中國儲能網(wǎng)訊：
文章總結
（1）我國釩資源產儲量均為全球第一，發(fā)展釩電池具有資源優(yōu)勢。
（2）釩電池具有安全性高、可獨立配置電池容量和電池功率、充放電性能好、使用壽命長等優(yōu)點，但同時也具有工作溫度要求高、初裝成本高、能量密度低等缺點。
（3）釩電池產業(yè)進入發(fā)展快車道。目前國內已規(guī)劃及落地多個百兆瓦級釩電池項目，釩電池相關產業(yè)鏈逐漸完善成熟，未來發(fā)展空間較大。
投資機會
（1）釩電池的發(fā)展可能會逐步拉升釩資源價格，擁有釩礦資源且布局釩電池領域的企業(yè)值得關注。
（2）電堆部件約占電池系統(tǒng)總成本的35%，電解液約占總成本的40%，釩電池關鍵材料研發(fā)企業(yè)值得留意。
（3）隨著對釩電池關注度的提升及多個百兆瓦級項目的規(guī)劃與落地，標志著國內釩電池產業(yè)正走向成熟，預估未來國內釩電池項目將呈現(xiàn)“爆發(fā)式增長”，國內釩電池儲能系統(tǒng)領先企業(yè)正迎來投資機會。
目 錄
資源自主可控是釩電池發(fā)展的重要原因
釩電池相關企業(yè)
釩電池原理及特性
釩電池是主流儲能技術的重要補充
國內釩電池產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
近期，國內儲能電池市場風起云涌，釩電池概念帶動相關企業(yè)股價大幅波動，其中尤以釩資源龍頭企業(yè)攀鋼釩鈦為甚，而這主要與國家能源局發(fā)布的新規(guī)有著密切關聯(lián)。
6月29日，國家能源局發(fā)布《防治電力生產事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》，其中明確提出：中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動力電池；選擇梯次利用動力電池時，應進行一致性篩選并結合溯源數(shù)據(jù)進行安全評估。
作為一種高安全性、高壽命的新型儲能電池，政策端對儲能安全性要求的收緊讓釩電池發(fā)展迎來風口，釩電池有望成為大中型儲能的重要選擇。
究竟何為釩電池？為何選擇發(fā)展釩電池作為未來的長時儲能電池？目前國內的技術及產業(yè)現(xiàn)狀發(fā)展如何？釩電池是否是新的投資風口？
01
資源自主可控是釩電池發(fā)展的重要原因
中國釩資源產儲量全球第一，靜態(tài)可開采年限與鋰相當。
釩在地殼中為第17種常見元素，在地殼中的含量為0.02%~0.03%，主要以共伴生礦的形式存在。據(jù)USGS數(shù)據(jù)，全球釩礦儲量共計2200萬噸，其中中國釩礦儲量950萬噸（43%），位居全球釩礦儲量全球第一，澳大利亞、俄羅斯、南非占比分別為25%、21%和15%。2020年全球釩礦產量為8.6萬噸，中國釩礦產量為5.3萬噸（62%），位居釩礦產量全球第一，俄羅斯、南非和巴西釩產量分別為1.9萬噸、0.9萬噸和0.7萬噸，占比分別為18%、8%和0.6%。
據(jù)USGS估計，以2021年全球釩產量10.7萬金屬噸估算，全球釩資源靜態(tài)可開采年限約224年，與鋰礦產靜態(tài)可開采年限相當。
發(fā)展釩電池是基于國家資源分布情況的戰(zhàn)略選擇。從資源安全角度來看，不同于鋰原料受限于國外進口依賴，國內釩礦儲量及產量均為全球第一，完全可以做到釩電池原料自給自足。
釩多被用于鋼鐵工業(yè)領域，儲能或成新需求
