在“碳達(dá)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(diǎn)，儲(chǔ)能正在從過(guò)去的“可選項(xiàng)”變?yōu)榘l(fā)展新能源過(guò)程中的“必選項(xiàng)”。#釩電池#
當(dāng)前儲(chǔ)能相關(guān)支持政策推出速度顯著加快。2021年7月15日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局正式印發(fā)《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確到2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)30GW以上，未來(lái)五年將實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)模化轉(zhuǎn)變，到2030年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。
文件提出要堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化，推動(dòng)鋰離子電池等相對(duì)成熟新型儲(chǔ)能技術(shù)成本持續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)液流電池等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)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(chǔ)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(jī)規(guī)模為20MW，2020年裝機(jī)規(guī)模達(dá)100MW，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)2020年以來(lái)釩電池項(xiàng)目，裝機(jī)量已經(jīng)超過(guò)6GW，容量超過(guò)20GWH。
按照《關(guān)于加快新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》政策制定目標(biāo)，2025年累計(jì)實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能30GW裝機(jī)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(dòng)儲(chǔ)能行業(yè)高速發(fā)展，釩電池未來(lái)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(chǔ)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(lái)源：UET
釩電池全稱(chēng)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(jià)態(tài)的釩離子的硫酸電解液。
從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，釩液流電池當(dāng)前已實(shí)現(xiàn)在智能電網(wǎng)、通信基站、偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、可再生能源及削峰填谷等項(xiàng)目中的應(yīng)用。
全釩液流電池，壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠的優(yōu)勢(shì)尤為突出，可用于建造千瓦級(jí)到百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站不易燃燒，可實(shí)現(xiàn)100%放電，而不損害電池，成為規(guī)模儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)量豐富
釩在地殼中為第17種常見(jiàn)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(dú)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(lái)源于共伴生礦床：
釩產(chǎn)量中大約有71%來(lái)自釩鈦磁鐵礦煉鋼后得到的富釩礦渣，18%直接來(lái)自釩鈦磁鐵礦，二者合計(jì)達(dá)到89%，其他的釩來(lái)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(lái)源：USGS
全球釩礦儲(chǔ)量主要集中在中國(guó)、俄羅斯、南非，中國(guó)儲(chǔ)量占全球的43%。中國(guó)的釩礦產(chǎn)量占全球62%。
2020年全球釩靜態(tài)開(kāi)采年限達(dá)到253年，相比于其他金屬20-50年的靜態(tài)開(kāi)采年限，釩的資源十分充足，其資源儲(chǔ)量完全有能力保障需求的數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)。
中國(guó)的釩礦產(chǎn)量占全球62%：
資料來(lái)源：USGS, 行行查
國(guó)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(yáng)地區(qū)。
從釩儲(chǔ)量來(lái)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(chǔ)量達(dá)237.43億噸，其中釩資源儲(chǔ)量達(dá)1865萬(wàn)噸，約占全國(guó)儲(chǔ)量的62%，
攀鋼釩鈦是國(guó)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(guó)內(nèi)產(chǎn)量的18.75%。具備釩制品（折合V2O5）產(chǎn)能2.2萬(wàn)噸/年，外加托管的西昌鋼釩的產(chǎn)能1.8萬(wàn)噸/年，公司實(shí)際控制的產(chǎn)能達(dá)到4萬(wàn)噸/年。
我國(guó)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(tuán)鋼鐵、承德建龍?zhí)厥怃摰取?
