中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰 碳中和”目標(biāo)的重要支撐技術(shù)之一，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與成熟對(duì)于加快構(gòu)建以新能源為主的電力系統(tǒng)具有重要意義。近年來，在國家和地方政府政策支持下，我國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)（特別是電化學(xué)儲(chǔ)能）發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)鏈布局不斷完善。其中，全釩液流電池憑借其本質(zhì)安全、設(shè)計(jì)靈活、選址靈活等優(yōu)勢(shì)，成為“雙碳”戰(zhàn)略下國家電力系統(tǒng)長時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域首選的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)路線。本期基于釩產(chǎn)業(yè)鏈，對(duì)全國及省內(nèi)的釩礦資源、釩礦提釩技術(shù)、國家及部分?。ㄊ校┱攮h(huán)境、全國及貴州的釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀等情況進(jìn)行了概述，以期為政府部門、科技管理部門、相關(guān)單位及科技工作者提供科技情報(bào)參考。
一、釩金屬
釩（元素符號(hào)V），銀白色金屬，有延展性，質(zhì)堅(jiān)硬，無磁性，熔點(diǎn)很高，耐鹽酸和硫酸，耐水腐蝕。釩在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中十分重要，美國已將其列為關(guān)鍵金屬。釩及其化合物廣泛應(yīng)用于鋼鐵、合金及化工領(lǐng)域。此外，釩在儲(chǔ)能方面也具有特殊應(yīng)用，如用于制造釩電池。
二、釩礦床類型
在自然界中，釩很難以單一體存在，主要與其他礦物形成共生礦或復(fù)合礦。釩礦床按照成因主要分為巖漿型和沉積型兩大類。在我國主要有兩類，一類是與基性—超基性雜巖有關(guān)的巖漿型（釩鈦磁鐵礦），一類是與黑色巖系有關(guān)的沉積型（石煤釩礦）。
（一）釩鈦磁鐵礦
釩鈦磁鐵礦礦體主要產(chǎn)于輝長巖、輝石巖以及玄武巖等鐵鎂質(zhì)—超鐵鎂質(zhì)巖漿巖石中。目前，我國已查明的釩鈦磁鐵礦資源占全國資源總量的35.94%，我國市場(chǎng)中63%的釩來自釩鈦磁鐵礦。除提供大量鐵、鈦和釩等金屬資源，釩鈦磁鐵礦也富集一定的鎳、鈷、銅和PGE等金屬資源，具有重要的經(jīng)濟(jì)和學(xué)術(shù)價(jià)值。釩鈦磁鐵礦主要分布在中國、俄羅斯、澳大利亞和南非等國家。
（二）石煤釩礦
石煤釩礦屬于我國特有的釩礦，在我國資源儲(chǔ)量豐富。目前，已查明資源量占全國總量的59.99%。石煤釩礦的釩主要集中在釩云母、伊利石等硅酸鹽礦物中，亦可吸附于其他黏土礦物和有機(jī)質(zhì)表面石。當(dāng)前，我國石煤釩礦中探明的V2O5超過1.18億噸，是釩鈦磁鐵礦礦床中釩資源量的6.7倍，超出其他國家V2O5總儲(chǔ)量。由于石煤釩礦中的釩主要賦存在有機(jī)質(zhì)和黏土礦物中，釩的分選和提取是目前亟待解決的技術(shù)難題。目前僅10%的釩產(chǎn)自石煤釩礦。除釩外，石煤釩礦中還富集一定規(guī)模的鈾、鉬等金屬資源，其潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)一步提高。
三、釩資源分布
我國釩礦資源具有礦床類型簡(jiǎn)單、獨(dú)立礦床少、共伴生礦種多、品味較低、資源量大且分布集中等特點(diǎn)。
（一）全國釩資源分布情況
根據(jù)國家自然資源部《中國礦產(chǎn)資源報(bào)告2023》、《2022年全國礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表》，2022年中國釩礦儲(chǔ)量（折V2O5）為734.39萬噸，分布于15個(gè)?。ㄊ校渲校拇ㄅ手ǖ貐^(qū)是中國乃至世界釩礦產(chǎn)資源最富集地區(qū)之一。
見表1：
表1 2022年全國釩礦資源儲(chǔ)量
數(shù)據(jù)來源：中華人民共和國自然資源部
