中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
馮俊淇 興業(yè)研究分析師
王廣舉 興業(yè)研究分析師
鄭仁福 興業(yè)研究公司總裁助理
全釩液流電池儲(chǔ)能有望迎來(lái)快速發(fā)展。隨著新能源滲透率的提升，電力系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求將增加，全釩液流電池作為一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，具有本征安全性，循環(huán)壽命達(dá)16000次以上，4h全釩液流電池儲(chǔ)能度電成本約0.75元/kWh，有望與鋰電儲(chǔ)能媲美，且相比抽水蓄能、壓縮空氣等其他長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，不受地域、環(huán)境的限制，發(fā)展前景廣闊。預(yù)計(jì)2025年我國(guó)全釩液流電池儲(chǔ)能新增裝機(jī)規(guī)模達(dá)1.4GW/5.7GWh，市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)143億元。
全釩液流電池儲(chǔ)能進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期，產(chǎn)業(yè)鏈已初步形成。大連200MW/800MWh全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目一期100/400MWh工程將于2022年10月正式投運(yùn)，標(biāo)志著我國(guó)全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段。上游釩資源企業(yè)積極布局、中游全釩液流電池儲(chǔ)能制造集成企業(yè)開發(fā)出10-1000kW級(jí)液流電池電堆，下游多個(gè)全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目處于規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施階段，產(chǎn)業(yè)鏈已初步形成。
業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)和風(fēng)險(xiǎn)：關(guān)注全釩液流電池儲(chǔ)能龍頭企業(yè)的股權(quán)投資機(jī)會(huì)，關(guān)注相關(guān)企業(yè)和儲(chǔ)能項(xiàng)目的債權(quán)業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)。關(guān)注成本下降不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)，其他類型儲(chǔ)能技術(shù)提升對(duì)全釩液流電池儲(chǔ)能產(chǎn)生擠出效應(yīng)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能兩部制電價(jià)等支持政策出臺(tái)不及預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)。
一、全釩液流電池儲(chǔ)能簡(jiǎn)介
1.1全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)簡(jiǎn)介
液流電池全稱氧化還原液流電池。其研究始于20世紀(jì)70-80年代。與其他傳統(tǒng)離子蓄電池不同的地方是，液流電池屬于一種活性化學(xué)物質(zhì)儲(chǔ)存在液態(tài)化電解液中的二次儲(chǔ)能電池處理技術(shù)，不僅電池結(jié)構(gòu)上存在差異，而且正、負(fù)極電解液中是儲(chǔ)存能量的。
液流電池工作原理為通過(guò)外接泵與交換膜實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)。液流電池的正、負(fù)極電解液儲(chǔ)罐是完全獨(dú)立分離放置在堆棧外部的，通過(guò)兩個(gè)循環(huán)動(dòng)力泵將正、負(fù)極電解液通過(guò)管道泵入液流電池堆棧中并持續(xù)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)將化學(xué)能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換作用來(lái)完成電能的儲(chǔ)存和釋放。
液流電池根據(jù)其電解液中活性物質(zhì)的不同，可以分為多種液流電池，比較典型的有全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池等，其中全釩液流電池技術(shù)相對(duì)最為成熟、產(chǎn)業(yè)化相對(duì)最快。全釩液流電池發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化相對(duì)較成熟，壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠的優(yōu)勢(shì)尤為突出，成為大規(guī)模儲(chǔ)能的可行技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
全釩液流電池是一種以金屬釩離子為活性物質(zhì)的液態(tài)氧化還原可再生電池。全釩液流電池以+4、+5價(jià)態(tài)的釩離子溶液作為正極的活性物質(zhì)，以+2、+3價(jià)態(tài)的釩離子溶液作為負(fù)極的活性物質(zhì)，分別儲(chǔ)存在正、負(fù)極電解液儲(chǔ)罐中。在對(duì)電池進(jìn)行充、放電時(shí)，正負(fù)極電解液在離子交換膜兩側(cè)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。同時(shí)，通過(guò)電堆外循環(huán)泵的作用，儲(chǔ)液罐中的電解液不斷送入正極室和負(fù)極室內(nèi)，以維持離子的濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充放電。全釩液流電池在充放電過(guò)程中，主要依靠電解液中H+在離子膜上的定向移動(dòng)形成電流回路。全釩液流電池在電堆內(nèi)部發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下，開路電壓為1.259V。
