釩電池企業(yè)以化推進(jìn)轉(zhuǎn)型升級策略研究報告

3 3 3 3 4 4 7 8第三節(jié)長時儲能路線之爭：靈活適用源網(wǎng) 8 8 10三、滲透率加速提升，2025年釩電池需求量預(yù)計(jì)達(dá)13.1GWh 16第四節(jié)釩電池產(chǎn)業(yè)鏈：上游資源及電解液制造端布局企業(yè)眾多， 17 17 17 19 21 21 22 22 23 23 23 24 24 25 25 25 25 26 26 26 26 26 27 27 27 27 28 281 28 29 29 30 31 31 31 32 32 33 33 33 34 34 35 36 36 36 36 37 38 38 38 39 39 40 41 44 44 44 45 45 47 48 48 48 49 49 50 51 51 52 522隨著數(shù)字化服務(wù)的深入，產(chǎn)生了巨大效能，與這將為您經(jīng)營管理、戰(zhàn)略部署、成功投資提供有力的決策參考價值，也為全球釩電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展脈絡(luò)可以總結(jié)為：國外先行，國內(nèi)趕超。1）海外：1售釩電池專利，后者于1999年將相關(guān)專利授予Vanteck（VRB前身借此技術(shù)優(yōu)勢成長為當(dāng)時全球最大的釩電池公司；2008年受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，VRB停止其發(fā)展由此陷入停滯。2）國內(nèi)：我國釩電池基礎(chǔ)研究始于20世紀(jì)80年代末，物理研究院開啟釩電池研制，并于同年成功制出500W、1KW樣機(jī)；2009年中獲得其核心技術(shù)及研發(fā)團(tuán)隊(duì)，我國釩電池發(fā)展正式進(jìn)入快車道；202示范項(xiàng)目“大連融科100MW/400MWh項(xiàng)目”正式投入商運(yùn)，標(biāo)志著我國釩電池3技術(shù)日益成熟、產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完備，國內(nèi)釩電池儲能項(xiàng)目加速落地。目在中國、日本、澳大利亞等少數(shù)國家手中，我國液流電池技術(shù)位居世界前列，第二節(jié)電化學(xué)儲能路線之爭：安全為核，釩電分為正負(fù)兩個“半單元”。在正、負(fù)半電池中，釩離子分別以+4/+5價態(tài)、+2/+3價態(tài)存在負(fù)極電解液中，充放電時，電解液通過推送泵由外部儲液罐流經(jīng)正、負(fù)極釩電池本征安全、擴(kuò)容具備高度靈活性且邊際成本隨儲能時長遞減的特點(diǎn)于大容量、長時儲能市場。國內(nèi)當(dāng)前主流儲能方案包括抽水蓄能、壓縮空氣等，電化學(xué)儲能又具體分為鋰電池、液流電池、鈉電池及鉛酸電池等。與全性能突出、擴(kuò)容簡便、無資源瓶頸。我們有別于市場的判斷：市場普遍認(rèn)度低、運(yùn)行溫度區(qū)間窄等性能短板，但由于釩電池一致性好、安全性高，在4鋰電池相比，釩電池安全優(yōu)勢突出。從材料端來看：鋰/鈉電池負(fù)極為碳LiPF6/NaPF6的混合碳酸酯溶液，均為易燃物質(zhì)，而釩電池/鉛蓄電池均采用火爆炸風(fēng)險。從電池結(jié)構(gòu)來看：鋰電池正負(fù)極及電解液均共存于一個體系于低溫環(huán)境下時會出現(xiàn)析鋰現(xiàn)象，形成鋰枝晶，易造成短路、帶來熱失控獨(dú)立儲存于電解罐中，充放電時反應(yīng)物可通過循環(huán)泵從電極表面快速抽離，免因離子穿過隔膜交叉污染導(dǎo)致的容量衰減問題。其循環(huán)壽命達(dá)到20000+次3）高度靈活性：可根據(jù)負(fù)載需求靈活調(diào)節(jié)功率及容量大小，擴(kuò)電池反應(yīng)物質(zhì)與電堆相分離的結(jié)構(gòu)特性使得電池容量（由電解液的體積或濃度堆數(shù)量或電極表面積決定）相互獨(dú)立，可通過單獨(dú)改變電堆數(shù)量或電解液體積調(diào)節(jié)。