中國儲能網訊：
馮俊淇 興業(yè)研究分析師
王廣舉 興業(yè)研究分析師
鄭仁福 興業(yè)研究公司總裁助理
全釩液流電池儲能有望迎來快速發(fā)展。隨著新能源滲透率的提升，電力系統(tǒng)對長時儲能需求將增加，全釩液流電池作為一種長時儲能技術，具有本征安全性，循環(huán)壽命達16000次以上，4h全釩液流電池儲能度電成本約0.75元/kWh，有望與鋰電儲能媲美，且相比抽水蓄能、壓縮空氣等其他長時儲能技術，不受地域、環(huán)境的限制，發(fā)展前景廣闊。預計2025年我國全釩液流電池儲能新增裝機規(guī)模達1.4GW/5.7GWh，市場規(guī)模可達143億元。
全釩液流電池儲能進入商業(yè)化發(fā)展初期，產業(yè)鏈已初步形成。大連200MW/800MWh全釩液流電池儲能項目一期100/400MWh工程將于2022年10月正式投運，標志著我國全釩液流電池儲能技術進入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段。上游釩資源企業(yè)積極布局、中游全釩液流電池儲能制造集成企業(yè)開發(fā)出10-1000kW級液流電池電堆，下游多個全釩液流電池儲能項目處于規(guī)劃、設計、實施階段，產業(yè)鏈已初步形成。
業(yè)務機會和風險：關注全釩液流電池儲能龍頭企業(yè)的股權投資機會，關注相關企業(yè)和儲能項目的債權業(yè)務機會。關注成本下降不及預期風險，其他類型儲能技術提升對全釩液流電池儲能產生擠出效應，長時儲能兩部制電價等支持政策出臺不及預期的風險。
一、全釩液流電池儲能簡介
1.1全釩液流電池儲能技術簡介
液流電池全稱氧化還原液流電池。其研究始于20世紀70-80年代。與其他傳統(tǒng)離子蓄電池不同的地方是，液流電池屬于一種活性化學物質儲存在液態(tài)化電解液中的二次儲能電池處理技術，不僅電池結構上存在差異，而且正、負極電解液中是儲存能量的。
液流電池工作原理為通過外接泵與交換膜實現(xiàn)電化學反應。液流電池的正、負極電解液儲罐是完全獨立分離放置在堆棧外部的，通過兩個循環(huán)動力泵將正、負極電解液通過管道泵入液流電池堆棧中并持續(xù)發(fā)生電化學反應，通過將化學能與電能進行相互轉換作用來完成電能的儲存和釋放。
液流電池根據其電解液中活性物質的不同，可以分為多種液流電池，比較典型的有全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池等，其中全釩液流電池技術相對最為成熟、產業(yè)化相對最快。全釩液流電池發(fā)展時間長，技術和產業(yè)化相對較成熟，壽命長、規(guī)模大、安全可靠的優(yōu)勢尤為突出，成為大規(guī)模儲能的可行技術，具有廣闊的應用前景。
全釩液流電池是一種以金屬釩離子為活性物質的液態(tài)氧化還原可再生電池。全釩液流電池以+4、+5價態(tài)的釩離子溶液作為正極的活性物質，以+2、+3價態(tài)的釩離子溶液作為負極的活性物質，分別儲存在正、負極電解液儲罐中。在對電池進行充、放電時，正負極電解液在離子交換膜兩側進行氧化還原反應。同時，通過電堆外循環(huán)泵的作用，儲液罐中的電解液不斷送入正極室和負極室內，以維持離子的濃度，實現(xiàn)對電池的充放電。全釩液流電池在充放電過程中，主要依靠電解液中H+在離子膜上的定向移動形成電流回路。全釩液流電池在電堆內部發(fā)生氧化還原反應，其化學反應方程式如下，開路電壓為1.259V。
1.2全釩液流電池儲能系統(tǒng)構成
