今年 5 月，新美国安全中心首次发布《产业政策重启：美国新产业政策框架》。报告认为，美国长期缺乏国家级产业战略与统一的产业部署，政府监管过于自由，导致本土制造业向海外大规模转移，美国科技竞争力下降，进而导致出现经济安全和国家安全危机。报告提出了美国新产业政策的初步框架，该框架汲取了美国以往的经验教训并借鉴了他国的经济政策，包括六项不同但相互关联的行动，目的是增强美国政府对经济发展的主导性、加强美经济弹性并与崛起的中国相抗衡。赛迪智库网络安全所对该报告进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助。

美国当前的产业政策框架主要基于地缘政治和地缘经济的压力，几十年来一直以冷战方式予以应对，因此没有从全球经济体系中受益。但从当前局势来看，美国的冷战思维不足以应对当前与中国的地缘政治竞争。因此，美国需要重塑产业政策，努力制定适当的对华产业新政策，即由政府主导、促进经济发展和增长的政策，使美国在面临国内外挑战的时候，结合安全、经济和技术的相互影响，采取保持美国竞争力的关键产业行动措施。

（一）美国产业政策现状与问题

1.政府监管过于自由 

过去 30 年来，美国政府一直维持着冷战时期的做法，在私营企业主导经济发展并建立全球化体系时，采取了自由放任的监管立场，基本上没有施加任何干预：主要依靠私营企业推动技术发展，政府对产业发展的参与仅周期性地有所增加，以解决一些迫在眉睫的问题。这间接和直接造成了本土制造业的外流，而政府对私营企业创新日益倚重，也导致了研发强度从重要但有风险的基础型研究转向了更安全且具有更好投资回报的应用型研究，美国科技竞争能力在走下坡路。事实上，自由放任的监管策略在应对苏联时发挥了有效作用，这主要是因为当时苏联已与全世界脱节，无法再从全球经济体系中获益。但如今，美国面对的中国是一个已完全融入全球化体系、在经济、技术和军事等方面都颇具实力的强国，美国于冷战时期形成的经济和安全策略已不足以应对当下的地缘政治竞争。

2.缺乏国家级产业战略目标及统一部署 

当前，美国政府对于产业战略的总体愿景过于宽泛，停留在口头上对宏伟战略的支持，尚未有总体的国家战略和清晰的愿景，导致政府的产业行动长期以零散的方式在进行，并仅仅在补救当下危机暴露出的弱点，如新冠疫情以及随之而来的供应链中断。尽管美国目前开启了部分产业立法，如《美国竞争法案》、《美国创新与竞争法案》、《2020 年本土稀土法案》等，但也由于缺乏统一的目标支撑而显得杂乱无章，长此以往，必然会导致效率低下和各项任务的终止。若要推动成功可持续发展的产业政策，就必须设立一个共同的国家目标，并在目标指导下，由所有相关利益攸关方共同努力。

（二）制定国家产业政策的必要性

制定美国国家产业政策战略的理由有两方面：首先，美国需要一种与中国竞争的长效战略，以减少对中国关键投入产业领域的依赖。其次，美国需要一种应对中国挑战的产业政策，保持强大的产业基础、强化军事和应急准备，并最大限度地利用美国在创新和竞争方面的优势。

1.应对中国的挑战 

数十年来，美国一直是全球科技强国，但近些年却任由自身许多最宝贵的优势（人才、研发投入、基础设施和资源）持续削弱。而中国却迎头赶上，成为当前美国主要的竞争对手。中美两国在产业发展上的差距在逐渐缩小，主要原因是中国加大了对科技和高端制造技术的投入，包括微电子、人工智能、生物技术和量子科学等具有经济社会变革潜力的前沿技术领域。从2010 年到 2019 年，中国研发的年均增长率为 10.6%，大幅超过美国，并可能在 2025 年代全面超越美国。为此，美国需要制定一个具备自身特点的产业政策，与中国重新展开全球竞争。积极和统一的产业政策战略和框架可以帮助美国优先考虑其现在和未来所需要的资源、投资和技术，使得相关机构在税收、法规和移民等领域建立有效的实施方法，与自由市场原则和美国价值观保持一致。

