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文章總結(jié)
（1）我國釩資源產(chǎn)儲(chǔ)量均為全球第一，發(fā)展釩電池具有資源優(yōu)勢(shì)。
（2）釩電池具有安全性高、可獨(dú)立配置電池容量和電池功率、充放電性能好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有工作溫度要求高、初裝成本高、能量密度低等缺點(diǎn)。
（3）釩電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展快車道。目前國內(nèi)已規(guī)劃及落地多個(gè)百兆瓦級(jí)釩電池項(xiàng)目，釩電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完善成熟，未來發(fā)展空間較大。
投資機(jī)會(huì)
（1）釩電池的發(fā)展可能會(huì)逐步拉升釩資源價(jià)格，擁有釩礦資源且布局釩電池領(lǐng)域的企業(yè)值得關(guān)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(guān)鍵材料研發(fā)企業(yè)值得留意。
（3）隨著對(duì)釩電池關(guān)注度的提升及多個(gè)百兆瓦級(jí)項(xiàng)目的規(guī)劃與落地，標(biāo)志著國內(nèi)釩電池產(chǎn)業(yè)正走向成熟，預(yù)估未來國內(nèi)釩電池項(xiàng)目將呈現(xiàn)“爆發(fā)式增長(zhǎng)”，國內(nèi)釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)先企業(yè)正迎來投資機(jī)會(huì)。
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(guān)企業(yè)
釩電池原理及特性
釩電池是主流儲(chǔ)能技術(shù)的重要補(bǔ)充
國內(nèi)釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
近期，國內(nèi)儲(chǔ)能電池市場(chǎng)風(fēng)起云涌，釩電池概念帶動(dòng)相關(guān)企業(yè)股價(jià)大幅波動(dòng)，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(guān)聯(lián)。
6月29日，國家能源局發(fā)布《防治電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版）（征求意見稿）》，其中明確提出：中大型電化學(xué)儲(chǔ)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(dòng)力電池；選擇梯次利用動(dòng)力電池時(shí)，應(yīng)進(jìn)行一致性篩選并結(jié)合溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行安全評(píng)估。
作為一種高安全性、高壽命的新型儲(chǔ)能電池，政策端對(duì)儲(chǔ)能安全性要求的收緊讓釩電池發(fā)展迎來風(fēng)口，釩電池有望成為大中型儲(chǔ)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電池？目前國內(nèi)的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀發(fā)展如何？釩電池是否是新的投資風(fēng)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(chǎn)儲(chǔ)量全球第一，靜態(tài)可開采年限與鋰相當(dāng)。
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(chǔ)量共計(jì)2200萬噸，其中中國釩礦儲(chǔ)量950萬噸（43%），位居全球釩礦儲(chǔ)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(chǎn)量為8.6萬噸，中國釩礦產(chǎn)量為5.3萬噸（62%），位居釩礦產(chǎn)量全球第一，俄羅斯、南非和巴西釩產(chǎn)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(jì)，以2021年全球釩產(chǎn)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(chǎn)靜態(tài)可開采年限相當(dāng)。
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(jìn)口依賴，國內(nèi)釩礦儲(chǔ)量及產(chǎn)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(lǐng)域，儲(chǔ)能或成新需求
世界釩產(chǎn)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(chǔ)能領(lǐng)域。由于其與鐵礦共伴生的特性，目前釩多被用于鋼鐵產(chǎn)業(yè)，占比高達(dá)90%以上。
相較于鋼鐵行業(yè)，目前釩在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用比例仍較低，但隨著釩電池概念的持續(xù)熱行，儲(chǔ)能或成釩資源的下一個(gè)需求增長(zhǎng)點(diǎn)。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。釩電池在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、通訊基站等領(lǐng)域擁有廣闊市場(chǎng)前景。特別是，自2021年以來，多個(gè)百兆瓦級(jí)別的全釩液流電池項(xiàng)目正在規(guī)劃建設(shè)，釩電池規(guī)模的快速增長(zhǎng)或拉動(dòng)釩需求。
02
釩電池相關(guān)企業(yè)
攀鋼釩鈦產(chǎn)能第一，釩資源企業(yè)積極布局釩電池領(lǐng)域。
國內(nèi)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(nèi)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(chǎn)能高達(dá)4.2萬噸/年，市占率全球第一。經(jīng)歷產(chǎn)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(qiáng)化與鞏固，定價(jià)權(quán)進(jìn)一步提升。
在釩電池概念火熱的當(dāng)下，國內(nèi)外釩資源企業(yè)積極布局釩電池領(lǐng)域。