全釩液流電池儲能系統(tǒng)由功率單元、能量單元、輸運系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、其他設施等部分組成，其中功率單元和能量單元是核心。
4h全釩液流電池成本中，電解液約占50%，電堆約占29%，其他設備成本占比約21%。
1.3全釩液流電池優(yōu)缺點
1.3.1全釩液流電池優(yōu)點
（1）功率與容量解耦，配置靈活、利于降本，適宜長時儲能調峰場景
不同儲能技術，提供功率和存儲能量的介質有解耦和非解耦之分。相比鋰離子電池和鈉離子電池提供功率的介質即為貯存能量的介質，液流電池儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能和熱儲能提供功率的介質和存儲能量的介質是解耦的，配置更為靈活、且利于降本。
全釩液流電池提供功率和存儲能量的介質解耦，便于儲能靈活配置。液流電池的儲能容量大小主要取決于電解液的體積和濃度，只需要在整套儲能系統(tǒng)中擴大電解液的儲存體積或適當提高電解液配比濃度就可以實現(xiàn)儲能系統(tǒng)容量提升。液流電池單個電堆的功率大小只取決于電堆電極反應面積大小，所以液流電池儲能的輸出功率大小是由電堆數(shù)量和單個電堆電極大小來決定的，只需通過增加電堆數(shù)量或單個電堆電極反應面積即可以實現(xiàn)儲能輸出功率的提升。全釩液流電池儲能系統(tǒng)功率通常在數(shù)百瓦至數(shù)百兆瓦，儲能容量在數(shù)百千瓦時至數(shù)百兆瓦時。
全釩液流電池功率和能量介質解耦的特征造就了不同儲能時長的全釩液流電池儲能系統(tǒng)的價格不同，且儲能時長越長，儲能單位造價越低。該特性也決定了全釩液流電池儲能更適宜儲能時長4h及以上長時調峰儲能應用場景。鋰離子電池提供功率的介質即為貯存能量的介質，單位造價并不會隨著儲能時長而降低。而全釩液流電池功率和能量介質解耦，當電解液原料五氧化二釩的價格為10萬元/噸時，全釩液流電池電解液成本為1500元/kWh，除電解液以外的儲能系統(tǒng)成本為6000/kW，配置不同時長的全釩液流電池，單位造價不盡相同。依據大連融科儲能2022年三季度不同儲能時長全釩液流電池價格，當儲能時長由1h提高到4h時，單位造價由7.5元/Wh降低至3元/Wh，下降60%；當儲能時長由1h提高到10h時，單位造價由7.5元/Wh降低至2.1元/Wh，下降72%，該特性決定了全釩液流電池儲能更適宜儲能時長4h及以上應用場景。
（2）安全性能好
相比鋰電池，全釩液流電池具有本征安全性。對于鋰離子電池而言，一旦電池內部出現(xiàn)短路或工作溫度過高，電解液就極易發(fā)生分解、氣化，進而引發(fā)電池燃燒或爆炸，造成極大的安全隱患。全釩液流電池的電解液為釩離子的酸性水溶液，作為無機水基體電解液不會發(fā)生燃燒、爆炸，且常溫常壓下運行，不存在熱失控風險，具有本征安全性。另外，全釩液流電池的活性物質以液態(tài)形式貯存在電堆外部的儲液罐中，散熱好，且反應場所和活性物質分開，安全性能高。
（3）循環(huán)壽命長
目前商用全釩液流電池循環(huán)次數(shù)可達16000次以上，日歷壽命25年，遠高于磷酸鐵鋰電池的6000次。全釩液流電池由于電池正負活性物質分別只存在于正極和負極電解液中，在充放電過程中不存在復雜的固相反應, 因此電池壽命長。全釩液流電池循環(huán)次數(shù)可達16000次以上，電池使用壽命可達25年。加拿大VRB Power Systems商業(yè)化示范是運行時間最長的釩電池模塊，已正常運行超過9年，充放循環(huán)壽命超過18000次。日本住友電工 2005-2007年實施的4MW/6MWh全釩液流電池系統(tǒng)配合風場在三年間進行了20多萬次的充放電。大連融科儲能與國電龍源合作投運的5MW/10MWh 全釩液流電池系統(tǒng)從2012年并網至今運行10年，效率和容量均未見衰減。
