解构钒电池

2022-08-11 09:00:11 每日财报 微信号 

最近一两年,钒电池储能电站商业化正在提速,相关厂家收到的订单也在增多。

文/每日财报 苏锋

7月以来,在A股大盘调整之际,市场对钒电池关注度反而快速升温,“钒电池指数”和“钛白粉指数”分别跑赢沪深300指数13和17个百分点。钒电池指数一度涨幅超过了20%。

由于钒电池最核心价值部分-电堆和电解液的成本合计占比70%以上,因此板块中涨幅超10%的个股,如攀钢钒钛(000629)(32.6%)、振华股份(603067)(42%)、河钢股份(000709)(14%)等主要都集中在钒电池上游原材料环节。

钒电池,即钒氧化还原液流电池(VRB),是一种较为先进、被广泛商用的基于金属钒元素的氧化还原液流电池。

钒电池技术最早于1984年由澳大利亚新南威尔士大学提出并申请专利,经过三十多年发展,核心技术主要掌握在日本、中国、澳大利亚、加拿大等国家。

01

储能打开新空间

截至2021年底,中国已投运电力储能项目累计装机规模46.1GW,占全球市场总规模的22%。其中,抽水蓄能的累计装机规模为39.8GW,占比为86.3%,较去年同期下降3个百分点;市场增量主要来自新型储能,累计装机规模达到5.73GW,同比增长75%,占比达12.5%。

随着电力市场的逐渐完善,储能供应链配套,新型储能凭借建设周期短、环境影响小、选址要求低等优势,在市场中将呈现稳步、快速增长的趋势。据CNESA预测,保守场景下新型储能累计装机规模在2022-2026年的年均复合增长率为53.3%,2026年将达到48.5GW;理想场景下,在2022-2026年的年均复合增长率有望达到69.2%,预计2026年累计规模将达到79.5GW。

流电池的工作原理决定了钒电池是目前化学储能中安全性较高的技术路线。与锂电池不同的是,液流电池电解液与电堆相分离,由于钒电池电解质离子存在于水溶液中,不会发生热失控、过热、燃烧和爆炸。同时,钒电池支持频繁充放电,每天可实现充放电数百次,液态电解液使得过充、过放也不会造成爆炸和电池容量下降。

目前,新型储能领域主要以锂电池为主,其中磷酸铁锂电池占国内电化学储能装机量的大部分;铅酸电池以及钒电池等电化学储能装机量占比相对较小。不过,最近一两年,钒电池储能电站商业化正在提速,相关厂家收到的订单也在增多。

Guidehouse Insights 于2022年二季度发布的《Vanadium Redox Flow Batteries :Identifyting Market Opportunities and Enablers》报告显示, 2022-2031年钒电池年装机量有望保持 41%的复合增长率,预计2031年全球钒电池年装机量将达到 32.8GWh。

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透视产业链

电解液是钒电池的重要组分,占钒电池成本比例约40%,电解液上游原料主要为钒,自然界中钒很难以单体形式存在,主要以钒矿的形式存在。

作为钒电池重要的上游原料,我国钒产量、储量均居全球第一。

美国地质调查局(以下简称“USGS”)数据显示,截至2021年底,全球钒金属储量6300万吨。其中,中国钒矿储量约950万吨,占比39%,位居第一;2~4位的澳大利亚、俄罗斯和南非储量占比分别为25%、21%和15%。

产量方面,USGS数据显示,2021年全球钒产量10.7万金属吨,中国产量为7.3万吨,占比68%,资源可完全自给;俄罗斯、南非和巴西的产量占比分别为18%、8%和6%。

国内企业的钒产品原料主要为副产炼钢的钒渣,产能规模较大的企业主要有攀钢钒钛、河钢集团承钢公司、北京建龙重工、成渝钒钛以及四川德胜集团等,其中攀钢钒钛的产能为4万吨/年,位居全国第一。

离子交换膜是钒液流电池中的重要结构部件,其可以分隔阴阳极电解液,选择性地通过符合条件的粒子,既使得电路形成闭合,又阻碍了电解液间不同价态钒离子因交叉污染引起的自放电现象。

质子交换膜由于制备工艺复杂,长期被杜邦、戈尔、旭硝子等美国和日本少数厂家垄断。

杜邦是全球最早开发并销售质子交换膜的企业,早在1962年就开发出性能优良的全氟磺酸型质子交换膜,即Nafion系列产品,截至目前Nafion膜也是全球使用最广泛的。目前,国外品牌全氟磺酸膜价格相对较高,以Nafion117为例,价格在500-1000美元/平方米;Nafion212价格在300-400美元/平方米,高价膜也一定程度抑制钒电池的推广。以东岳、科润为代表的国内企业也致力于质子交换膜的国产化,目前主要集中在主流需求的全氟磺酸质子交换膜的生产以及技术攻关上。

中游层面,大连融科已成为全球领先的全钒液流电池全产业链开发、完整自主知识产权及高端制造能力的服务商。目前已经建立了 300MW/年全钒液流电池储能产业化装备基地。

大连融科由大连恒融新能源有限公司和中国科学院大连化学物理研究所共同组建,大连融科领军国内外液流电池标准的制定,引领全球液流电池技术的发展。目前成功实施了多项商业化应用示范项目,在全钒液流电池的核心技术领域拥有完整的自主知识产权,拥有的专利超过 300 余项。融科储能提供的服务涵盖全钒液流电池关键材料、电堆、电池模块、KW 至百MW级电池储能系统的供应以及客户定制储能解决方案。2022年2月,融科储能承建的全球最大的 100MW/400MWh 级全钒液流电池储能电站进入调试。

北京普能开发出目前世界上高安全、大容量、长时储能和长电池寿命为一体的全钒液流储能电池和解决方案。据北京普能官网介绍,其在全球已经安装和正在处于开发阶段项目容量达到 500兆瓦时,安全稳定运行的时间累计接近100 万个小时。

普能特有的低成本的离子交换膜、长寿命的电解液配方以及创新的电堆设计使普能区别并领跑于其他供应商。由普能拥有专利的、基于金属钒元素的氧化还 原反应的全钒氧化还原液流电池储能系统 (VRB-ESS )可将能量储存在电解液 中。2021年开发出全新第三代 MW级500KW钒液流电池储能产品,启动 100MW 级大型储能电站项目开发。2019 年交付湖北枣阳10MW光储用首期3MW 及国 内多个MW级储能项目。

总之,全钒液流电池示范项目运行多年、产业链逐步成型、全生命周期成本低,是目前商业化较为成熟的液流电池,有望率先成为我国新型电力储能系统的“后备军”,预计将在长时储能应用广泛。


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(责任编辑:王治强 HF013)
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