經(jīng)歷產(chǎn)能出清過(guò)后的釩行業(yè)集中度提升，競(jìng)爭(zhēng)格局優(yōu)化，龍頭企業(yè)定價(jià)權(quán)進(jìn)一步提升。攀鋼釩鈦行業(yè)龍頭地位得到強(qiáng)化與鞏固，定價(jià)權(quán)得以進(jìn)一步提升。
釩產(chǎn)業(yè)鏈下游：鋼鐵為主要應(yīng)用領(lǐng)域，儲(chǔ)能需求高速增長(zhǎng)
釩的下游包括鋼鐵與鑄造、鈦合金、化工以及儲(chǔ)能，釩的應(yīng)用集中在鋼鐵領(lǐng)域，占比達(dá)到85%。儲(chǔ)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(duì)螺紋鋼標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，中國(guó)的釩使用強(qiáng)度已經(jīng)超過(guò)了世界平均水平，正在超發(fā)達(dá)國(guó)家邁進(jìn)。到2030年，全球鋼鐵對(duì)釩的需求將達(dá)到約136000噸，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到2.7%。
“雙碳”背景下鋼鐵行業(yè)對(duì)釩的需求增量有限。隨著儲(chǔ)能的高速增長(zhǎng)，釩電池有望帶動(dòng)釩需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。
Roskill預(yù)測(cè)到2030年，VRFBs的釩需求將以約56.7%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。世界銀行預(yù)測(cè)，到2050年，單是儲(chǔ)能領(lǐng)域的釩需求量就可能達(dá)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(shì)
從成本端來(lái)看，與鋰電池相比，釩電池最大的劣勢(shì)就是成本。
隨著消費(fèi)電子和新能源汽車(chē)對(duì)鋰電池行業(yè)的拉動(dòng)，鋰電市場(chǎng)規(guī)模急劇擴(kuò)大，技術(shù)不斷進(jìn)步，加上規(guī)模效應(yīng)，帶來(lái)成本的大幅下降。
資料來(lái)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(jià)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(dá)3-3.2元/Wh，對(duì)比目前儲(chǔ)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(jià)格壓力。
全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由電堆、電解液、管路系統(tǒng)、儲(chǔ)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(jìn)，釩電池形成規(guī)模化、集群化產(chǎn)業(yè)后，電池成本有望進(jìn)一步下降。
全釩液流電池關(guān)鍵技術(shù)：
資料來(lái)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(shì)。與目前儲(chǔ)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(guò)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(guó)內(nèi)，資源不會(huì)受制于人。
釩的需求結(jié)構(gòu)一直相對(duì)穩(wěn)定，90%來(lái)自鋼鐵，儲(chǔ)能目前只占1%。但是隨著儲(chǔ)能進(jìn)入爆發(fā)期，2025年占比有望超過(guò)15%，2030年有望超過(guò)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(lái)了新的成長(zhǎng)空間。隨著儲(chǔ)能行業(yè)的快速發(fā)展，釩產(chǎn)品未來(lái)的需求空間打開(kāi)，釩有望成為繼鋰鈷鎳之后能源金屬。
釩電池放電過(guò)程：
資料來(lái)源：北京普能
從釩電池的歷史發(fā)展沿革來(lái)看，釩電池相關(guān)研究源于1984年UNSW對(duì)2/3價(jià)與4/5價(jià)釩離子電對(duì)在氧化還原電池中的應(yīng)用，并于1988年開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)研發(fā)階段。
1995年，中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所從率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)始釩電池的研制。先后研制成功了500W、1000W的釩電池樣機(jī)，成功開(kāi)發(fā)了4價(jià)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(guó)普能實(shí)現(xiàn)對(duì)全球最大釩電池公司VRB Power Systems公司的資產(chǎn)收購(gòu)，包括其擁有或控制的所有專(zhuān)利、商標(biāo)、技術(shù)秘密、設(shè)備材料等。此外，VRB PowerSystems公司的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)加入合并后的公司。
資料來(lái)源：行行查
從釩電池市場(chǎng)格局來(lái)看，目前釩電池市場(chǎng)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(guó)UniEnergyTechnologies等。
國(guó)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(guó)網(wǎng)英大子公司）、上海電氣及偉力得。
根據(jù)國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》所制定的目標(biāo)，到2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)30GW以上，與目前的裝機(jī)量相比仍有巨大的空間。釩電池由于其壽命較長(zhǎng)，安全性較好，其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的滲透率將穩(wěn)步提升，2025年釩電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域滲透率有望達(dá)到15%-20%。
國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院儲(chǔ)能技術(shù)負(fù)責(zé)人劉慶華表示：“十四五”時(shí)期，我國(guó)全釩液流電池將迎來(lái)非常好的大規(guī)模推廣時(shí)機(jī)。隨著各地全釩液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目落地并獲得技術(shù)驗(yàn)證，未來(lái)5年內(nèi)預(yù)計(jì)將是全釩液流電池從成熟走向推廣的重要窗口期。”
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