（4）響應速度快
全釩液流電池在室溫條件下運行，電解液在儲罐和電堆之間循環(huán)流動，在充、放電過程中通過溶解在水溶液中釩離子的價態(tài)變化實現(xiàn)電能的存儲和釋放，沒有相變化，所以充放電狀態(tài)切換響應迅速，目前融科儲能的兆瓦級儲能系統(tǒng)，由80%充電狀態(tài)轉換到80%的放電狀態(tài)所需的時間小于100ms，主要是由指令信號的傳遞速度決定的。既可用于調峰，也可用于電網調頻輔助服務。
（5）可100%充放電
全釩液流電池可100%進行充放電，且對電池性能不會造成任何傷害，相反會對電池壽命有益。而鋰電池的過充或者過放都會帶來不可逆的損害，會造成內部的短路，甚至起火爆炸。
（6）自放電率低
由于全釩液流電池正負活性物質分別儲存在正負電解液儲槽中，避免了正負活性物質的自放電消耗，滿充后可長期保持，極低的自放電率，幾乎可以忽略不計。而鋰電池自放電率約0.1-0.3%/天。
（7）環(huán)境友好
全釩液流電池電解液可補充、更換、100%回收利用，離子膜不需要貴金屬作電極催化劑，電極材料也多為碳材料制品，更為環(huán)保。
1.3.2全釩液流電池缺點
（1）能量密度低
受制于電解液中離子溶解度上限，全釩液流電池能量密度低。同樣能量的全釩液流電池體積可達鋰電池的3-5倍，質量達2-3倍。因此，液流電池僅能適用于靜態(tài)儲能系統(tǒng)，難以應用于電動汽車等領域。
（2）充放電效率偏低
液流電池DC/DC轉換效率在70%—85%，AC/AC轉換效率在65%—80%，技術相對成熟的企業(yè)能夠將轉換效率控制的相對較好，可和抽水蓄能和壓縮空氣儲能相比，但暫時還無法與鋰離子電池85%—90%充放電轉換效率相比。
（3）環(huán)境溫度要求相對較高
全釩液流電池通常工作環(huán)境溫度需保持在0-45℃，溫度過低會導致電解液凝固，而溫度過高則會導致溶液中的+5價釩離子形成五氧化二釩析出，從而堵塞電解液通道。
（4）副產物具有一定危害性
全釩液流電池電解質的原料、沉淀物五氧化二釩，是一種高毒性的化學品。
（5）維護成本相對較高
全釩液流電池正常使用情況下，每隔兩個月就要由專業(yè)人士進行一次維護，維護費用較高，且高頻次的維護使得全釩液流電池儲能難以在用戶側廣泛應用。
二、多方面加持推動全釩液流電池步入產業(yè)化發(fā)展階段
2.1新能源滲透率提升將激發(fā)電力系統(tǒng)對長時儲能需求
高比例可再生能源對電力系統(tǒng)的靈活性調節(jié)能力提出了更高的需求，對儲能的需求也將從短時儲能等日內調節(jié)，過渡到長時儲能的跨天、跨月和跨季度調節(jié)。新能源發(fā)電僅可以滿足電量平衡，但由于出力波動，無法滿足電力平衡。新能源出力具有不確定性、間歇性以及不可控性的特點，為電力系統(tǒng)維持實時電力平衡帶來挑戰(zhàn)。隨著新能源滲透率的提升，電力系統(tǒng)對儲能等調節(jié)資源的需求越大，且對調節(jié)能力的需求也將從日內調節(jié)，過渡到跨天、跨月和跨季度調節(jié)。
長時儲能委員會與麥肯錫聯(lián)合發(fā)布《Net-zero power:Long duration energy storage for a renewable grid》（2021年11月）提出長時儲能將于2025年開始大規(guī)模增長。報告指出全球已投入運營或已宣布部署的8h及以上長時儲能系統(tǒng)超過5GW和65GWh，全球已公示超過230個處于不同商業(yè)階段的長時儲能項目（不包括抽水蓄能）。報告預計，隨著可再生能源滲透率提升，2025年長時儲能全球累計裝機量將達到30—40GW/1TWh；2030年起全球可再生能源滲透率將升至60%—70%，長時儲能累計裝機量將達到150—400GW/5—10TWh；同時，報告提出，到2030年，預計儲能時長在24小時以上的儲能占比將快速提升，8-24小時的儲能裝機量可能占長時儲能裝機量的80%和總儲能容量的60%。
