快资讯：新兴长时储能钒电池产业链投资机会梳理
文章总结
(相关资料图)
（1）我国钒资源产储量均为全球第一，发展钒电池具有资源优势。
（2）钒电池具有安全性高、可独立配置电池容量和电池功率、充放电性能好、使用寿命长等优点，但同时也具有工作温度要求高、初装成本高、能量密度低等缺点。
（3）钒电池产业进入发展快车道。目前国内已规划及落地多个百兆瓦级钒电池项目，钒电池相关产业链逐渐完善成熟，未来发展空间较大。
投资机会
（1）钒电池的发展可能会逐步拉升钒资源价格，拥有钒矿资源且布局钒电池领域的企业值得关注。
（2）电堆部件约占电池系统总成本的35%，电解液约占总成本的40%，钒电池关键材料研发企业值得留意。
（3）随着对钒电池关注度的提升及多个百兆瓦级项目的规划与落地，标志着国内钒电池产业正走向成熟，预估未来国内钒电池项目将呈现“爆发式增长”，国内钒电池储能系统领先企业正迎来投资机会。
目 录
资源自主可控是钒电池发展的重要原因
钒电池相关企业
钒电池原理及特性
钒电池是主流储能技术的重要补充
国内钒电池产业发展现状
近期，国内储能电池市场风起云涌，钒电池概念带动相关企业股价大幅波动，其中尤以钒资源龙头企业攀钢钒钛为甚，而这主要与国家能源局发布的新规有着密切关联。
6月29日，国家能源局发布《防治电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》，其中明确提出：中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池；选择梯次利用动力电池时，应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。
作为一种高安全性、高寿命的新型储能电池，政策端对储能安全性要求的收紧让钒电池发展迎来风口，钒电池有望成为大中型储能的重要选择。
究竟何为钒电池？为何选择发展钒电池作为未来的长时储能电池？目前国内的技术及产业现状发展如何？钒电池是否是新的投资风口？
01
资源自主可控是钒电池发展的重要原因
中国钒资源产储量全球第一，静态可开采年限与锂相当。
钒在地壳中为第17种常见元素，在地壳中的含量为0.02%~0.03%，主要以共伴生矿的形式存在。据USGS数据，全球钒矿储量共计2200万吨，其中中国钒矿储量950万吨（43%），位居全球钒矿储量全球第一，澳大利亚、俄罗斯、南非占比分别为25%、21%和15%。2020年全球钒矿产量为8.6万吨，中国钒矿产量为5.3万吨（62%），位居钒矿产量全球第一，俄罗斯、南非和巴西钒产量分别为1.9万吨、0.9万吨和0.7万吨，占比分别为18%、8%和0.6%。
据USGS估计，以2021年全球钒产量10.7万金属吨估算，全球钒资源静态可开采年限约224年，与锂矿产静态可开采年限相当。
发展钒电池是基于国家资源分布情况的战略选择。从资源安全角度来看，不同于锂原料受限于国外进口依赖，国内钒矿储量及产量均为全球第一，完全可以做到钒电池原料自给自足。
钒多被用于钢铁工业领域，储能或成新需求
世界钒产品原料的绝大多数来自于钒钛磁铁矿，多被用于钢铁、钛合金添加剂、化工、催化剂及储能领域。由于其与铁矿共伴生的特性，目前钒多被用于钢铁产业，占比高达90%以上。
相较于钢铁行业，目前钒在储能领域应用比例仍较低，但随着钒电池概念的持续热行，储能或成钒资源的下一个需求增长点。世界银行预测，到2050年，单是储能领域的钒需求量就可能达到2018年全球钒产量的两倍。钒电池在风力发电、光伏发电、电网调峰、分布电站、通讯基站等领域拥有广阔市场前景。特别是，自2021年以来，多个百兆瓦级别的全钒液流电池项目正在规划建设，钒电池规模的快速增长或拉动钒需求。
02
钒电池相关企业
攀钢钒钛产能第一，钒资源企业积极布局钒电池领域。
国内钒资源主要以钒钛磁铁矿共伴生为主，主要分布在四川攀枝花地区、河北承德地区和辽宁朝阳地区。
国内的钒资源企业主要包括大连融科、北京普能、中广核、国网英大旗下的武汉南瑞等。其中攀钢钒钛的钒产能高达4.2万吨/年，市占率全球第一。经历产能出清过后的钒资源行业集中度提升，攀钢钒钛行业龙头地位得到强化与巩固，定价权进一步提升。
