大储能时代！钒电池产业化将一触即发？：
01 政策背景
根据有关部门《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，提出了坚持储能技术多元化的目标：
液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期；
到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达30GW以上；
到2030年，实现新型储能全面市场化发展。
大规模储能核心要求主要为安全、生命周期经济性。
由于锂电安全事故频发，有关部门近期下发《电化学储能电站安全管理暂行办法（征求意见稿）》，强调电化学储能的安全性是核心要求。
钒电池安全性能突出，无燃烧风险；
而从全生命周期来看，钒电池充放电对容量几乎无损耗，全生命周期性价比突出；
此外，钒电池电解液只需简单电解后就能够重新使用，对环境友好。
综合来看，全钒液流电池是大规模储能的最佳选择。
02 什么是钒电池
全钒氧化还原液流电池，简称为钒电池（VanadiumRedoxBattery，缩写为VRB），是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。
钒电池是一种蓄电池，利用钒离子在不同氧化态下的不同化学势能保存能量，具有充放电效率高、容量可以随着贮液罐的增加而提高、电解液可以循环使用等优点。
03 钒电池的优势
在各类储能电池中，钒液流电池优点十分明显：
（1）安全性高：
钒电池无爆炸、火灾隐患。钒电池的活性物质以液态形式贮存在电堆外部的储液罐中,流动的活性物质使浓差极化可减至最小。
即使正负电解液混合，也无危险，但电解液温度略有上升。
此外，其所有的部件基本上都浸泡在溶液当中，散热得到了溶液的支持，同时由于开放的体系，不会存在类似锂电池热失控这一问题。
（2）储能上限高且可控：
电池容量取决于外部活性溶液的多少，通过增加电解液的体积，可以任意增加钒电池的储能容量，相比于锂电池来说它的可扩充性非常大，调整容易。
（3）功率大：
通过增加单片机电池的数量和电极面积，增加电解液的浓度，可以提高钒电池的功率。
（4）效率高：
由于钒电池电极的催化活性高，正负活性物质分别储存在正负电解液储槽中，避免了正负活性物质的自放电消耗，满充后可长期保持极低的自放电率，自放电几乎可以忽略不计。
充放电能量转换钒电池的效率高达75%以上。
（5）使用周期长：
由于钒电池正负活性物质分别只存在于正极和负极电解液中，在充放电过程中不存在复杂的固相反应,因此电池寿命长。
能耐受大电流充放，可以在不损坏电池的情况下进行深放电，循环次数≥13000次以上，电池使用寿命可达15-20年。
（6）响应速度快：
钒电池组充满电解液瞬间启动。运行过程中，充放电状态切换仅需0.02秒，响应速度为1毫秒。
（7）充电便捷：
可以通过直接更换电解液实现钒电池的瞬间充电。
（8）环境友好：
和常用的铅酸电池相比，在静态运行时，寿命周期内总的排放量仅有铅酸电池的7-25%；
电解液可更换、回收，离子膜不需要贵金属作电极催化剂，电极材料多为碳材料制品。
（9）安置便利：
钒电池可全自动封闭运行，正常工作时对外界无污染，安装定位自由度大，除温度外对安装环境没有过高要求。
04 钒电池的缺点
（1）体积、质量庞大：
受制于电解液中离子溶解度上限，钒电池比能量密度低，且技术难以突破。
同样能量的钒电池体积可达锂电池的3-5倍，质量达2-3倍。
因此，钒电池仅能适用于静态储能系统，难以应用于电动汽车、电子产品等领域。
（2）环境温度要求：
钒电池通常工作环境温度需保持在0-45℃，温度过低会导致电解液凝固，而温度过高则会导致溶液中的V5+形成V2O5析出，从而堵塞电解液通道，导致电池报废。
（3）副产物处理要求高：
电解质的原料、正沉淀和由泄漏的正溶液的空气干燥形成的薄层都具有相同的东西，即V2O5，是一种高毒性的化学品。
（4）高成本、高维护成本：
成本高昂，目前5kW钒电池仅材料成本可达40万以上；
正常使用情况下，每隔两个月就要由专业人士进行一次维护，高频次的维护使其难以在用户侧广泛应用。
05 钒电池成本
根据《储能产业研究白皮书》统计，全钒液流电池（钒电池）每千瓦投资成本在4500-6000元，而抽水储能、锂电池每千瓦成本在750~1200元、2500~-4500元，高成本使得钒电池在储能领域的应用并不广泛。
