“卓而不凡”的釩電池，長(cháng)時(shí)儲能的后備軍

在“雙碳”目標的推動(dòng)下，以及儲能相關(guān)政策的不斷完善中，全釩液流電池正面臨重要的發(fā)展機會(huì )，有望成為電化學(xué)儲能的重要組成部分。我國釩電池企業(yè)也正在邁向初步商業(yè)示范運行與市場(chǎng)開(kāi)拓階段。

消息面上，6月15日，作為國家能源局批準建設的首個(gè)國家級大型化學(xué)儲能示范項目，目前大連液流電池儲能調峰電站正在進(jìn)行最后的電池單體調試和系統調試階段，即將在今年8月正式投入商業(yè)運行。

該項目由大連市熱電集團有限公司(占股75%)和大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司(占股25%)共同出資建設，總規模為200MW/800MWh，總投資約38億元人民幣，分兩期建設。該項目建成后將成為全球規模最大的全釩液流電池儲能電站。

該項目的建設單位預計，二期工程將于今年下半年啟動(dòng)，于2023年正式進(jìn)入建設階段。值得注意的是，該儲能電站采用國內自主研發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權的全釩液流電池儲能技術(shù)。釩電池技術(shù)的規?；瘧靡呀?jīng)進(jìn)入快車(chē)道。

政策方面，明確三元鋰電池不得用于中大型儲能，釩電池需求增長(cháng)或得以加速。6月29日，國家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點(diǎn)要求(2022年版)(征求意見(jiàn)稿)》中明確提出，中大型電化學(xué)儲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。政策端對儲能領(lǐng)域的安全性要求進(jìn)一步提升，或將使得以釩電池為主的液流電池成為大中型儲能的重要方式。

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政策支持

近兩年來(lái)，釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來(lái)系列政策紅利支撐。

2021年7月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲能發(fā)展的指導意見(jiàn)》提出，要堅持儲能技術(shù)多元化，推動(dòng)鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術(shù)成本持續下降和商業(yè)化規模應用，實(shí)現釩電池等液流電池長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期。按照《指導意見(jiàn)》政策制定目標，2025年要累計實(shí)現新型儲能30GW裝機量，釩電池滲透率達到20%;到2030年，實(shí)現新型儲能全面市場(chǎng)化發(fā)展。

2022年3月21日，國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》明確提出，要推動(dòng)儲能多元化技術(shù)開(kāi)發(fā)，液流電池被重點(diǎn)提及?！秾?shí)施方案》將百兆瓦級液流電池技術(shù)納入“十四五”新型儲能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點(diǎn)方向之一。

2022年6月29日，國家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點(diǎn)要求(2022年版)(征求意見(jiàn)稿)》中明確提出，中大型電化學(xué)儲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。

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有何優(yōu)勢?

作為當前液流電池中發(fā)展時(shí)間最長(cháng)、技術(shù)最成熟、商業(yè)化程度最高的一種技術(shù)，全釩液流電池具有成本低、安全性高、循環(huán)壽命長(cháng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在儲能行業(yè)優(yōu)勢明顯，尤其在大規模長(cháng)時(shí)儲能系統領(lǐng)域具有巨大發(fā)展潛力。

•更具成本優(yōu)勢

我國釩資源儲量豐富，作為釩電池重要的上游原料，我國釩產(chǎn)量及儲量均居全球第一。據機構研報數據，截至2021年，中國釩礦產(chǎn)量在全球占比66%，資源可完全自給，這是國內發(fā)展釩電池得天獨厚的優(yōu)勢。

五氧化二釩的價(jià)格穩定在10-15萬(wàn)元每噸，對比2022年50萬(wàn)元每噸的碳酸鋰有較明顯的成本優(yōu)勢。

除離子膜外，釩電池部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，材料來(lái)源豐富，且易回收，不需要貴金屬作為電極催化劑，成本較低。

•安全性能更高

現階段儲能電站大多使用梯次利用鋰電池，在高容量和多頻次充放電需求下，鋰電池尤其三元鋰電池容易發(fā)生短路和爆炸，因此對儲能安全提出了更高的要求。

液流電池的工作原理決定了釩電池是目前化學(xué)儲能中安全性較高的技術(shù)路線(xiàn)。在低溫或者極高溫環(huán)境下，全釩液流電池比鋰電池及鉛酸電池更加安全與可靠。由于釩電池電解質(zhì)離子存在于水溶液中，其功能與電極結構無(wú)關(guān)，即使過(guò)充也沒(méi)有安全問(wèn)題，不會(huì )發(fā)生熱失控、過(guò)熱、燃燒和爆炸。