在钒电池概念火热的当下，国内外钒资源企业积极布局钒电池领域。
此前攀钢钒钛发布公告称，其与钒储能企业大连博融签订了战略合作协议，主动融入钒电池储能产业链；河钢股份已拥有自主知识产权的钒电解液用高纯氧化钒、全钒液流电池电解液技术，并已建成相关产业线，并已应用于部分光伏-钒储能系统。
国外钒资源主要龙头企业，如澳大利亚钒业、Largo Resources公司、南非布什维德矿业等公司，或通过投资研发，或通过新设钒电池相关业务部门/子公司，积极布局钒电池领域，主动拥抱钒电池相关产业链。
钒电池企业多家争鸣，龙头格局尚未显现。
全球范围内的钒电池企业主要有日本住友电工公司、美国联合能源技术公司和奥地利Gildemeister公司等。目前，国内钒电池产业仍处于商业化初期，龙头格局尚未显现，从事钒电池相关业务的企业主要包括大连融科、北京普能、中广核、国网英大旗下的武汉南瑞等。
大连融科目前在全钒液流电池的核心技术领域拥有自主知识产权，并已成功完成多项商业化应用示范项目。此前，由融科储能承建的100MW/400MWh级全钒液流电池储能电站进入调试。北京普能的核心技术来源于此前收购的全球最大钒电池企业VRB Power System，并已在全球多地开展电池储能项目。国网英大旗下子公司武汉南瑞已全面掌握钒电池改性选型技术，拥有自主知识产权，并积极推动企业钒电池建设项目的落地实施。
03
钒电池原理及特性
氧化还原为钒电池主要原理。
钒电池通过外接泵与离子交换膜实现离子电化学反应。全钒液流电池利用不同价态钒离子对作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中，通过外接泵将电解液运输至电池堆内的正极室和负极室，使其在不同的储液罐和液态的闭合回路中循环流动，采用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质的溶液流过电极表面产生了电化学反应，实现钒电池的充放电过程。
充放电过程中，主要是依靠电解液中的氢离子在离子膜上的定向移动形成电流回路。电堆内部发生氧化还原反应，其化学反应方程式为（正向为充电反应，逆向为放电反应）：
图片来源：大连融科官网
电堆、电解液为钒电池核心，成本占比最高。
钒电池储能系统包括三大部分：1）电池系统、2）控制系统、3）能量转换系统。其中电池系统实现能量的存储和释放功能，关键技术包括：电堆结构、关键材料（隔膜、电极、双极板、电解液）、液流循环系统。工作时，外接泵将电解液泵入电堆系统内，电解液在半电池和储液罐中循环流动，两个半电池之间以隔膜隔开。其中最主要的也是成本最高的核心部件就是电堆和电解液。
图片来源：光大证券报告
（1）电堆
电堆中关键部件为电极材料和离子膜。钒电池电极材料主要分为金属类、碳素类和复合型电极，目前，碳材料电极和石墨毡-塑料电极板一体化复合电极是目前的关注热点。离子交换膜主要包括含氟膜和非含氟膜，目前应用较多的是进口杜邦膜，价格非常高，研发质优价廉的国产膜将是未来钒电池降本增效的重要手段之一。目前电堆成本约占电池系统总成本的35%。
（2）电解液
高纯度钒电解液的制备方法主要有3种：物理溶液法、化学还原法和电解法，其中电解法是大规模制备高钒离子电解液的主要途径。钒电解液成本主要与上游钒原料价格相关，约占电池系统总成本的40%。
钒电池原理及结构决定其特性。
钒电池的主要特性包括以下几个方面：
（1）可独立配置电池容量及功率。钒电池反应场所电堆和电解液储存罐分开，从根本上克服了传统电池的自放电现象。功率取决于电堆大小，容量取决于电极液储量和浓度，配置电池容量和功率非常灵活。
（2）充、放电性能好。钒电池可进行频繁充放电，过充过放不影响电池性能。
（3）安全性高。钒电池正负极电解液之间混合无剧烈反应，即使电池隔膜破损也不会发生爆炸等安全性问题。
（4）使用寿命长。钒电池循环次数可高达1.3 万次，使用寿命可达到10年以上。
（5）工作温度要求高。钒电池的运行温度一般在10~40度之间，温度过高会析出沉淀物，附着在离子交换膜上，降低电池系统效率。
