统、地方级别的能源管理系统。




日本氢能生产、运输与存储技术路线图(图3)中指出，制氢由水解、化石燃料产氢发展到可再生能源制氢和光催化制氢等，可以极大地节约成本。



氢的运输技术由压缩氢运输、液态氢运输、管道运输转变为高压运输、液态运输，可以极大地提升运输效率和安全性。储氢技术由超高压容器、液态氢容器到络合物、有机金属结构可以极大地节约成本，延长存储时间，提高安全性。主要的关联技术包括：氢供给技术(建造小型加氢站，地方和国家规模的氢燃料供给系统)、燃料电池电动汽车和燃料电池设施。


美国：尽管美国能源部发布的一些关于美国储能市场和技术的研究结果比较有价值，但还未颁布联邦层面的储能技术路线图。能源部所属电力传输与能源可靠性办公室对于储能技术的研究包括：电池、飞轮、电化学电容器、超导磁储能、电动电子设备和控制系统等。2014年9月在电力咨询委员会通过了《2014储能计划评估报告》，对美国能源部关于储能计划战略和行动进行了回顾和总结，并为能源部制定和实施其储能项目提出了相关建议。该报告建议，要通过科研部门重点研究输电网。同时，储能领域中的各国际机构彼此间的合作应变得更加的透明，且这种合作关系应得到进一步的协调和强化。电力咨询委员会还建议从以下几个方面来重点研究或评估各项工作，分别是：传输层中的存储连接方式;抽水蓄能和压缩空气储能技术;电力电子成本;监管以及市场设计及其对储能的影响。



美国各州则开始研究各自的储能路线图。2011年11月，加利福尼亚州发表了2020加州储能战略分析报告，该报告评估了不同的储能技术，探讨了不同政策对加州能源配置的影响，概述了关键技术的差距、未来研究的需求以及政策改革。为能源委员会、加州公共事业委员会和其它监管机构针对如何利用储能技术有效地降低纳税人的成本、化石燃料的排放和增加可再生能源发电、并入加州电力系统问题提供了参考框架。



2012年，纽约电池与储能技术联盟(NY-BEST)负责纽约储能技术路线图规划，其评估了储能技术的形势，为纽约州正在发展的储能行业制定了战略大纲。该行业路线图包含了广泛的储能技术，如锂电池、燃料电池、超级电容器、飞轮、抽水蓄能、超导体和蓄热器等。该路线图研究技术、行业和政策三者在本州的定位，并针对每个方面提出重要的建议。



法国：法国将储能作为未来投资的主要方向之一。2011年由法国环境与能源控制署(ADEME)组织制定了《储能体系战略路线图》，目的是全面梳理储能面临的工业、技术、环境和社会问题，需要克服的技术、体制和社会经济障碍，更重要的是描绘出基于时间节点的优先研究主题，包括产业研究、示范、产业化实验及技术平台测试等不同阶段的需求。路线图研究的结果作为ADEME在交通和固定储能应用领域研究项目招标的依据。



参与路线图制定的专家来自三个方面：①制造商，如阿尔斯通、SAFT、Enersys等;②研究机构，如法国国家研究署、法国原子能委员会、法国国立科研中心等;③公用事业机构和用户，如法国电信、标致集团、EDF、雷诺汽车等。



此外，法国政府和一些利益相关企业(法国电力公司、法国苏伊士燃气集团、德国意昂集团、阿尔斯通、帅福得等)资助了一项关于法国潜在储能市场的研究(图4)，该研究是由3家咨询公司联合开展，分别为：Artelys(项目主持人)、ENEA Consulting和G2Elab。事实上，这项研究是为法国储能技术路线图服务。该研究共分为三个阶段，分别为各环节服务和技术的定性、灵活和潜在的储能需求的定量分析和经济效益的定性与定量分析。首先是定义各项环节，收集战略要素并完成各个环节的建模工作;确定能源愿景，形成概要并执行;明确需求与服务。其次，对电气系统、冷/热网的需求进行评价，并评估其潜在市场。同时，结合技术问题，构建储能体系并提供备用解决方案。最后，根据构建的经济模型分析储能方案，并分析储能系统对整个工业的影响。


英国：英国已经发表了一些有价值的储能研究成果，其中2011年未来低碳中心发表的《英国储能的路径》很可能成为英国的技术路线图，这份报告分别从用户主导、分布式、集中式三个方面制定了储能部署的路径，内容如下。



(1)基于用户主导的储能路径部署。2014年开始推广智能电表，消费者能够开始使用热泵蓄能;2020年推广微型发电和电动汽车，强制实施城市的低压网络，转变蓄热器的材料;2030年发展电动汽车与电网互动技术。



(2)基于分布式的储能路径部署。2010年采用分散式发电;2020年促进分布网络运营商(DNO)发展，部署低压与中压网络;2030年实现智能的电网过滤。



(3)基于集中式的储能路径部署。2010年投资海上风电;20132014年引入电子存储记录器机制，提升目前的抽水蓄能技术;2020年引入碳捕集与封存。



德国：德国尽管已经发表了一些有关市场和技术不错的观点，但还未形成正式的储能技术路线图。2012年9月成立了一个新的储能机构(德国储能协会BVES)，宣称要将颁布德国储能技术路线图作为首要任务。