根据统计数据，2020年我国储能方式中，抽水储能占比89.3%，电化学储能占比9.2%，电化学储能中，钒电池储能占比仅0.65%。
钒电池的成本主要来自于电堆和电解液，以10kW/40kWh钒电池储能系统为例，假设钒电池储能系统综合成本为4500元/KWh，钒电解液成本占总成本的41%（1845元/kwh），电堆成本占比37%（1665元/kwh），其余为建安等成本。
钒电解液主要成本为五氧化二钒，电解液成本主要受到钒价的影响，而电堆的成本主要来自于隔膜等材料。
目前，电堆成本的下降已经逐步展开：
大连化物所通过开发可焊接多孔离子传导膜，使得电堆膜材料的使用面积下降30%、电堆的总成本下降40%，假设电解液的成本不变，目前钒电池成本下沿已下降至2844元/kwh。
制造业产品成本的下降主要来自于规模化生产，因此可以对比锂电池的发展。
2010年锂电池成本高达6000元/kwh，由于锂电池在动力电池领域的大范围应用，大规模生产及相应的技术创新驱动锂电池成本不断下降。
根据锂电池产业链各上市公司公告及产业链产品价格，可以观测到锂电池成本在2014年开始出现快速下降，以2014-2017年为观测窗口，我们看到锂电池材料成本下降了35%、制造费用下降59.86%、人工费用下降68.07%。
规模化的生产、效率的提升有效降低了锂电池生产成本，2020年宁德时代动力电池单位成本已经达到618.2元/kwh，10年成本下降89.7%。
目前国家明确提出在2025年全国储能装机量达到30GW的目标，这个目标将储能推上风口浪尖，将迎来快速发展期。
钒电池作为电化学储能中理想的储能方式，已经完成了从0——1的质变，后续的增长是1——10的裂变，因此可以预见未来会出现爆发式增长，并且钒电池有望复制锂电池的降本路径。
06 钒电池的市场空间
如果说动力电池的产业化进程主要得益于电动汽车量产，那么储能产业化进程的主要推动力则来自于政府采购。
回顾动力电池和光伏的产业化进程，其核心推动力量并不相同。
动力电池下游主要为电动汽车等消费品，消费者的接受程度、产业链能否盈利是影响产业链发展的核心要素。
因此动力电池的产业化是电动汽车量产后，各环节规模化生产、技术进步，推动成本不断下行。
光伏与动力电池产业完全不同，光伏面对的客户主要为国家电网等运营公司，而光伏产业早期完全不具有经济性，因此光伏早期发展的核心考量不是成本。
光伏的产业化是通过政府持续补贴，产业链技术进步、持续降低成本实现的。
通过对比可知，储能产业更类似于光伏产业链，其产业化初期，核心考量不是成本，政府要求风电光伏项目配套储能项目，实际是用已盈利的产业补贴储能。
储能是由政策补贴推动的，因此政策端的消息将会是整个产业发展最重要的因素。
在国家规定2025年储能机量要达到30GW的要求下面，关于储能唯一要考虑的便是安全性问题，而在所有的电化学储能中，钒电池的安全性是最高的。
因此根据目前的主流推测，钒电池储能将会在未来五年中出现第一阶段的爆发期，预期2025年钒电池在储能领域渗透率有望达到15%-20%。
根据浙商证券研究所的测算：2025年中国钒液流电池储能新增14.2GWh，装机功率3.5GW，渗透率20%，对应市场规模297亿元，与现在相比，市场规模的增量在十倍以上。
2025年电化学储能累计装机功率达49.2GW，其中钒电池累计装机7.7GW，累计渗透率达16%。
2025年新增钒电池装机渗透率20%，市场规模297亿元。
若钒电池价格降幅不及预期，以2.31元/Wh，15%渗透率计算，市场规模约254亿元；
若钒电池单价降至1.89元/Wh，预期渗透率达25%，市场规模约323亿元。
07 行业相关公司
目前钒电池市场体量较小，龙头格局未显，产业仍处于发展初期，国内钒电池生产企业主要为北京普能、大连融科、武汉南瑞、上海电气及伟力得，其中上市公司有国网英大和上海电气。
而上游原材料这边，国内目前主要有两家上市公司，分别是攀钢钒钛和河钢股份。
A股上市公司
1、国网英大
钒电池业务由其旗下全资子公司武汉南瑞负责。
目前武汉南瑞已全面掌握钒电池改性选型技术，具备钒电池本体设计、材料研制、系统集成能力，成功研发高功率钒电池电堆和250kW/500kWh储能系统，申请发明、实用新型专利共70项，授权40余项。
目前武汉南瑞钒电池相关项目以国网内部应用为主，暂无对外应用计划。
外部业务如果出现增量，可能会对业绩有很大的改善，重点关注转折点的到来。