（6）初装成本高，全生命周期成本低。据光大证券测算，目前钒电池的成本约为锂电池成本的2倍以上，约为3.8~6.0元/Wh，未来钒电池发展或拉动钒原料价格上涨，钒电池系统装配成本有可能进一步拉升。但考虑到钒电池较高的使用寿命，目前钒电池的全生命周期成本已经低于锂电池，具备大规模商业化应用的条件。
（7）能量密度较低。作为水基电解质电池，整体能量密度低于锂电池。
04
钒电池是主流储能技术的重要补充
钒电池作为一种使用寿命长、安全性高、充放电性能强的储能技术，被认为是未来的长时储能的重要选择，将与抽水蓄能/氢储能、压缩空气储能等长时储能技术展开竞争。然而，目前钒电池仍处于商业化初期阶段，技术及产业尚未发展成熟，是目前主流储能技术的重要补充选择。
图片来源：大连融科官网
抽水储能占市场大头，新型储能增速迅猛。
据《2022储能产业应用研究报告》，2021年全球储能市场装机功率205.3GW，中国储能市场装机功率43.44GW，位居全球第一。抽水储能占据储能市场大头，全球与中国抽水储能占比相当，约为86.5%。大型抽水储能电站可提供低成本、可调度的电力，但同时具有场地限制、建设时间长及环境问题等发展制约因素。
从长期来看，电化学储能由于动力电池产业推动，且不受场地制约，具有较大的发展空间。2021年全球电化学储能装机21.1GW，中国电化学储能装机功率5117.1MW。电化学储能技术装机功率占总储能市场的10%~12%，其中2021年较2020年功率装机规模同比增长55.4%。
在电化学储能市场中，锂离子电池占据市场主导地位。锂离子电池装机规模全球及中国占比分别达到93.9%及91.0%。液流电池（主要为全钒液流电池）作为锂离子电池的补充，其装机规模在全球及中国市场占比仅为1.2%及2.9%。
锂电池仍是目前商业化最成熟的电化学储能技术。
锂离子电池、钠离子电池、液流电池具备较大应用潜力，并且由于其原料及工艺的特点，不同技术的电化学储能电池各有优缺点，其中锂离子电池仍是电化学储能市场商业化最成熟的技术。
（1）锂离子电池：具有能源密度高、效率高、技术较为成熟的优点，但同时也具有储能时间有限，安全性较差，对锂资源依赖度高等缺点。
（2）钠离子电池：具有低温性能、快充、高环境适应能力及原料易得的优点，在绝对成本方面上优势明显；但考虑到钠离子电池的能量密度及循环次数，综合性价比不高。
（3） 液流电池：液流电池具有使用寿命长、转化效率高、支持过充过放、可独立配置电池容量及功率、维护运营成本低、环保等优点，但同时其目前也存在着能量密度低、初装成本高等缺点。
钒电池——新一代的长时储能电池。
目前国内液流电池的主要3种技术路线分别为：第一，全钒液流电池，是目前液流电池技术中产业链发展最完善，也是目前国内示范项目做得最大的技术；第二，铁铬液流，应用前景广，且铁、铬原料便宜易得，但目前技术及产业发展仍处于早期，产业化效果及稳定性尚未得到验证；第三，锌溴液流，国内锌溴液流的相关企业仍比较少。
05
国内钒电池产业发展现状
钒电池产业进入发展快车道。
目前，在政策推动及技术需求下，我国的钒电池产业发展进入快车道。
以钒电池为代表的液流电池，2019年装机规模为20MW，2020年装机规模达到100MW，2022年已有多家企业积极布局百兆瓦级钒电池工程，如大连融科、上海电气、伟力得、中广核、绿动中钒新能源等公司。据CNESA统计，2021年国内钒电池在新型储能领域的渗透率约为0.9%，未来发展空间巨大。
目前我国钒电池已实现在智能电网、通信基站、偏远地区供电、可再生能源及削峰填谷等项目中的应用。
随着钒电池项目的推动落地，国内钒电池产业链布局已逐步成型。电极液、隔膜、膜电极等原材料供应链已初步成型，国产化进程不断加快，产业配套更加成熟。中科院大连物化所开发出新一代30kW级低成本全钒液流电池电堆。国内的科润、东岳、中科院大化所在积极开发更低成本的树脂交换膜。预计在不久的将来，国内钒电池产业链将迎来质优价廉的国产部件。
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