2.增强美国的竞争力 

一方面，全面的产业政策战略应促进美国经济繁荣、加强国防、增强美国竞争力以应对社会挑战。政策制定者应该制定应对各种问题的方法，包括应对气候变化、改革基础设施、确保半导体供应链的安全等。另一方面，产业政策战略还可以为政策制定者提供解决国家安全和经济安全目标重叠问题的路线图。现代化和日益增强的经济相互依存度导致美国的经济目标与其国防优先事项联系在一起。例如，国防生产法和出口管制条例，都是为了解决国家安全问题。一项产业政策战略，以及实施这一战略的经济工具，可以帮助政策制定者将其重点转移到解决国防问题和国家需求计划的双重考虑中。

（三）美国产业政策的含义

美国产业政策指的是，美国政府为推动符合国家利益的经济成果所采取的一切介入自由市场的措施，一般情况下，这些措施不会由市场自行采取，因为企业并不会自愿地提供国家利益所需的一切。产业政策战略必须是一套全国性的做法，包括人力资本、基础设施、投资、税收和监管政策，以及制度和官僚程序，以保持其现有优势并创造新的优势。值得一提的是，产业政策不包括保护夕阳产业的制造业岗位，或通过影响单个企业的商业活动来“越俎代庖”，因为这些行为会造成市场扭曲和道德风险。

（四）美国产业政策的目标

美国的产业政策是政府基于国家利益的经济结果参与自由市场的行动措施，美国领导人通过发展、增长或调整部分或全部经济，以实现特定目标。美国产业政策目标是确保关键技术领域的长期竞争力，建立安全和有韧性的供应链，并在危机时期保障社会的日常运转。由于单一企业的商业活动有可能会触及潜在的市场震荡和道德风险，因此，产业政策需要进行整体统筹，才能更好地保护行业发展。

纵观美国历史上采用过的产业政策或技术政策，可以看出，美国一直没有正式出台过长期的国家产业政策战略，各种产业政策和长期国家目标之间始终缺少连贯性，紧靠解决眼前问题积累的零星成功经验让美国维持了竞争力。

（一）一个工业国的诞生

美国产业政策奠基人亚历山大·汉密尔顿通过推动政府利用投资、关税和补贴支持私人产业和制造业、推动成立国家银行等方式，开创了“以私人手段追求公共目的”的产业发展模式。

在汉密尔顿主张建立国家经济身份的基础上，曾任众议院议长的亨利·克莱提出了“美式体制”的理念，即通过为本国产品提供充分的关税保护，让经济基础回到国内，从而免受外国人的主宰， 这进而推动了 1824 年的关税政策成为法律。汉密尔顿集中公共和私营企业资源的做法，以及克莱的“美式体制”理念，在此后数十年又反复上演。美国先后于 1917、1933、1942 年先后成立了战时工业委员会、国家复兴管理局、战时生产委员会等国家机构，旨在协调产业、人员以及政府这三者在美国商品和服务的生产/提供、定价和分销中的关系，以解决近在眼前的需求，同时也为未来和平时期的战略合作奠定了基础。

（二）科学技术的新前沿

1940 年，曾任麻省理工学院工程学教授的万尼瓦尔·布什提出成立国防研究委员会（NDRC）并负责领导科学研究发展局（OSRD），致力于召集各领域科学专家来协调政府与产学研之间的合作并确定优先事项，旨在通过扩大合作，利用私营企业的创新来迅速重建有竞争力的技术优势，同时避免倾注过多资源建立国家实验室。这有效激发了此后美国数十年的研发投入以及国家科学基金会的成立，目前该基金会每年拥有 88 亿美元的预算， 其中 25%全力支持美国学术机构的基础研究计划。此外，布什的贡献还在于营造了优质的创新环境，正是在这样的环境中，孕育出了全球定位系统和互联网等技术。

（三）冷战时期的起伏变化

美苏太空竞赛拉开序幕。在苏联陆续发射太空卫星的压力下，出于国家自豪感及实际需要，美国政府、产业界、学术界和公众纷纷投身于构建专业知识以及凝聚美国在太空领域的技术优势。例如，美国政府鼓励学生学习科学、技术、工程和数学，并通过1958 年的《国防教育法案》等立法资助学生参加理工科和外语培训；同年 7 月，国会成立国家航空航天局，每年拿出 1 亿美元的巨额预算用于载人登月，成立国防部高级研究计划局，旨在确保美国成为“战略技术突破的始作俑者而非受害者”，这两个机构的建立促使美国从计算机断层扫描和人造假肢到隐形飞机和语音识别在内的大量技术不断得到创新突破。

