中國儲能網(wǎng)訊：儲能是實現(xiàn)“碳達峰 碳中和”目標的重要支撐技術(shù)之一，儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與成熟對于加快構(gòu)建以新能源為主的電力系統(tǒng)具有重要意義。近年來，在國家和地方政府政策支持下，我國儲能產(chǎn)業(yè)（特別是電化學(xué)儲能）發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)鏈布局不斷完善。其中，全釩液流電池憑借其本質(zhì)安全、設(shè)計靈活、選址靈活等優(yōu)勢，成為“雙碳”戰(zhàn)略下國家電力系統(tǒng)長時儲能領(lǐng)域首選的電化學(xué)儲能技術(shù)路線。本期基于釩產(chǎn)業(yè)鏈，對全國及省內(nèi)的釩礦資源、釩礦提釩技術(shù)、國家及部分?。ㄊ校┱攮h(huán)境、全國及貴州的釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀等情況進行了概述，以期為政府部門、科技管理部門、相關(guān)單位及科技工作者提供科技情報參考。
一、釩金屬
釩（元素符號V），銀白色金屬，有延展性，質(zhì)堅硬，無磁性，熔點很高，耐鹽酸和硫酸，耐水腐蝕。釩在當(dāng)今社會經(jīng)濟發(fā)展中十分重要，美國已將其列為關(guān)鍵金屬。釩及其化合物廣泛應(yīng)用于鋼鐵、合金及化工領(lǐng)域。此外，釩在儲能方面也具有特殊應(yīng)用，如用于制造釩電池。
二、釩礦床類型
在自然界中，釩很難以單一體存在，主要與其他礦物形成共生礦或復(fù)合礦。釩礦床按照成因主要分為巖漿型和沉積型兩大類。在我國主要有兩類，一類是與基性—超基性雜巖有關(guān)的巖漿型（釩鈦磁鐵礦），一類是與黑色巖系有關(guān)的沉積型（石煤釩礦）。
（一）釩鈦磁鐵礦
釩鈦磁鐵礦礦體主要產(chǎn)于輝長巖、輝石巖以及玄武巖等鐵鎂質(zhì)—超鐵鎂質(zhì)巖漿巖石中。目前，我國已查明的釩鈦磁鐵礦資源占全國資源總量的35.94%，我國市場中63%的釩來自釩鈦磁鐵礦。除提供大量鐵、鈦和釩等金屬資源，釩鈦磁鐵礦也富集一定的鎳、鈷、銅和PGE等金屬資源，具有重要的經(jīng)濟和學(xué)術(shù)價值。釩鈦磁鐵礦主要分布在中國、俄羅斯、澳大利亞和南非等國家。
（二）石煤釩礦
石煤釩礦屬于我國特有的釩礦，在我國資源儲量豐富。目前，已查明資源量占全國總量的59.99%。石煤釩礦的釩主要集中在釩云母、伊利石等硅酸鹽礦物中，亦可吸附于其他黏土礦物和有機質(zhì)表面石。當(dāng)前，我國石煤釩礦中探明的V2O5超過1.18億噸，是釩鈦磁鐵礦礦床中釩資源量的6.7倍，超出其他國家V2O5總儲量。由于石煤釩礦中的釩主要賦存在有機質(zhì)和黏土礦物中，釩的分選和提取是目前亟待解決的技術(shù)難題。目前僅10%的釩產(chǎn)自石煤釩礦。除釩外，石煤釩礦中還富集一定規(guī)模的鈾、鉬等金屬資源，其潛在經(jīng)濟價值進一步提高。
三、釩資源分布
我國釩礦資源具有礦床類型簡單、獨立礦床少、共伴生礦種多、品味較低、資源量大且分布集中等特點。
（一）全國釩資源分布情況
根據(jù)國家自然資源部《中國礦產(chǎn)資源報告2023》、《2022年全國礦產(chǎn)資源儲量統(tǒng)計表》，2022年中國釩礦儲量（折V2O5）為734.39萬噸，分布于15個?。ㄊ校?，其中，四川攀枝花地區(qū)是中國乃至世界釩礦產(chǎn)資源最富集地區(qū)之一。
見表1：
表1 2022年全國釩礦資源儲量
數(shù)據(jù)來源：中華人民共和國自然資源部
