在“碳達峰、碳中和”背景下，以風(fēng)電光伏為主的清潔能源將逐漸取代以煤炭、石油為主的化石能源。由于風(fēng)電、光伏間歇性發(fā)電的特點，儲能正在從過去的“可選項”變?yōu)榘l(fā)展新能源過程中的“必選項”。#釩電池#
當(dāng)前儲能相關(guān)支持政策推出速度顯著加快。2021年7月15日，國家發(fā)改委、國家能源局正式印發(fā)《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確到2025年新型儲能裝機規(guī)模達30GW以上，未來五年將實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；D(zhuǎn)變，到2030年實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。
文件提出要堅持儲能技術(shù)多元化，推動鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術(shù)成本持續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用，實現(xiàn)液流電池等長時儲能技術(shù)進入商業(yè)化發(fā)展初期。
目前主要的液流電池包括鐵鉻電池、鋅溴電池及全釩電池等。其中，全釩液流電池是目前研究和應(yīng)用最廣泛的液流電池技術(shù)，其十分適合作為儲能電池，尤其是在光伏、風(fēng)電等新能源領(lǐng)域。
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100MW，據(jù)不完全統(tǒng)計2020年以來釩電池項目，裝機量已經(jīng)超過6GW，容量超過20GWH。
按照《關(guān)于加快新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》政策制定目標，2025年累計實現(xiàn)新型儲能30GW裝機量，釩電池滲透率20%+，當(dāng)前滲透率為1%左右，由于光伏、風(fēng)電等將帶動儲能行業(yè)高速發(fā)展，釩電池未來發(fā)展前景廣闊，2021至2025年有望是釩電池滲透率提升的第一階段爆發(fā)期。釩電池有望成為儲能行業(yè)大發(fā)展賽道上的新星。
釩電池的工作原理：
資料來源：UET
釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池(Vanadium Redox Battery，VRB)，為液流電池的一種，是一種基于金屬釩元素的氧化還原的電池系統(tǒng)，其電解液是不同價態(tài)的釩離子的硫酸電解液。
從應(yīng)用領(lǐng)域來看，釩液流電池當(dāng)前已實現(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(yīng)用。
全釩液流電池，壽命長、規(guī)模大、安全可靠的優(yōu)勢尤為突出，可用于建造千瓦級到百兆瓦級儲能電站不易燃燒，可實現(xiàn)100%放電，而不損害電池，成為規(guī)模儲能的首選技術(shù)，在調(diào)峰電源系統(tǒng)、大規(guī)模風(fēng)光電系統(tǒng)儲能、應(yīng)急電源系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
釩產(chǎn)業(yè)鏈上游：資源端儲量豐富
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%，分布廣泛。釩常以釩鐵、釩化合物和金屬釩的形式廣泛應(yīng)用于冶金、宇航、化工和電池等行業(yè)。釩很少形成獨立的礦物，主要賦存于釩鈦磁鐵礦、磷酸鹽巖、含鈾砂巖和粉砂巖中，此外還有大量的釩賦存于鋁土礦和含碳物質(zhì)中（如石油、煤）。
絕大多數(shù)的釩供應(yīng)來源于共伴生礦床：
釩產(chǎn)量中大約有71%來自釩鈦磁鐵礦煉鋼后得到的富釩礦渣，18%直接來自釩鈦磁鐵礦，二者合計達到89%，其他的釩來自釩鈾礦、含釩燃油灰渣、含釩石煤、廢化學(xué)催化劑等等。
釩主要以伴生元素賦存于釩鈦磁鐵礦中：
資料來源：USGS
全球釩礦儲量主要集中在中國、俄羅斯、南非，中國儲量占全球的43%。中國的釩礦產(chǎn)量占全球62%。
2020年全球釩靜態(tài)開采年限達到253年，相比于其他金屬20-50年的靜態(tài)開采年限，釩的資源十分充足，其資源儲量完全有能力保障需求的數(shù)量級增長。
中國的釩礦產(chǎn)量占全球62%：
資料來源：USGS, 行行查
國內(nèi)釩資源主要以釩鈦磁鐵礦共伴生存在為主，分布區(qū)域主要有四川攀枝花地區(qū)、河北承德地區(qū)和遼寧朝陽地區(qū)。
從釩儲量來看，四川攀枝花地區(qū)的釩資源最為豐富，攀枝花市境內(nèi)釩鈦磁鐵礦保有儲量達237.43億噸，其中釩資源儲量達1865萬噸，約占全國儲量的62%，
攀鋼釩鈦是國內(nèi)最大的釩產(chǎn)品生產(chǎn)商，2020年公司釩產(chǎn)品產(chǎn)量占國內(nèi)產(chǎn)量的18.75%。具備釩制品（折合V2O5）產(chǎn)能2.2萬噸/年，外加托管的西昌鋼釩的產(chǎn)能1.8萬噸/年，公司實際控制的產(chǎn)能達到4萬噸/年。
我國主要釩生產(chǎn)企業(yè)還包括河鋼承德釩鈦新材料、川威特殊鋼、四川德勝集團鋼鐵、承德建龍?zhí)厥怃摰取?