美日全球半导体产业发展竞赛拉开序幕。面对竞争力异常强大的日本企业，美国在全球半导体生产中的份额由此前 20 年间一直稳定在 60%的水平一路下滑到 80 年代末的不足 40%。为了缓解这一危机，美国联邦政府与半导体制造技术联盟（由 14 家美国半导体企业组成）展开了合作，并提供了 8.7 亿美元左右的国防部高级研究计划局拨款来强化该产业，最终解了业界的燃眉之急，并且不到 10 年内，美国的芯片制造产业就重回了全球领 先地位。

在此后的 30 年中，美国政府继续通过更具针对性的立法来推动科技发展，如 1980 年的《拜杜法案》和《史蒂文森惠德勒技术创新法案》，以及 1982 年的“小企业创新研究计划”，均旨 在通过知识产权共享和技术转移框架，鼓励产业和政府展开更全面的合作。

（四）最新产业政策

美国近些年也在不断探索出台产业政策文件或推动产业立法，如特朗普政府的《2020 关键和新兴技术国家战略》《2018国家量子计划法案》《2019 维持美国人工智能领导地位的行政命令》《2020 年稀土外包法案》《2021 美国创新与竞争法案》《2022美国竞争法案》，甚至包括拜登的基建一揽子计划，但均因不追求特定进度和目标，缺少明确的总体国家战略与之配合而处处受阻。以寻求修订《促进美国制半导体（FABS）法案》提供半导体投资税收抵免事件为例，原始法案早在一年多以前就被提出，但由于缺乏统一和共同战略目标，众议院和参议院之间的关键分歧还未得到解决，并且一直在两党的拉锯战中原地踏步。

尽管美国目前采用的产业政策是琐碎、散点式的，但针对当前迫在眉睫的产业问题具有一定的成效。例如，就在世卫组织宣布新冠疫情爆发呈现全球蔓延的两个月后，特朗普政府于 2020年 5 月宣布了“曲速行动”，该行动由国防部和卫生与公众服务部共同实施，它提供了一种手段，使联邦政府能够与六家疫苗供应商合作，在平行基准上简化临床试验，希望通过《国防生产法案》授权来加快各支被看好的疫苗的开发。这项行动大大促进了政府与疫苗供应商的合作，简化了新冠疫苗的研发流程，使关键疫苗在短短 10 个月内就生产了出来，而相比之下，研发麻疹疫苗用了 10 年，埃博拉疫苗用了 43 年。该行动的惊人成主要归功于其目的明确、拥有完成使命所需的绝对优先权和资源，以及政府、产业、学术和科学界的“精诚团结”。

产业政策需突显出国家独特的优势，因此，各国国家产业政策形式各不相同，且并不存在“一剑破万法”的产业战略。但了 解其他国家和地区为促进和保护关键产业而采取的产业政策，汲 取部分可借鉴的经验，对发展美国产业政策具有积极意义。

（一）日本向半导体市场进军

通过政府激励措施、企业合作以及具有较高风险容忍度的政策，日本在 20 世纪 80 年代末成为了全球占主导地位的半导体设备生产商之一。日本采取的做法是：制定半导体技术转移政策，要求欲进入日本市场的外国企业与本地企业成立合资公司，为本地企业创造机会，从外企吸收尽可能多的经验和知识，并达到最终取代的目的。借助此项政策，日本的半导体市场逐步跟上了美国蓬勃发展的产业。但是，日本企业仍不具备开发设备或制造技术所需的方法和手段，为此，日本政府着手建立了统一、综合的超大规模集成电路技术研发机构，该机构汇集了日本顶级半导体领导企业的下一代芯片制造设备和技术，成功帮助日本完成了由快步追赶者向全球领导者的蜕变，并最终超越竞争对手生产出了最先进的 1 微米的芯片。