根據(jù)公開資料整理，我國共有23個?。ㄊ?、自治區(qū)）有釩礦的查明資源量，主要分布于四川和湖南，其次位于貴州、湖北、河南和陜西，這6個省查明的資源量約占全國的80%。另一方面，我國現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)釩礦床、礦點、礦化點470余處（主要為伴生礦），包括大型（V2O5＞100萬噸）及以上礦床17個（見表2），這17個大型釩礦的查明資源總量占全國總量的60%以上。資源的集中分布有利于規(guī)?；_采。
（二）貴州省釩資源分布情況
貴州釩礦床主要為石煤釩礦，目前有兩種礦床形式，一種是以岑鞏縣注溪釩礦床為代表的“注溪式”，主要分布于黔東北、黔東南、黔南地區(qū)；一種是以余慶縣構(gòu)皮灘釩礦床為代表的“構(gòu)皮灘式”，主要分布在黔中、黔北地區(qū)。根據(jù)國家自然資源廳公布數(shù)據(jù)，2022年貴州省釩儲量（折V2O5）12.16萬噸，居全國第9位。
表2 全國大型釩礦情況表
黔東地區(qū)釩礦主要為“注溪式”，釩礦資源主要集中在鎮(zhèn)遠縣、岑鞏縣、三穗縣、施秉縣、臺江縣、黃平縣、麻江縣和丹寨縣等地。由于全州國民經(jīng)濟和社會發(fā)展需要，2006～2012年間對全州開展釩礦普（詳）工作，發(fā)現(xiàn)釩礦床（點）總計25處，其中大型礦床1處，中型礦床5處，小型礦床19處，礦點2處。截至2018年底，黔東南地區(qū)釩礦保有資源儲量246.71萬噸。
銅仁市的石煤釩礦資源主要分布在松桃、江口、石阡、印江、萬山、玉屏等縣。截至2006年底，全區(qū)已發(fā)現(xiàn)46個釩礦床（點），并對其中的23個礦點進行勘查工作。銅仁市已探明的釩礦儲量約100萬噸。
四、石煤釩礦提釩工藝及尾渣利用
（一）提釩工藝
我國石煤釩礦分布廣泛、儲量大，是提取釩的主要原料之一。由于石煤釩礦床釩主要以吸附、類質(zhì)同象賦存在黏土礦物、有機質(zhì)及硅酸鹽礦物中，分選難度大，大規(guī)模釩資源不能得到有效利用。所以，釩的分選和提取技術(shù)是提高石煤釩礦資源綜合利用水平的關(guān)鍵。
目前，石煤提釩工藝主要有焙燒—浸出工藝和直接浸出工藝兩大類。其中焙燒—浸出工藝主要有：鈉化焙燒—浸出提釩、鈣化焙燒—浸出提釩、氧化焙燒—浸出提釩和復(fù)合添加劑焙燒—浸出提釩等技術(shù)，各類技術(shù)簡介見表3。直接浸出工藝主要有：直接酸浸和助浸劑浸出等，各類技術(shù)簡介見表4。目前，石煤釩礦的提釩工藝仍存在如能耗、成本和環(huán)境污染等問題。
表3 焙燒—浸出工藝類別及簡介
表4 直接浸出工藝類別及簡介
（二）尾渣利用
石煤釩礦中釩含量低，在提釩過程中會產(chǎn)生大量的尾渣，嚴重污染環(huán)境，尾渣的回收利用是目前亟需解決的一項難題。由于尾渣中主要元素為硅、鋁等元素，因此在水泥、建材方向有很好的利用前景：一是在水泥中摻加一定釩渣可以延長水泥凝結(jié)時間，滿足特色工程對水泥凝結(jié)時間的要求，改善水泥施工性能，降低生產(chǎn)成本；二是尾渣可制備堿激發(fā)膠凝材料，例如用尾渣制備的地聚物，不僅地聚物的物理性能得到提高，而且拓寬了地聚物原料來源。
五、主要應(yīng)用領(lǐng)域——全釩液流電池
釩制品最初應(yīng)用于鋼鐵以提高鋼的強度、韌性和耐磨性。后來釩制品也廣泛應(yīng)用合金、化工、材料等領(lǐng)域。隨著“雙碳目標”的提出，我國加速推進新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，新型清潔的電化學(xué)儲能技術(shù)備受市場關(guān)注。在長時儲能技術(shù)中，全釩液流電池以更優(yōu)的成本優(yōu)勢以及更好的選址靈活度，在新能源發(fā)電和智能電網(wǎng)建設(shè)等領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