世界釩產品原料的絕大多數(shù)來自于釩鈦磁鐵礦，多被用于鋼鐵、鈦合金添加劑、化工、催化劑及儲能領域。由于其與鐵礦共伴生的特性，目前釩多被用于鋼鐵產業(yè)，占比高達90%以上。
相較于鋼鐵行業(yè)，目前釩在儲能領域應用比例仍較低，但隨著釩電池概念的持續(xù)熱行，儲能或成釩資源的下一個需求增長點。世界銀行預測，到2050年，單是儲能領域的釩需求量就可能達到2018年全球釩產量的兩倍。釩電池在風力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調峰、分布電站、通訊基站等領域擁有廣闊市場前景。特別是，自2021年以來，多個百兆瓦級別的全釩液流電池項目正在規(guī)劃建設，釩電池規(guī)模的快速增長或拉動釩需求。
02
釩電池相關企業(yè)
攀鋼釩鈦產能第一，釩資源企業(yè)積極布局釩電池領域。
國內釩資源主要以釩鈦磁鐵礦共伴生為主，主要分布在四川攀枝花地區(qū)、河北承德地區(qū)和遼寧朝陽地區(qū)。
國內的釩資源企業(yè)主要包括大連融科、北京普能、中廣核、國網(wǎng)英大旗下的武漢南瑞等。其中攀鋼釩鈦的釩產能高達4.2萬噸/年，市占率全球第一。經(jīng)歷產能出清過后的釩資源行業(yè)集中度提升，攀鋼釩鈦行業(yè)龍頭地位得到強化與鞏固，定價權進一步提升。
在釩電池概念火熱的當下，國內外釩資源企業(yè)積極布局釩電池領域。
此前攀鋼釩鈦發(fā)布公告稱，其與釩儲能企業(yè)大連博融簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，主動融入釩電池儲能產業(yè)鏈；河鋼股份已擁有自主知識產權的釩電解液用高純氧化釩、全釩液流電池電解液技術，并已建成相關產業(yè)線，并已應用于部分光伏-釩儲能系統(tǒng)。
國外釩資源主要龍頭企業(yè)，如澳大利亞釩業(yè)、Largo Resources公司、南非布什維德礦業(yè)等公司，或通過投資研發(fā)，或通過新設釩電池相關業(yè)務部門/子公司，積極布局釩電池領域，主動擁抱釩電池相關產業(yè)鏈。
釩電池企業(yè)多家爭鳴，龍頭格局尚未顯現(xiàn)。
全球范圍內的釩電池企業(yè)主要有日本住友電工公司、美國聯(lián)合能源技術公司和奧地利Gildemeister公司等。目前，國內釩電池產業(yè)仍處于商業(yè)化初期，龍頭格局尚未顯現(xiàn)，從事釩電池相關業(yè)務的企業(yè)主要包括大連融科、北京普能、中廣核、國網(wǎng)英大旗下的武漢南瑞等。
大連融科目前在全釩液流電池的核心技術領域擁有自主知識產權，并已成功完成多項商業(yè)化應用示范項目。此前，由融科儲能承建的100MW/400MWh級全釩液流電池儲能電站進入調試。北京普能的核心技術來源于此前收購的全球最大釩電池企業(yè)VRB Power System，并已在全球多地開展電池儲能項目。國網(wǎng)英大旗下子公司武漢南瑞已全面掌握釩電池改性選型技術，擁有自主知識產權，并積極推動企業(yè)釩電池建設項目的落地實施。
03
釩電池原理及特性
氧化還原為釩電池主要原理。
釩電池通過外接泵與離子交換膜實現(xiàn)離子電化學反應。全釩液流電池利用不同價態(tài)釩離子對作為正極和負極的活性物質，分別儲存在各自的電解液儲罐中，通過外接泵將電解液運輸至電池堆內的正極室和負極室，使其在不同的儲液罐和液態(tài)的閉合回路中循環(huán)流動，采用離子交換膜作為電池組的隔膜，電解質的溶液流過電極表面產生了電化學反應，實現(xiàn)釩電池的充放電過程。