（二）台湾台积电的崛起

台湾省政府利用公私合作关系，帮助台积电赢得了世界上最大和最先进半导体制造商的地位，促进了台湾芯片制造产业的蓬勃发展。台湾省政府采取的策略是：1973 年，台湾成立了工业技术研究院（ITRI），以公共实验室的形式开展应用研究，旨在通 过先期投资将研究院所取得的进展能够转移到私营企业，以此作为私人企业不愿将资本投放到半导体制造此类资本密集型、高风险事业上的对策。不久之后，该研究院专设电子所（ERSO），作为政府机构负责研拟与半导体相关的产业政策。1975 年，电子所推动与美国无线电公司达成技术转让协议，从美国企业获取到 了半导体制造中的重要技术手段—互补金属氧化物半导体工艺，并获得了来自美国工程师在芯片制造的基础概念、工业知识乃至 管理技术等方面的深入指导。1980 年，借助通过与美国无线电公司的协议获得的技术，工业研究院电子所建立了其第一家代工厂—联华电子公司（UMC），在此过程中台湾省政府投资了 1000多万美元用于所需的基础技术研究，并在代工厂的工程师招聘和培训方面发挥了积极作用，从而使联电成为了本省最赚钱的制造商，但却仅限于低端芯片制造能力。1987 年，为解决台湾芯片产业中私营企业投资始终不足的问题，台积电成立。此后，在以 35%的股份作为交易条件的基础上，台积电获取了荷兰企业飞利浦电子先进的 1.5 微米制造工艺， 加之上述台湾政府在半导体产业方 面的早期投入，台积电逐渐发展成为全球第一半导体企业。

（三）新加坡半导体产业败局

1987 年，新加坡政府成立了特许半导体制造公司，之后其通过与美国芯片制造商斯亚乐半导体合作改进了自身的制造工艺，并在 1994 年实现了 0.6 微米工艺，成为了特许半导体制造公司和整个新加坡产业发展的里程碑。此外，特许半导体制造公司还与东芝合作，在新加坡建立了更多的代工厂。与此同时，政府也通过具有高风险容忍度的政策和税收优惠，支持特许半导体制造公司的发展，促使其将制造能力转移到新加坡。但随后新加坡半导体产业逐渐走向衰落，主要原因有三点：一是中国利用大量政府补贴激励代工厂迁入其境内，并占领了一部分低端半导体价值链。中国企业用与新加坡代工厂一样的方式获得了制造芯片的技术知识，向外国人才学习并最终取代了他们。鉴于成本较低，英 特尔和 IBM 等芯片设计企业也同样倾向于选择中国的半导体制程工厂。二是 1998 年，台积电在新加坡成立硅制造系统公司， 此举意在打压特许半导体制造公司的同时，在市场中引入更多的低端芯片制造商。最终，特许半导体制造公司不得不降价，这迅 速吞噬了其毛利率，并使其失去了与台积电竞争所需的资源。三是三星决定建立自己的代工厂，并进军高端芯片制造领域，其雄厚的资金实力和在该领域的便利经验使之成为可能。三星迅速超 越了特许半导体制造公司，成为压垮特许半导体制造公司的最后 一根稻草。 

总体来看，新加坡的政策起初非常成功，利用本国的受教育人口、已有的技术行业和有针对性的激励措施推动半导体产业发展。然而，其半导体产业的最终崩盘主要是由于半导体产业发展很迅速，但政府政策却未能相应调整所致。作为一个小国，新加坡无法像美国那样投入资源来调整产业政策应对外资企业竞争所带来的挑战。

新国家产业政策的有效部署和执行，不仅需要美国政治领导 者采取一系列持续且规范的措施，还需要行业高管的积极支持和参与，并且必须在国家技术战略的框架内规划、实施和更新这些政策。即：要推动一个成功、可持续的产业政策，既需要有一个全国性的目标，也需要所有利益相关方为实现该目标部署各种工具和具体策略。《报告》研究借鉴美国产业经验教训，以及日本、中国台湾地区和新加坡过去的产业政策，提出美国国家产业政策的行动框架，包括以下六项不同但相互关联的行动，这些行动是成功执行美国产业政策的关键。

（一）发出号召，提出统一目标愿景

新产业政策应确保美国具有赢得竞争所需的技术和知识。而目前由于缺乏统一、宏伟且可行的目标，使得全面立法、确定资源优先级和团结业界更具挑战性。为此，政策制定者应：

（1）阐明保持美国经济竞争力和技术领先地位的愿景和目标，确保美国作为世界首屈一指的技术强国的地位，使其能够在不损害其价值观或主权的情况下赋予其公民权力、进行经济竞争并确保其地缘战略利益。

（2）确定技术领域的优先级以制定相关具体政策与措施。 比如，必须在哪项技术保持领先地位、需要采取什么措施迎头赶上、必须保护什么核心技术、在哪里有能力成为快速跟随者以及应该如何参与国际事务的明确指导，所有这些因素都会影响行动和政策的执行。

