碳中和目標(biāo)下，電力配儲空間廣闊，發(fā)展新型儲能技術(shù)迫在眉睫。2030 年，預(yù)計我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)量將達(dá)到 12 億千瓦以上；傳統(tǒng)的抽水蓄能發(fā)展受地理環(huán)境因素限制，故發(fā)展新型儲能勢在必行。

2022 年 6 月，能源局發(fā)布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（2022 年版）（征求意見稿）》，基于安全性考慮，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力電池。政策端對安全性加大重視，未來大型儲能項目更傾向于安全性更高，且已開始初步規(guī)?；l(fā)展的釩電池技術(shù)路徑。釩電池技術(shù)已經(jīng)相對成熟，較當(dāng)前主流的鋰電池路徑具有高安全性、長循環(huán)壽命、資源回收率高等優(yōu)勢，在中大型儲能領(lǐng)域的應(yīng)用中脫穎而出。

01

釩電池簡介及發(fā)展現(xiàn)狀

1.釩電池是較為先進(jìn)、被廣泛商用的液流電池

釩電池即釩氧化還原液流電池（VRB），也可以稱為全釩液流電池，是一種較為先進(jìn)、被廣泛商用的基于金屬釩元素的氧化還原液流電池。液流電池是指由電堆（包含電極和離子交換膜）、電解液存儲供給單元以及電池管理控制單元組成的電池類型，與其他電池最主要的區(qū)別在于電解液的儲存方式。工作時，正負(fù)極電解液分別從正、負(fù)極電解液儲罐通過循環(huán)泵進(jìn)入電堆的正負(fù)極單元，然后再經(jīng)管道分別回到正負(fù)極電解液儲罐，完成循環(huán)。在電堆內(nèi)，正負(fù)極電解液活性物質(zhì)均在電極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過程中只有價態(tài)變化而無相轉(zhuǎn)化發(fā)生，正負(fù)極電解液通過離子交換膜隔開并交換電荷。

2.釩電池電能以化學(xué)能的方式存儲在電解液中

釩電池電能以化學(xué)能的方式存儲在不同價態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過外接泵把電解液壓入電池堆體內(nèi)，使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜。電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過雙電極板收集和傳導(dǎo)電流，從而使得儲存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。

釩電池電解液包含溶解在硫酸中的4種不同氧化態(tài)釩離子，正極電解液含有釩(Ⅳ)和釩(Ⅴ)氧化還原對 ，負(fù)極電解液含有釩(Ⅱ)和釩 (Ⅲ)的氧化還原對。充電時，陽極VO2+向VO2+轉(zhuǎn)換，陰極V2+向V3+轉(zhuǎn)換；放電時，陽極VO2+向VO2+轉(zhuǎn)換，陰極V3+向V2+轉(zhuǎn)換。這個可逆的反應(yīng)過程使釩電池順利完成充電、放電和再充電。

3.釩電池由電堆、電解液、循環(huán)泵及其他結(jié)構(gòu)性組件構(gòu)成

全釩液流電池主要由電堆、電解液及循環(huán)泵等其他結(jié)構(gòu)性部件構(gòu)成，其中電堆主要包括離子交換膜、電極、雙極板、墊片、集流板等。

（1）電堆

電堆是釩電池的主體部分，在釩電池成本中占比35%，其核心在于離子交換膜、電極和雙極板。離子交換膜用于阻隔正負(fù)極電解液，選擇性通過符合條件的粒子，既使得電路形成閉合，又阻礙了電解液間不同價態(tài)釩離子因交叉污染引起的自放電現(xiàn)象；電極是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所；雙極板表面刻印有流道從而降低系統(tǒng)內(nèi)電解液流動的壓力損失，降低泵功。離子交換膜和電極是釩電池性能、成本優(yōu)化的關(guān)鍵。

