引言：美國儲能市場正在快速增長，美國電化學儲能從2020到2021年，成長了300%左右，儲能市場裝置容量達到3.5GW，其中表前市場的占比高達3GW (參考資料)。儲能的發展也與美國（Pathways to Net-Zero Greenhouse Gas Emissions by 2050）推動2035年達到100%潔淨電能/電力脫碳化目標息息相關，透過儲能以穩定電網。根據PNNL發布的《2022年儲能大挑戰成本與性能評估》報告中指出隨著儲能行業的快速增長和演變，各種技術的成本和性能之間的比較變得越來越重要。美國政府正在積極推動儲能技術的研發，希望到2030年時，儲能系統建置基本成本能較2020年減少90% (美國能源部, DOE)。
說明1：表前市场（FTM，front-the-meter）主要是發電或電網端，規模較大的儲能，用以穩定電網；表後市場（BTM，behind-the-meter）主要是安裝在用戶端，用以調節用電。
說明2：光加儲是指太陽能發電系統與儲能系統的結合。
博大國際視野：台灣 2050 淨零轉型十二項關鍵戰略 / 電力系統與儲能
美國能源部(DOE)於2020年1月發布了一項名為“Energy Storage Grand
Challenge (ESGC)”的全面性計畫。該計畫旨在滿足美國2030年市場需求，加速下一代儲能技術的開發、利用及商業化。目前商業化的儲能技術包括鋰離子電池、鉛酸電池、釩液流電池(VRFB)、壓縮空氣儲能(CAES)、抽水蓄能(PSH)和氫儲能系統。在新興技術正在發展中，還包括鋅基電池(如Ni-Zn, zinc-bromine, zinc-air)、重力儲能和熱儲能。
壹、
美國近20年儲能專利申請趨勢，從2009至2019年有明顯成長。由於2011年美國將儲能納入自發電激勵計畫(Self-Generation
Incentive Program，SGIP)的補貼範圍，在政策驅使下，使得儲能系統快速成長。隨著儲能系統的補貼到2022年接近尾聲降低補貼，即便目前政策延續到2031年底，但從專利申請趨勢來看，業界已大幅減少專利佈局。
說明：自發電激勵計畫(Self-Generation Incentive Program，SGIP)是美國歷時最長且最成功的分布式發電激勵政策之一。該計畫旨在為新的和現有的分佈式能源提供激勵，以促進可再生能源和儲能技術的發展。SGIP補貼方式是給予安裝儲能系統的用戶依照風險與收入進行不同分類，並採分階段補貼 (2018/08/21每日頭條)。
延伸閱讀：IRA對儲能的基本補貼 (2023/01/04 InfoLink)
延伸閱讀：美國儲能大幅領先市場的三大關鍵因素 (2022/04/22 InfoLink)
貳、 美國儲能技術以電池和氫儲能發展為主，分別占專利申請量的61% 和31%，其他領域市場份額很少。美國的儲能技術已經相當成熟，尤其在電池儲能領域的專利申請量 (下圖左) 有明顯逐年減少的趨勢，顯示該領域已進入鴻海。
在氫能儲存的部分雖然也有略微減少，但氫能做為2050年取代化石燃料的終極潔淨能源各國已有明確共識，因此自2017以來，各國政府投注於氫能技術的研發資金強勁成長，至2021年在氫能相關研發公共支出年成長率達35%。目前氫能技術仍處於開發的早期階段，尚未達到經濟規模，政府扮演著重要角色來推動氫能發展，支持研發活動以及採取政策措施鼓勵民間部門創新和佈署氫能技術上，並降低大型示範計畫投資風險。因此，可預期美國在氫能的專利佈局將持續成長 (2022/11/22 工業技術研究院綠能與環境研究所)。
延伸閱讀：(2020/07美國能源部氫能研究發展報告)
參、 美國儲能專利申請國來源，日本是最主要境外申請國占29%，其次為韓國14%、德國5%及中國4%。日本主要申請人PANASONIC申請最多專利，其他包含TOYOTA、HONDA、TOSHIBA及MURATA MANUFACTURING等。延伸報導：TOYOTA 氫能專利佈局
%E5%84%B2%E8%83%BD%E5%B0%88%E5%88%A9%E5%84%AA%E5%85%88%E6%AC%8A%E5%9C%8B%E5%8D%A0%E6%AF%94.jpg "近20年(美國)儲能專利優先權國占比")
補充：日商Panasonic在內華達州的Gigafactory生產電池，並且該工廠已經成為世界上最大的鋰離子電池工廠之一。此外，Panasonic還在堪薩斯州的De Soto擴大其業務，以增加電池產量，進一步支持其長期承諾，推動美國電動汽車產業的發展 (Panasonic官網)。
肆、 從專利上看各國申請人在美國儲能技術的佈局情形，各國在「電池」及「氫能」皆有相當高的佈局占比。境外申請人較值得一提的是，日本申請人在「電容器」布局占比是各國最高，專利申請量也超過美國。在「電動車」領域以德國、日本佈局占比最高，日本在美國的專利申請量甚至超過美國，凸顯日本在境外佈局電動車相當積極。此外，電動車也是繼電池、氫能以外重要的載體，如Toyota在2022年推出的O-Uchi Kyuden System，豐田電動車電池的專利技術，在停電或是緊急情況發生時，可以當作備用電源 (資料來源)。
說明：上圖為比較各國在各領域分類號下的專利數
伍、 日本在美國儲能專利的佈局申請人排名前幾名，包含TOSHIBA、MURATA、HONDA、TOYOTA及Panasonic等。其中TOYOTA在「電動車」及「氫能」佈局最多，TOYOTA在美國推出的產品有氫燃料電動車Mirai及純電動車bZ4X (資料來源)。另外，Panasonic在「電池」及「儲存電能系統」佈局最多，值得一提的是Panasonic為特斯拉的北美主要電池供應商，而特斯拉是Panasonic EV電池產品的大客戶，Panasonic目標在2030年前將整體車用電池年產能擴增至現行(50GWh)的4倍，達200GWh約可供應400萬台EV所需 (資料來源)。延伸閱讀：Panasonic計畫今年內在美國工廠量產次世代電池 (2024/01/15)