（一）全釩液流電池簡介
全釩液流電池（簡稱釩電池，VRFB）分別由電堆（或單電池）、正極儲罐（儲存有正極電解液）、負極儲罐（儲存有負極電解液）、循環(huán)泵以及管理系統(tǒng)構(gòu)成。其中電堆由多個單電池串聯(lián)而成（每個單電池包括正極、負極、隔膜、正/負極雙極板等材料）。全釩液流電堆可以構(gòu)成一個儲能模塊，多個儲能模塊可以構(gòu)成一個儲能系統(tǒng)或儲能電站。這種靈活的組配方式意味著全釩液流電池可以對選址地形有更強的適應(yīng)力。同時，釩電池循環(huán)壽命可達20000次以上，可使用年限達20年（鋰電池循環(huán)次數(shù)普遍在10000次以下，大概在5～6年左右）。綜上所述，全釩液流電池具有安全性高、循環(huán)壽命長、配置靈活等優(yōu)勢，是高功率、大容量、長時儲能技術(shù)的最佳選擇之一。
此外，全釩液流電池效率低、成本高是阻礙其進一步推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一。目前，釩電池應(yīng)用的主要技術(shù)難點包括電解液失衡、漏電電流損失、工作溫度區(qū)間窄和成本高等，針對電解液失衡的研究主要集中于電解還原法，針對漏電電流損失的處理辦法主要是優(yōu)化流道和流型。為了推進釩電池進一步降本提效，研究釩電池在實際應(yīng)用運行中的主要性能損失及特點是十分必要的。
（二）國家及地方政府政策環(huán)境
隨著國家“雙碳”政策的深入推進和儲能行業(yè)的快速發(fā)展，釩電池越來越受到關(guān)注，國家和地區(qū)政策更加聚焦于釩電池。目前，國家層面政策主要是針對新型儲能整體，釩電池作為其中一種重要的技術(shù)路線。在地方層面政策上，釩電池政策主要是依托于當(dāng)?shù)氐拟C資源，以四川攀枝花為代表，四川省發(fā)布了釩電池一系列相關(guān)政策。陜西、河南、山西、上海等地發(fā)布的政策也逐步關(guān)注到液流電池，尤其是釩電池。國家和部分省（市）釩液流電池行業(yè)政策見表5：
表5 國家和部分?。ㄊ校┾C液流電池行業(yè)政策
（三）國內(nèi)全釩液流電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)的全釩液流電池研發(fā)也比較早，始于二十世紀80年代末期，到1995年中國工程物理研究院的電子工程研究所率先建成了500W/1kW全釩液流電池樣機，成為全國首個全釩液流電池樣機。2013年，大連融科與大連化物所聯(lián)合研制的當(dāng)時全球最大規(guī)模的5MW/10MW·h釩電池風(fēng)電儲能系統(tǒng)在沈陽臥牛石風(fēng)電場建成，這是世界上第一套實際并網(wǎng)運行的5MW級大型釩電池儲能裝置，也是兆瓦級釩電池儲能系統(tǒng)運行時間最長的項目，目前仍在正常運行。2022年，目前全球功率最大、容量最大的100MW/400MW·h級釩電池儲能電站在大連成功并網(wǎng)運行，該項目的并網(wǎng)運行，意味著我國大型釩電池儲能技術(shù)已處于世界領(lǐng)先地位。當(dāng)前我國全釩液流電池行業(yè)仍處于初步發(fā)展階段，盡管在一些技術(shù)上有了突破，如液流電池關(guān)鍵材料、高性能電堆、大規(guī)模儲能系統(tǒng)集成等方面，但還未進行廣泛的商業(yè)化應(yīng)用。