（2）電解液

電解液是釩電池材料成本的主要來源，占比35%，工業(yè)領(lǐng)域多使用硫酸和V2O5作為釩電解液的原料，其技術(shù)路線是一種是基于電化學(xué)溶解的方式，在電解池的陰極將V2O5粉末溶于一定濃度的硫酸，電解池陽極電解液僅使用于陰極等濃度的硫酸，最終可得到四種不同價態(tài)的釩離子硫酸溶液。產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)層面上，未來的發(fā)展趨勢為通過改進(jìn)電極、離子交換膜等設(shè)計來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化率的提升。據(jù)IRENA預(yù)測，全釩液流電池的能量轉(zhuǎn)化效率預(yù)計將從2016年的60% - 85%提高到2030年的67% - 95%。

4.釩電池VS其他液流電池

液流電池主要有鐵鉻電池、全釩電池和鋅溴電池等，不同液流電池技術(shù)路徑基本類似，主要區(qū)別在于電解液中的活性物質(zhì)不同，這也導(dǎo)致了電池性能上具有差異。

歷史上鐵鉻液流電池發(fā)展最早，但其正負(fù)電極的離子類型不同，容易造成交叉污染，且反應(yīng)可逆性較差，存在工作電壓不穩(wěn)定的問題。這些缺點導(dǎo)致鐵鉻電池后續(xù)研究趨于停滯，目前國內(nèi)主要是國家電投集團(tuán)仍在持續(xù)研發(fā)。

鋅溴液流電池技術(shù)尚處于應(yīng)用初期階段。鋅溴液流電池的問題主要在于充放電過程中鋅枝晶易析出，導(dǎo)致電池容量衰減較快、使用壽命較低，同時液溴的揮發(fā)性、毒性、腐蝕性和易滲透性也降低了其安全性，因此在國內(nèi)發(fā)展進(jìn)度偏慢，目前最大投運項目為大連化物所的 5kW/5kWh 鋅溴單液流電池儲能示范系統(tǒng)；而海外雖然發(fā)展相對較快，如美國加州的 2MWh 鋅溴液流電池儲能項目，但整體的規(guī)模和技術(shù)成熟度均遠(yuǎn)不及釩電池。

綜合來看，各液流電池中全釩液流電池安全性最高，循環(huán)壽命高達(dá) 16000 次以上，性能更為全面，目前已為液流電池中技術(shù)最為成熟的技術(shù)路徑，實際項目的投運方面也大幅領(lǐng)先于鐵鉻液流電池和鋅溴液流電池。

5.釩電池VS鋰電池

釩電池等液流電池的工作原理不同于鋰離子電池路徑，其活性物質(zhì)完全溶解在電解液中，通過電解液中正負(fù)極離子的價態(tài)變化來進(jìn)行能量儲存和釋放。確保安全性的前提下，當(dāng)前有望大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用的儲能技術(shù)路徑僅剩釩電池、磷酸鐵鋰電池以及鈉離子電池；而此三者中，釩電池在安全性、擴(kuò)容能力、循環(huán)壽命和全生命周期成本方面要顯著優(yōu)于磷酸鐵鋰電池和鈉離子電池。

（1）安全性高

由于釩電池的電解液基質(zhì)采用水性溶液，使用過程中沒有固相反應(yīng)，因此不存在起火、爆炸等風(fēng)險；且過充過放也只會造成水的電解，通過將產(chǎn)生的氫氣及時排出即可保證安全使用；平時電解液和電堆分開存放，也成功避免了自放電現(xiàn)象。

（2）擴(kuò)容簡單

釩電池能方便應(yīng)用模塊化管理，功率和容量可以單獨設(shè)計，通過將多組儲能單元并聯(lián)接入母線，便可構(gòu)建起更大規(guī)模的儲能系統(tǒng)。因此擴(kuò)容簡單，相較于磷酸鐵鋰電池，在大容量的情形下不會增加額外的安全性風(fēng)險。

（3）循環(huán)壽命長

目前商用釩電池循環(huán)壽命可以達(dá)到 16000 次以上，遠(yuǎn)高于商用磷酸鐵鋰電池的 6000 次，對應(yīng)使用壽命超過 20 年，且可靠性也已經(jīng)過實例驗證。如加拿大VRB Power Systems 商業(yè)化示范運行時間最長的釩電池模塊已正常運行超過 9 年，充放循環(huán)壽命超過 18000 次。