2022 High
Technology Impact Patent
一、電池儲能 新申請公告專利
說明3：本報導採用的高影響力專利，係以Derwent Innovation的影響力指標計算
Group14：成立於 2015 年，是一家總部位於美國華盛頓州的世界領先矽電池技術商業製造商和供應商。該公司表示現有鋰電池使用石墨做為陽極材料，而矽陽極材料能夠儲存比石墨陽極高10倍的電容量，因此可以大幅提升電池的電容量和充電速度，並降低電動車電池的整體成本。Group14已從保時捷股份公司、Microsoft氣候創新基金、OMERS、Lightrock 氣候影響基金、Decarbonization Partners、Amperex Technology Limited （ATL）、巴斯夫、Resonac 和 SK Inc. 等投資者和客戶那裡籌集了超過 6.5 億美元的融資。Group14的關鍵技術包括 Dryrolysis™和Siligenesis™，這兩種方法可以分別合成多孔的硬碳支架和容易調節的非晶態矽，並且具有環保、高效、可擴展的特點 (資料來源：Group14官網)。
相關報導：鋰矽電池電容量高 10 倍，微軟押寶電池新創 Group14。
Group14近期目標是擴大其全球生產能力，並且加強其在亞洲市場的版圖，為各種電動設備和交通工具提供先進的矽電池材料。近年在韓國申請布局專利，與SK Inc.合資於2021年成立 SK materials Group14 Co，在韓國尚州完成電池活性材料（BAM）工廠的建設，以生產 Group14 的 SCC55™技術。目前處於調試階段，合資公司BAM工廠的初始元件將具有2,000噸SCC55™的製造能力，相當於每年實現10GW的矽電池產能 (資料來源：PR News)。Group14首席技術官Rick Costantino表示：「保護我們的智慧財產權組合為擴大我們在全球範圍內的製造能力奠定了基礎，併為我們在北美、歐洲和亞洲市場的客戶提供關鍵的多源能力。“隨著我們與SK Inc.在合資工廠完成調試階段，我們開始看到客戶的巨大需求，他們已經開始為他們的設備和車輛預訂SCC55™的出貨量。
二、電容器儲能 新申請公告專利
24M
TECHNOLOGIES：成立於 2010 年，是一家總部位於美國馬薩諸塞州的專注於研發和製造能源儲存系統的公司，主要應用領域包括電網和交通。該公司的創始人和領導者都是電池行業的頂尖發明家、科學家和企業家。24M TECHNOLOGIES 的關鍵技術是準固態鋰離子電池，該技術將電解液與活性材料混合，形成類似黏土的漿料。這種獨特的漿料使得該公司能夠製造厚度較大、體積、質量和成本較低的電極，同時簡化了製造過程。該技術還提高了電池的性能、安全性和可回收性 (資料來源：24M官網)。該公司的客戶包括富士電機、富士膠片、京瓷等。公司近期的目標是推出一種革命性的電池技術24M
Electrode-to-Pack 系統 24M ETOP™，將電極直接封裝到電池組中，省去了單體和模組的需要 (資料來源)。
三、熱能儲能 新申請公告專利
將退役的燃煤電廠（或其他蒸汽渦輪化石發電裝置）轉變為長期儲能電廠的方案(連結)。
更多內容：Repowering Coal Plants as Pumped Thermal Energy Storage (2022.08.04)
Malta 開發的閉環、長期儲能係統可以為工業供暖提供碳中和路徑。這項技術當使用再生能源為系統充電時，可以產生大量的放電熱。舉例來說，Malta 的 100-MW M100 系統是為每天 10 小時的充放電設計的。在放電週期中，系統可以產生 100 MW 的電力，同時也可以產生 70 MW 的 100°C 熱—在 10 小時內，這就是 700 MWh 的可用的工業熱。以 Malta 100MW M100系統為例，此系統設計每天充放電10小時「在放電週期期間，系統可產生 100 兆瓦的電力，同時也產生 70 兆瓦的 100°C 熱量 - 超過 10 小時，即 700 兆瓦時的可用工業熱量」。
更多報導
l 根據美國能源資訊管理局（EIA）的數據，美國電池儲能的容量正在迅速增長。截至2022年10月，美國的大型電池儲能容量為7.8 GW；開發商和發電廠運營商預計到年底將增加1.4 GW的電池容量。從2023年到2025年，他們預計將再增加20.8 GW。此外，安裝和運行美國大型電池儲能系統的成本近年來也在下降。美國大型電池儲能系統的成本從2015年至2019年間下降了72％，2019年電池儲能的平均資本成本為589美元/ kWh。(資料來源：2023/01/04 InfoLink)
l 太平洋西北國家實驗室（PNNL）於2022年8月發布的“2022年能源儲存大挑戰成本和性能評估”報告。該報告提供了對各種能源儲存技術的成本和性能的詳細分析摘要，報告中每單位電池容量(kWh)的成本，以安裝100MW、10小時的電池系統來說明。
以2021年數據，ESS總安裝成本最低為壓縮空氣儲能(CAES) 16美元/ kWh，其次是氫能34美元/ kWh、抽水蓄能（PSH）69美元/ kWh、熱力70美元/ kWh、重力131美元/ kWh
資料來源：https://www.pnnl.gov/ESGC-cost-performance
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