國家明確通過市場化方式落實并網條件的可再生能源發(fā)電項目需配置4小時儲能系統(tǒng)，新疆、內蒙古等地已開始執(zhí)行該政策。2021年7月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《關于鼓勵可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調峰能力增加并網規(guī)模的通知》提出，在電網企業(yè)承擔風電和太陽能發(fā)電等可再生能源保障性并網責任以外，仍有投資建設意愿的可再生能源發(fā)電企業(yè)，鼓勵在自愿的前提下自建儲能或購買調峰資源增加并網規(guī)模，保證新建項目按照不低于功率15%、時長4小時的要求配置調峰能力，對于配置20%以上調峰能力的項目優(yōu)先并網。目前，我國各地依據自身新能源占比以及電力調節(jié)能力，來制定各自的新能源配儲比例和時長，新疆、內蒙古、以及上海金山海上風電已要求配置4h儲能。
新能源滲透率的提高將為長時儲能的發(fā)展提供原動力，全釩液流電池作為一種長時儲能技術，由于不受地域、環(huán)境的限制，發(fā)展前景廣闊。長時儲能技術均為功率與能量介質分離的儲能技術，包括抽水蓄能、壓縮空氣、液流電池、熱儲能。抽水蓄能是成本最低、技術最為成熟的長時儲能，也是多年來電網重點發(fā)展的大規(guī)模儲能形式，但其發(fā)展受到資源條件和環(huán)保等的限制，無法滿足長時儲能發(fā)展需求；壓縮空氣儲能，也是較成熟的可靠技術，但在一定程度上受到資源條件等限制；熱儲能即光熱發(fā)電也僅適合西北沙漠、隔壁地區(qū)；液流電池儲能，不受地域、環(huán)境等條件限制，可以作為資源條件受限地區(qū)長時儲能電站的有效解決方案。
2.2我國近期出臺多項政策推進液流電池儲能發(fā)展
“十三五”以來，我國密集出臺產業(yè)政策和規(guī)劃鼓勵新型儲能發(fā)展。2021年10月，國務院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》，提出加快建設新型電力系統(tǒng)，加快新型儲能示范推廣應用，到2025年，新型儲能裝機容量達到3000萬千瓦以上。我國各省基于區(qū)域能源發(fā)展的切實需求以及帶動新興產業(yè)發(fā)展的需求，相續(xù)發(fā)布“十四五”新型儲能發(fā)展目標。目前，包括青海、山東、湖南等17省市自治區(qū)的“十四五”新型儲能規(guī)劃目標，新型儲能裝機規(guī)模合計已達4890萬千瓦，已遠高于國家制定的3000萬千瓦的基礎目標。
國家鼓勵儲能技術多元化發(fā)展，液流電池作為新型儲能技術得到支持。2021 年7 月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》，提出堅持儲能技術多元化目標：1）推動鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術成本持續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應用；2）實現(xiàn)液流電池等長時儲能技術進入商業(yè)化發(fā)展初期；3）加快鈉離子電池等技術開展規(guī)?