（4）全生命周期成本較低

釩電池初始投資成本較高，但由于釩電池的循環(huán)壽命較長，因此在全生命周期成本方面有一定優(yōu)勢。當(dāng)前釩電池儲能項目的初始投資成本約 4~5 元/Wh，高于鋰電池項目 1.5~2 元/Wh 的水平。不過由于釩電池循環(huán)次數(shù)長，故全生命周期度電成本約為 0.42~0.53 元/kWh，低于鋰電池的 0.56~0.75 元/kWh。

釩電池憑借以上優(yōu)點，完美適配中大型儲能場景的要求；而磷酸鐵鋰電池的安全性和循環(huán)壽命低于釩電池，但能量密度顯著更高，故在重量和體積上有優(yōu)勢，更適合于小型化場景。

另外，鈉離子電池發(fā)展尚處于早期階段，已投運的最新項目為 2021 年華陽集團(tuán)與中科海鈉在山西太原合作的 1MWh 鈉離子電池儲能系統(tǒng)。且即便后續(xù)鈉離子電池技術(shù)成熟，由于其技術(shù)路徑和鋰電池較為類似，性能相近，故預(yù)計將主要在小型化和生活化場景對磷酸鐵鋰電池產(chǎn)生替代，對釩電池的威脅相對較小，未來在中大型儲能領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展仍有待驗證。

因此，預(yù)計釩電池將在應(yīng)用場景上與主流的鋰電池路徑發(fā)生差異化競爭，在中大型儲能領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)有的鋰電池體系進(jìn)行有效補(bǔ)充，而磷酸鐵鋰電池則更適用于小型化、生活化、用戶側(cè)等儲能場景。

6.釩電池歷史沿革及發(fā)展現(xiàn)狀

（1）國際

釩電池技術(shù)最早于1984年由澳大利亞新南威爾士大學(xué)提出并申請專利，經(jīng)過三十多年發(fā)展，核心技術(shù)主要掌握在日本、中國、澳大利亞、加拿大等國家。日本是一個電力短缺的國家，并且有多年的集團(tuán)化開發(fā)大型化學(xué)液流電池儲能系統(tǒng)的經(jīng)驗。從1985年起, 日本住友電工(SEI)與日本關(guān)西電力公司最早開始合作開發(fā)釩電池。之后，住友電工成為日本具備完整生產(chǎn)和組建釩電池系統(tǒng)全套技術(shù)的公司，技術(shù)成熟度居世界首位。北美主要以初創(chuàng)公司及小微企業(yè)為主，在美國能源部等支持下進(jìn)行了全釩液流電池商業(yè)化推廣。2021年，美國能源部宣布撥款419萬美元資助Largo公司進(jìn)行高效全釩液流電池生產(chǎn)工藝的開發(fā)。

（2）國內(nèi)

釩電池最早于 1985 年提出，經(jīng)過30 余年的發(fā)展研究，目前技術(shù)已逐漸成熟，被視為在中大型儲能領(lǐng)域最具應(yīng)用前景的電化學(xué)儲能技術(shù)之一。中國對于釩電池的研究起步較早。早在 1995 年，中國工程物理研究院（綿陽九院）就已經(jīng)成功建成 500W/1kW 的全釩液流電池樣機(jī)，此后在 2006 年，中科院大連化學(xué)與物理研究所也建成了 10kW 的釩電池項目，電堆規(guī)模得到大幅提升。我國科研院所釩電池研發(fā)水平的提高推動了釩電池技術(shù)的發(fā)展，也促進(jìn)了部分企業(yè)對商業(yè)化的早期嘗試。北京普能、大連融科等釩電池企業(yè)相繼于 2007 年和 2008 年成立，并專注于釩電池行業(yè)的技術(shù)推廣和應(yīng)用。

