我國(guó)釩電池行業(yè)現(xiàn)狀及前景分析 市場(chǎng)進(jìn)入商業(yè)化初期 裝機(jī)量有望大幅超預(yù)期

我國(guó)釩電池行業(yè)現(xiàn)狀及前景分析市場(chǎng)進(jìn)入商業(yè)化初期裝機(jī)量有望大幅超預(yù)期一、釩電池行業(yè)概況

1.釩電池概念及優(yōu)點(diǎn)

釩電池全稱(chēng)全釩氧化還原液流電池，是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流淌液態(tài)的氧化還原電池。釩電池是一種蓄電池，利用釩離子在不同氧化態(tài)下的不同化學(xué)勢(shì)能保存能量，具有充放電效率高、容量可以隨著貯液罐的增加而提高、電解液可以循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)。

釩電池主要優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

簡(jiǎn)介

大功率

通過(guò)增加單片機(jī)電池的數(shù)量和電極面積，可以提高釩電池的功率。美國(guó)商業(yè)示范運(yùn)行的釩電池功率已達(dá)6兆瓦。

大容量、儲(chǔ)能容量可控

通過(guò)任意增加電解液的體積，可以任意增加釩電池的功率，達(dá)到超過(guò)GWH；通過(guò)增加電解液的濃度，可以成倍增加釩電池的功率。

高效

由于釩電池電極的催化活性高，正負(fù)活性物質(zhì)分別儲(chǔ)存在正負(fù)電解液儲(chǔ)槽中，避開(kāi)了正負(fù)活性物質(zhì)的自放電消耗，充放電能量轉(zhuǎn)換釩電池的效率高達(dá)75%以上，遠(yuǎn)高于鉛酸電池的45%。

使用壽命長(zhǎng)

由于釩電池正負(fù)活性物質(zhì)分別只存在于正極和負(fù)極電解液中，在充放電過(guò)程中其他電池的相位沒(méi)有變化，可以在不損壞電池的狀況下進(jìn)行深放電，電池使用壽命長(zhǎng)。加拿大VRB動(dòng)力系統(tǒng)商業(yè)示范中運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的釩電池組件已正常運(yùn)行9年多，充放電循環(huán)壽命超過(guò)18000次，遠(yuǎn)高于固定鉛酸電池的1000次。

響應(yīng)速度快

釩電池組布滿電解液瞬間啟動(dòng)。運(yùn)行過(guò)程中，充放電狀態(tài)切換僅需0.02秒，響應(yīng)速度為1毫秒。

瞬間充電

通過(guò)轉(zhuǎn)變電解液可以實(shí)現(xiàn)釩電池的瞬間充電。

平安性高

釩電池?zé)o爆炸、火災(zāi)隱患，即使正負(fù)電解液混合，也無(wú)危急，但電解液溫度略有上升。

制造和安置便利

波流電池選址自由度大，系統(tǒng)可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，無(wú)污染，維護(hù)簡(jiǎn)潔，操作成本低。

深充深放

系統(tǒng)深充深放不會(huì)對(duì)電池性能造成影響，系統(tǒng)放電深度（DOD）≥90%。在快速、大電流密度下充放電，不會(huì)對(duì)電池造成損傷。

環(huán)境友好

電解液均為液體，能無(wú)限次循環(huán)使用，且電解液可回收利用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；電堆材料中電極采納炭/石墨氈，雙極板大多采納石墨或碳材料，報(bào)廢后不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。其他材料多為高分子材料，可回收利用。

資料來(lái)源：作者整理

2.釩電池進(jìn)展歷程

1974年，Thaller提出了一種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，這種新的蓄電池稱(chēng)作液流電池，也是釩電池的前身，釩電池在海外市場(chǎng)漸漸進(jìn)展起來(lái)。與其他國(guó)家相比，我國(guó)釩電池行業(yè)起步較晚，1995年，中國(guó)工程物理討論院電子工程討論所首先在中國(guó)綻開(kāi)釩電池的討論。此后，隨著研發(fā)力量不斷提高，我國(guó)釩電池產(chǎn)品持續(xù)迭代，行業(yè)向好進(jìn)展。

我國(guó)釩電池行業(yè)進(jìn)展歷程

時(shí)間

大事

1995年

中國(guó)工程物理討論院電子工程討論所首先在中國(guó)綻開(kāi)釩電池的討論，研制勝利500W和1kW的樣機(jī),擁有電解質(zhì)溶液制備等多項(xiàng)專(zhuān)利。