其次，與鋰電池相比，釩電池?cái)U(kuò)容具備天然一致性，更適合大規(guī)模、能場景。鋰電池系統(tǒng)功率與容量高度耦合，增加功率或提升容量須將數(shù)個電數(shù)量的改變將降低電池模組的一致性，影響系統(tǒng)使用壽命及安全性；而釩電均來自于同一儲液罐，改變?nèi)萘恐恍柚苯釉鰷p電解液，故其擴(kuò)容具備天然的4）原材料高度自給，上游價格較為穩(wěn)定。鋰/鈉/釩電池三類電化學(xué)路線中0.0065%，主要集中于南美，2022年我國鋰資源儲量占比地殼豐度為0.0136%，我國為釩儲量第一大國，2022年釩資52022年全年碳酸鋰凈進(jìn)口量達(dá)12.57萬噸，同比+71.7%；供需關(guān)系失動，近三年最高價差達(dá)到53萬元/噸。與鋰資源相反，我國釩資源高度自給，0.33萬噸，同比+166.6%；釩資源高度可控使得下游釩產(chǎn)品價格相對穩(wěn)定，20205）邊際成本隨儲能時長遞減，全生命周期具備成本優(yōu)勢。目前時長大部分在4小時以上，我們以湖北陽光鴻志30KW/150KWh（5小時）釩電釩電池儲能時長的邊際成本及全生命周期度電成本進(jìn)行測算：從儲能時長增變動來看：該釩電池項(xiàng)目1KWh全系統(tǒng)成本約為4204元，37.1%）、電堆成本約為2289元（占比約為54.4%考慮到10.0%。可見釩電池邊際成本隨儲能時長增加而有著較為明顯的遞減，而鋰/需相應(yīng)增加電芯數(shù)量，其單位成本相對固定，釩電池較其他電化學(xué)路線在長而從全生命周期成本來看：假設(shè)釩電池循環(huán)壽命為20000次、能量轉(zhuǎn)換效液期末殘值約為1093元/KWh，則其全生命周6二、劣勢：定位長時儲能市場，釩電池“避短揚(yáng)長”1）運(yùn)行溫度區(qū)間較窄。釩電池最佳運(yùn)行溫度為0~45℃,窄于鋰電池（-20~60℃)和鈉電池（-40~80℃),當(dāng)溫度過低時，電解液凝固會影響電池正常運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度過高時，正極五價釩會析出為五氧化二釩沉淀，造成流道堵塞、電堆性能惡的熱交換器散熱（類似自帶“液冷系統(tǒng)”），熱管鋰電池儲能系統(tǒng)涉及大量電芯（如寧德時代EnerC-3.72MWh儲能系統(tǒng)含4160障整個電池系統(tǒng)處于合適的溫度區(qū)間外，還需將單體電芯間的溫度差控制在要求更高，主流溫控路線為風(fēng)冷或液冷（風(fēng)冷較液冷散熱溫差仍然較高，液2）能量轉(zhuǎn)換率低。除BMS、PCS等之外，釩電池比鋰/鈉電池多兩量損耗，因此能量轉(zhuǎn)化率較鋰電池（90%）和鈉電池（95%）更低，約為70~753）能量密度低，適用于靜態(tài)儲能領(lǐng)域。電解液/電堆相分離設(shè)計(jì)的能量密度（先進(jìn)產(chǎn)品能量密度約40Wh質(zhì)量要求不高的靜態(tài)儲能領(lǐng)域（如固定儲能電站難以應(yīng)用于動力及移動補(bǔ)能量密度缺陷，兆瓦級以上儲能電站中占地面積與鋰電相當(dāng)。我們認(rèn)為，盡低于鋰電池，但由于其安全性較高，在大型儲能電站中釩電池防火等級（丁級10MW/40MWh儲能系統(tǒng)，平鋪布置占地約3850m2，上下安全問題已成為儲能行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，釩電池發(fā)展適逢其時。2022年《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版征求意見稿）》，學(xué)儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池及不宜選用梯次利用動力梯次利用電池裝機(jī)受限，鐵鋰裝機(jī)成本上升。梯次利用動力電池因一致性無法低，動力電池梯次利用受限將導(dǎo)致鐵鋰儲能裝機(jī)成本上升，在一定程度上會限鐵鋰電池的應(yīng)用比例。2）三元鋰電池、鈉硫電池被排除展的重要機(jī)遇。