充放電過程中，主要是依靠電解液中的氫離子在離子膜上的定向移動形成電流回路。電堆內部發(fā)生氧化還原反應，其化學反應方程式為（正向為充電反應，逆向為放電反應）：
圖片來源：大連融科官網(wǎng)
電堆、電解液為釩電池核心，成本占比最高。
釩電池儲能系統(tǒng)包括三大部分：1）電池系統(tǒng)、2）控制系統(tǒng)、3）能量轉換系統(tǒng)。其中電池系統(tǒng)實現(xiàn)能量的存儲和釋放功能，關鍵技術包括：電堆結構、關鍵材料（隔膜、電極、雙極板、電解液）、液流循環(huán)系統(tǒng)。工作時，外接泵將電解液泵入電堆系統(tǒng)內，電解液在半電池和儲液罐中循環(huán)流動，兩個半電池之間以隔膜隔開。其中最主要的也是成本最高的核心部件就是電堆和電解液。
圖片來源：光大證券報告
（1）電堆
電堆中關鍵部件為電極材料和離子膜。釩電池電極材料主要分為金屬類、碳素類和復合型電極，目前，碳材料電極和石墨氈-塑料電極板一體化復合電極是目前的關注熱點。離子交換膜主要包括含氟膜和非含氟膜，目前應用較多的是進口杜邦膜，價格非常高，研發(fā)質優(yōu)價廉的國產膜將是未來釩電池降本增效的重要手段之一。目前電堆成本約占電池系統(tǒng)總成本的35%。
（2）電解液
高純度釩電解液的制備方法主要有3種：物理溶液法、化學還原法和電解法，其中電解法是大規(guī)模制備高釩離子電解液的主要途徑。釩電解液成本主要與上游釩原料價格相關，約占電池系統(tǒng)總成本的40%。
釩電池原理及結構決定其特性。
釩電池的主要特性包括以下幾個方面：
（1）可獨立配置電池容量及功率。釩電池反應場所電堆和電解液儲存罐分開，從根本上克服了傳統(tǒng)電池的自放電現(xiàn)象。功率取決于電堆大小，容量取決于電極液儲量和濃度，配置電池容量和功率非常靈活。
（2）充、放電性能好。釩電池可進行頻繁充放電，過充過放不影響電池性能。
（3）安全性高。釩電池正負極電解液之間混合無劇烈反應，即使電池隔膜破損也不會發(fā)生爆炸等安全性問題。
（4）使用壽命長。釩電池循環(huán)次數(shù)可高達1.3 萬次，使用壽命可達到10年以上。
（5）工作溫度要求高。釩電池的運行溫度一般在10~40度之間，溫度過高會析出沉淀物，附著在離子交換膜上，降低電池系統(tǒng)效率。
（6）初裝成本高，全生命周期成本低。據(jù)光大證券測算，目前釩電池的成本約為鋰電池成本的2倍以上，約為3.8~6.0元/Wh，未來釩電池發(fā)展或拉動釩原料價格上漲，釩電池系統(tǒng)裝配成本有可能進一步拉升。但考慮到釩電池較高的使用壽命，目前釩電池的全生命周期成本已經(jīng)低于鋰電池，具備大規(guī)模商業(yè)化應用的條件。
（7）能量密度較低。作為水基電解質電池，整體能量密度低于鋰電池。
04
釩電池是主流儲能技術的重要補充
釩電池作為一種使用壽命長、安全性高、充放電性能強的儲能技術，被認為是未來的長時儲能的重要選擇，將與抽水蓄能/氫儲能、壓縮空氣儲能等長時儲能技術展開競爭。然而，目前釩電池仍處于商業(yè)化初期階段，技術及產業(yè)尚未發(fā)展成熟，是目前主流儲能技術的重要補充選擇。
圖片來源：大連融科官網(wǎng)
抽水儲能占市場大頭，新型儲能增速迅猛。
據(jù)《2022儲能產業(yè)應用研究報告》，2021年全球儲能市場裝機功率205.3GW，中國儲能市場裝機功率43.44GW，位居全球第一。抽水儲能占據(jù)儲能市場大頭，全球與中國抽水儲能占比相當，約為86.5%。大型抽水儲能電站可提供低成本、可調度的電力，但同時具有場地限制、建設時間長及環(huán)境問題等發(fā)展制約因素。