根據(jù)公開資料整理，我國共有23個(gè)省（市、自治區(qū)）有釩礦的查明資源量，主要分布于四川和湖南，其次位于貴州、湖北、河南和陜西，這6個(gè)省查明的資源量約占全國的80%。另一方面，我國現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)釩礦床、礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)470余處（主要為伴生礦），包括大型（V2O5＞100萬噸）及以上礦床17個(gè)（見表2），這17個(gè)大型釩礦的查明資源總量占全國總量的60%以上。資源的集中分布有利于規(guī)?；_采。
（二）貴州省釩資源分布情況
貴州釩礦床主要為石煤釩礦，目前有兩種礦床形式，一種是以岑鞏縣注溪釩礦床為代表的“注溪式”，主要分布于黔東北、黔東南、黔南地區(qū)；一種是以余慶縣構(gòu)皮灘釩礦床為代表的“構(gòu)皮灘式”，主要分布在黔中、黔北地區(qū)。根據(jù)國家自然資源廳公布數(shù)據(jù)，2022年貴州省釩儲(chǔ)量（折V2O5）12.16萬噸，居全國第9位。
表2 全國大型釩礦情況表
黔東地區(qū)釩礦主要為“注溪式”，釩礦資源主要集中在鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣、岑鞏縣、三穗縣、施秉縣、臺(tái)江縣、黃平縣、麻江縣和丹寨縣等地。由于全州國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要，2006～2012年間對(duì)全州開展釩礦普（詳）工作，發(fā)現(xiàn)釩礦床（點(diǎn)）總計(jì)25處，其中大型礦床1處，中型礦床5處，小型礦床19處，礦點(diǎn)2處。截至2018年底，黔東南地區(qū)釩礦保有資源儲(chǔ)量246.71萬噸。
銅仁市的石煤釩礦資源主要分布在松桃、江口、石阡、印江、萬山、玉屏等縣。截至2006年底，全區(qū)已發(fā)現(xiàn)46個(gè)釩礦床（點(diǎn)），并對(duì)其中的23個(gè)礦點(diǎn)進(jìn)行勘查工作。銅仁市已探明的釩礦儲(chǔ)量約100萬噸。
四、石煤釩礦提釩工藝及尾渣利用
（一）提釩工藝
我國石煤釩礦分布廣泛、儲(chǔ)量大，是提取釩的主要原料之一。由于石煤釩礦床釩主要以吸附、類質(zhì)同象賦存在黏土礦物、有機(jī)質(zhì)及硅酸鹽礦物中，分選難度大，大規(guī)模釩資源不能得到有效利用。所以，釩的分選和提取技術(shù)是提高石煤釩礦資源綜合利用水平的關(guān)鍵。
目前，石煤提釩工藝主要有焙燒—浸出工藝和直接浸出工藝兩大類。其中焙燒—浸出工藝主要有：鈉化焙燒—浸出提釩、鈣化焙燒—浸出提釩、氧化焙燒—浸出提釩和復(fù)合添加劑焙燒—浸出提釩等技術(shù)，各類技術(shù)簡(jiǎn)介見表3。直接浸出工藝主要有：直接酸浸和助浸劑浸出等，各類技術(shù)簡(jiǎn)介見表4。目前，石煤釩礦的提釩工藝仍存在如能耗、成本和環(huán)境污染等問題。
表3 焙燒—浸出工藝類別及簡(jiǎn)介
表4 直接浸出工藝類別及簡(jiǎn)介
（二）尾渣利用
石煤釩礦中釩含量低，在提釩過程中會(huì)產(chǎn)生大量的尾渣，嚴(yán)重污染環(huán)境，尾渣的回收利用是目前亟需解決的一項(xiàng)難題。由于尾渣中主要元素為硅、鋁等元素，因此在水泥、建材方向有很好的利用前景：一是在水泥中摻加一定釩渣可以延長水泥凝結(jié)時(shí)間，滿足特色工程對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的要求，改善水泥施工性能，降低生產(chǎn)成本；二是尾渣可制備堿激發(fā)膠凝材料，例如用尾渣制備的地聚物，不僅地聚物的物理性能得到提高，而且拓寬了地聚物原料來源。
五、主要應(yīng)用領(lǐng)域——全釩液流電池
釩制品最初應(yīng)用于鋼鐵以提高鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。后來釩制品也廣泛應(yīng)用合金、化工、材料等領(lǐng)域。隨著“雙碳目標(biāo)”的提出，我國加速推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，新型清潔的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)備受市場(chǎng)關(guān)注。在長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)中，全釩液流電池以更優(yōu)的成本優(yōu)勢(shì)以及更好的選址靈活度，在新能源發(fā)電和智能電網(wǎng)建設(shè)等領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