目前經(jīng)過十多年的發(fā)展，大連融科和北京普能均已掌握了釩電池的自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，并成功運用于部分儲能項目，例如湖北棗陽 12MWh 光儲項目、國電投 40MWh 駝山網(wǎng)源友好風(fēng)電儲能項目等實例，技術(shù)驗證已經(jīng)相對成熟。2022 年 5 月，國家能源局批準(zhǔn)建設(shè)的首個國家級大型化學(xué)儲能示范項目——大連100MW/400MWh 液流電池儲能示范項目成功并網(wǎng)，并將于同年 8 月正式投入商業(yè)運行，這標(biāo)志著釩電池技術(shù)的規(guī)模化已經(jīng)進(jìn)入發(fā)展快車道。

02

釩電池相關(guān)政策

釩電池由于其安全性能突出以及循環(huán)壽命長，有望在儲能領(lǐng)域發(fā)展為鋰電池的“繼任者”，近年來，面向儲能領(lǐng)域的國家級政策頻出，大力支持儲能釩電池進(jìn)一步發(fā)展。

03

釩電池產(chǎn)業(yè)鏈及相關(guān)公司

目前釩電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展尚處于早期階段，具備釩電池技術(shù)的企業(yè)數(shù)量較少。國內(nèi)主要包括大連融科、北京普能、上海電氣、武漢南瑞，四川偉力得；國外釩電池企業(yè)包括日本住友公司、美國 UniEnergy Technologies 公司和奧地利 Gildemeister 公司。

在國內(nèi)釩電池領(lǐng)域，以大連融科和北京普能技術(shù)較為領(lǐng)先，屬于第一梯隊。前者背靠中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，在電解液、電堆材料等方面擁有一系列核心自研技術(shù)；后者在 2009 年通過收購當(dāng)時全球最大規(guī)模的加拿大釩電池企業(yè) VRB Power Systems，迅速掌握了釩電池領(lǐng)域的相關(guān)專利、技術(shù)和設(shè)備。

釩電池產(chǎn)業(yè)鏈相對復(fù)雜，上游主要為釩產(chǎn)品原料的生產(chǎn)；中游主要為釩電池模組和控制系統(tǒng)，電池的關(guān)鍵組件為電解液和電堆，而控制系統(tǒng)則包括儲液罐、循環(huán)泵、變頻器、電控系統(tǒng)等；下游主要應(yīng)用于儲能領(lǐng)域，包括發(fā)電配儲、電網(wǎng)調(diào)峰和用戶側(cè)儲能等。

1.上游

釩電池我們主要分析下釩資源方面，集中度高且短期增量有限。

全球釩礦資源主要包括釩鈦磁鐵礦、鉀釩鈾礦、含釩石煤。其中釩鈦磁鐵礦儲量豐富，品位較高，主要分布在中國、俄羅斯和澳大利亞，也是目前最為廣泛利用的釩礦資源；而釩鉀鈾礦主要存在于美國，釩資源屬于提鈾時產(chǎn)生的副產(chǎn)物；含釩石煤品位較低，屬于一種含釩無煙煤，釩元素以含釩云母等形態(tài)存在。

我國釩資源主要為釩鈦磁鐵礦和含釩石煤，二者占比分別為 52%和 48%。不過由于石煤提釩的回收率低、環(huán)保壓力大、生產(chǎn)成本高，目前我國釩資源的開發(fā)利用以釩鈦磁鐵礦為主，在產(chǎn)釩原料中占比約為 90%。

（1）釩渣提釩

主要是先對磁鐵礦進(jìn)行磁選和破碎，隨后經(jīng)過高爐分離成半鋼和釩渣，再進(jìn)一步將釩渣制成五氧化二釩等釩產(chǎn)品。其本質(zhì)為煉鋼的副產(chǎn)品，主要公司為攀鋼釩鈦、河鋼股份等，二者釩產(chǎn)品年產(chǎn)能分別為 4 萬噸和 2.2 萬噸，產(chǎn)量占比合計接近國內(nèi)的 50%。