經(jīng)歷產(chǎn)能出清過后的釩行業(yè)集中度提升，競爭格局優(yōu)化，龍頭企業(yè)定價權(quán)進一步提升。攀鋼釩鈦行業(yè)龍頭地位得到強化與鞏固，定價權(quán)得以進一步提升。
釩產(chǎn)業(yè)鏈下游：鋼鐵為主要應(yīng)用領(lǐng)域，儲能需求高速增長
釩的下游包括鋼鐵與鑄造、鈦合金、化工以及儲能，釩的應(yīng)用集中在鋼鐵領(lǐng)域，占比達到85%。儲能方面則被用在全釩氧化還原液流電池中。
根據(jù)Roskill，得益于對螺紋鋼標準的執(zhí)行，中國的釩使用強度已經(jīng)超過了世界平均水平，正在超發(fā)達國家邁進。到2030年，全球鋼鐵對釩的需求將達到約136000噸，年均復(fù)合增長率達到2.7%。
“雙碳”背景下鋼鐵行業(yè)對釩的需求增量有限。隨著儲能的高速增長，釩電池有望帶動釩需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。
Roskill預(yù)測到2030年，VRFBs的釩需求將以約56.7%的復(fù)合年增長率增長。世界銀行預(yù)測，到2050年，單是儲能領(lǐng)域的釩需求量就可能達到2018年全球釩產(chǎn)量的兩倍。
釩電池與鋰電池相比的優(yōu)劣勢
從成本端來看，與鋰電池相比，釩電池最大的劣勢就是成本。
隨著消費電子和新能源汽車對鋰電池行業(yè)的拉動，鋰電市場規(guī)模急劇擴大，技術(shù)不斷進步，加上規(guī)模效應(yīng)，帶來成本的大幅下降。
資料來源：CNKI, 行行查
由于尚未規(guī)模化商用，且受制于設(shè)備、產(chǎn)能以及高額的前期投入，目前釩電池成本約為鋰電池的2-3倍。
以當(dāng)前集裝箱交付的價格（含電池包、溫控系統(tǒng)、換流系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等），目前釩液流電池成本達3-3.2元/Wh，對比目前儲能鋰離子電池成本約1.2-1.5元/Wh，釩電池仍面臨巨大的價格壓力。
全釩液流電池儲能系統(tǒng)由電堆、電解液、管路系統(tǒng)、儲能變流器等組成，其中電堆和電解液成本占系統(tǒng)總成本的85%左右。
隨著政策推進，釩電池形成規(guī)?；?、集群化產(chǎn)業(yè)后，電池成本有望進一步下降。
全釩液流電池關(guān)鍵技術(shù)：
資料來源：《全釩液流電池》，行行查
相比鋰電池，安全是釩電池最大的優(yōu)勢。與目前儲能電站的主流電池——使用非水電解液的鋰電池不同，由于全釩液流電池電解質(zhì)離子存在于水溶液中，發(fā)生過熱、爆炸的可能性大大降低，液流電池的安全性能讓其在電池領(lǐng)域脫穎而出。
另外，不同于鋰80%供應(yīng)在海外，釩的供應(yīng)大約50%在國內(nèi)，資源不會受制于人。
釩的需求結(jié)構(gòu)一直相對穩(wěn)定，90%來自鋼鐵，儲能目前只占1%。但是隨著儲能進入爆發(fā)期，2025年占比有望超過15%，2030年有望超過30%。
正如2015年的鋰鈷和2018年的鎳的發(fā)展格局，新的需求領(lǐng)域帶來了新的成長空間。隨著儲能行業(yè)的快速發(fā)展，釩產(chǎn)品未來的需求空間打開，釩有望成為繼鋰鈷鎳之后能源金屬。
釩電池放電過程：
資料來源：北京普能
從釩電池的歷史發(fā)展沿革來看，釩電池相關(guān)研究源于1984年UNSW對2/3價與4/5價釩離子電對在氧化還原電池中的應(yīng)用，并于1988年開始進入工業(yè)研發(fā)階段。
1995年，中國工程物理研究院電子工程研究所從率先在國內(nèi)開始釩電池的研制。先后研制成功了500W、1000W的釩電池樣機，成功開發(fā)了4價釩溶液制備、導(dǎo)電塑料成型及批量生產(chǎn)、電池組裝配和調(diào)試等技術(shù)。
2002年，釩鋼龍頭企業(yè)攀枝花鋼鐵公司以深化資源利用為目的，與中南大學(xué)合作介入了釩電池的研發(fā)。
2009年，中國普能實現(xiàn)對全球最大釩電池公司VRB Power Systems公司的資產(chǎn)收購，包括其擁有或控制的所有專利、商標、技術(shù)秘密、設(shè)備材料等。此外，VRB PowerSystems公司的核心技術(shù)團隊加入合并后的公司。
資料來源：行行查
從釩電池市場格局來看，目前釩電池市場體量較小，龍頭格局未顯，產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期。
目前全球范圍內(nèi)研發(fā)和制造企業(yè)主要包括日本住友電工SEI、大連融科、北京普能、美國UniEnergyTechnologies等。
國內(nèi)釩電池生產(chǎn)企業(yè)主要為北京普能、大連融科、武漢南瑞（國網(wǎng)英大子公司）、上海電氣及偉力得。
根據(jù)國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》所制定的目標，到2025年新型儲能裝機規(guī)模將達30GW以上，與目前的裝機量相比仍有巨大的空間。釩電池由于其壽命較長，安全性較好，其在儲能領(lǐng)域的滲透率將穩(wěn)步提升，2025年釩電池在儲能領(lǐng)域滲透率有望達到15%-20%。
國家能源集團北京低碳清潔能源研究院儲能技術(shù)負責(zé)人劉慶華表示：“十四五”時期，我國全釩液流電池將迎來非常好的大規(guī)模推廣時機。隨著各地全釩液流電池儲能示范項目落地并獲得技術(shù)驗證，未來5年內(nèi)預(yù)計將是全釩液流電池從成熟走向推廣的重要窗口期?！?