目前，國內(nèi)釩電池領(lǐng)域權(quán)威專家有中科院大連化學(xué)物理研究所張華民、李先鋒，中南大學(xué)劉素琴，清華大學(xué)王保國、邱新平，中國科學(xué)院金屬研究所嚴川偉、劉建國，大連理工大學(xué)張守海等。國內(nèi)釩電池主流企業(yè)有大連融科、北京普能、上海電氣、承德新釩鈦、武漢南瑞、襄陽大力電工、湖南銀峰、北京綠釩、深圳中和儲能、四川天府儲能、四川偉力得等。
據(jù)Mysteel數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年中國全釩液流電池新增裝機量0.01GW，2021年中國全釩液流電池新增裝機量0.012GW，2022年達到0.2GW。進入2023年，在政府補貼、產(chǎn)業(yè)鏈成熟和規(guī)模效應(yīng)降本等多重因素影響下，2023年全年全釩液流電池新增裝機量約為1.56GW。隨著近幾年對釩電池需求的上升，預(yù)計到2024年全釩液流電池可用釩量約為3萬噸。
值得注意的是，電解液成本是全釩液流儲能降本關(guān)鍵。目前由于電池電解液制備技術(shù)壁壘較高，為了控制釩電池成本，國內(nèi)企業(yè)對電解液租賃模式進行了有益探索，例如大連融科將釩電池電解液租賃模式應(yīng)用于“樅陽海螺水泥6MW/36MW·h項目”中，使電解液初始投入成本下降50%以上。未來電解液租賃模式，有可能成為推動釩電池儲能商業(yè)應(yīng)用的重要模式之一。
（四）貴州省全釩液流電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
我省全釩液流電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要集中在產(chǎn)業(yè)鏈的上游（釩資源的開采與冶煉）。2010年以來，全省就釩礦的成礦規(guī)律、資源勘查、選冶工藝等開展了一系列研究，并基本形成了一套較為系統(tǒng)的提釩工藝技術(shù)。釩礦的開采和冶煉常常伴隨重金屬和放射性，我省的釩礦開采企業(yè)沒有放射性污染防護措施，存在較大的放射性危害隱患。同時，大部分釩礦企業(yè)規(guī)模較小，冶煉工藝較為落后，加之釩礦品味很低（0.7～1.2%），釩礦冶煉會產(chǎn)生大量的尾渣和廢氣，所以釩礦開采有嚴重環(huán)境污染隱患，釩礦資源利用率很低?？傮w上看，我省對釩礦資源的開采和冶煉都十分謹慎。
我省在全釩液流電池產(chǎn)業(yè)的中游（全釩液流電池儲能系統(tǒng)的設(shè)計與制造）和下游（全釩液流電池的應(yīng)用）的企業(yè)屈指可數(shù)。根據(jù)專利數(shù)據(jù)顯示，截至2024年3月，全省擁有全釩液流電池相關(guān)發(fā)明專利（有效期內(nèi)的授權(quán)和審中的專利）的企業(yè)僅有3家，貴州聚能世紀科技有限責(zé)任公司、貴州志喜科技有限公司和貴州威頓催化技術(shù)有限公司，見表6。全釩液流電池領(lǐng)域省內(nèi)人才（團隊）和創(chuàng)新平臺基本沒有。
表6 貴州省全釩液流電池領(lǐng)域企業(yè)及專利情況
從科技計劃項目來看，2010年貴州省對釩產(chǎn)業(yè)的科技計劃項目集中在釩礦資源的開采和冶煉；2015年，關(guān)于釩產(chǎn)業(yè)的科技計劃項目主要集中于釩在材料、合金、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究；2020年，隨著政府對新型儲能產(chǎn)業(yè)的高度重視，關(guān)于全釩液流電池的科技項目開始布局，但數(shù)量很少，科技創(chuàng)新引領(lǐng)釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展嚴重不足，項目情況見表7。
表7 貴州省釩產(chǎn)業(yè)相關(guān)的科技項目