（二）通过有效监督实施和评估，形成产业成功案例

一是要加强产业政策的实施与监督。愿景和目标确定后，美国政策制定者就必须开始实施和监督产业政策，此时需要提前建立衡量政策有效性的能力，如对包括研发支出需求、劳动力问题、教育需求、创新障碍、基础设施不足、供应链限制和对外国的依赖度等产业政策相关的参数和进程进行持续监测和评估。但是，美国政府目前缺乏监督产业政策实施的专门的官方组织。为此：（1）国家安全委员会和白宫科技政策办公室应当牵头对当前监管机构的权利和能力进行审查，找出其中短板以及实施和评估产业政策所需的财政资源（调查的结果将作为基准线，用以确定美国政府持续实施产业政策的能力）。 （2）国会与政府应当合作加强政府的组织架构，以制定、执行、监督和维持新的美国产业政策。

二是要建立产业政策结果评估标准。为了衡量这些政策的成功程度，需要对产出和结果进行强有力的分析。为此： （1）美国政府应当成立一个特别工作组，负责制定产业政策目标的衡量标准。该工作组应包括来自商务部、教育部、国防部、科技政策办公室、国家安全委员会、国家科学基金会的代表，以及来自产业界和民间团体的各相关方。（2）国会应当授权对美国产业政策进行持续的研究和分析，并进行报告。这项工作需要靠长期财政拨款来维持，并需要确保合理决策所需的透明度和问责制。

（三）协调政府和产业界，形成绝对的战略优势将国家利益与美国私营部门的利益保持一致至关重要，公私合作伙伴关系将成为美国新产业政策的核心特征。将美国政府的财政资源和目标与产业界、美国大学和研究机构的能力相结合将是一种极佳的战略优势，该优势几乎没有其他国家能够与之匹敌。一个典型的历史案例就是：1987 年，美国政府与由 14 家美国半导体企业组成的企业联盟联合对美国多所顶尖大学成立的微电子研究中心进行资助，旨在加强 6G 电信技术研究，增强美国在微电子领域的竞争力。在产业界和学术界的加持下，白宫和国会应当： 

（1）找出在重大技术领域和科学学科建立公私合作关系的机会。每个伙伴关系都应当有明确的目标，这些目标则应植根于更广泛的产业政策目标，比如一般的技术领导地位、供应链弹性和安全性，以及具体的科技突破。

（四）设立专门机构，视需要调整政策

政策制定者应根据不断变化的环境调整产业政策的准备。一项有效的产业政策将是充满活力和适应性的，通常更新持续有效的产业政策是困难的，为了最大限度地提高成功的几率，需要成立新的专门机构或人员，根据特定行业的技术成熟度和应用、供应链的相互依存性以及相对优劣等因素，及时把控政策走向。

为此，总统应当：

（1）任命一名负责技术竞争的副国家安全顾问。理想情况下，此人将向国家安全顾问、国家经济委员会主任和科技政策办公室主任报告。其任务是根据对正在开展的工作进行持续分析，为产业和技术竞争政策提出建议。 

（五）接受和降低风险风险，改变政府监管方式

政府对产业的介入越深、对学术研究的投入越大，就要越能容忍失败。科技的进步植根于高风险、高回报的研究活动，但当前美国的政治文化与产业发展所需的心态格格不入，成为了成功 利用产业政策促进美国的长期竞争力而言的挑战。政客应当抵制 廉价诱惑，不要试图制定一项不可能完成的科研工作来粉饰自己的政绩。立法者也需向纳税人解释：为什么在整体科技成就的背景下，失败只是一种常态，而非一种缺陷。 

减轻失败影响的一种方法是采用组合式的方法进行技术开发和创新。这一思路是需要通过资助一系列参与者，对所需的能力进行研发投入。就如同金融领域的共同基金采用的将风险进行分 散的策略，尽管单独来看，有许多子部分未能达到预期，但它追求的是整个投资组合的净收益。这种做法避免了“越俎代庖”， 也避免了产业政策失败成为政府官僚的职业终结事件。为实现该目标，必须消除繁文缛节，并且需要将决策权下放。为此，白宫和国会应当：

（1）重新规划监督工作，支持更灵活的产业和技术政策的实施。白宫必须信任中层的监管机构，避免细致化管理。国会必须愿意适当放权提高其直接批准的投资门槛。总而言之，政府和国会都需要改变目前的监管方式。