1.2全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成
全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由功率單元、能量單元、輸運(yùn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、其他設(shè)施等部分組成，其中功率單元和能量單元是核心。
4h全釩液流電池成本中，電解液約占50%，電堆約占29%，其他設(shè)備成本占比約21%。
1.3全釩液流電池優(yōu)缺點(diǎn)
1.3.1全釩液流電池優(yōu)點(diǎn)
（1）功率與容量解耦，配置靈活、利于降本，適宜長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能調(diào)峰場(chǎng)景
不同儲(chǔ)能技術(shù)，提供功率和存儲(chǔ)能量的介質(zhì)有解耦和非解耦之分。相比鋰離子電池和鈉離子電池提供功率的介質(zhì)即為貯存能量的介質(zhì)，液流電池儲(chǔ)能、抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)能提供功率的介質(zhì)和存儲(chǔ)能量的介質(zhì)是解耦的，配置更為靈活、且利于降本。
全釩液流電池提供功率和存儲(chǔ)能量的介質(zhì)解耦，便于儲(chǔ)能靈活配置。液流電池的儲(chǔ)能容量大小主要取決于電解液的體積和濃度，只需要在整套儲(chǔ)能系統(tǒng)中擴(kuò)大電解液的儲(chǔ)存體積或適當(dāng)提高電解液配比濃度就可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量提升。液流電池單個(gè)電堆的功率大小只取決于電堆電極反應(yīng)面積大小，所以液流電池儲(chǔ)能的輸出功率大小是由電堆數(shù)量和單個(gè)電堆電極大小來(lái)決定的，只需通過(guò)增加電堆數(shù)量或單個(gè)電堆電極反應(yīng)面積即可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能輸出功率的提升。全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)功率通常在數(shù)百瓦至數(shù)百兆瓦，儲(chǔ)能容量在數(shù)百千瓦時(shí)至數(shù)百兆瓦時(shí)。
全釩液流電池功率和能量介質(zhì)解耦的特征造就了不同儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)格不同，且儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，儲(chǔ)能單位造價(jià)越低。該特性也決定了全釩液流電池儲(chǔ)能更適宜儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)4h及以上長(zhǎng)時(shí)調(diào)峰儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景。鋰離子電池提供功率的介質(zhì)即為貯存能量的介質(zhì)，單位造價(jià)并不會(huì)隨著儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)而降低。而全釩液流電池功率和能量介質(zhì)解耦，當(dāng)電解液原料五氧化二釩的價(jià)格為10萬(wàn)元/噸時(shí)，全釩液流電池電解液成本為1500元/kWh，除電解液以外的儲(chǔ)能系統(tǒng)成本為6000/kW，配置不同時(shí)長(zhǎng)的全釩液流電池，單位造價(jià)不盡相同。依據(jù)大連融科儲(chǔ)能2022年三季度不同儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)全釩液流電池價(jià)格，當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)由1h提高到4h時(shí)，單位造價(jià)由7.5元/Wh降低至3元/Wh，下降60%；當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)由1h提高到10h時(shí)，單位造價(jià)由7.5元/Wh降低至2.1元/Wh，下降72%，該特性決定了全釩液流電池儲(chǔ)能更適宜儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)4h及以上應(yīng)用場(chǎng)景。
（2）安全性能好
相比鋰電池，全釩液流電池具有本征安全性。對(duì)于鋰離子電池而言，一旦電池內(nèi)部出現(xiàn)短路或工作溫度過(guò)高，電解液就極易發(fā)生分解、氣化，進(jìn)而引發(fā)電池燃燒或爆炸，造成極大的安全隱患。全釩液流電池的電解液為釩離子的酸性水溶液，作為無(wú)機(jī)水基體電解液不會(huì)發(fā)生燃燒、爆炸，且常溫常壓下運(yùn)行，不存在熱失控風(fēng)險(xiǎn)，具有本征安全性。另外，全釩液流電池的活性物質(zhì)以液態(tài)形式貯存在電堆外部的儲(chǔ)液罐中，散熱好，且反應(yīng)場(chǎng)所和活性物質(zhì)分開，安全性能高。
（3）循環(huán)壽命長(zhǎng)
目前商用全釩液流電池循環(huán)次數(shù)可達(dá)16000次以上，日歷壽命25年，遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰電池的6000次。全釩液流電池由于電池正負(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)程中不存在復(fù)雜的固相反應(yīng), 因此電池壽命長(zhǎng)。全釩液流電池循環(huán)次數(shù)可達(dá)16000次以上，電池使用壽命可達(dá)25年。加拿大VRB Power Systems商業(yè)化示范是運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的釩電池模塊，已正常運(yùn)行超過(guò)9年，充放循環(huán)壽命超過(guò)18000次。日本住友電工 2005-2007年實(shí)施的4MW/6MWh全釩液流電池系統(tǒng)配合風(fēng)場(chǎng)在三年間進(jìn)行了20多萬(wàn)次的充放電。大連融科儲(chǔ)能與國(guó)電龍?jiān)春献魍哆\(yùn)的5MW/10MWh 全釩液流電池系統(tǒng)從2012年并網(wǎng)至今運(yùn)行10年，效率和容量均未見(jiàn)衰減。