此前攀鋼釩鈦發(fā)布公告稱，其與釩儲(chǔ)能企業(yè)大連博融簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，主動(dòng)融入釩電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈；河鋼股份已擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的釩電解液用高純氧化釩、全釩液流電池電解液技術(shù)，并已建成相關(guān)產(chǎn)業(yè)線，并已應(yīng)用于部分光伏-釩儲(chǔ)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(shè)釩電池相關(guān)業(yè)務(wù)部門/子公司，積極布局釩電池領(lǐng)域，主動(dòng)擁抱釩電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈。
釩電池企業(yè)多家爭(zhēng)鳴，龍頭格局尚未顯現(xiàn)。
全球范圍內(nèi)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(shù)公司和奧地利Gildemeister公司等。目前，國內(nèi)釩電池產(chǎn)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(guān)業(yè)務(wù)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(shù)領(lǐng)域擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并已成功完成多項(xiàng)商業(yè)化應(yīng)用示范項(xiàng)目。此前，由融科儲(chǔ)能承建的100MW/400MWh級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能電站進(jìn)入調(diào)試。北京普能的核心技術(shù)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(chǔ)能項(xiàng)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(shù)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并積極推動(dòng)企業(yè)釩電池建設(shè)項(xiàng)目的落地實(shí)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(shí)現(xiàn)離子電化學(xué)反應(yīng)。全釩液流電池利用不同價(jià)態(tài)釩離子對(duì)作為正極和負(fù)極的活性物質(zhì)，分別儲(chǔ)存在各自的電解液儲(chǔ)罐中，通過外接泵將電解液運(yùn)輸至電池堆內(nèi)的正極室和負(fù)極室，使其在不同的儲(chǔ)液罐和液態(tài)的閉合回路中循環(huán)流動(dòng)，采用離子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)的溶液流過電極表面產(chǎn)生了電化學(xué)反應(yīng)，實(shí)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(dòng)形成電流回路。電堆內(nèi)部發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)方程式為（正向?yàn)槌潆姺磻?yīng)，逆向?yàn)榉烹姺磻?yīng)）：
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(chǔ)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(zhuǎn)換系統(tǒng)。其中電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放功能，關(guān)鍵技術(shù)包括：電堆結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵材料（隔膜、電極、雙極板、電解液）、液流循環(huán)系統(tǒng)。工作時(shí)，外接泵將電解液泵入電堆系統(tǒng)內(nèi)，電解液在半電池和儲(chǔ)液罐中循環(huán)流動(dòng)，兩個(gè)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(bào)告
（1）電堆
電堆中關(guān)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(fù)合型電極，目前，碳材料電極和石墨氈-塑料電極板一體化復(fù)合電極是目前的關(guān)注熱點(diǎn)。離子交換膜主要包括含氟膜和非含氟膜，目前應(yīng)用較多的是進(jìn)口杜邦膜，價(jià)格非常高，研發(fā)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的國產(chǎn)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(xué)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(jià)格相關(guān)，約占電池系統(tǒng)總成本的40%。
釩電池原理及結(jié)構(gòu)決定其特性。
釩電池的主要特性包括以下幾個(gè)方面：
（1）可獨(dú)立配置電池容量及功率。釩電池反應(yīng)場(chǎng)所電堆和電解液儲(chǔ)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(chǔ)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(jìn)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(fù)極電解液之間混合無劇烈反應(yīng)，即使電池隔膜破損也不會(huì)發(fā)生爆炸等安全性問題。
（4）使用壽命長(zhǎng)。釩電池循環(huán)次數(shù)可高達(dá)1.3 萬次，使用壽命可達(dá)到10年以上。
（5）工作溫度要求高。釩電池的運(yùn)行溫度一般在10~40度之間，溫度過高會(huì)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(cè)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(dòng)釩原料價(jià)格上漲，釩電池系統(tǒng)裝配成本有可能進(jìn)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(yīng)用的條件。
（7）能量密度較低。作為水基電解質(zhì)電池，整體能量密度低于鋰電池。
04
釩電池是主流儲(chǔ)能技術(shù)的重要補(bǔ)充