（六）利用盟友，建设科技外交能力

美国的产业政策将需要国际伙伴关系。第一，美国不具备单打独斗的能力；第二、美国的盟友和可信赖的合作伙伴可以形成战略优势。鉴于全球技术发展，在政策问题上与盟友更好地协调，将提高战略竞争的结果。从研发投资到标准制定再到供应链弹性等领域的合作将增强各国的经济竞争力和国家利益。下一步是将确保这些努力能够持续和扩大，建设美国的科技外交能力将是关键。为此，国会应当

（1）顺应这一形势并提供专款，建立一支美国科技外交官队伍。将该队伍作为实施美国产业政策国际层面的先锋，在合作研究协议、人才资本交流、基础设施发展和出口管制方面发挥重要协调作用。

报告针对美国产业发展现状进行了深入分析，结合当前阶段中国已经成为了美国产业发展的主要竞争对手的现实，提出了未来新产业政策的行动步骤与框架。

重点一是从机构改革中体现国家的重视程度，并结合工业界，学术界以及盟友的资源，共同促进产业发展和相关政策制定；

二是美国坚持具体和简明的国家安全和经济目标，提供各种政策选项进行专项策划，并随着技术的发展而更新，体现产业政策战略的长期性和前瞻性。美国国家产业政策的实施将有效提升美国技术优势，确保美国的经济未来持续强劲，使其技术领先地位得到保证，以重建其技术帝国的昔日辉煌。

附：《储能系统的未来》研究报告

2022年6月，麻省理工学院发布《储能系统的未来》研究报告。本报告是麻省理工学院能源计划未来系列研究中的第九个研究项目，该项目旨在阐明涉及能源和环境的一系列复杂而重要的问题。赛迪智库节能与环保研究所对该报告进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助。

报告指出到本世纪中叶，可再生能源发电有望取代化石燃料发电，部署不同的储能技术可以优化和利用不断增长的可再生能源发电。报告研究和分析了各种储能技术（电化学储能、储热、化学储能和机械储能）关键性能、应用领域和成本指标等，呼吁应积极支持长时储能技术、多类型电化学储能技术，以实现到2050年电网系统完全脱碳。

一、多种储能技术的基础知识

（一）储能技术的基本类型

目前有四种基本类型的储能技术（电化学、化学、热能和机械能）处在不同的技术发展水平。在可变可再生能源发电量充足且批发供应价格相对较低时，以及发电量不足批发价格相对较高时，储能系统都可以发挥重要功作用电。储能系统的这种灵活性为电力系统提供了一系列好处。

储能系统的规模可以通过其装机容量（最大瞬时功率）来表征，以兆瓦(MW)为单位；其储能容量以兆瓦时(MWh)为单位；以及往返效率（RTE）用于衡量充放电的效率。

储能系统的储能容量与装机容量的比值就是持续时间，以小时为单位——这是储能系统从充满电开始提供最大功率的时间长度。目前大多数部署的电池储能的持续时间为4小时或更短；大多数现有抽水蓄能(PSH)设施的持续时间为8到12小时或更长时间。储能技术的能量密度也有所不同（能量密度是单位体积可以存储的最大能量）。具有高能量密度的电池技术特别适用于电动汽车(EV)和移动电子产品；尽管如此，能量密度较低的电池技术仍可用于电力系统应用中的存储，而在这些应用中，空间的有效利用通常不太重要。储能技术在其他属性上也有所不同，包括特定储能系统规模经济的程度（地理足迹和模块化）以及其性能随使用而下降的程度。

本报告中考虑的技术根据其电力和能源容量成本分为三大类（见图1）。一般来说，储能容量成本较低和装机容量成本高（图中蓝色区域）的储能技术最适合作为长时储能（持续时间最多可达数天），这些储能技术的充放电不太频繁，例如热储能、化学储能、金属空气电池和抽水蓄能设施等。而棕色区域的储能技术（其中包括锂离子电池储能系统），更适合持续时间较短的储能应用（持续时间为几个小时）和更频繁的充放电。具有中等能力的储能技术（包括液流电池）处于绿色区域。

（二）电力系统采用的储能技术

这项研究从电化学、热储能、化学储以和机械储能四个方面考察和研究储能技术。但没有对这些类别中的所有选项进行编目，更不用说进行评估。与其相反的是，研究人员重点放在每个类别中储能技术的示例上，并试图突出这些储能技术应用的问题。研究团队考虑的一些储能技术都经过验证，可用于商业部署，例如锂离子电池储能系统、抽水蓄能发电设施和一些热储能系统。而另一些储能技术则需要进一步的研究、开发和示范，直到本世纪30年代或20世纪40年代才有可能大规模上市或应用。表1总结了到2030年各种储能技术和储能支持技术及实践可用性的评估。在这份研究报告中考虑的储能技术都可能在2050年前实现商业化运营。