同時(shí)，釩電池支持頻繁充放電，每天可實(shí)現充放電數百次，液態(tài)的電解液即使過(guò)充過(guò)放也不會(huì )造成爆炸和電池容量下降。在充放電能量轉換方面，釩電池的效率高達75%以上，遠高于鉛酸電池的45%。

•循環(huán)壽命長(cháng)

作為儲能電池，釩電池的使用壽命極具優(yōu)勢。這是因為釩電池的電解液在充放電的過(guò)程中，不像其他多數電池一樣發(fā)生物相變化。釩離子作為活性物質(zhì)，僅改變其在電解液中的價(jià)態(tài)，不與電極材料發(fā)生反應，也不產(chǎn)生其他物質(zhì)，始終都是釩離子，電池容量的損耗很少，長(cháng)期使用后，仍能保持良好的活動(dòng)性。因此釩電池的壽命往往能超過(guò)十年。

釩液流電池的充放電循環(huán)次數超過(guò)10000次，有的甚至超過(guò)20000次，能夠更好地適應長(cháng)時(shí)大容量?jì)δ茈娬镜男枨蟆?/p>

•對環(huán)境更友好

電解液是釩電池的重要組分，占釩電池總成本比例約40%，電解液上游原料主要為釩，自然界中釩很難以單體形式存在，主要以釩礦的形式存在。如果最后釩電池系統壽命到期，電解液仍不會(huì )浪費，既可以應用到新的電池系統中，也可以作為釩資源進(jìn)行提純加工，最終實(shí)現電解液的循環(huán)利用。除電解液可再生循環(huán)使用外，釩電池在電池系統報廢后，其他金屬材料、碳材料等，也可以有效利用而不污染環(huán)境。

與常用的鉛酸電池相比，在靜態(tài)運行時(shí)，釩電池的壽命周期內總的排放量?jì)H有鉛酸電池的7～25%;離子膜不需要貴金屬作電極催化劑，電極材料多為碳材料制品。

•降本潛力大

電池壽命到期后，釩電解質(zhì)溶液還可回收再利用，通過(guò)租賃電解液的方式能夠有效降低電解液成本。如果能夠促成制造-使用-回收的產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，還可以進(jìn)一步提高電解液的殘值，釩電池全生命周期內的成本則可大幅降低。電解質(zhì)溶液的成本占儲能系統總成本的40%，因此儲能系統報廢后的殘值較高。

釩電池目前處于商業(yè)化初期，未來(lái)技術(shù)進(jìn)步還將帶來(lái)電堆等原材料成本下降，離子交換膜存在國產(chǎn)化替代趨勢，成本下降空間也較大。無(wú)論從材料、核心電堆還是系統集成的角度，釩電池仍有較大提升空間。

•滿(mǎn)足中長(cháng)時(shí)儲能需求

全釩液流電池是大規模、大容量、長(cháng)壽命、高安全性?xún)δ艿氖走x技術(shù)，能夠在大規模、大容量的場(chǎng)景發(fā)揮其優(yōu)勢，更適合中長(cháng)時(shí)儲能(即4～12小時(shí)的儲能)，最典型的應用場(chǎng)景就是配套風(fēng)電、光伏的儲能。儲能時(shí)長(cháng)越長(cháng)，釩電池的單位造價(jià)就越低，因而有望在長(cháng)時(shí)儲能領(lǐng)域獲得廣泛應用。

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有何短板?

釩電池短板同樣明顯：初始投資成本高、體積大、能量密度低等等。

•初始投資成本高

釩電池目前最大的缺點(diǎn)是初始投資成本過(guò)高，大概是鋰電池的2倍以上，這也成為制約其發(fā)展的一大痛點(diǎn)。

同時(shí)，釩電池成本居高不下的原因還在于目前產(chǎn)業(yè)鏈不夠完善，缺少規?；a(chǎn)帶來(lái)的紅利。但由于釩電池循環(huán)壽命長(cháng)，其主要成本來(lái)源電解液可以循環(huán)利用，從全生命周期來(lái)看，釩電池儲能的成本低于鋰電池。

•體積大

電解液和電堆分離設計導致的占地面積大成了釩電池的硬傷。如果與鋰電池相比，要存一樣的電，釩電池的體積一般要大5倍以上。

•能量密度/轉換效率低

釩電池目前的能量密度、轉換效率均低于鋰電池。釩電池的能量密度僅為12-40Wh/kg，比鉛酸電池的能量密度還要低。釩電池的電解液儲存在罐子中，占地空間已然不小，同時(shí)還需要用泵來(lái)維持電解液的流動(dòng)，這也造成不少的能量損耗，目前釩電池的能量轉化效率為70～75%，大幅低于鋰電池的90%。