2、上海电气
在储能领域，上海电气分阶段、分领域布局锂电池、液流电池、燃料电池和退役电池系统四个领域，逐步完善三电系统。
钒电池业务由其子公司上海电气储能公司负责，相关技术由上海电气中央研究院提供。
目前上海电气已推出兆瓦级全钒液流电池，可实现分布式、集中式全覆盖调峰调频。
由上海电气储能公司设计研发的国电投集团黄河上游水电公司液流电池储能项目、常德10kW/60kWh液流储能系统等钒电池储能项目已处在项目交付验收阶段，即将实现并网。
汕头智慧能源液流电池储能项目1MW/1MWh全钒液流电池储能电站已于2021年上半年顺利通过验收。
据上海电气2021年半年报，上海电气新增储能设备订单人民币28.8亿元，同比增长145.0%；
报告期末，公司在手储能设备订单人民币30.8亿元，比上年年末增长78.7%。
虽然上海电气最近有一些事端，导致它的净利润出现了大幅亏损，但出问题的是它的通信板块，与新能源相关的业务仍然在正常运行。
3、攀钢钒钛
依托全球最大钒钛磁铁矿，钒工业位居全球领先地位。
攀西地区是中国乃至世界矿产资源最富集的地区之一，是我国第二大铁矿区，蕴藏着上百亿吨的钒钛磁铁矿资源，钒资源储量占中国的52%，钛资源储量占中国的95%。
攀钢钒钛的大股东攀钢集团在攀西地区拥有攀枝花、白马两大矿区，钒钛磁铁矿储量约13.04亿吨，可采量约6.13亿吨。
具备年开采钒钛磁铁矿3350万吨，年产铁精矿1200万吨、钛精矿90万吨的能力，在钒钛磁铁矿资源综合利用方面已处于世界领先水平。
目前公司钒制品产能达到4.2万吨，市占率全球第一。2020年，公司营业收入为106亿元，其中钒产业营业收入达到42.4亿元，占比56%。
公司除去原材料的销售，也在开拓自己的钒电池业务，公司正在加大钒电池研发的投入，想要打造出从原材料到成品的一体化产业链。
4、河钢股份
公司在钒钛冶炼和钒产品生产技术方面处于世界领先地位。
经过不断的技术改造和产业升级,主业装备已经实现了现代化和大型化，整体工艺装备技术达到国际先进水平，拥有世界首条“亚熔盐法高效提钒清洁生产线”。
公司钒产品年产能2.2万吨，2020年钒渣产量21.4万吨，产品主要用于钒钢生产和对外销售。
未上市公司
5、北京普能
成立于2006年，主要业务即为全钒液流电池的研发、制造与商业化应用。
2009年收购全球最大钒电池企业VRBPowerSystems，接收其专利及研发人员。
公司已在中国、韩国、美国、印尼、西班牙、斯洛伐克等地建有钒电池储能项目，并在国内承接了国家风光储输示范工程等。
公司已于2007/2011/2011/2016年进行了ABC轮及股权融资，目前由HPX公司领投新一轮投资，背靠国际矿业巨头，建议关注公司未来上市时间。
6、大连融科
大连融科由中国科学院大连化学物理研究所和大连博融控股集团共同组建，主要业务为液流储能电池工程化、产业化。
背靠中科院大连物化所，大连融科持有200多项钒电池相关专利，目前已中标多个风电场示范项目的储能系统业务。
7、晟嘉电气
子公司伟力得能源为国内新兴储能电池企业之一，其光伏全钒液流储能电站，新疆阿瓦提县7.5MW/22.5MWh光储示范项目一期已于2020年12月成功并网。
此外，宁夏中宁县枣园100MW/400MWh网侧储能电站前期工作中，阿克苏地区七县两市充电桩基础设施综合体规划前期工作中，与宁夏大唐达成了战略合作，双方将在十四五期间共同开发宁夏光伏指标和电网侧储能业务。
08 对未来的展望
从需求端来说：
储能作为新能下一阶段的发展目标将带动钒电池爆发。
从政策端来说：
目前国家正在大力推动钒电池进入商业化初期。
从产业端来说：
随着储能行业的发展，钒电池项目如雨后春笋一样冒出来。
市场对于钒电池存在较大的预期差，仍然认为只是一个概念，综合以上需求、政策、产业发展三个方面分析，钒电池不再是概念，而是处于商业化前夕，已经从实验室走向发电侧、电网侧及用户侧。
接下来的钒电池不是从0到1，而是从1到10的裂变期。
由于十四五期间的规划大家都已经明确，需要注意的是在5年左右的时间点，当然有可能会在 3 年，重点建议关注2024-2025年附近这个节点上，整个的钒电池为代表的长时间容量型的储能技术会有一个爆发式的增长。
从目前的情况来推测，所有钒电池的项目中，有很大概率在后面上述的时间段会迎来爆发式的增长。
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