能源相关的技术创新通常需要经过五个阶段：①概念提出；②技术研发；③一定规模的工程试验；④技术示范；⑤部署应用。表1涵盖了各种储能技术当前创新阶段。随着脱碳要求变得更为严格和对波动性可再生能源发电的依赖不断增加，长时储能技术具有更广泛的应用前景。例如在波动性可再生能源发电供应低谷期或由于极端天气导致异常高水平的电力需求，而此时电网运营商被禁止使用未装碳捕集装置的天然气发电时，长时储能技术至关重要。

二、电化学储能

电化学储能能量密度通常比机械储能和储热系统高，但比化学储能（氢储能）系统要低。电化学储能由于占地空间小，不受地理环境和资源的限制等特点成为一种通用且高度可扩展的技术，其应用领域涵盖发电厂到住宅等多种场景。

其中，锂离子电池因具有高能量密度、高功率密度和高往返效率，在电动汽车领域广泛应用，并在短时（通常为4小时或更短）电力系统储能领域广泛使用。目前用于电池制造的关键材料成本和可获取性决定了锂离子电池的应用成本，并可能限制其未来部署规模，而这一挑战将促使电化学储能从高性能锂离子电池的研发转向化学原料更为丰富的其他新型电化学储能技术。

目前，锂离子电池正在朝向低成本和高性能方向发展。基于其自身储能容量成本的限制，锂离子电池不太可能大规模应用于长时（大于12小时）电力储能系统中。为了实现更具经济效益的长时储能，美国能源部应支持该方向技术的研发和示范，以推进使用储量更为丰富的材料来替代锂离子电池技术。

长时储能的成本、使用年限和制造规模使研究人员探索新型电化学储能技术，例如氧化还原液流电池、金属-空气电池，这类电池使用更为廉价的充放电材料，更具有长时储能的特点。虽然这几种新型电化学储能技术已展现其应用前景，但在关键科学、工程和制造方面仍存在短板，这意味着政府需要加大力度进行投资协调予以支持。其他国家，尤其是中国正在积极探索该类技术的创新突破。

三、储热

储热技术是利用低成本材料储存热量，是一种适合长时储能需求的技术，这类技术的主要挑战是如何高效且经济地将热量转化为电力。为解决这一挑战，目前有3种方法：①将现有发电厂中的燃气轮机替代传统化石燃料锅炉，并在其旁配备储热设施，从而降低热能转化为电能的成本；②开发动力循环替代系统，即闭式布雷顿循环，在中温（550-1000 ℃）下具有更高的热能转换效率；③推进耐高温材料和高功率转换装置的研发，以达到更高的热能转换效率、提高高温材料使用寿命、降低电力成本。

四、化学储能（氢储能）

氢气被普遍认为是一种先进的化学储能介质，因为其可以通过较为简便的方式生产，同时可以作为发电燃料或其他工业过程的原料或热源。化学储能技术领域主要关注氢储能。氢储能作为一种电力系统储能形式，其发挥的作用取决于氢气在整个经济领域中的采用程度，以及未来氢气生产、运输和储存的成本。目前，制氢的主要方法依赖于化石燃料，而这一过程将产生大量的碳排放。利用低碳电力电解水制氢将推动工业和交通运输等行业实现脱碳目标。通过电解水产生的氢气在波动性可再生能源发电量降低的时间段用作工业和发电的低碳燃料，将提高波动性可再生能源的利用率，从而降低电力系统脱碳成本。

研究团队致力支持美国能源部为制定解决氢气生产、运输和电网电解氢气需求（工业）氢气储存氢气发电电网储存问题的国家战略所做的努力。特别是，现有的天然气输送管道是否能够在不受影响的情况下输送氢气，无论是在减压下，还是在氢气与天然气或其他化合物混合的情况下，安全性仍然是一个悬而未决的问题，需要美国能源部和美国交通部开展政府支持的研究。朝着这个方向迈出的重要一步是最近的立法呼吁美国至少建立四个氢气生产枢纽。

五、机械储能

电能可转化为包括重力势能、动能等多种形式在内的机械能。机械储能包括多种技术，其共同特点是它们的能量密度远低于化学储能或电化学储能的能量密度。因此，机械储能系统往往占地面积大，并需要一定的地势条件，不太适用于在小型设施中应用。