•其他待解問(wèn)題

釩電池尚在發(fā)展初期，現階段在新型儲能的滲透率僅為0.9%。如果釩資源后續開(kāi)發(fā)力度不及預期，有可能帶動(dòng)釩價(jià)上漲，進(jìn)而影響釩電池電解液的成本。

由于釩電池在運行過(guò)程中對環(huán)境溫度要求較高，需要用泵來(lái)維持電解液的流動(dòng)，因此在這方面造成的損耗也比較大。

綜上，釩電池因其能量密度低導致重量和體積較大，目前更適用于大型儲能場(chǎng)景。

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企業(yè)動(dòng)態(tài)

釩電池“卓爾不凡”的發(fā)展潛力已吸引了眾多資本市場(chǎng)的目光，多家企業(yè)早已布局其中。

龍佰集團

從釩礦資源來(lái)看，鈦白粉巨頭龍佰集團具備相對優(yōu)勢。技術(shù)方面，龍佰集團儲備了成熟的鐵精礦濕法提釩技術(shù)和廢酸提釩技術(shù)。同時(shí)，由于光伏、風(fēng)電等將帶動(dòng)儲能行業(yè)高速發(fā)展，釩電池有望進(jìn)入爆發(fā)期，從而帶動(dòng)五氧化二釩需求的增長(cháng)。

龍佰集團電池材料研究所正在進(jìn)行釩電池技術(shù)研發(fā)，儲備相關(guān)技術(shù)，未來(lái)公司將根據釩電池市場(chǎng)情況，積極推動(dòng)釩電池材料產(chǎn)業(yè)化。

龍佰集團日前公告稱(chēng)，為提高公司攀枝花釩鈦磁鐵礦資源綜合利用價(jià)值，推進(jìn)公司鐵精礦提釩產(chǎn)業(yè)化，全資子公司龍佰四川礦冶有限公司擬投資25億元建設釩鈦鐵精礦堿性球團濕法工藝年產(chǎn)3萬(wàn)噸五氧化二釩創(chuàng )新示范工程。

據悉，龍佰集團在攀枝花的釩鈦磁鐵礦是中國最大釩鈦磁鐵礦，年產(chǎn)鐵精礦380萬(wàn)噸，鈦精礦90萬(wàn)噸;截至2021年末，保有釩鈦磁鐵礦資源量13310.72萬(wàn)噸。

中核鈦白

中核鈦白公告稱(chēng)，公司與四川偉力得能源股份有限公司簽署了《關(guān)于設立甘肅澤通偉力得釩材料有限公司合資協(xié)議》，雙方將出資設立甘肅澤通偉力得釩材料有限公司，共同推進(jìn)釩礦資源的開(kāi)發(fā)、釩電解液的制造及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的項目落地。合資公司將通過(guò)控制釩礦來(lái)源，以及應用尖端技術(shù)將低品位的釩原料進(jìn)行提取，從而降低釩電解液價(jià)格。

攀鋼釩鈦

攀鋼釩鈦是鞍鋼集團子公司，目前是世界主要的釩制品供應商，中國主要的鈦原料供應商。主營(yíng)業(yè)務(wù)包括釩、鈦、電三大板塊，其中釩、鈦板塊是公司戰略重點(diǎn)發(fā)展業(yè)務(wù)。

2021年9月，攀鋼釩鈦與大連博融簽訂戰略合作協(xié)議，優(yōu)先安排釩產(chǎn)品供應給大連博融。

2021年10月，攀鋼釩鈦完成對西昌釩制品的收購，五氧化二釩的產(chǎn)能從2.2萬(wàn)噸/年提升到4萬(wàn)噸/年;攀枝花釩廠(chǎng)5000噸高純氧化釩生產(chǎn)線(xiàn)建設項目一期工程正在建設中，預計今年投產(chǎn)。

2022年6月13日，攀鋼釩鈦在互動(dòng)平臺透露，釩在儲能領(lǐng)域應用是公司拓展其在非鋼領(lǐng)域應用的方向之一。公司未來(lái)將努力與其他釩儲能產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)加強聯(lián)系和合作，共同推動(dòng)釩在儲能領(lǐng)域的應用，主動(dòng)融入釩電池儲能產(chǎn)業(yè)鏈。

河鋼股份

河鋼股份擁有釩電解液制造技術(shù)的自主知識產(chǎn)權，建成了全釩液流電池儲能示范項目。公司生產(chǎn)的全釩電解液產(chǎn)品質(zhì)量得到國內外頂級釩電池廠(chǎng)家的認證，并應用于5KW 5kw/20kwh光伏-釩儲能系統。