（4）響應(yīng)速度快
全釩液流電池在室溫條件下運(yùn)行，電解液在儲(chǔ)罐和電堆之間循環(huán)流動(dòng)，在充、放電過(guò)程中通過(guò)溶解在水溶液中釩離子的價(jià)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和釋放，沒(méi)有相變化，所以充放電狀態(tài)切換響應(yīng)迅速，目前融科儲(chǔ)能的兆瓦級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，由80%充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到80%的放電狀態(tài)所需的時(shí)間小于100ms，主要是由指令信號(hào)的傳遞速度決定的。既可用于調(diào)峰，也可用于電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)。
（5）可100%充放電
全釩液流電池可100%進(jìn)行充放電，且對(duì)電池性能不會(huì)造成任何傷害，相反會(huì)對(duì)電池壽命有益。而鋰電池的過(guò)充或者過(guò)放都會(huì)帶來(lái)不可逆的損害，會(huì)造成內(nèi)部的短路，甚至起火爆炸。
（6）自放電率低
由于全釩液流電池正負(fù)活性物質(zhì)分別儲(chǔ)存在正負(fù)電解液儲(chǔ)槽中，避免了正負(fù)活性物質(zhì)的自放電消耗，滿充后可長(zhǎng)期保持，極低的自放電率，幾乎可以忽略不計(jì)。而鋰電池自放電率約0.1-0.3%/天。
（7）環(huán)境友好
全釩液流電池電解液可補(bǔ)充、更換、100%回收利用，離子膜不需要貴金屬作電極催化劑，電極材料也多為碳材料制品，更為環(huán)保。
1.3.2全釩液流電池缺點(diǎn)
（1）能量密度低
受制于電解液中離子溶解度上限，全釩液流電池能量密度低。同樣能量的全釩液流電池體積可達(dá)鋰電池的3-5倍，質(zhì)量達(dá)2-3倍。因此，液流電池僅能適用于靜態(tài)儲(chǔ)能系統(tǒng)，難以應(yīng)用于電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。
（2）充放電效率偏低
液流電池DC/DC轉(zhuǎn)換效率在70%—85%，AC/AC轉(zhuǎn)換效率在65%—80%，技術(shù)相對(duì)成熟的企業(yè)能夠?qū)⑥D(zhuǎn)換效率控制的相對(duì)較好，可和抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能相比，但暫時(shí)還無(wú)法與鋰離子電池85%—90%充放電轉(zhuǎn)換效率相比。
（3）環(huán)境溫度要求相對(duì)較高
全釩液流電池通常工作環(huán)境溫度需保持在0-45℃，溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致電解液凝固，而溫度過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致溶液中的+5價(jià)釩離子形成五氧化二釩析出，從而堵塞電解液通道。
（4）副產(chǎn)物具有一定危害性
全釩液流電池電解質(zhì)的原料、沉淀物五氧化二釩，是一種高毒性的化學(xué)品。
（5）維護(hù)成本相對(duì)較高
全釩液流電池正常使用情況下，每隔兩個(gè)月就要由專業(yè)人士進(jìn)行一次維護(hù)，維護(hù)費(fèi)用較高，且高頻次的維護(hù)使得全釩液流電池儲(chǔ)能難以在用戶側(cè)廣泛應(yīng)用。
二、多方面加持推動(dòng)全釩液流電池步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段
2.1新能源滲透率提升將激發(fā)電力系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求
高比例可再生能源對(duì)電力系統(tǒng)的靈活性調(diào)節(jié)能力提出了更高的需求，對(duì)儲(chǔ)能的需求也將從短時(shí)儲(chǔ)能等日內(nèi)調(diào)節(jié)，過(guò)渡到長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的跨天、跨月和跨季度調(diào)節(jié)。新能源發(fā)電僅可以滿足電量平衡，但由于出力波動(dòng)，無(wú)法滿足電力平衡。新能源出力具有不確定性、間歇性以及不可控性的特點(diǎn)，為電力系統(tǒng)維持實(shí)時(shí)電力平衡帶來(lái)挑戰(zhàn)。隨著新能源滲透率的提升，電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能等調(diào)節(jié)資源的需求越大，且對(duì)調(diào)節(jié)能力的需求也將從日內(nèi)調(diào)節(jié)，過(guò)渡到跨天、跨月和跨季度調(diào)節(jié)。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能委員會(huì)與麥肯錫聯(lián)合發(fā)布《Net-zero power:Long duration energy storage for a renewable grid》（2021年11月）提出長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能將于2025年開始大規(guī)模增長(zhǎng)。報(bào)告指出全球已投入運(yùn)營(yíng)或已宣布部署的8h及以上長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)超過(guò)5GW和65GWh，全球已公示超過(guò)230個(gè)處于不同商業(yè)階段的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目（不包括抽水蓄能）。