近期，釩電池受到熱議，支持者認(rèn)為，釩電池具有綠色環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等特性，而隨著其技術(shù)的迅猛發(fā)展，其必將為人類帶來一場(chǎng)前所未有、意義重大深遠(yuǎn)的新能源產(chǎn)業(yè)革命。而反對(duì)者認(rèn)為，這只是研究機(jī)構(gòu)以及釩電池公司吹出來的非常美好的泡沫，目的只是為了融資需要。金融街PE經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，雖然目前釩電池領(lǐng)域的確存在不少問題，但其的確有可能顛覆過去人類使用能源的進(jìn)程，值得我們期待。
釩電池發(fā)展現(xiàn)狀
釩電池（VRB，VanadiumRedoxFlowBattery）是當(dāng)今世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)、最接近產(chǎn)業(yè)化的高效可逆燃料電池，具有功率大、容量大、效率高、成本低、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、軍用蓄電、交通市政、通訊基站、UPS電源等廣闊領(lǐng)域有著極其良好的應(yīng)用前景，在日本、加拿大、美國、澳大利亞、西歐等國家和地區(qū)已開始取代容量小、壽命短、污染大的鉛酸電池。
與其它化學(xué)電源相比，釩電池具有明顯的優(yōu)越性，主要優(yōu)點(diǎn)如下：
1.功率大：通過增加單片電池的數(shù)量和電極面積，即可增加釩電池的功率，目前美國商業(yè)化示范運(yùn)行的釩電池的功率已達(dá)6兆瓦。
2.容量大：通過任意增加電解液的體積，即可任意增加釩電池的電量，可達(dá)吉瓦時(shí)以上；通過提高電解液的濃度，即可成倍增加釩電池的電量。
3.效率高：由于釩電池的電極催化活性高，且正、負(fù)極活性物質(zhì)分別存儲(chǔ)在正、負(fù)極電解液儲(chǔ)槽中，避免了正、負(fù)極活性物質(zhì)的自放電消耗，釩電池的充放電能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)75％以上，遠(yuǎn)高于鉛酸電池的45％。
4.壽命長(zhǎng)：由于釩電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)只分別存在于正、負(fù)極電解液中，充放電時(shí)無其它電池常有的物相變化，可深度放電而不損傷電池，電池使用壽命長(zhǎng)。目前加拿大VRBPowerSystems商業(yè)化示范運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的釩電池模塊已正常運(yùn)行超過9年，充放循環(huán)壽命超過18000次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固定型鉛酸電池的1000次。
5.響應(yīng)速度快：釩電池堆里充滿電解液可在瞬間啟動(dòng)，在運(yùn)行過程中充放電狀態(tài)切換只需要0.02秒，響應(yīng)速度1毫秒。
6.可瞬間充電：通過更換電解液可實(shí)現(xiàn)釩電池瞬間充電。
7.安全性高：釩電池?zé)o潛在的爆炸或著火危險(xiǎn)，即使將正、負(fù)極電解液混合也無危險(xiǎn)，只是電解液溫度略有升高。
8.成本低：除離子膜外，釩電池部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，材料來源豐富，易回收，不需要貴金屬作電極催化劑，成本低。
9.釩電池選址自由度大，可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，無污染，維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)營成本低。
從世界和中國釩電池市場(chǎng)規(guī)模來看，近幾年都會(huì)繼續(xù)保持一個(gè)較快速度的增長(zhǎng)，市場(chǎng)前景十分看好。具體從數(shù)據(jù)來看，預(yù)計(jì)到2010年，世界釩電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到10750億元，比2008年增長(zhǎng)74.8％，而到2020年，這一規(guī)模將達(dá)到72500億元，比2010年增長(zhǎng)574.42％。而從中國來看，預(yù)計(jì)到2010年，中國釩電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到5275億元，比2008年增長(zhǎng)39.22％，而到2020年，這一規(guī)模將達(dá)到16300億元，比2010年增長(zhǎng)209％。具體見圖表一、二。
圖表一 世界釩電池市場(chǎng)規(guī)模
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年份 |
2008 |
2010 |
2020 |
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市場(chǎng)領(lǐng)域 |
需求/GW |
產(chǎn)值/億元 |
需求/GW |
產(chǎn)值/億元 |
需求/GW |
產(chǎn)值/億元 |
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光伏發(fā)電 |
0.75 |
150 |
3.75 |
750 |
50 |
10000 |
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風(fēng)力發(fā)電 |
30 |
6000 |
50 |
10000 |
312.5 |
62500 |
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儲(chǔ)能調(diào)峰 |
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— |
— |
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分布電站 |
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通信基站 |
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— |
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UPS/EPS |
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電動(dòng)公交 |
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— |
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— |
— |
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軍用儲(chǔ)電 |
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— |
— |
— |
— |
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總計(jì) |
30.75 |
6150 |
53.75 |
10750 |
362.5 |
72500 |
數(shù)據(jù)來源：Golden Energy Fuel Cell 金融街PE（JRS-PE）整理
圖表二 中國釩電池市場(chǎng)規(guī)模
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年份 |
2008 |
2010 |
2020 |
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市場(chǎng)領(lǐng)域 |