（一）全釩液流電池簡(jiǎn)介
全釩液流電池（簡(jiǎn)稱釩電池，VRFB）分別由電堆（或單電池）、正極儲(chǔ)罐（儲(chǔ)存有正極電解液）、負(fù)極儲(chǔ)罐（儲(chǔ)存有負(fù)極電解液）、循環(huán)泵以及管理系統(tǒng)構(gòu)成。其中電堆由多個(gè)單電池串聯(lián)而成（每個(gè)單電池包括正極、負(fù)極、隔膜、正/負(fù)極雙極板等材料）。全釩液流電堆可以構(gòu)成一個(gè)儲(chǔ)能模塊，多個(gè)儲(chǔ)能模塊可以構(gòu)成一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)或儲(chǔ)能電站。這種靈活的組配方式意味著全釩液流電池可以對(duì)選址地形有更強(qiáng)的適應(yīng)力。同時(shí)，釩電池循環(huán)壽命可達(dá)20000次以上，可使用年限達(dá)20年（鋰電池循環(huán)次數(shù)普遍在10000次以下，大概在5～6年左右）。綜上所述，全釩液流電池具有安全性高、循環(huán)壽命長、配置靈活等優(yōu)勢(shì)，是高功率、大容量、長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的最佳選擇之一。
此外，全釩液流電池效率低、成本高是阻礙其進(jìn)一步推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一。目前，釩電池應(yīng)用的主要技術(shù)難點(diǎn)包括電解液失衡、漏電電流損失、工作溫度區(qū)間窄和成本高等，針對(duì)電解液失衡的研究主要集中于電解還原法，針對(duì)漏電電流損失的處理辦法主要是優(yōu)化流道和流型。為了推進(jìn)釩電池進(jìn)一步降本提效，研究釩電池在實(shí)際應(yīng)用運(yùn)行中的主要性能損失及特點(diǎn)是十分必要的。
（二）國家及地方政府政策環(huán)境
隨著國家“雙碳”政策的深入推進(jìn)和儲(chǔ)能行業(yè)的快速發(fā)展，釩電池越來越受到關(guān)注，國家和地區(qū)政策更加聚焦于釩電池。目前，國家層面政策主要是針對(duì)新型儲(chǔ)能整體，釩電池作為其中一種重要的技術(shù)路線。在地方層面政策上，釩電池政策主要是依托于當(dāng)?shù)氐拟C資源，以四川攀枝花為代表，四川省發(fā)布了釩電池一系列相關(guān)政策。陜西、河南、山西、上海等地發(fā)布的政策也逐步關(guān)注到液流電池，尤其是釩電池。國家和部分?。ㄊ校┾C液流電池行業(yè)政策見表5：
表5 國家和部分?。ㄊ校┾C液流電池行業(yè)政策
（三）國內(nèi)全釩液流電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)的全釩液流電池研發(fā)也比較早，始于二十世紀(jì)80年代末期，到1995年中國工程物理研究院的電子工程研究所率先建成了500W/1kW全釩液流電池樣機(jī)，成為全國首個(gè)全釩液流電池樣機(jī)。2013年，大連融科與大連化物所聯(lián)合研制的當(dāng)時(shí)全球最大規(guī)模的5MW/10MW·h釩電池風(fēng)電儲(chǔ)能系統(tǒng)在沈陽臥牛石風(fēng)電場(chǎng)建成，這是世界上第一套實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行的5MW級(jí)大型釩電池儲(chǔ)能裝置，也是兆瓦級(jí)釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間最長的項(xiàng)目，目前仍在正常運(yùn)行。2022年，目前全球功率最大、容量最大的100MW/400MW·h級(jí)釩電池儲(chǔ)能電站在大連成功并網(wǎng)運(yùn)行，該項(xiàng)目的并網(wǎng)運(yùn)行，意味著我國大型釩電池儲(chǔ)能技術(shù)已處于世界領(lǐng)先地位。當(dāng)前我國全釩液流電池行業(yè)仍處于初步發(fā)展階段，盡管在一些技術(shù)上有了突破，如液流電池關(guān)鍵材料、高性能電堆、大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)集成等方面，但還未進(jìn)行廣泛的商業(yè)化應(yīng)用。