報(bào)告預(yù)計(jì)，隨著可再生能源滲透率提升，2025年長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能全球累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)到30—40GW/1TWh；2030年起全球可再生能源滲透率將升至60%—70%，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)到150—400GW/5—10TWh；同時(shí)，報(bào)告提出，到2030年，預(yù)計(jì)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)在24小時(shí)以上的儲(chǔ)能占比將快速提升，8-24小時(shí)的儲(chǔ)能裝機(jī)量可能占長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能裝機(jī)量的80%和總儲(chǔ)能容量的60%。
國(guó)家明確通過(guò)市場(chǎng)化方式落實(shí)并網(wǎng)條件的可再生能源發(fā)電項(xiàng)目需配置4小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，新疆、內(nèi)蒙古等地已開始執(zhí)行該政策。2021年7月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購(gòu)買調(diào)峰能力增加并網(wǎng)規(guī)模的通知》提出，在電網(wǎng)企業(yè)承擔(dān)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源保障性并網(wǎng)責(zé)任以外，仍有投資建設(shè)意愿的可再生能源發(fā)電企業(yè)，鼓勵(lì)在自愿的前提下自建儲(chǔ)能或購(gòu)買調(diào)峰資源增加并網(wǎng)規(guī)模，保證新建項(xiàng)目按照不低于功率15%、時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)的要求配置調(diào)峰能力，對(duì)于配置20%以上調(diào)峰能力的項(xiàng)目?jī)?yōu)先并網(wǎng)。目前，我國(guó)各地依據(jù)自身新能源占比以及電力調(diào)節(jié)能力，來(lái)制定各自的新能源配儲(chǔ)比例和時(shí)長(zhǎng)，新疆、內(nèi)蒙古、以及上海金山海上風(fēng)電已要求配置4h儲(chǔ)能。
新能源滲透率的提高將為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的發(fā)展提供原動(dòng)力，全釩液流電池作為一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，由于不受地域、環(huán)境的限制，發(fā)展前景廣闊。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)均為功率與能量介質(zhì)分離的儲(chǔ)能技術(shù)，包括抽水蓄能、壓縮空氣、液流電池、熱儲(chǔ)能。抽水蓄能是成本最低、技術(shù)最為成熟的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，也是多年來(lái)電網(wǎng)重點(diǎn)發(fā)展的大規(guī)模儲(chǔ)能形式，但其發(fā)展受到資源條件和環(huán)保等的限制，無(wú)法滿足長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展需求；壓縮空氣儲(chǔ)能，也是較成熟的可靠技術(shù)，但在一定程度上受到資源條件等限制；熱儲(chǔ)能即光熱發(fā)電也僅適合西北沙漠、隔壁地區(qū)；液流電池儲(chǔ)能，不受地域、環(huán)境等條件限制，可以作為資源條件受限地區(qū)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電站的有效解決方案。
2.2我國(guó)近期出臺(tái)多項(xiàng)政策推進(jìn)液流電池儲(chǔ)能發(fā)展
“十三五”以來(lái)，我國(guó)密集出臺(tái)產(chǎn)業(yè)政策和規(guī)劃鼓勵(lì)新型儲(chǔ)能發(fā)展。2021年10月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，提出加快建設(shè)新型電力系統(tǒng)，加快新型儲(chǔ)能示范推廣應(yīng)用，到2025年，新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量達(dá)到3000萬(wàn)千瓦以上。我國(guó)各省基于區(qū)域能源發(fā)展的切實(shí)需求以及帶動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，相續(xù)發(fā)布“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展目標(biāo)。目前，包括青海、山東、湖南等17省市自治區(qū)的“十四五”新型儲(chǔ)能規(guī)劃目標(biāo)，新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模合計(jì)已達(dá)4890萬(wàn)千瓦，已遠(yuǎn)高于國(guó)家制定的3000萬(wàn)千瓦的基礎(chǔ)目標(biāo)。