需求/GW |
產(chǎn)值/億元 |
需求/GW |
產(chǎn)值/億元 |
需求/GW |
產(chǎn)值/億元 |
|
光伏發(fā)電 |
0.065 |
13 |
0.125 |
25 |
7.5 |
1500 |
|
風(fēng)力發(fā)電 |
3 |
600 |
6.25 |
1250 |
30 |
6000 |
|
儲(chǔ)能調(diào)峰 |
14.16 |
2832 |
20 |
4000 |
44 |
8800 |
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分布電站 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
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通信基站 |
1.72 |
344 |
— |
— |
— |
— |
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UPS/EPS |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
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電動(dòng)公交 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
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軍用儲(chǔ)電 |
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— |
— |
— |
— |
— |
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總計(jì) |
18.945 |
3789 |
26.375 |
5275 |
81.5 |
16300 |
數(shù)據(jù)來源：Golden Energy Fuel Cell 金融街PE（JRS-PE）整理
隨著風(fēng)能、太陽能等清潔資源的大幅度利用，其發(fā)電的不穩(wěn)定性缺點(diǎn)正在成為阻礙其深度發(fā)展的重要障礙。如果沒有大容量、安全的儲(chǔ)能設(shè)備為其提供支持，清潔能源等的發(fā)展就是一句空話。儲(chǔ)能設(shè)備在清潔能源整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中處于相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)，而釩電池因其自身的優(yōu)勢(shì)在儲(chǔ)能設(shè)備未來的發(fā)展中必將占據(jù)重要的地位。
釩電池是目前發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保蓄電池之一，它具有特殊的電池結(jié)構(gòu)，可深度大電流密度放電;充電迅速;比能量高;價(jià)格低廉;在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有鋰離子電池、鎳氫電池不可比擬的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。與制造復(fù)雜、價(jià)格昂貴的燃料電池相比，無論是在大規(guī)模儲(chǔ)能還是電動(dòng)汽車動(dòng)力電源的應(yīng)用前景方面，釩電池都更具競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，可作為太陽能等清潔發(fā)電系統(tǒng)的配套儲(chǔ)能裝置;為混合動(dòng)力汽車提供電力等。而且，目前國內(nèi)釩電池領(lǐng)域仍是處于未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的階段，在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的過程中必然會(huì)有諸多的投資機(jī)會(huì)。
同時(shí)，釩電池的推廣應(yīng)用符合目前政府所提倡的節(jié)能減排的重要國家戰(zhàn)略。釩電池以其能量轉(zhuǎn)換效率高、蓄電容量大、運(yùn)行安全和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)可以使我國終端能源消費(fèi)發(fā)生了根本性變化，可以達(dá)到提高能源使用效率、節(jié)約現(xiàn)有能源、并且減少污染從而最終達(dá)到節(jié)能減排的目的。
另外，我國在商業(yè)釩電池國產(chǎn)化的技術(shù)上獲得重大突破，已經(jīng)在其中的多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)上擁有了完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，這為投資釩電池提供了重要的技術(shù)支持。這里我們以一個(gè)中國普通地級(jí)市為例，假如用電高峰值約為500萬千瓦，將10小時(shí)峰段用電全部由釩電池谷段儲(chǔ)能供電，投資收益見下表：
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日儲(chǔ)存電量 |
500 × 10 = 5000 萬千瓦時(shí) |
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峰谷差價(jià)（工業(yè)） |
1 元/千瓦時(shí) |
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直接年收益 |
365 × 500 × 10 × 1 = 183 億元 |
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投資總成本 |
500 × 0.4 + 500 × 10 × 0.04 = 400 億元 |
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投資凈成本 |
500 × 0.4 = 200 億元 |
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凈投資回收期 |
投資凈成本/直接年收益 = 200/183 = 1.1 年 |
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平均年凈利潤(rùn) |
183 – 200/20 = 173 億元（釩電池壽命20年計(jì)） |
500萬千瓦儲(chǔ)能調(diào)峰釩電池投資收益
釩電池注意事項(xiàng)
不過，需要提醒投資人注意的是，并不代表在技術(shù)上已經(jīng)不存在任何問題了。比如說，第一，釩電池正極液中的五價(jià)釩在靜置或溫度高于45攝氏度的情況下易析出五氧化二釩沉淀，析出的沉淀堵塞流道，包覆碳?xì)掷w維，惡化電堆性能，直至電堆報(bào)廢，而電堆在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中電解液溫度很容易超過45攝氏度。第二，石墨極板要被正極液刻蝕，如果用戶操作得當(dāng)，石墨板能使用兩年，如果用戶操作不當(dāng)，一次充電就能讓石墨板完全刻蝕，電堆只能報(bào)廢。在正常使用情況下，每隔兩個(gè)月就要由專業(yè)人士進(jìn)行一次維護(hù)，這種高頻次的維護(hù)費(fèi)錢、費(fèi)力。
除了技術(shù)上問題以外，釩電池還存在著成本過高的問題。以一個(gè)五千瓦電池為例，電解液（一立方，1.8mol/L）17萬、控制系統(tǒng)10萬、隔膜7萬、板框4萬、石墨板1.5萬、泵0.7萬、碳?xì)?/span>0.4萬，總共40.6萬，這只是主要材料成本，還并未計(jì)入次要材料成本和人力成本。因此，一個(gè)五千瓦釩電池的成本在四十萬以上，高出相同規(guī)格鉛酸電池的成本數(shù)倍。這為釩電池的推廣普及帶來重要的障礙。