由于釩渣提釩和鋼鐵產(chǎn)量關(guān)聯(lián)較高，在當(dāng)前鋼鐵產(chǎn)量受限的情況下，其產(chǎn)能擴(kuò)張受冶煉端限制。

（2）石煤提釩

而石煤中的釩品位較低，多數(shù)處于 0.6%以下，綜合回收率約 60%，低于釩渣提釩的 80%，且受到環(huán)保要求的限制。不過近年隨著部分公司的工藝取得技術(shù)突破，石煤提釩產(chǎn)量也有一定提升。如西部礦業(yè)的子公司肅北西礦釩科技，其石煤提釩項目在 2020 年 5 月投入試生產(chǎn)，2022 年 4 月二期技改擴(kuò)建項目完成后，偏釩酸銨總產(chǎn)能達(dá)到 2000 噸。

除此以外，部分鈦白粉企業(yè)也在布局釩資源供給。如龍佰集團(tuán)擬投資建設(shè)堿性球團(tuán)濕法提釩項目，計劃通過堿性濕法對釩鈦磁鐵礦進(jìn)行處理，若項目建設(shè)順利，預(yù)計約 3 年后可新增五氧化二釩產(chǎn)能 3 萬噸。?

因此綜合來看，政策端和成本影響下，我國釩資源短期產(chǎn)能增量有限，供給端具有明顯的資源壁壘，2023-2024 年供給將較為緊張。不過長期來看，由于資源端儲量豐富，隨著釩儲能需求的大幅增長，預(yù)計后續(xù)對資源的開發(fā)利用將明顯提升，考慮到建設(shè)周期約為2-3 年，預(yù)計 2025 年起釩供給端將逐漸寬松。??

2.中游

（1）電解液：技術(shù)突破點在于提升濃度

不同于鋰電池，釩電池的電解液是作為正負(fù)極存在，因此二者的成分和作用也大相徑庭。鋰電池電解液為六氟磷酸鋰，主要作用為傳導(dǎo)離子；而釩電池電解液為含釩離子的酸性水溶液，本身即為電池的正負(fù)極。釩電池電解液的最重要參數(shù)為釩離子濃度，直接影響到電池的能量密度。而新型電解液通過使用混酸或鹽酸作為基質(zhì)，能有效提高釩電池電解液濃度，目前相關(guān)研究進(jìn)展迅速。

目前實現(xiàn)商業(yè)化的電解液釩濃度最高可達(dá) 2.2mol/L，技術(shù)壁壘較高，主要以大連融科等釩電池企業(yè)自研自產(chǎn)為主。不過隨著釩電池需求迅速提升，當(dāng)前攀鋼釩鈦、河鋼股份等上游企業(yè)正積極向電解液環(huán)節(jié)擴(kuò)展，通過釩資源優(yōu)勢和下游技術(shù)優(yōu)勢形成合作，加快電解液的產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。

（2）電堆材料：發(fā)展可借力氫燃料電池

電堆材料中最重要的是釩電池隔膜，主要用于隔開正負(fù)極電解液，在防止活性物質(zhì)混合出現(xiàn)自放電現(xiàn)象的同時，可允許特定離子通過。因此，性能優(yōu)良的隔膜應(yīng)滿足高電導(dǎo)率、低電阻、選擇性好和穩(wěn)定性好等要求，技術(shù)壁壘較高。

當(dāng)前主流的隔膜以陽離子交換膜為主，包括全氟烴膜、部分氟化膜和非氟化膜，其中全氟烴膜技術(shù)較為成熟，且具有較高的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性，應(yīng)用較為廣泛。典型代表為美國杜邦公司生產(chǎn)的 Nafion 膜，其材料合成難度相對較小，但關(guān)鍵性的熔融擠出壓延成型技術(shù)長期為國外壟斷，導(dǎo)致成本高昂；國內(nèi)的全氟烴膜生產(chǎn)公司則主要有東岳集團(tuán)和江蘇科潤，目前在隔膜的國產(chǎn)替代方面已經(jīng)取得一定成果。