目前，國內(nèi)釩電池領(lǐng)域權(quán)威專家有中科院大連化學(xué)物理研究所張華民、李先鋒，中南大學(xué)劉素琴，清華大學(xué)王保國、邱新平，中國科學(xué)院金屬研究所嚴(yán)川偉、劉建國，大連理工大學(xué)張守海等。國內(nèi)釩電池主流企業(yè)有大連融科、北京普能、上海電氣、承德新釩鈦、武漢南瑞、襄陽大力電工、湖南銀峰、北京綠釩、深圳中和儲(chǔ)能、四川天府儲(chǔ)能、四川偉力得等。
據(jù)Mysteel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年中國全釩液流電池新增裝機(jī)量0.01GW，2021年中國全釩液流電池新增裝機(jī)量0.012GW，2022年達(dá)到0.2GW。進(jìn)入2023年，在政府補(bǔ)貼、產(chǎn)業(yè)鏈成熟和規(guī)模效應(yīng)降本等多重因素影響下，2023年全年全釩液流電池新增裝機(jī)量約為1.56GW。隨著近幾年對(duì)釩電池需求的上升，預(yù)計(jì)到2024年全釩液流電池可用釩量約為3萬噸。
值得注意的是，電解液成本是全釩液流儲(chǔ)能降本關(guān)鍵。目前由于電池電解液制備技術(shù)壁壘較高，為了控制釩電池成本，國內(nèi)企業(yè)對(duì)電解液租賃模式進(jìn)行了有益探索，例如大連融科將釩電池電解液租賃模式應(yīng)用于“樅陽海螺水泥6MW/36MW·h項(xiàng)目”中，使電解液初始投入成本下降50%以上。未來電解液租賃模式，有可能成為推動(dòng)釩電池儲(chǔ)能商業(yè)應(yīng)用的重要模式之一。
（四）貴州省全釩液流電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
我省全釩液流電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要集中在產(chǎn)業(yè)鏈的上游（釩資源的開采與冶煉）。2010年以來，全省就釩礦的成礦規(guī)律、資源勘查、選冶工藝等開展了一系列研究，并基本形成了一套較為系統(tǒng)的提釩工藝技術(shù)。釩礦的開采和冶煉常常伴隨重金屬和放射性，我省的釩礦開采企業(yè)沒有放射性污染防護(hù)措施，存在較大的放射性危害隱患。同時(shí)，大部分釩礦企業(yè)規(guī)模較小，冶煉工藝較為落后，加之釩礦品味很低（0.7～1.2%），釩礦冶煉會(huì)產(chǎn)生大量的尾渣和廢氣，所以釩礦開采有嚴(yán)重環(huán)境污染隱患，釩礦資源利用率很低。總體上看，我省對(duì)釩礦資源的開采和冶煉都十分謹(jǐn)慎。
我省在全釩液流電池產(chǎn)業(yè)的中游（全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造）和下游（全釩液流電池的應(yīng)用）的企業(yè)屈指可數(shù)。根據(jù)專利數(shù)據(jù)顯示，截至2024年3月，全省擁有全釩液流電池相關(guān)發(fā)明專利（有效期內(nèi)的授權(quán)和審中的專利）的企業(yè)僅有3家，貴州聚能世紀(jì)科技有限責(zé)任公司、貴州志喜科技有限公司和貴州威頓催化技術(shù)有限公司，見表6。全釩液流電池領(lǐng)域省內(nèi)人才（團(tuán)隊(duì)）和創(chuàng)新平臺(tái)基本沒有。
表6 貴州省全釩液流電池領(lǐng)域企業(yè)及專利情況
從科技計(jì)劃項(xiàng)目來看，2010年貴州省對(duì)釩產(chǎn)業(yè)的科技計(jì)劃項(xiàng)目集中在釩礦資源的開采和冶煉；2015年，關(guān)于釩產(chǎn)業(yè)的科技計(jì)劃項(xiàng)目主要集中于釩在材料、合金、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究；2020年，隨著政府對(duì)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的高度重視，關(guān)于全釩液流電池的科技項(xiàng)目開始布局，但數(shù)量很少，科技創(chuàng)新引領(lǐng)釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展嚴(yán)重不足，項(xiàng)目情況見表7。
表7 貴州省釩產(chǎn)業(yè)相關(guān)的科技項(xiàng)目