國(guó)家鼓勵(lì)儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展，液流電池作為新型儲(chǔ)能技術(shù)得到支持。2021 年7 月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化目標(biāo)：1）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；2）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；3）加快鈉離子電池等技術(shù)開展規(guī)?；囼?yàn)示范；4）以需求為導(dǎo)向，探索開展儲(chǔ)氫、儲(chǔ)熱及其他創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)的研究和示范應(yīng)用。2022年3月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，提出到2025年，新型儲(chǔ)能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段、具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件，到2030年，新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。推動(dòng)多元化技術(shù)發(fā)展，開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池、壓縮空氣、氫(氨)儲(chǔ)能、熱(冷)儲(chǔ)能等關(guān)鍵核心技術(shù)、裝備和集成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究；重點(diǎn)攻關(guān)百兆瓦級(jí)高安全性、低成本、長(zhǎng)壽命鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)，百兆瓦級(jí)液流電池技術(shù)，鈉離子電池、固態(tài)鋰離子電池技術(shù)，高性能鉛炭電池技術(shù)，兆瓦級(jí)超級(jí)電容器等。
伴隨利好政策的出臺(tái)，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能得到快速發(fā)展，液流電池儲(chǔ)能占比雖然較低，但發(fā)展迅速。2021年，我國(guó)新投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模達(dá)到10.5GW，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到46.1GW，同比增長(zhǎng)30%。其中，電化學(xué)儲(chǔ)能新增裝機(jī)達(dá)到2.3GW，同比增加46%；累計(jì)裝機(jī)達(dá)到5.5GW，同比增長(zhǎng)69%。液流電池占比較低，2021年累計(jì)裝機(jī)僅52MW，但發(fā)展迅速，大連100/400MWh全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目已于2022年6月并網(wǎng)調(diào)試，即將正式投入運(yùn)行，投運(yùn)后液流電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)呈階躍式增長(zhǎng)。
2.3全釩液流電池成本下降迅速，有望和鋰電媲美
4h全釩液流電池儲(chǔ)能設(shè)備成本目前已下降至2.5元/Wh。目前，4h全釩液流電池儲(chǔ)能設(shè)備價(jià)格已由最初的4.5元/Wh下降至2.5元/Wh，預(yù)計(jì)2年左右時(shí)間，將下探至2元/Wh。
目前造價(jià)下，4h全釩液流電池儲(chǔ)能電站度電成本略高于鋰電儲(chǔ)能。目前4h全釩液流電池儲(chǔ)能電站設(shè)備造價(jià)約2.5元/Wh，按照EPC總造價(jià)3元/Wh考慮，年充放電次數(shù)按照400次考慮，則其全生命周期度電成本為0.75元/kWh，高于鋰電池0.65元/kWh度電成本。
如果儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)提高至8h，或未來(lái)全釩液流電池成本繼續(xù)下降，度電成本或可低于鋰電儲(chǔ)能。假設(shè)未來(lái)4h全釩液流電池儲(chǔ)能EPC造價(jià)下降至2.5元/Wh，或者采用8h全釩液流電池儲(chǔ)能，其EPC總造價(jià)為2.5元/Wh，其他參數(shù)不變情況下，重新計(jì)算全釩液流電池全生命周期度電成本，其度電成本為0.62元/kWh，將有望與鋰電池0.65元/kWh度電成本媲美。
2.4我國(guó)全釩液流電池已進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期
大連200MW/800MWh全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目一期100/400MWh工程投運(yùn)標(biāo)志著我國(guó)全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段。大連100/400MWh全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目由大連融科儲(chǔ)能提供設(shè)備交付和集成，已于2022年6月并網(wǎng)調(diào)試，即將正式投入運(yùn)行，該項(xiàng)目的投運(yùn)標(biāo)志著我國(guó)液流電池儲(chǔ)能技術(shù)由小規(guī)模示范進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段。
國(guó)內(nèi)全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。國(guó)內(nèi)聚焦于全釩液流電池及其材料的的公司主要有北京普能、大連融科、上海電氣、國(guó)網(wǎng)英大等電池代表企業(yè)和蘇州科潤(rùn)、釩鈦股份、河鋼股份等上游配套企業(yè)。最早成立的北京普能，在全球累計(jì)實(shí)現(xiàn)全釩電池交付投運(yùn)達(dá)到70MWh，目前公司完成了C輪融資。大連融科，由中科院大連物理化學(xué)所孵化，目前有200 多項(xiàng)全釩電池相關(guān)專利，已在國(guó)內(nèi)外實(shí)施工程項(xiàng)目40余項(xiàng)，國(guó)家級(jí)大型化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目大連100MW/400MWh全釩液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站由其供貨，前者一期工程將于2022年6月并網(wǎng)調(diào)試，建成后將成為全球規(guī)模最大的全釩液流電池儲(chǔ)能電站。上海電氣已推出兆瓦級(jí)全釩液流電池，2021年9月，其1MW/1MWh釩液流電池儲(chǔ)能電站在廣東汕頭市濠江區(qū)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園順利通過(guò)驗(yàn)收。國(guó)網(wǎng)英大旗下的武漢南瑞，成功研發(fā)高功率全釩電池電堆和250kW/500kWh儲(chǔ)能系統(tǒng)。蘇州科潤(rùn)、河鋼股份等全釩液流電池上游配套廠商近幾年陸續(xù)融資擴(kuò)產(chǎn)，推動(dòng)液流電池整體成本不斷下降。