截止政策頒布前的2021年，我國電化學(xué)池、鈉硫電池裝機(jī)約0.47/0.18GW，占比分別為9.風(fēng)光等新能源發(fā)電占比持續(xù)提升，電力系統(tǒng)消納及2）“時間+空間錯配”提升調(diào)峰調(diào)頻需求，大規(guī)模并網(wǎng)加大消納壓力波動大且伴有不確定性，使得電力系統(tǒng)日內(nèi)、跨季及遠(yuǎn)距離調(diào)峰調(diào)頻等需峰，但整體負(fù)荷波動相對較??；考慮新能源出力情形，風(fēng)電日間出力低、8午間出力高、夜晚失去電力支撐作用，在此特征之下，日凈負(fù)荷（用“鴨型曲線”，即在風(fēng)光出力峰值時期凈負(fù)荷高峰明顯減小，負(fù)荷波動性顯著增加，這種波動性將隨新能源滲透率提升而進(jìn)一步加大；負(fù)荷波動日間的急速變動對電力系統(tǒng)平快速爬坡能力提出了更高要求。從季節(jié)性出力及負(fù)荷峰谷來看，風(fēng)電出力高伏發(fā)電高峰為夏、秋兩季，夏季負(fù)荷電量高而新能源發(fā)電量低，電力系統(tǒng)存難題。而從新能源出力及負(fù)荷空間分布來看，我國風(fēng)光資源稟賦與電力消費(fèi)逆需求端：儲能具備平滑新能源出力、輔助調(diào)峰能源滲透率提升催生出各時間尺度的儲能需求：1）秒-分級儲能需求：風(fēng)光照強(qiáng)度高度相關(guān)，受天氣因素影響（有風(fēng)/無風(fēng)、晴天/陰雨），風(fēng)光出力會如前文所述，新能源發(fā)電裝機(jī)增長使得電網(wǎng)日間凈負(fù)荷波動加劇，儲能進(jìn)行小時級以上調(diào)峰。3）月度級及以上儲能需間上的差異，需要儲能進(jìn)行大規(guī)模、長時間、遠(yuǎn)距離的能量轉(zhuǎn)移。短時側(cè)重峰谷供需錯配。與短時儲能相比，長時儲能兼具“快速響應(yīng)調(diào)節(jié)擾動”+“長期力，在極端天氣下還可發(fā)揮應(yīng)急保供作用。風(fēng)光等可再生能源的滲9地鼓勵4小時以上配儲。2022年1月國鈉離子電池等關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)力度。截止2023年7月底，我國已有三十配儲要求，配儲比例由10%~20%逐步上升4小時以上儲能項(xiàng)目22個，包含壓縮空氣儲能、液流電池、重力儲能等多種技術(shù)路7月美國明尼蘇達(dá)州批準(zhǔn)建造10MW/1GWh鐵-空現(xiàn)階段長時儲能技術(shù)路線主要為抽水蓄能、熔鹽儲熱、液流儲能、壓大類。目前各路線中，抽水蓄能市場滲透率最高、經(jīng)濟(jì)性最強(qiáng)，但受選址條本將會上升；壓縮空氣儲能在一定程度上仍受自然資源限制，經(jīng)濟(jì)性與選址鹽儲熱及氫儲能初始投資成本較高、系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率較低，度電成本仍處于相和，未來或?qū)⒚媾R度電成本上升、裝機(jī)占比降低。工作原理：電能與重電站建有上下兩個水庫，用電低谷時將水從下水庫抽送至上水庫實(shí)現(xiàn)庫間落差及水庫容積成正比。應(yīng)用場景：主要作為供電或調(diào)峰電源，受優(yōu)勢：①技術(shù)成熟度高：世界首座抽水蓄能電站早于1882年即在瑞士建已有百余年歷史，我國抽蓄技術(shù)研究始于20世紀(jì)60年代，目前已高度成熟。②裝機(jī)容量大：④與其他機(jī)械儲能相比，能量轉(zhuǎn)換效率較高，約為70%。劣勢：①選址受限，飽和：抽水蓄能對建設(shè)選址要求極高，建壩應(yīng)盡量靠近水源及電站、基巖需無時為節(jié)約建設(shè)成本，上下水庫之間的距高比（漫長，或無法匹配風(fēng)光裝機(jī)增速：抽水蓄能電站建設(shè)期約7~10年，無法匹配風(fēng)所帶來的消納及調(diào)峰調(diào)頻等需求。儲能市場裝機(jī)占比：商業(yè)化成熟階段，量市場略高于新型儲能。受制于新型儲能技術(shù)快速發(fā)展，抽水蓄能在存量下降。