而在非氟化膜方面，依托于大連化物所的先進(jìn)技術(shù)，大連融科行業(yè)領(lǐng)先。2020 年，大連化物所張華民團(tuán)隊在非氟多孔離子傳導(dǎo)膜的研究上取得突破，將多孔分離膜的概念用于釩電池隔膜，成功提高了膜的選擇透過性，擴(kuò)大了膜材料的選擇范圍，有效降低了隔膜成本。

釩電池的其他材料方面，電極并不參與化學(xué)反應(yīng)，常用材料為碳?xì)只蚴珰?，主要關(guān)注導(dǎo)電性、催化性和化學(xué)穩(wěn)定性；而雙極板是一種導(dǎo)電隔板，主要用來分隔兩個相鄰單電池的正負(fù)極電解液、匯集電流，從而在電堆內(nèi)部實現(xiàn)多個單電池的串聯(lián)，一般采用碳塑復(fù)合雙極板，主要關(guān)注材料的電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度。

釩電池尚未產(chǎn)業(yè)鏈化發(fā)展，目前隔膜、雙極板、電極等電堆材料多采用釩電池企業(yè)自研自產(chǎn)或外協(xié)加工的形式，大連融科、北京普能均掌握核心技術(shù)，一體化程度較高。

不過考慮到釩電池的電堆式結(jié)構(gòu)與氫燃料電池類似，二者在電堆材料上具有相通之處，理論上氫燃料電池電堆材料的公司也具備生產(chǎn)釩電池電堆材料的能力，因此后續(xù)規(guī)模化發(fā)展或?qū)⑹芤嬗诂F(xiàn)有氫燃料電池的電堆產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度有望超預(yù)期。

（3）技術(shù)革新路徑清晰，規(guī)模化助力成本下降

值此儲能需求迅速擴(kuò)張的歷史節(jié)點，我們認(rèn)為當(dāng)前釩電池技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，同時高安全性、循環(huán)壽命長的特點對中大型儲能項目的適配度好，疊加政策端支持，在多個大型示范性項目建設(shè)和投運的催化下，產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展將顯著加快。

在釩電池儲能成本結(jié)構(gòu)中，電解液和電堆成本是主要來源，各自占電池成本的 41%和37%，按總成本 4 元/Wh 計算，分別約 1.64 和 1.48 元/Wh。目前二者的降本路徑已經(jīng)有較為清晰的思路。

1）電解液降本：技術(shù)迭代和回收利用兼顧

釩電池電解液的主要成分為含釩離子的硫酸水溶液，其中釩元素占成本比重較高。1Wh 釩元素成本約 1.15 元，約占總成本 4 元/Wh 的 28.75%，占電解液成本 1.64 元/Wh 的 70%左右。

電解液降本可借助于釩離子濃度的提高。目前相關(guān)研究也有實例驗證，如濰坊釩電池項目的初始投資成本已經(jīng)降至 2.13 元/Wh，較當(dāng)前初始成本大幅下降 47%。此外，由于釩電池的電解液標(biāo)準(zhǔn)雖有差異但影響不大，基本可以完全回收利用，疊加電解液租賃的模式，預(yù)計規(guī)模化之后電解液成本將顯著降低。

2）電堆材料降本：國產(chǎn)替代以及關(guān)鍵材料的技術(shù)突破

電堆是釩電池成本的第二大來源，關(guān)鍵性材料包括隔膜和雙極板。后續(xù)電堆降本以隔膜技術(shù)的突破最為關(guān)鍵。目前全氟烴膜的國產(chǎn)替代已經(jīng)開始，同時非氟膜的研發(fā)也在高速展開。預(yù)計隔膜技術(shù)的突破不僅可以有效降低單位面積膜材料成本，還可以降低膜材料面積，對于釩電池電堆降本起到明顯促進(jìn)作用。?