；囼炇痉叮?）以需求為導向，探索開展儲氫、儲熱及其他創(chuàng)新儲能技術的研究和示范應用。2022年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，提出到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)模化發(fā)展階段、具備大規(guī)模商業(yè)化應用條件，到2030年，新型儲能全面市場化發(fā)展。推動多元化技術發(fā)展，開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池、壓縮空氣、氫(氨)儲能、熱(冷)儲能等關鍵核心技術、裝備和集成優(yōu)化設計研究；重點攻關百兆瓦級高安全性、低成本、長壽命鋰離子電池儲能技術，百兆瓦級液流電池技術，鈉離子電池、固態(tài)鋰離子電池技術，高性能鉛炭電池技術，兆瓦級超級電容器等。
伴隨利好政策的出臺，我國電化學儲能等新型儲能得到快速發(fā)展，液流電池儲能占比雖然較低，但發(fā)展迅速。2021年，我國新投運電力儲能項目裝機規(guī)模達到10.5GW，累計裝機規(guī)模達到46.1GW，同比增長30%。其中，電化學儲能新增裝機達到2.3GW，同比增加46%；累計裝機達到5.5GW，同比增長69%。液流電池占比較低，2021年累計裝機僅52MW，但發(fā)展迅速，大連100/400MWh全釩液流電池儲能項目已于2022年6月并網調試，即將正式投入運行，投運后液流電池儲能累計裝機呈階躍式增長。
2.3全釩液流電池成本下降迅速，有望和鋰電媲美
4h全釩液流電池儲能設備成本目前已下降至2.5元/Wh。目前，4h全釩液流電池儲能設備價格已由最初的4.5元/Wh下降至2.5元/Wh，預計2年左右時間，將下探至2元/Wh。
目前造價下，4h全釩液流電池儲能電站度電成本略高于鋰電儲能。目前4h全釩液流電池儲能電站設備造價約2.5元/Wh，按照EPC總造價3元/Wh考慮，年充放電次數(shù)按照400次考慮，則其全生命周期度電成本為0.75元/kWh，高于鋰電池0.65元/kWh度電成本。
如果儲能時長提高至8h，或未來全釩液流電池成本繼續(xù)下降，度電成本或可低于鋰電儲能。假設未來4h全釩液流電池儲能EPC造價下降至2.5元/Wh，或者采用8h全釩液流電池儲能，其EPC總造價為2.5元/Wh，其他參數(shù)不變情況下，重新計算全釩液流電池全生命周期度電成本，其度電成本為0.62元/kWh，將有望與鋰電池0.65元/kWh度電成本媲美。
2.4我國全釩液流電池已進入商業(yè)化發(fā)展初期
大連200MW/800MWh全釩液流電池儲能項目一期100/400MWh工程投運標志著我國全釩液流電池儲能技術進入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段。大連100/400MWh全釩液流電池儲能項目由大連融科儲能提供設備交付和集成，已于2022年6月并網調試，即將正式投入運行，該項目的投運標志著我國液流電池儲能技術由小規(guī)模示范進入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段。