2020年以來(lái)，處于規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施階段的全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目爆發(fā)式發(fā)展。2020 年至今，全國(guó)各地陸續(xù)規(guī)劃、開工了多個(gè)全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。
三、全釩液流電池儲(chǔ)能發(fā)展展望
3.1全釩液流電池裝機(jī)規(guī)模預(yù)測(cè)
“十四五”時(shí)期全釩液流電池處于商業(yè)化初期，滲透率相對(duì)較低，但由于基數(shù)較低將實(shí)現(xiàn)階躍式發(fā)展?！笆奈濉睍r(shí)期發(fā)電側(cè)風(fēng)光儲(chǔ)還不能平價(jià)，儲(chǔ)能項(xiàng)目盈利性一般，新能源配儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)要求不高，配儲(chǔ)比例平均為10%，配儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)平均為2h。預(yù)計(jì)2025年我國(guó)新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)28.7GW，全釩液流電池滲透率將由2021年的0.4%提高至5%，新增裝機(jī)規(guī)模1.4GW/5.7GWh，“十四五”CAGR=246%，市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)143億元，實(shí)現(xiàn)階躍式發(fā)展。
“十五五”期間全釩液流電池長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)將更加凸顯，預(yù)計(jì)將步入快速發(fā)展階段?！笆逦濉逼陂g我國(guó)將實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，隨著新能源和儲(chǔ)能成本降價(jià)，風(fēng)光儲(chǔ)有望平價(jià)，配儲(chǔ)比例有望提高到20%，配儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)有望達(dá)到4h，預(yù)計(jì)2030年我國(guó)新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)43.5GW，全釩液流電池滲透率提高至15%，新增裝機(jī)規(guī)模4GW/26.1GWh，“十五五”CAGR=35%，市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)522億元，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。
3.2全釩液流電池儲(chǔ)能政策展望
針對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，國(guó)家、地方或出臺(tái)兩部制電價(jià)制度，理順投資回報(bào)機(jī)制。儲(chǔ)能的度電成本依賴于充放電循環(huán)頻次，充放電循環(huán)頻次越高，度電成本越低。對(duì)于2h短時(shí)儲(chǔ)能如鋰電，每天可充放電2次，但對(duì)于4h及以上的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，難以做到每天充放電2次，因此長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能不能像短時(shí)儲(chǔ)能一樣完全依靠日內(nèi)充放電來(lái)盈利，還應(yīng)該兼顧跨天的調(diào)節(jié)?！丁笆奈濉毙滦蛢?chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》已明確提出建立電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能電站容量電價(jià)機(jī)制。事實(shí)上，當(dāng)前大連100MW/400MWh全釩液流電池儲(chǔ)能電站即采用了兩部制電價(jià)的模式，遼寧省發(fā)改委于2018年印發(fā)《關(guān)于同意大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站實(shí)行兩部制電價(jià)有關(guān)事項(xiàng)的批復(fù)》，明確了該液流儲(chǔ)能項(xiàng)目可參照抽水蓄能兩部制電價(jià)機(jī)制執(zhí)行，其容量電費(fèi)資金納入省級(jí)電網(wǎng)輸配電價(jià)解決。未來(lái)針對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，預(yù)計(jì)國(guó)家將參照抽水蓄能出臺(tái)兩部制電價(jià)機(jī)制，通過(guò)容量電費(fèi)回收部分投資成本，政策的完善將破除全釩液流電池等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展的最后障礙。
四、全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈
4.1全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈
全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈分為上游資源、中游制造集成和下游應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)。其中，上游為釩資源的開采與冶煉；中游為全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的制造、集成和EPC，主要環(huán)節(jié)為電解液、電堆研發(fā)制造；下游為全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的投資運(yùn)營(yíng)。
4.2上游：擁釩為王
釩資源成本約占4h全釩液流電池成本的27%，且儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，釩資源成本占比越高。全釩液流電池正極電解液由含有+4、+5價(jià)態(tài)離子的硫酸溶液組成，負(fù)極電解液是由含+2和+3價(jià)態(tài)離子的硫酸溶液組成，工業(yè)上一般采用電化學(xué)溶解法或化學(xué)還原法得到高濃度釩離子溶液。電解液成本占4h全釩液流電池成本的50%，釩資源成本占電解液成本的53%，釩資源價(jià)格對(duì)全釩液流電池成本影響較大。
我國(guó)釩資源儲(chǔ)產(chǎn)量均居世界第一。據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局?jǐn)?shù)據(jù)，2021年全球釩礦石已探明可供開采的儲(chǔ)量為2400萬(wàn)噸，其中中國(guó)儲(chǔ)量為950萬(wàn)噸，占比40%；2021年全球釩產(chǎn)量為10.7萬(wàn)噸，其中中國(guó)產(chǎn)量7.3萬(wàn)噸，占比68%，儲(chǔ)產(chǎn)量均居世界第一。
我國(guó)釩資源以釩鈦磁鐵礦和含釩石煤兩種形式存在，主要分布在四川攀枝花西昌地區(qū)和河北承德地區(qū)。釩的地殼豐度雖然較高，但卻主要與其他礦物形成共生礦或者復(fù)合礦，獨(dú)立釩礦較少見(jiàn)，我國(guó)釩資源以釩鈦磁鐵礦和含釩石煤兩種形式存在。國(guó)內(nèi)釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量主要分布在四川攀枝花西昌地區(qū)和河北承德地區(qū)，其中四川攀枝花西昌地區(qū)已探明釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量在100億噸以上，河北承德地區(qū)已探明釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量超過(guò)80億噸。目前，我國(guó)約87%的釩來(lái)自于釩鈦磁鐵礦經(jīng)鋼鐵冶金加工得到的釩渣；約10.7%的釩由含釩石煤生產(chǎn)。
鋼鐵行業(yè)是釩主要下游應(yīng)用，全釩液流電池將打開釩資源需求空間，未來(lái)可能呈現(xiàn)供需趨緊。以五氧化二釩計(jì)，2021年我國(guó)釩產(chǎn)能17.1萬(wàn)噸，產(chǎn)量13.6萬(wàn)噸，表觀消費(fèi)量13.5萬(wàn)噸，其中95%以上應(yīng)用在鋼鐵領(lǐng)域，約3%應(yīng)用在鈦合金及化工行業(yè)，其余約2%應(yīng)用在其他領(lǐng)域。每GWh全釩液流電池需要消耗8000噸五氧化二釩，預(yù)計(jì)2025年我國(guó)全釩液流電池新增裝機(jī)將達(dá)5.7GWh，對(duì)五氧化二釩的需求量將達(dá)4.6萬(wàn)噸。隨著釩電池快速發(fā)展，打開釩需求增長(zhǎng)新空間，由于我國(guó)釩產(chǎn)量主要來(lái)自釩鈦磁鐵礦經(jīng)鋼鐵冶金加工得到的釩渣，依賴鋼鐵行業(yè)發(fā)展，而我國(guó)鋼鐵行業(yè)需求趨于穩(wěn)定，預(yù)計(jì)將帶動(dòng)釩資源供需趨緊。
釩資源企業(yè)等積極入局全釩液流電池市場(chǎng)。我國(guó)全釩液流電池電解液產(chǎn)能約7.5萬(wàn)立方米，主要的生產(chǎn)企業(yè)為大連融科，產(chǎn)能為6.7萬(wàn)立方米。釩資源企業(yè)等積極布局釩電池電解液的制造，其中，中核鈦白與偉力得擬合作新建30萬(wàn)立方米/年電解液項(xiàng)目，同時(shí)寰泰儲(chǔ)能、河鋼股份均有新建電解液的產(chǎn)能項(xiàng)目。目前，由于液流電池技術(shù)還集中在中游電堆制造企業(yè)手中，電解液生產(chǎn)多為電堆企業(yè)和釩資源企業(yè)合作，由電堆企業(yè)研發(fā)調(diào)配，委托釩資源企業(yè)代加工。
4.3中游：電堆研制、電解液制配、系統(tǒng)集成是核心
全釩液流電池的電堆主要包括：隔膜、電極、雙極板、密封件等，隨著電堆材料國(guó)產(chǎn)化、規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展，電堆成本下降空間較大。現(xiàn)階段全釩液流電池電堆關(guān)鍵部件以廠商自產(chǎn)或定制為主，電堆材料的技術(shù)和工藝尚有較大的改進(jìn)空間，后續(xù)技術(shù)進(jìn)步、國(guó)產(chǎn)化以及規(guī)?；瘜?dòng)成本下行。目前，大連融科4h全釩液流電池價(jià)格已由最初的4.5元/Wh下降至2.5元/Wh，預(yù)計(jì)2年左右時(shí)間，將下探至2元/Wh，能量成本將有望和鋰電池儲(chǔ)能媲美。
隔膜目前主要采用全氟質(zhì)子交換膜，全氟質(zhì)子交換膜的國(guó)產(chǎn)化和開發(fā)低成本的非氟離子傳導(dǎo)膜是趨勢(shì)。隔膜是全釩液流電池電堆中的重要部件，每GW全釩液流電池需要消耗83萬(wàn)平方米，目前主流采用全氟質(zhì)子交換膜。全氟質(zhì)子交換膜最早用于氯堿工業(yè)，目前又廣泛應(yīng)用于氫燃料電池。質(zhì)子交換膜長(zhǎng)期被杜邦等美、日廠家壟斷，價(jià)格高昂，如杜邦各系列Nafion膜的價(jià)格為2000-7000元/平方米。目前，以東岳集團(tuán)、江蘇科潤(rùn)為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)也致力于全氟質(zhì)子交換膜的國(guó)產(chǎn)化。東岳集團(tuán)150萬(wàn)平方米質(zhì)子交換膜項(xiàng)目一期50萬(wàn)平方米工程已于2020年投產(chǎn)，東岳DMW850膜價(jià)格在1000-1500元/平方米，價(jià)格下降顯著，但是技術(shù)參數(shù)相比進(jìn)口產(chǎn)品仍有待提升。江蘇科潤(rùn)100萬(wàn)平方米質(zhì)子交換膜項(xiàng)目已于2021年開工建設(shè)。另一條路線是采用非氟離子傳導(dǎo)膜，即非離子交換性隔膜，該技術(shù)是我國(guó)自主發(fā)展的方向，以中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所為代表的科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了重要成果，具有核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