釩電池作為一種使用壽命長(zhǎng)、安全性高、充放電性能強(qiáng)的儲(chǔ)能技術(shù)，被認(rèn)為是未來的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的重要選擇，將與抽水蓄能/氫儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)展開競(jìng)爭(zhēng)。然而，目前釩電池仍處于商業(yè)化初期階段，技術(shù)及產(chǎn)業(yè)尚未發(fā)展成熟，是目前主流儲(chǔ)能技術(shù)的重要補(bǔ)充選擇。
圖片來源：大連融科官網(wǎng)
抽水儲(chǔ)能占市場(chǎng)大頭，新型儲(chǔ)能增速迅猛。
據(jù)《2022儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報(bào)告》，2021年全球儲(chǔ)能市場(chǎng)裝機(jī)功率205.3GW，中國儲(chǔ)能市場(chǎng)裝機(jī)功率43.44GW，位居全球第一。抽水儲(chǔ)能占據(jù)儲(chǔ)能市場(chǎng)大頭，全球與中國抽水儲(chǔ)能占比相當(dāng)，約為86.5%。大型抽水儲(chǔ)能電站可提供低成本、可調(diào)度的電力，但同時(shí)具有場(chǎng)地限制、建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)及環(huán)境問題等發(fā)展制約因素。
從長(zhǎng)期來看，電化學(xué)儲(chǔ)能由于動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)推動(dòng)，且不受場(chǎng)地制約，具有較大的發(fā)展空間。2021年全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)21.1GW，中國電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)功率5117.1MW。電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)功率占總儲(chǔ)能市場(chǎng)的10%~12%，其中2021年較2020年功率裝機(jī)規(guī)模同比增長(zhǎng)55.4%。
在電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)中，鋰離子電池占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。鋰離子電池裝機(jī)規(guī)模全球及中國占比分別達(dá)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(bǔ)充，其裝機(jī)規(guī)模在全球及中國市場(chǎng)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(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。
鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池具備較大應(yīng)用潛力，并且由于其原料及工藝的特點(diǎn)，不同技術(shù)的電化學(xué)儲(chǔ)能電池各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中鋰離子電池仍是電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)商業(yè)化最成熟的技術(shù)。
（1）鋰離子電池：具有能源密度高、效率高、技術(shù)較為成熟的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有儲(chǔ)能時(shí)間有限，安全性較差，對(duì)鋰資源依賴度高等缺點(diǎn)。
（2）鈉離子電池：具有低溫性能、快充、高環(huán)境適應(yīng)能力及原料易得的優(yōu)點(diǎn)，在絕對(duì)成本方面上優(yōu)勢(shì)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(jià)比不高。
（3） 液流電池：液流電池具有使用壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化效率高、支持過充過放、可獨(dú)立配置電池容量及功率、維護(hù)運(yùn)營成本低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)其目前也存在著能量密度低、初裝成本高等缺點(diǎn)。
釩電池——新一代的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電池。
目前國內(nèi)液流電池的主要3種技術(shù)路線分別為：第一，全釩液流電池，是目前液流電池技術(shù)中產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展最完善，也是目前國內(nèi)示范項(xiàng)目做得最大的技術(shù)；第二，鐵鉻液流，應(yīng)用前景廣，且鐵、鉻原料便宜易得，但目前技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍處于早期，產(chǎn)業(yè)化效果及穩(wěn)定性尚未得到驗(yàn)證；第三，鋅溴液流，國內(nèi)鋅溴液流的相關(guān)企業(yè)仍比較少。
05
國內(nèi)釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
釩電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展快車道。
目前，在政策推動(dòng)及技術(shù)需求下，我國的釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道。
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)到100MW，2022年已有多家企業(yè)積極布局百兆瓦級(jí)釩電池工程，如大連融科、上海電氣、偉力得、中廣核、綠動(dòng)中釩新能源等公司。據(jù)CNESA統(tǒng)計(jì)，2021年國內(nèi)釩電池在新型儲(chǔ)能領(lǐng)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(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。
隨著釩電池項(xiàng)目的推動(dòng)落地，國內(nèi)釩電池產(chǎn)業(yè)鏈布局已逐步成型。電極液、隔膜、膜電極等原材料供應(yīng)鏈已初步成型，國產(chǎn)化進(jìn)程不斷加快，產(chǎn)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(jí)低成本全釩液流電池電堆。國內(nèi)的科潤(rùn)、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(yù)計(jì)在不久的將來，國內(nèi)釩電池產(chǎn)業(yè)鏈將迎來質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的國產(chǎn)部件。