2022年

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理討論所研制勝利10kW試驗(yàn)電堆,并通過(guò)國(guó)家科技部驗(yàn)收,標(biāo)志著中國(guó)的全釩液流電池系統(tǒng)取得階段性勝利。討論開(kāi)發(fā)的全釩液流儲(chǔ)能電池示范系統(tǒng)由千瓦級(jí)電池模塊、系統(tǒng)掌握模塊和LED屏幕三部分組成。利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)利用儲(chǔ)能電池儲(chǔ)存夜間電能,在日間對(duì)LED屏幕進(jìn)行供電。

清華高校利用在膜分別功能材料制備、膜過(guò)程與設(shè)備設(shè)計(jì)等方面的討論閱歷和技術(shù)積累,以及電解質(zhì)溶液熱力學(xué)、功能膜材料物理化學(xué)、化工過(guò)程傳質(zhì)學(xué)的豐富理論討論成果,在電堆流道設(shè)計(jì)、電堆密封結(jié)構(gòu)、鎖緊方式方面取得討論成果，并勝利研發(fā)出全釩液流電池測(cè)試平臺(tái)。

2022年

北京普能世紀(jì)科技有限公司于2022年收購(gòu)VRB公司,由此把握釩電池的核心專(zhuān)利權(quán)。普能公司已經(jīng)在釩電池的電堆集成技術(shù)、關(guān)鍵材料研發(fā)以及電解液制備技術(shù)三方面取得重大成果，占據(jù)了國(guó)際領(lǐng)先地位。

2022年

《“十二五”釩鈦資源綜合利用及產(chǎn)業(yè)基地規(guī)劃》于年中發(fā)布，中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)釩業(yè)分會(huì)也于2022年5月正式成立，表明中國(guó)釩鈦業(yè)進(jìn)展已上升至國(guó)家層面，釩資源新的利用方向-釩電池也開(kāi)頭漸漸為市場(chǎng)所關(guān)注。

2022年12月18日

國(guó)內(nèi)最大釩鈦生產(chǎn)商攀鋼參加合作研發(fā)的千瓦級(jí)釩電池產(chǎn)品已批量生產(chǎn)，兆瓦級(jí)產(chǎn)品處于商業(yè)化示范階段。

2022年

湖北省科技廳召開(kāi)國(guó)家國(guó)際科技合作重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)“高性能納米線釩系鋰離子動(dòng)力電池聯(lián)合研發(fā)”項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)。該項(xiàng)目面對(duì)清潔高效能源的可持續(xù)進(jìn)展，通過(guò)與哈佛高校開(kāi)展合作，建成了單次百公斤級(jí)納米線釩系正極材料中試線和自動(dòng)化電子生產(chǎn)線，完成了納米線釩系動(dòng)力電池的裝配和裝車(chē)試驗(yàn)，進(jìn)行了電動(dòng)汽車(chē)示范運(yùn)行，對(duì)我國(guó)進(jìn)展清潔高效能源系統(tǒng)產(chǎn)生了樂(lè)觀影響。

2022年6月11日

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理討論所發(fā)布消息稱(chēng)，該所討論員李先鋒、張華民領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)近日勝利研發(fā)出新一代低成本、高功率全釩液流電池電堆。

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料整理

二、釩電池行業(yè)市場(chǎng)進(jìn)展環(huán)境

1.國(guó)內(nèi)釩資源豐富

釩具有自然?的耐腐蝕性和對(duì)堿、酸和鹽水的穩(wěn)定性，存在于60多種不同的礦物中，包括釩礦、角閃鋅礦、玫瑰鉛礦和銅礦。釩也存在于原油、煤炭和瀝青砂等化石燃料中。釩金屬是生產(chǎn)釩電池的主要原材料，我國(guó)釩儲(chǔ)量及產(chǎn)量豐富為釩電池行業(yè)的進(jìn)展奠定基礎(chǔ)。

（1）釩儲(chǔ)量

釩資源全球儲(chǔ)量2000萬(wàn)噸，區(qū)域分布集中，主要分布于中國(guó)、俄羅斯、南非和澳大利亞四國(guó)，其中中國(guó)占比高達(dá)47%。

全球釩資源分布狀況

數(shù)據(jù)來(lái)源：作者數(shù)據(jù)中心整理

中國(guó)釩礦資源主要集中在四川攀枝花和河北承德地。攀枝花釩鈦磁鐵礦資源量達(dá)90.6億噸，占全國(guó)52%。河北承德地區(qū)釩鈦磁鐵礦資源量達(dá)83.72億噸，占全國(guó)25%。