河鋼股份生產(chǎn)的99.5純度高純釩在儲能領(lǐng)域，主要用于生產(chǎn)全釩液流電池電解液，為釩電池關(guān)鍵儲能材料。

河鋼股份目前已建成1000噸/年高純釩產(chǎn)線(xiàn)、1000噸/年釩電解液產(chǎn)線(xiàn)，并應用于部分光伏-釩儲能系統。同時(shí)，公司正在謀劃于2022～2025年分三期建設5萬(wàn)立/年電解液產(chǎn)線(xiàn)和300MW/年釩電池裝備產(chǎn)線(xiàn)。

大連融科

大連融科由大連恒融新能源有限公司和中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所共同組建，大連融科領(lǐng)軍國內外液流電池標準的制定，引領(lǐng)全球液流電池技術(shù)的發(fā)展，已成為全球領(lǐng)先的全釩液流電池全產(chǎn)業(yè)鏈開(kāi)發(fā)、完整自主知識產(chǎn)權及高端制造能力的服務(wù)商。目前已經(jīng)建立了300MW/年全釩液流電池儲能產(chǎn)業(yè)化裝備基地。

大連融科成功實(shí)施了多項商業(yè)化應用示范項目，在全釩液流電池的核心技術(shù)領(lǐng)域擁有完整的自主知識產(chǎn)權，擁有的專(zhuān)利超過(guò)300余項。

2022年2月，融科儲能承建的全球最大的100MW/400MWh 級全釩液流電池儲能電站進(jìn)入調試。

北京普能

北京普能是國內釩電池領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，其在2008年的金融危機中收購了當時(shí)全球最大的釩電池企業(yè)——加拿大Vanteck公司，從而得到核心技術(shù)和生產(chǎn)線(xiàn)，隨后迅速發(fā)展。

北京普能開(kāi)發(fā)出目前世界上高安全、大容量、長(cháng)時(shí)儲能和長(cháng)電池壽命為一體的全釩液流儲能電池和解決方案。據北京普能官網(wǎng)介紹，其在全球已經(jīng)安裝和正在處于開(kāi)發(fā)階段項目容量達到 500兆瓦時(shí)，安全穩定運行的時(shí)間累計接近100萬(wàn)個(gè)小時(shí)。

2021年7月，北京普能宣布獲得泰國B(niǎo)CPG公司2400萬(wàn)美元新一輪投資，以加速公司全球儲能業(yè)務(wù)的增長(cháng)。

山西國潤儲能

山西國潤儲能是一家儲能釩電池技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)企業(yè)，主要產(chǎn)品應用于新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、通信基站等領(lǐng)域。公開(kāi)信息顯示，國潤儲能成立于2020年6月，但技術(shù)儲備可追溯到2016年。

2021年6月，山西國潤儲能宣布，旗下釩電池進(jìn)入試生產(chǎn)階段。

上海電氣

上海電氣電池業(yè)務(wù)已有10年基礎，最早的研發(fā)團隊創(chuàng )立于2011年，相關(guān)產(chǎn)線(xiàn)于2020年建成。目前已推出兆瓦級全釩液流電池系統。

上海電氣目前有3GW的釩電池訂單在手，汕頭已建成的零碳園區儲能項目使用的即為公司生產(chǎn)的釩電池。同時(shí)，上海電氣公司在釩電池相關(guān)知識產(chǎn)權領(lǐng)域也具備一定的競爭優(yōu)勢。

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結語(yǔ)

研究機構EVTank發(fā)布的《中國釩電池行業(yè)發(fā)展白皮書(shū)(2022年)》顯示，2022年國內大量的釩電池儲能項目開(kāi)工建設，預計全年新增裝機量將達到0.6GW，2025年釩電池新增規模將達到2.3GW，2030年新增規模將達到4.5GW，釩電池儲能項目累計裝機量將達到24GW，屆時(shí)新增市場(chǎng)規模將達到405億元。

隨著(zhù)可再生能源電力的增多，對大容量存儲的需求越來(lái)越高，對儲能時(shí)長(cháng)的需求也越來(lái)越急迫，長(cháng)時(shí)儲能成為發(fā)展趨勢，釩電池將大有用武之地?，F階段釩電池產(chǎn)業(yè)仍處于導入期，隨著(zhù)行業(yè)技術(shù)改進(jìn)和產(chǎn)業(yè)規?；l(fā)展的加速，釩電池成本將逐步降低，有望在儲能領(lǐng)域脫穎而出。

來(lái)源：中國能源網(wǎng)

文：李穎