國內全釩液流電池產業(yè)鏈基本形成。國內聚焦于全釩液流電池及其材料的的公司主要有北京普能、大連融科、上海電氣、國網英大等電池代表企業(yè)和蘇州科潤、釩鈦股份、河鋼股份等上游配套企業(yè)。最早成立的北京普能，在全球累計實現(xiàn)全釩電池交付投運達到70MWh，目前公司完成了C輪融資。大連融科，由中科院大連物理化學所孵化，目前有200 多項全釩電池相關專利，已在國內外實施工程項目40余項，國家級大型化學儲能示范項目大連100MW/400MWh全釩液流電池儲能調峰電站由其供貨，前者一期工程將于2022年6月并網調試，建成后將成為全球規(guī)模最大的全釩液流電池儲能電站。上海電氣已推出兆瓦級全釩液流電池，2021年9月，其1MW/1MWh釩液流電池儲能電站在廣東汕頭市濠江區(qū)風電產業(yè)園順利通過驗收。國網英大旗下的武漢南瑞，成功研發(fā)高功率全釩電池電堆和250kW/500kWh儲能系統(tǒng)。蘇州科潤、河鋼股份等全釩液流電池上游配套廠商近幾年陸續(xù)融資擴產，推動液流電池整體成本不斷下降。
2020年以來，處于規(guī)劃、設計、實施階段的全釩液流電池儲能項目爆發(fā)式發(fā)展。2020 年至今，全國各地陸續(xù)規(guī)劃、開工了多個全釩液流電池儲能項目。
三、全釩液流電池儲能發(fā)展展望
3.1全釩液流電池裝機規(guī)模預測
“十四五”時期全釩液流電池處于商業(yè)化初期，滲透率相對較低，但由于基數(shù)較低將實現(xiàn)階躍式發(fā)展?！笆奈濉睍r期發(fā)電側風光儲還不能平價，儲能項目盈利性一般，新能源配儲時長要求不高，配儲比例平均為10%，配儲時長平均為2h。預計2025年我國新型儲能新增裝機28.7GW，全釩液流電池滲透率將由2021年的0.4%提高至5%，新增裝機規(guī)模1.4GW/5.7GWh，“十四五”CAGR=246%，市場規(guī)?？蛇_143億元，實現(xiàn)階躍式發(fā)展。
“十五五”期間全釩液流電池長時儲能優(yōu)勢將更加凸顯，預計將步入快速發(fā)展階段?！笆逦濉逼陂g我國將實現(xiàn)碳達峰，隨著新能源和儲能成本降價，風光儲有望平價，配儲比例有望提高到20%，配儲時長有望達到4h，預計2030年我國新型儲能新增裝機43.5GW，全釩液流電池滲透率提高至15%，新增裝機規(guī)模4GW/26.1GWh，“十五五”CAGR=35%，市場規(guī)?？蛇_522億元，實現(xiàn)快速發(fā)展。
3.2全釩液流電池儲能政策展望
針對長時儲能，國家、地方或出臺兩部制電價制度，理順投資回報機制。儲能的度電成本依賴于充放電循環(huán)頻次，充放電循環(huán)頻次越高，度電成本越低。對于2h短時儲能如鋰電，每天可充放電2次，但對于4h及以上的長時儲能，難以做到每天充放電2次，因此長時儲能不能像短時儲能一樣完全依靠日內充放電來盈利，還應該兼顧跨天的調節(jié)?！丁笆奈濉毙滦蛢δ馨l(fā)展實施方案》已明確提出建立電網側獨立儲能電站容量電價機制。事實上，當前大連100MW/400MWh全釩液流電池儲能電站即采用了兩部制電價的模式，遼寧省發(fā)改委于2018年印發(fā)《關于同意大連液流電池儲能調峰電站實行兩部制電價有關事項的批復》，明確了該液流儲能項目可參照抽水蓄能兩部制電價機制執(zhí)行，其容量電費資金納入省級電網輸配電價解決。未來針對長時儲能，預計國家將參照抽水蓄能出臺兩部制電價機制，通過容量電費回收部分投資成本，政策的完善將破除全釩液流電池等長時儲能發(fā)展的最后障礙。
四、全釩液流電池產業(yè)鏈
4.1全釩液流電池產業(yè)鏈
全釩液流電池產業(yè)鏈分為上游資源、中游制造集成和下游應用三個環(huán)節(jié)。其中，上游為釩資源的開采與冶煉；中游為全釩液流電池儲能系統(tǒng)的制造、集成和EPC，主要環(huán)節(jié)為電解液、電堆研發(fā)制造；下游為全釩液流電池儲能項目的投資運營。
4.2上游：擁釩為王