抽水蓄能是一种成熟且已广泛部署的技术，占全球和美国现有的电网级储能装机规模90%以上。但自20世纪90年代以来，抽水蓄能在美国和其他许多国家部署进度显著放缓（特别是中国）。此外，抽水蓄能项目的初始成本较高，规模较大、选址要求较高。该技术虽然不是严格意义上的利用电能或电能之间转换的储能技术，但现有的带有蓄水池的传统水电系统可以在平衡严重依赖波动性可再生能源发电的电力系统供需方面发挥更大的作用。

压缩空气储能系统将压缩的空气储存在地下的洞穴或地上的储气罐中，一些压缩空气储能系统还存储压缩空气时产生的热量。该技术作为潜在的电网级大规模储能技术被广泛研究。尽管压缩空气储能系统的成本估算受到多种不确定因素的影响，但该技术的能源成本通常高于未来可用的其他储能技术的成本。

六、具有储能功能的高效可再生能源电力系统：建模结果、对治理和政策的影响

本节探讨了储能系统在发达国家和新兴市场发展中经济国家背景下的潜在作用。美国和印度三个不同地区的结果分别说明了这两个国家的储能部署情况。

（一）对美国建模分析结果及建议

研究团队对美国电力部门的建模集中在三个地区：东北部地区（纽约州和新英格兰地区）、东南部地区以及德克萨斯州在2050年最新部署的储能系统。这些地区在电力需求概况、风力发电和太阳能发电资源以及水电和现有核电资源的可用性方面存在显著差异。这些差异会影响在没有碳排放限制的情况下成本最低的发电组合以及实现不同程度脱碳的成本。2050年每个地区在两种政策情景下的年发电量、可交付能源容量和电力系统电力成本的模拟预测：无碳限制和排放限制在5克碳排放量/kWh。如果2050年的电力需求与2018年的水平相同，那么将美国电力部门的平均碳强度降低到5克碳排放量/kWh，将使2050年的碳排放量与2005年相比降低99.2%。另一方面，如果2050年用电量增长的需求大于2018年，正如该项研究用于模拟储能系统影响的电力需求情景中所预测的那样。美国各行业的平均碳排放量与2005年相比，电力部门排放量减少了98.7%。

（二）对印度建模分析结果及建议

同许多其他新兴市场和发展中经济体一样，印度的电力需求正持续快速增长。在峰值需求增长速度快于整体需求的住宅配电系统中，需要峰值负荷提供服务，这为储能提供了一个重要用例。研究表明，依赖燃煤发电的新兴市场和发展中经济体无法获得丰富的低成本天然气基础设施，例如印度代表了储能技术电力系统应用的一个非常庞大且重要的未来市场。

该项研究的建模表明，储能系统将主要部署在输电层面，在城市配电网络中还有重要的附加应用。整体经济增长（尤其是空调在印度的迅速普及）将成为储能部署的主要驱动力。假设技术成本持续下降，发现从成本的角度来看，印度的可再生能源发电设施在中长期内与燃煤发电厂竞争具有优势，但现有燃煤发电厂仍然缺乏碳定价。假设印度可以使用低成本储能系统和可再生能源发电技术的场景的建模结果。这些结果表明，与基线预测相比，印度电力系统的系统成本和模拟二氧化碳排放量均显著降低。无论碳排放是否有上限或税收，电力系统成本和二氧化碳排放都会降低。这一结果突出了降低储能成本的全球环境效益。

（三）对储能系统在供应受限的电力系统中作用的分析结果及主要结论

在电力供应不足国家的输电或配电系统中，电池储能系统提供了一种潜在的重要手段，可以提高短时停电电力服务的可靠性，减少住宅区和商业区消费者所耗柴油量，并降低整体电力成本（包括用于备用柴油发电机的电力）。

在一些住宅和商业区域内，当电网中断频繁且持续时间较短（几个小时）时，与备用柴油发电机相比，具有备用储能系统、并入电网的光伏发电和并入电网的微型电网更具竞争力。然而，如果停电不可预测并且可能持续很长时间，会产生对长时备用储能系统的需求，但很少使用。这种情况下，即使没有新兴市场和发展中经济体普遍提供的燃料补贴，也会更倾向于使用备用柴油发电机。

译自：

The Future of Energy Storage, June 2022 by Massachusetts Institute of Technology