2022年底全球/中國儲能市場累國市場中的裝機(jī)占比分別為79.3%/7新增儲能裝機(jī)16.5GW，其中抽水蓄能、新型儲能裝機(jī)分別為55.2%/44.2%。由于抽水蓄能技術(shù)進(jìn)步空間相對有限、發(fā)展受自然資1200MW/6000MWh抽水蓄能電站為例，其初始投資成本約為6025~8780元/KW，若年，不考慮充電成本，其全生命周期度電成本約0.31~0.飽和，LCOE將隨之上升；此外，抽水蓄能產(chǎn)業(yè)鏈已實(shí)現(xiàn)高度國產(chǎn)化，與其他2）熔融鹽儲熱：光熱發(fā)電與火電靈活性改造為主要應(yīng)用領(lǐng)域，其中一定程素上克服傳統(tǒng)太陽能發(fā)電固有的氣候限制，但初始投資成本高、全生命達(dá)到規(guī)?；健９ぷ髟恚骸叭埯}儲熱+熔鹽放熱”構(gòu)成一次儲能循環(huán)。熔鹽儲罐（熱鹽罐）中存儲；熔鹽放熱時，汽用作工業(yè)蒸汽或用于發(fā)電等。熔融鹽儲熱主要用于光熱發(fā)電、火電靈活性改業(yè)蒸汽等領(lǐng)域，其中光熱發(fā)電及火電靈活性改造為主要應(yīng)用領(lǐng)域。光熱電站光熱電站定位電源側(cè)配套儲能，存量市場單體光熱電站為主，增量市場“光動儲熱型光熱發(fā)電與光伏、風(fēng)電等波動性電源配套發(fā)展，目前在建項(xiàng)目中“光熱優(yōu)勢：①裝機(jī)規(guī)模相對較大：普遍為兆瓦到百兆瓦級。②放電時間及使用時間為6-15小時，使用壽命在25年左右。③受天氣影響相對較小、夜間仍可電相比，光熱發(fā)電可在夜間利用白天富余的熱鹽發(fā)電，受天氣影響相對較小。④存儲于儲鹽罐中，整個系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行，安全性高。⑤響應(yīng)速度快：升、降負(fù)荷平低于60%。②熔鹽具有腐蝕性、對蓄熱裝置材料要求較高：光熱熔鹽主要為硝元混合物，其熱導(dǎo)率低、比熱容低、具備腐蝕性且相變過程中可能會發(fā)生液體置材料的抗腐蝕要求較高。③光熱電站選址高度依賴太陽能資源：太陽能輻照高度相關(guān)（直接輻射量越大，單位發(fā)電成本越低我國西北地區(qū)光照資源豐富低影響電站啟動。④占地面積大：光熱電站發(fā)電量與集熱（定日鏡等）面積高于電化學(xué)儲能。⑤建設(shè)周期較長：光熱電站建設(shè)周期約1.5~2.5儲能市場裝機(jī)占比：處示范階段，裝機(jī)占比相對較低。光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)尚處國累計(jì)裝機(jī)0.59GW，同比+9.3%。聚光集經(jīng)濟(jì)性：初始投資規(guī)模過大，LCOE相對較高。以100MW/1200MWh塔不考慮充電成本，其全生命周期度電成本約0.79~0.94元/KWh。光熱大聚光場面積，目前定日鏡等聚光設(shè)備價格較高（2022年張家口太陽能塔），3）壓縮空氣：度電成本與抽蓄水平相當(dāng)，選址靈活性與經(jīng)濟(jì)性空氣內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化。用電低谷時段使用電能將空氣壓縮存儲），儲庫形式：主要包括高壓氣罐、低溫儲罐、廢舊礦洞、新建洞穴、鹽穴等氣庫容量大、單位投資低但選址局限強(qiáng)（我國主要分布于長江中下游、山分布的匹配度較低鹽巖具有極強(qiáng)的蠕變特性，鹽穴儲氣庫長期運(yùn)行后體洞改造、新建洞穴選址較鹽穴靈活，但單位投資略高于鹽穴，且舊洞改造存害氣體危害的風(fēng)險；③地上儲庫（高壓氣罐、低溫儲罐）可完全突破選址用于中小型電站，目前多處于試驗(yàn)階段。應(yīng)用場景：主要用于削峰填谷優(yōu)勢：單機(jī)容量大、儲能時間及使用壽命長。目前壓縮空氣劃項(xiàng)目單機(jī)容量已擴(kuò)展至500MW儲能時長可達(dá)4縮過程放熱損失能量，膨脹過程需吸熱補(bǔ)充燃料，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率較低：補(bǔ)燃式非補(bǔ)燃式提升至60%~65%，但仍然較低。