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≥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-元,而抽水储能、锂电池每千瓦成本在~元、~-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,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元/KWh,钒电解液成本占总成本的41%(元/kwh),电堆成本占比37%(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。
年锂电池成本高达元/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年开始出现快速下降,以-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,年宁德时代动力电池单位成本已经达到.2元/kwh,10年成本下降89.7%。
目前国家明确提出在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:年中国钒液流电池储能新增14.2GWh,装机功率3.5GW,渗透率20%,对应市场规模亿元,与现在相比,市场规模的增量在十倍以上。
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%。
年新增钒电池装机渗透率20%,市场规模亿元。
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kW/kWh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
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