中國(guó)釩資源分布狀況

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（2）釩產(chǎn)量

在產(chǎn)量方面，中國(guó)獨(dú)占鰲頭。數(shù)據(jù)顯示，2022年全球釩產(chǎn)品產(chǎn)量約8.6萬(wàn)噸，其中中國(guó)產(chǎn)量為5.3萬(wàn)噸，占比61.6%，其次為俄羅斯、南非和巴西，產(chǎn)量分別為1.8、0.88、0.62萬(wàn)噸。

2022年全球釩產(chǎn)品產(chǎn)量占比

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2.電化學(xué)儲(chǔ)能或持續(xù)增長(zhǎng)，釩電池滲透率或快速上升

依據(jù)作者發(fā)布的《2022年中國(guó)

政策

制定部門(mén)

主要內(nèi)容

2022年

《釩鈦資源綜合利用和產(chǎn)業(yè)進(jìn)展“十二五”規(guī)劃》

國(guó)家發(fā)改委

國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《釩鈦資源綜合利用和產(chǎn)業(yè)進(jìn)展“十二五”規(guī)劃》，提出把“釩電池開(kāi)發(fā)”等作為釩鈦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的重要任務(wù)。

2022年

《關(guān)于對(duì)電池涂料征收消費(fèi)稅的通知》

國(guó)務(wù)院

為促進(jìn)節(jié)能環(huán)保，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，自2022年2月1日起對(duì)電池、涂料征收消費(fèi)稅。詳細(xì)政策內(nèi)容包括：將電池、涂料列入消費(fèi)稅征收范圍，在生產(chǎn)、托付加工和進(jìn)口環(huán)節(jié)征收，適用稅率均為4%。對(duì)無(wú)汞原電池、金屬氫化物鎳蓄電池、鋰原電池、鋰離子蓄電池、太陽(yáng)能電池、燃料電池和全釩液流電池免征消費(fèi)稅。

2022年1月

《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》

國(guó)家能源局

國(guó)家能源局正式發(fā)布《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》，明確了2022年至2022年能源新技術(shù)討論及應(yīng)用的進(jìn)展目標(biāo)。全釩液流電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化技術(shù)被列入了國(guó)家十三五能源新技術(shù)進(jìn)展規(guī)劃內(nèi)，目標(biāo)在2022-2022年，實(shí)施百兆瓦以上級(jí)全國(guó)產(chǎn)化材料全釩液流電池儲(chǔ)能裝置示范應(yīng)用工程;建筑300MW/年液流電池產(chǎn)業(yè)化基地，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。討論內(nèi)容：開(kāi)展全釩液流電池用高性能、低成本非氟離子傳導(dǎo)膜的規(guī)模化制備，開(kāi)展30kW及以上級(jí)高功率密度電堆、高集成度集裝箱式200kW以上級(jí)的全釩液流電池模塊的工程化技術(shù)開(kāi)發(fā);制定全釩液流電池標(biāo)準(zhǔn)。

2022年2月

《全釩液流電池儲(chǔ)能電站平安衛(wèi)士技術(shù)規(guī)章》（征求看法稿）

國(guó)家能源局

國(guó)家能源局發(fā)布《全釩液流電池儲(chǔ)能電站平安衛(wèi)士技術(shù)規(guī)章》（征求看法稿），標(biāo)準(zhǔn)起草組仔細(xì)總結(jié)了全釩液流電池儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)及運(yùn)行實(shí)踐閱歷，吸取了相關(guān)科研成果，考慮了我國(guó)全釩液流電池儲(chǔ)能電站技術(shù)進(jìn)展?fàn)顩r，并廣泛征求了有關(guān)設(shè)計(jì)、管理和運(yùn)行單位看法的基礎(chǔ)上，完成了本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

2022年7月

《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能進(jìn)展的指導(dǎo)看法》

國(guó)家發(fā)改委和能源局

國(guó)家發(fā)改委和能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能進(jìn)展的指導(dǎo)看法》，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)化進(jìn)展初期。

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釩電池項(xiàng)目一覽表

時(shí)間

地點(diǎn)

項(xiàng)目

規(guī)模

2022年9月7日

湖南省婁底市

湖南省婁底群聯(lián)儲(chǔ)能項(xiàng)目

100MW/200MWh

2022年以來(lái)