釩資源成本約占4h全釩液流電池成本的27%，且儲能時長越長，釩資源成本占比越高。全釩液流電池正極電解液由含有+4、+5價態(tài)離子的硫酸溶液組成，負極電解液是由含+2和+3價態(tài)離子的硫酸溶液組成，工業(yè)上一般采用電化學溶解法或化學還原法得到高濃度釩離子溶液。電解液成本占4h全釩液流電池成本的50%，釩資源成本占電解液成本的53%，釩資源價格對全釩液流電池成本影響較大。
我國釩資源儲產量均居世界第一。據美國地質勘探局數(shù)據，2021年全球釩礦石已探明可供開采的儲量為2400萬噸，其中中國儲量為950萬噸，占比40%；2021年全球釩產量為10.7萬噸，其中中國產量7.3萬噸，占比68%，儲產量均居世界第一。
我國釩資源以釩鈦磁鐵礦和含釩石煤兩種形式存在，主要分布在四川攀枝花西昌地區(qū)和河北承德地區(qū)。釩的地殼豐度雖然較高，但卻主要與其他礦物形成共生礦或者復合礦，獨立釩礦較少見，我國釩資源以釩鈦磁鐵礦和含釩石煤兩種形式存在。國內釩鈦磁鐵礦儲量主要分布在四川攀枝花西昌地區(qū)和河北承德地區(qū)，其中四川攀枝花西昌地區(qū)已探明釩鈦磁鐵礦儲量在100億噸以上，河北承德地區(qū)已探明釩鈦磁鐵礦儲量超過80億噸。目前，我國約87%的釩來自于釩鈦磁鐵礦經鋼鐵冶金加工得到的釩渣；約10.7%的釩由含釩石煤生產。
鋼鐵行業(yè)是釩主要下游應用，全釩液流電池將打開釩資源需求空間，未來可能呈現(xiàn)供需趨緊。以五氧化二釩計，2021年我國釩產能17.1萬噸，產量13.6萬噸，表觀消費量13.5萬噸，其中95%以上應用在鋼鐵領域，約3%應用在鈦合金及化工行業(yè)，其余約2%應用在其他領域。每GWh全釩液流電池需要消耗8000噸五氧化二釩，預計2025年我國全釩液流電池新增裝機將達5.7GWh，對五氧化二釩的需求量將達4.6萬噸。隨著釩電池快速發(fā)展，打開釩需求增長新空間，由于我國釩產量主要來自釩鈦磁鐵礦經鋼鐵冶金加工得到的釩渣，依賴鋼鐵行業(yè)發(fā)展，而我國鋼鐵行業(yè)需求趨于穩(wěn)定，預計將帶動釩資源供需趨緊。
釩資源企業(yè)等積極入局全釩液流電池市場。我國全釩液流電池電解液產能約7.5萬立方米，主要的生產企業(yè)為大連融科，產能為6.7萬立方米。釩資源企業(yè)等積極布局釩電池電解液的制造，其中，中核鈦白與偉力得擬合作新建30萬立方米/年電解液項目，同時寰泰儲能、河鋼股份均有新建電解液的產能項目。目前，由于液流電池技術還集中在中游電堆制造企業(yè)手中，電解液生產多為電堆企業(yè)和釩資源企業(yè)合作，由電堆企業(yè)研發(fā)調配，委托釩資源企業(yè)代加工。
4.3中游：電堆研制、電解液制配、系統(tǒng)集成是核心
全釩液流電池的電堆主要包括：隔膜、電極、雙極板、密封件等，隨著電堆材料國產化、規(guī)?；?、產業(yè)化發(fā)展，電堆成本下降空間較大?，F(xiàn)階段全釩液流電池電堆關鍵部件以廠商自產或定制為主，電堆材料的技術和工藝尚有較大的改進空間，后續(xù)技術進步、國產化以及規(guī)?；瘜映杀鞠滦?。目前，大連融科4h全釩液流電池價格已由最初的4.5元/Wh下降至2.5元/Wh，預計2年左右時間，將下探至2元/Wh，能量成本將有望和鋰電池儲能媲美。
隔膜目前主要采用全氟質子交換膜，全氟質子交換膜的國產化和開發(fā)低成本的非氟離子傳導膜是趨勢。隔膜是全釩液流電池電堆中的重要部件，每GW全釩液流電池需要消耗83萬平方米，目前主流采用全氟質子交換膜。全氟質子交換膜最早用于氯堿工業(yè)，目前又廣泛應用于氫燃料電池。質子交換膜長期被杜邦等美、日廠家壟斷，價格高昂，如杜邦各系列Nafion膜的價格為2000-7000元/平方米。目前，以東岳集團、江蘇科潤為代表的國內企業(yè)也致力于全氟質子交換膜的國產化。東岳集團150萬平方米質子交換膜項目一期50萬平方米工程已于2020年投產，東岳DMW850膜價格在1000-1500元/平方米，價格下降顯著，但是技術參數(shù)相比進口產品仍有待提升。江蘇科潤100萬平方米質子交換膜項目已于2021年開工建設。另一條路線是采用非氟離子傳導膜，即非離子交換性隔膜，該技術是我國自主發(fā)展的方向，以中國科學院大連化學物理研究所為代表的科研團隊已經取得了重要成果，具有核心知識產權。