從長期來看，電化學儲能由于動力電池產業(yè)推動，且不受場地制約，具有較大的發(fā)展空間。2021年全球電化學儲能裝機21.1GW，中國電化學儲能裝機功率5117.1MW。電化學儲能技術裝機功率占總儲能市場的10%~12%，其中2021年較2020年功率裝機規(guī)模同比增長55.4%。
在電化學儲能市場中，鋰離子電池占據(jù)市場主導地位。鋰離子電池裝機規(guī)模全球及中國占比分別達到93.9%及91.0%。液流電池（主要為全釩液流電池）作為鋰離子電池的補充，其裝機規(guī)模在全球及中國市場占比僅為1.2%及2.9%。
鋰電池仍是目前商業(yè)化最成熟的電化學儲能技術。
鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池具備較大應用潛力，并且由于其原料及工藝的特點，不同技術的電化學儲能電池各有優(yōu)缺點，其中鋰離子電池仍是電化學儲能市場商業(yè)化最成熟的技術。
（1）鋰離子電池：具有能源密度高、效率高、技術較為成熟的優(yōu)點，但同時也具有儲能時間有限，安全性較差，對鋰資源依賴度高等缺點。
（2）鈉離子電池：具有低溫性能、快充、高環(huán)境適應能力及原料易得的優(yōu)點，在絕對成本方面上優(yōu)勢明顯；但考慮到鈉離子電池的能量密度及循環(huán)次數(shù)，綜合性價比不高。
（3） 液流電池：液流電池具有使用壽命長、轉化效率高、支持過充過放、可獨立配置電池容量及功率、維護運營成本低、環(huán)保等優(yōu)點，但同時其目前也存在著能量密度低、初裝成本高等缺點。
釩電池——新一代的長時儲能電池。
目前國內液流電池的主要3種技術路線分別為：第一，全釩液流電池，是目前液流電池技術中產業(yè)鏈發(fā)展最完善，也是目前國內示范項目做得最大的技術；第二，鐵鉻液流，應用前景廣，且鐵、鉻原料便宜易得，但目前技術及產業(yè)發(fā)展仍處于早期，產業(yè)化效果及穩(wěn)定性尚未得到驗證；第三，鋅溴液流，國內鋅溴液流的相關企業(yè)仍比較少。
05
國內釩電池產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
釩電池產業(yè)進入發(fā)展快車道。
目前，在政策推動及技術需求下，我國的釩電池產業(yè)發(fā)展進入快車道。
以釩電池為代表的液流電池，2019年裝機規(guī)模為20MW，2020年裝機規(guī)模達到100MW，2022年已有多家企業(yè)積極布局百兆瓦級釩電池工程，如大連融科、上海電氣、偉力得、中廣核、綠動中釩新能源等公司。據(jù)CNESA統(tǒng)計，2021年國內釩電池在新型儲能領域的滲透率約為0.9%，未來發(fā)展空間巨大。
目前我國釩電池已實現(xiàn)在智能電網(wǎng)、通信基站、偏遠地區(qū)供電、可再生能源及削峰填谷等項目中的應用。
隨著釩電池項目的推動落地，國內釩電池產業(yè)鏈布局已逐步成型。電極液、隔膜、膜電極等原材料供應鏈已初步成型，國產化進程不斷加快，產業(yè)配套更加成熟。中科院大連物化所開發(fā)出新一代30kW級低成本全釩液流電池電堆。國內的科潤、東岳、中科院大化所在積極開發(fā)更低成本的樹脂交換膜。預計在不久的將來，國內釩電池產業(yè)鏈將迎來質優(yōu)價廉的國產部件。
