清潔能源轉(zhuǎn)型需要?jiǎng)?chuàng)新能源、創(chuàng)新技術(shù)和投資策略的共同發(fā)展。深脫碳能源系統(tǒng)研究平臺需要材料科學(xué)在電池技術(shù)上取得進(jìn)展，從而克服風(fēng)能和太陽能發(fā)電間歇性的挑戰(zhàn)。同時(shí)，旨在促進(jìn)電池儲能市場增長和創(chuàng)新的政策，可以補(bǔ)充削減一整套清潔能源技術(shù)的成本。進(jìn)一步整合研發(fā)和部署新的存儲技術(shù)，為高效低耗能電力開辟了一條明確的道路。在這里，我們使用一個(gè)雙因素模型來分析部署和創(chuàng)新，該模型綜合了材料創(chuàng)新投資和技術(shù)部署的價(jià)值，并從一個(gè)涵蓋電池存儲技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)集中進(jìn)行了分析。在電池儲能互補(bǔ)發(fā)展和可再生電力來源對改善脫碳是極其重要的。我們找到一個(gè)可行的路徑以平均1美元每瓦太陽能和100美元每千瓦時(shí)電池存儲，使風(fēng)光儲的組合直接與以燃煤為基礎(chǔ)的電力供應(yīng)相競爭。  
 
      預(yù)測未來的儲能價(jià)格
 
      將雙因素模型應(yīng)用于業(yè)內(nèi)頂級專家的近期生產(chǎn)預(yù)測，并假設(shè)專利活動維持在近五年(2011-2015年)平均水平的高度，樂觀估計(jì)消費(fèi)電池價(jià)格在2018年可降至100美元/kWh以下。該預(yù)測是基于25年的觀察結(jié)果，盡管樣本很少，但它代表了這個(gè)新生市場中最有效的信息。因?yàn)閷＠麛?shù)遵循隨機(jī)泊松過程，未來的專利活動和生產(chǎn)水平都會變化，因此我們補(bǔ)充了一個(gè)詳細(xì)的敏感性矩陣。因?yàn)檫^去舊專利的影響力遠(yuǎn)低于新專利，我們也專利時(shí)效和知識貶值的因素考慮了進(jìn)去。我們發(fā)現(xiàn)成本的下降低于文獻(xiàn)對于目前的預(yù)測，該文獻(xiàn)曾發(fā)現(xiàn)了對電動汽車電池成本下降的低估。我們用“四因素”模型考慮原材料價(jià)格，控制鋰和鈷原料價(jià)格的影響，我們發(fā)現(xiàn)這一模型的學(xué)習(xí)率略低(14.82%)，并將更多的價(jià)格下降歸功于創(chuàng)新而不是部署。然而，原材料價(jià)格對電池成本的影響可能不像鋼鐵價(jià)格對風(fēng)力發(fā)電那樣至關(guān)重要。因?yàn)楸M管鋰和鈷是陰極的重要組成部分，但鋰電池是由多種材料組成的。同時(shí)在“四因素”模型中對原材料價(jià)格的控制(P<0.16)并不像兩因子模型(P<0.001)那樣具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。無論如何，隨著新材料創(chuàng)新的發(fā)展，可持續(xù)性方面的標(biāo)準(zhǔn)對未來的發(fā)展都有指導(dǎo)意義。雙因素模型的一個(gè)潛在偏差可能是補(bǔ)貼的下降，這些補(bǔ)貼通常是專屬的而且很難預(yù)測。該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究將極大地解決技術(shù)和政策創(chuàng)新研究方面的差距。
 
      鋰電池的發(fā)展可能會促使電動汽車的使用。研究表明，假設(shè)汽油價(jià)格維持在2015年水平，當(dāng)電動汽車電池價(jià)格降至125-165美元/kWh時(shí)，電動汽車將可以在成本上與內(nèi)燃機(jī)汽車相競爭。根據(jù)我們的模型，這個(gè)目標(biāo)最早將在2017年實(shí)現(xiàn)，最晚也可以在2020年完成。除了電池價(jià)格之外，汽油價(jià)格、電費(fèi)以及每年的行駛里程也對電動汽車的價(jià)格競爭力有著影響。這些預(yù)測結(jié)果低于先前報(bào)告文獻(xiàn)中的數(shù)值。
 
      通過雙因素模型的結(jié)果，我們還研究比較了通過檢索學(xué)習(xí)和通過部署計(jì)劃的成本變化。檢索學(xué)習(xí)代表了研究-發(fā)展-示范(RD&D)的影響。為了預(yù)估此情況，我們從雙因素模型的當(dāng)前價(jià)格趨勢中減少33%的專利活動，我們發(fā)現(xiàn)，要想在2020年實(shí)現(xiàn)跨入100美元/kWh電池儲能的門檻，依賴實(shí)踐學(xué)習(xí)，我們需要在全球增加307GWh的部署。打個(gè)比方，這意味著每年都要新部署一座特斯拉35GWh超級工廠。專利活動是雙因素模型的關(guān)鍵驅(qū)動因素。缺乏專利活動將提升成本使得電池價(jià)格增長76美元/kWh。在沒有任何新創(chuàng)新的最極端情況下，僅通過部署實(shí)現(xiàn)成本削減目標(biāo)的代價(jià)會非常高，到2020年將超過1400億美元。這是不可能也是不可行的，因此也強(qiáng)調(diào)了通過雙因素框架實(shí)現(xiàn)以創(chuàng)新驅(qū)動成本降低的重要性。然而，最近大部分太陽能光伏和風(fēng)能成本削減，都來自于工藝改進(jìn)以及用部署的利潤進(jìn)一步推動企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)。如果對儲能來說這是正確的，那么在創(chuàng)新和部署之間的這種反饋限制了我們完全解耦研發(fā)和部署兩個(gè)目標(biāo)的能力。這需要進(jìn)一步的研究，并強(qiáng)調(diào)同時(shí)發(fā)展檢索學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)的重要性，形成檢索學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)共同發(fā)展的模式。
 