電極材料的核心是碳?xì)?、石墨氈，高溫碳化后制成電極。每生產(chǎn)1GW的全釩液流電池所需要消耗的碳?xì)旨s為145萬(wàn)平方米，每平方米價(jià)格約為100元。碳?xì)趾褪珰值闹圃旃に囕^成熟，以高分子纖維織物為原料，經(jīng)過(guò)高溫碳化處理所得，成本較為低廉。國(guó)內(nèi)主要的碳?xì)?石墨氈生產(chǎn)企業(yè)是江油潤(rùn)生、嘉興納科。碳?xì)?石墨氈的上游為碳纖維，主要生產(chǎn)企業(yè)有中復(fù)神鷹、光威復(fù)材。
雙極板的主要原料為石墨，制成改性石墨雙極板或碳塑復(fù)合雙極板。其中，石墨雙極板是用石墨粉與樹脂或?yàn)r青混合后，高溫一體石墨化處理而得，成本較高，而且材料脆性大，僅適合小型電堆。目前，大功率電堆中使用的多為碳塑復(fù)合雙極板，一般采用導(dǎo)電碳粉（石墨粉、炭黑、碳纖維等）與熱塑性烴類聚合物（PE、PP、PVC 等）混合后加入阻滯劑、脫模劑，然后以注塑或模壓的方法加工成型。每生產(chǎn)1GW的全釩液流電池所需要消耗的碳?xì)旨s為100萬(wàn)平方米。
電解液制配具備一定門檻，提高電解液濃度、熱穩(wěn)定性和釩資源利用率是降本關(guān)鍵。為提升電解液的能量密度、電化學(xué)活性與熱穩(wěn)定性，通常需要在電解液中加入一定的添加劑（包括混酸、無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物等多種體系），電解液的調(diào)配需要深厚的研發(fā)積累。理論上儲(chǔ)存 1GWh 的電能需要5600噸五氧化二釩，但目前電解液的實(shí)際利用率僅能做到70%左右，即需要8000噸五氧化二釩，因此提升電解液的利用率是降低全釩液流電池成本的重要途徑。另外，目前電解液濃度較低，導(dǎo)致全釩液流電池能量密度較低，通過(guò)將硫酸溶液改為鹽酸或混酸等方式提升電解液密度也是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能降本的路徑。
全釩液流電池儲(chǔ)能對(duì)系統(tǒng)集成能力要求相對(duì)較高。目前，全釩液流電池集成企業(yè)以電堆生產(chǎn)企業(yè)為主，完整的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)包括電解液儲(chǔ)罐、電堆、傳輸系統(tǒng)、電力及溫控系統(tǒng)等，涉及化工、電力領(lǐng)域，集成能力相對(duì)鋰電要求較高。相關(guān)龍頭企業(yè)為北京普能、大連融科。
4.4下游：新能源和電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用為主
全釩液流電池能量密度低、適合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的特點(diǎn)，決定其不宜在用戶側(cè)使用，其應(yīng)用場(chǎng)合主要為新能源配儲(chǔ)和電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能，投資運(yùn)營(yíng)方主要為“五大六小”等新能源電站開發(fā)運(yùn)營(yíng)商。
4.5全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)企業(yè)
梳理全釩液流電池產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)企業(yè)，如下圖所示。
五、業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)和風(fēng)險(xiǎn)提示
關(guān)注全釩液流電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)。隨著新能源滲透率的提升，電力系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求將增加，全釩液流電池作為一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，安全性高，且不受地域、環(huán)境的限制，發(fā)展前景廣闊。預(yù)計(jì)2025年我國(guó)全釩液流電池儲(chǔ)能新增裝機(jī)規(guī)模1.4GW/5.7GWh，市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)143億元?？申P(guān)注全釩液流電池儲(chǔ)能龍頭企業(yè)的股權(quán)投資機(jī)會(huì)，關(guān)注相關(guān)企業(yè)和儲(chǔ)能項(xiàng)目的債權(quán)業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)。
風(fēng)險(xiǎn)提示。如果全釩液流電池儲(chǔ)能發(fā)展帶動(dòng)釩資源需求大增，釩資源供應(yīng)緊張價(jià)格上漲，成本下降不及預(yù)期，則不利于全釩液流電池儲(chǔ)能發(fā)展。鋰電池循環(huán)壽命大幅提升、壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)提升對(duì)全釩液流電池儲(chǔ)能產(chǎn)生擠出效應(yīng)。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能兩部制電價(jià)等支持政策出臺(tái)不及預(yù)期。