河南省開(kāi)封市

河南開(kāi)封市建設(shè)儲(chǔ)能新材料產(chǎn)業(yè)園

-

2022年1月6日

湖北省襄陽(yáng)市

北京陽(yáng)光鴻志新能源釩電池研發(fā)生產(chǎn)項(xiàng)目

-

2022年2月7日

河北承德市

東梁風(fēng)電場(chǎng)豐寧森吉圖全釩液流電池風(fēng)儲(chǔ)示范項(xiàng)目

3MW/12MWh

2022年5月21日

寧夏省中寧縣

寧夏中寧全釩液流電池儲(chǔ)能裝備產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目

-

2022年8月12日

河南省淅川縣

河南淅川全釩液流儲(chǔ)能電池裝備制造項(xiàng)目

500MW/2000MWh

2022年8月29日

湖北省襄陽(yáng)市

國(guó)家電投100MW/500MWh全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目

100MW/500MWh

2022年1月22日

福建省霞浦縣

霞浦縣全釩液流儲(chǔ)能電池項(xiàng)目

1000MW

2022年6月2日

河北省承德市

10千瓦光伏+儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）試點(diǎn)示范項(xiàng)目

5kW/20kWh

2022年10月21日

四川省攀枝花市

攀枝花全釩液流儲(chǔ)能研發(fā)及產(chǎn)業(yè)園

-

2022年10月22日

安徽省巢湖市

上海電氣（安徽）儲(chǔ)能科技有限公司液流儲(chǔ)能電池項(xiàng)目

200MW/1GWH

2022年12月23日

新疆省阿瓦提縣

晟嘉電氣新疆阿瓦提全釩液流儲(chǔ)能電站

7.5MW/22.5MWH

2022年1月5日

湖北省棗陽(yáng)市

湖北棗陽(yáng)平凡瑞豐全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目

10MW/40MWh

2022年9月5日

河北省承德市

江西電建與河鋼承鋼全釩液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目

5MW/20MWh

2022年11月

遼寧省瓦房店市

遼寧瓦房店鎮(zhèn)海100MW網(wǎng)源友好型風(fēng)電場(chǎng)示范項(xiàng)目

10MW/40MWh

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三、釩電池VS鋰電池

1.相較鋰電池，釩電池劣勢(shì)

相較鋰電池，釩電池最大的劣勢(shì)就是成本。成本是制約釩電池進(jìn)展的核心緣由。全釩液流電池（釩電池）每千瓦投資成本在4500-6000元，而抽水儲(chǔ)能、鋰電池每千瓦成本在750~1200元、2500~-4500元，高成本使得釩電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用并不廣泛，而鋰電池成本的持續(xù)下降使得釩電池行業(yè)進(jìn)展壓力進(jìn)一步增大。

儲(chǔ)能成本對(duì)比

類(lèi)別

儲(chǔ)能系統(tǒng)成本（元/KWh）

抽水儲(chǔ)能

750-1200

壓縮空氣儲(chǔ)能

200-2500

超級(jí)電容

9500-13500

鉛蓄電池

800-1000

鋰電池

2500-4500

全釩液流電池

4500-6000

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1991-2022年鋰電池成本

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釩電池的成本主要來(lái)自于電堆和電解液。電解液成本主要受到釩價(jià)的影響，或通過(guò)商業(yè)模式創(chuàng)新綻開(kāi)。釩電池電解液的主要由五氧化二釩和硫酸組成，而釩作為相對(duì)稀缺的金屬，價(jià)格較高，釩電池電解液降成本的難度較大。但由于釩電解液的回收利用率較高，因此通過(guò)租賃、或者到期出售電解液的模式新建釩電池儲(chǔ)能可以有效解決電解液成本較高的問(wèn)題。假設(shè)釩電池電解液回收率達(dá)到90%，則從全生命周期看，釩電池電解液成本僅為初期投入成本的10%，釩電池建設(shè)成本將大幅降低。

電堆的成本主要來(lái)自于隔膜等材料。目前，電堆成本的下降已經(jīng)逐步綻開(kāi)：大連化物所通過(guò)開(kāi)發(fā)可焊接多孔離子傳導(dǎo)膜，使得電堆膜材料的使用面積下降30%、電堆的總成本下降40%，假設(shè)電解液的成本不變，目前釩電池成本下沿已下降至2844元/kwh。隨著技術(shù)的進(jìn)步，釩電池電堆成本仍將持續(xù)下降。

釩電池成本占比

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2.相較鋰電池，釩電池優(yōu)勢(shì)

相較鋰電池，釩電池最大的優(yōu)勢(shì)就是平安。在當(dāng)前環(huán)境下，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)仍處在技術(shù)之爭(zhēng)的階段，除抽水儲(chǔ)能外，各電化學(xué)儲(chǔ)能方式尚未有明確的進(jìn)展方向。從儲(chǔ)能最終客戶(hù)角度來(lái)看，作為新能源配套的供電側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施，儲(chǔ)能設(shè)施的底線是平安。鋰電池雖然在當(dāng)下具有肯定成本優(yōu)勢(shì)，但不論是三元還是鐵鋰結(jié)構(gòu)均反復(fù)消失平安性事故。

8月24日，國(guó)