電極材料的核心是碳氈、石墨氈，高溫碳化后制成電極。每生產1GW的全釩液流電池所需要消耗的碳氈約為145萬平方米，每平方米價格約為100元。碳氈和石墨氈的制造工藝較成熟，以高分子纖維織物為原料，經過高溫碳化處理所得，成本較為低廉。國內主要的碳氈/石墨氈生產企業(yè)是江油潤生、嘉興納科。碳氈/石墨氈的上游為碳纖維，主要生產企業(yè)有中復神鷹、光威復材。
雙極板的主要原料為石墨，制成改性石墨雙極板或碳塑復合雙極板。其中，石墨雙極板是用石墨粉與樹脂或瀝青混合后，高溫一體石墨化處理而得，成本較高，而且材料脆性大，僅適合小型電堆。目前，大功率電堆中使用的多為碳塑復合雙極板，一般采用導電碳粉（石墨粉、炭黑、碳纖維等）與熱塑性烴類聚合物（PE、PP、PVC 等）混合后加入阻滯劑、脫模劑，然后以注塑或模壓的方法加工成型。每生產1GW的全釩液流電池所需要消耗的碳氈約為100萬平方米。
電解液制配具備一定門檻，提高電解液濃度、熱穩(wěn)定性和釩資源利用率是降本關鍵。為提升電解液的能量密度、電化學活性與熱穩(wěn)定性，通常需要在電解液中加入一定的添加劑（包括混酸、無機鹽、有機物等多種體系），電解液的調配需要深厚的研發(fā)積累。理論上儲存 1GWh 的電能需要5600噸五氧化二釩，但目前電解液的實際利用率僅能做到70%左右，即需要8000噸五氧化二釩，因此提升電解液的利用率是降低全釩液流電池成本的重要途徑。另外，目前電解液濃度較低，導致全釩液流電池能量密度較低，通過將硫酸溶液改為鹽酸或混酸等方式提升電解液密度也是實現(xiàn)儲能降本的路徑。
全釩液流電池儲能對系統(tǒng)集成能力要求相對較高。目前，全釩液流電池集成企業(yè)以電堆生產企業(yè)為主，完整的全釩液流電池儲能系統(tǒng)包括電解液儲罐、電堆、傳輸系統(tǒng)、電力及溫控系統(tǒng)等，涉及化工、電力領域，集成能力相對鋰電要求較高。相關龍頭企業(yè)為北京普能、大連融科。
4.4下游：新能源和電網側儲能應用為主
全釩液流電池能量密度低、適合長時儲能的特點，決定其不宜在用戶側使用，其應用場合主要為新能源配儲和電網側獨立儲能，投資運營方主要為“五大六小”等新能源電站開發(fā)運營商。
4.5全釩液流電池產業(yè)鏈重點企業(yè)
梳理全釩液流電池產業(yè)鏈重點企業(yè)，如下圖所示。
五、業(yè)務機會和風險提示
關注全釩液流電池儲能產業(yè)鏈業(yè)務機會。隨著新能源滲透率的提升，電力系統(tǒng)對長時儲能需求將增加，全釩液流電池作為一種長時儲能技術，循環(huán)壽命長，安全性高，且不受地域、環(huán)境的限制，發(fā)展前景廣闊。預計2025年我國全釩液流電池儲能新增裝機規(guī)模1.4GW/5.7GWh，市場規(guī)?？蛇_143億元。可關注全釩液流電池儲能龍頭企業(yè)的股權投資機會，關注相關企業(yè)和儲能項目的債權業(yè)務機會。
風險提示。如果全釩液流電池儲能發(fā)展帶動釩資源需求大增，釩資源供應緊張價格上漲，成本下降不及預期，則不利于全釩液流電池儲能發(fā)展。鋰電池循環(huán)壽命大幅提升、壓縮空氣儲能技術提升對全釩液流電池儲能產生擠出效應。長時儲能兩部制電價等支持政策出臺不及預期。