      此外，公用事業(yè)和住宅規(guī)模的儲能正在逐漸接近與電網(wǎng)平價(jià)。我們發(fā)現(xiàn)以目前的目標(biāo),如果美國太陽能電價(jià)達(dá)到1美元/W的“SunShot”價(jià)格目標(biāo), 到2020年，這樣的價(jià)格趨勢預(yù)計(jì)會使住宅太陽能和電池儲能在成本上與電網(wǎng)電力相競爭,實(shí)現(xiàn)均化發(fā)電成本(LCOE)逐步降低至約0.11美元/kWh。
 
      目前，基于鋰電池的儲能仍然主要是針對防停電保護(hù)的利基市場，但我們的分析表明這種情況完全可以改變，儲能會為未來的電力系統(tǒng)提供靈活性和可靠性。這一發(fā)現(xiàn)與最近一研究成果形成了鮮明對比，該研究假定儲能作為脫碳發(fā)電的價(jià)值降低，因此儲能技術(shù)成本會有所上升。根據(jù)我們的預(yù)測，這些預(yù)言未來儲能悲觀價(jià)格的研究都沒有考慮創(chuàng)新和部署的互補(bǔ)效應(yīng)，以及未來電力系統(tǒng)中能量靈活性和/或能源大規(guī)模存儲的價(jià)值。GW級電網(wǎng)儲能將改善輸電和配電系統(tǒng)，從而降低未來的投資，以確保電網(wǎng)穩(wěn)定性并提高客戶可靠性。盡管例如勞動力和成套設(shè)備組件等因素也是總項(xiàng)目成本的重要組成部分，但模型還是強(qiáng)調(diào)了鋰和非鋰電化學(xué)儲能方案已非常接近該目標(biāo)。
 
      研發(fā)支出對價(jià)格的影響降低
      
      為了實(shí)現(xiàn)儲能驅(qū)動的變革，需要進(jìn)一步的研究來維持專利活動水平。公共研發(fā)支出和私人研究項(xiàng)目通過刺激研究和促進(jìn)實(shí)驗(yàn)的高水平直接引發(fā)創(chuàng)新，但美國聯(lián)邦政府的研發(fā)支出卻持續(xù)下降。光伏研究仍是研發(fā)項(xiàng)目推動增長和降低成本的最佳例證。然而，在過去的十年里，能源領(lǐng)域的公共研發(fā)支出并沒有跟上能源行業(yè)收入的增長。圖3顯示了美國聯(lián)邦政府在1976年至2015年間的研發(fā)支出。在此期間，美國聯(lián)邦政府的研發(fā)支出總額從GDP的1.2%驟降至0.8%。能源研發(fā)支出比從0.3%降至0.013%。全球能源研發(fā)支出占全球總研發(fā)支出的比重從10%以上降至2013年的3.9%。2015年，美國能源研發(fā)占總研發(fā)的2.1%。目前的能源研發(fā)支出份額并不反映清潔能源技術(shù)部署的重要性及其在實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)方面的作用。在電池技術(shù)方面，迫切需要采取行動，增加公共研發(fā)支出，從而推動創(chuàng)新，降低儲能成本，從而推動價(jià)格有競爭力的可調(diào)度太陽能、風(fēng)能和電力存儲。  
      材料科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展可能會促進(jìn)電池能量密度的增加，這對于提高電動汽車的行駛里程從而與傳統(tǒng)車輛競爭仍然至關(guān)重要，同時(shí)也可以降低電網(wǎng)儲能應(yīng)用的成本。目前，鋰離子電池的專利活動處于一個(gè)高水平，盡管它在過去5年里已經(jīng)停滯不前了。這一模型強(qiáng)調(diào)了政策制定者通過系統(tǒng)地為清潔技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目提供資金，以合理的價(jià)格實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)，從而不斷降低公共研發(fā)支出和能源創(chuàng)新活動的重要性，肯定了先前研究的結(jié)果，并不僅延伸到發(fā)電資源，同時(shí)也包括儲能。此外，政策制定者應(yīng)該啟動一個(gè)有利于私人風(fēng)險(xiǎn)資本投資于清潔技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化框架。風(fēng)險(xiǎn)資本(VC)被認(rèn)為對清潔技術(shù)行業(yè)至關(guān)重要，研究表明，VC比在專利活動方面的(公眾)研發(fā)更有效，因此可以用于實(shí)現(xiàn)電化學(xué)和機(jī)械儲能系統(tǒng)的目標(biāo)。圖4給出了2009年至2014年期間儲能領(lǐng)域的全球企業(yè)和VC投資。盡管VC支持公司提供的大量貸款擔(dān)保目前仍沒有可觀的收益，但政府的一些舉措，如小企業(yè)創(chuàng)新研究計(jì)劃(SBIR)、大學(xué)研發(fā)項(xiàng)目和大規(guī)模的示范項(xiàng)目，已經(jīng)取得了更大的成功。