②選址靈活性與建造成本相對受限，若擺脫對地理資源依賴，將導(dǎo)致建造成本大幅提升。②建設(shè)周期學(xué)路線仍較長：約1.5~2年。儲能市場裝機(jī)占比：目前壓縮空氣儲能處于示占比僅為0.3%，在中國新型儲能裝機(jī)中的占比為1.5%成本上升而下降。壓縮空氣儲能項(xiàng)目單位建造成本因儲氣方式而異，初始投資約30030年、能量轉(zhuǎn)化效率為60%，則在不考慮充電成本的情況下，其全生命周期度電成降。目前設(shè)備環(huán)節(jié)中，300MW級大規(guī)4）氫儲能：應(yīng)用場景豐富、響應(yīng)速度快，可靈活適用于短時調(diào)頻與長時儲能等多領(lǐng)域，“電-氫-電”場景下能量轉(zhuǎn)化率低、度電成本處于高位，成本端暫不具備規(guī)模化應(yīng)用條件。工作原理：電能與氫能之間的相互轉(zhuǎn)化。氫儲能利用風(fēng)光等富余電力通過電解反氣，并將氫氣存儲于儲氫罐中，在需要用電時將氫能通過燃料電池轉(zhuǎn)化為線主要包括煤炭制氫（價格低廉，但設(shè)備成本高、碳排放量大）、天然氫，其中可再生能源制氫為發(fā)展重點(diǎn)。應(yīng)用場景：靈活適用于“源-網(wǎng)-荷”可用于消納并網(wǎng)、提供慣量支撐，在電網(wǎng)側(cè)可用于調(diào)峰調(diào)頻、緩解輸?shù)龋谪?fù)荷側(cè)可通過構(gòu)建氫能建筑/園區(qū)參與需求側(cè)響應(yīng)、用作電力電量優(yōu)勢：①長周期、跨季節(jié)、遠(yuǎn)距離儲能：氫儲能可以通過氫氣儲輸技術(shù)實(shí)跨區(qū)域轉(zhuǎn)移，提升新能源電量外送能力。②儲能容量大：可達(dá)太瓦時級。劣勢量。②大規(guī)模長時儲氫技術(shù)尚待突破：目前地下儲氫（主要為鹽穴）建設(shè)周期段/液態(tài)/固態(tài)儲氫在材料等方面存在技術(shù)難點(diǎn)。③全周期效率較低：“電-氫-電僅30%~40%。市場發(fā)展階段：仍處產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期。目前全球制氫結(jié)構(gòu)以化石），經(jīng)濟(jì)性：系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率低，“電-氫-電”場景下度電成本處于高位。以200MW/全生命周期度電成本約1.85~1.92元/KWh。氫儲能成本與技術(shù)路線高度相關(guān)5）釩電池：與其他長時儲能路線相比，兼具應(yīng)用場景、時間尺儲能領(lǐng)域?qū)Τ樾钚纬捎辛μ娲?。?yīng)用場景優(yōu)勢：選址靈活、占地面積較小、光裝機(jī)高增需求，在表后儲能市場同樣具備應(yīng)用潛力。①國內(nèi)：新能源強(qiáng)制為儲能項(xiàng)目主要應(yīng)用場景。從與風(fēng)光等項(xiàng)目的適配度上來看，我國風(fēng)光發(fā)電疆、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、寧夏、河北等地，該類地區(qū)主要以沙漠、布較少，故抽蓄及壓縮空氣電站在該類地區(qū)的適配性較差（否則將提升投耗光熱及釩液流儲能電站適配度較高，與光熱電站相比，釩液流儲能電更加靈活。從建設(shè)周期來看，抽蓄、壓縮空氣、光熱、地下儲氫項(xiàng)目建設(shè)周期較裝機(jī)增速，而釩液流電站建設(shè)周期僅3~6個月，可滿足風(fēng)光裝機(jī)高增需求。之下用電成本增加，表后儲能快速增長。相較于抽蓄、光熱、壓縮空氣等儲能前市場），釩電池儲能在用戶側(cè)仍然具備較大應(yīng)用潛力，2022年12月全球最時間尺度優(yōu)勢：兼具短時波動平抑及長時電量平現(xiàn)分鐘級波動，需儲能通過頻繁充放電進(jìn)行平滑，與抽蓄、壓縮空氣、熔鹽儲時間均為分鐘級，且氫儲能在瞬變工況下制氫系統(tǒng)穩(wěn)定性將受到影響）相比，度更快（百毫秒級）、效率更高。②小時-日度-季度級長時儲能需具備大容量電池?cái)U(kuò)容靈活且循環(huán)過程中容