故綜合來看，隨著釩電產(chǎn)業(yè)鏈不斷發(fā)展，預(yù)計電解液和電堆成本將持續(xù)下行。因此，遠(yuǎn)期釩電池的初始投資成本有望下降至 2 元/Wh 以內(nèi)，降幅達(dá) 50%以上。即便考慮到鋰電池的降本，未來釩電池的初始成本也能夠下降至鋰電池成本 2 倍以內(nèi)，屆時經(jīng)濟(jì)性將大幅提升。

3.下游

在現(xiàn)代工業(yè)中，釩鐵和金屬釩主要應(yīng)用于鋼鐵冶金和航空航天行業(yè)；含釩化合物應(yīng)用于化工和電池行業(yè)；釩元素作為材料添加劑，可用于硬質(zhì)合金、磁性、超導(dǎo)及核反應(yīng)堆材料等；釩的氧化物及其化合物充當(dāng)著色劑可有效應(yīng)用在玻璃和陶瓷工業(yè)；最后，作為新型領(lǐng)域，釩還用于生產(chǎn)釩電池、稀土釩、釩納米和釩薄膜材料等高科技材料。

（1）鋼鐵行業(yè)是釩主要下游應(yīng)用

據(jù)國際釩技術(shù)委員會統(tǒng)計，全球釩需求量2021年約12.04萬噸，大約90%的釩以釩合金的形式消費于鋼鐵行業(yè)中，大約5%以釩鋁中間合金的形式用于鈦合金，其余大約5%應(yīng)用于化工及其他行業(yè)。國內(nèi)95%以上的釩產(chǎn)品應(yīng)用在鋼鐵領(lǐng)域，約3%應(yīng)用在鈦合金及化工行業(yè)，其余約2%應(yīng)用在釩儲能和其他領(lǐng)域。

（2）釩電池對釩的需求將快速提升

我們按照1kwh釩電池電解液預(yù)計將消耗9千克五氧化二釩測算，2021年國內(nèi)釩液流電池新增裝機(jī)規(guī)模約為0.13GW，消耗的五氧化二釩約有0.12萬噸。根據(jù)前文對釩電池的規(guī)模預(yù)測，預(yù)計2026年釩電池新增裝機(jī)量將達(dá)到4.93GW，消耗的五氧化二釩將達(dá)到4.44萬噸。

（3）釩電池快速發(fā)展將帶動釩產(chǎn)品供需趨緊

以V2O5計，2021年國內(nèi)產(chǎn)能達(dá)17.14萬噸，產(chǎn)量13.6萬噸，表觀消費量13.5萬噸。隨著釩電池的快速推廣，預(yù)計2025年國內(nèi)表觀消費量將達(dá)17.4萬噸，產(chǎn)能利用率將逐步提升，呈現(xiàn)供需趨緊態(tài)勢。

（4）分時電價機(jī)制不斷完善，充分利好儲能收益

2021 年 7 月，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步完善分時電價機(jī)制的通知》，部署各地進(jìn)一步完善分時電價機(jī)制，明確各地要在峰谷電價的基礎(chǔ)上推行尖峰電價機(jī)制，主要基于系統(tǒng)最高負(fù)荷情況合理確定尖峰時段，尖峰電價在峰段電價基礎(chǔ)上上浮比例原則上不低于20%。

分時電價機(jī)制的完善進(jìn)一步擴(kuò)大了峰谷電價差距，對于后續(xù)儲能項目的經(jīng)濟(jì)收益形成明顯利好。

在中大型儲能領(lǐng)域，釩電池儲能項目的用途主要為發(fā)電側(cè)配儲和電網(wǎng)調(diào)峰。且隨著后續(xù)釩電池成本的加速下行，預(yù)計釩電池儲能項目的長期經(jīng)濟(jì)價值有望進(jìn)一步凸顯。

4.產(chǎn)業(yè)鏈壁壘

釩電池產(chǎn)業(yè)鏈的壁壘主要包括技術(shù)壁壘和資源壁壘。技術(shù)壁壘方面，由于目前釩電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展成熟度較低，且下游主要的釩電池企業(yè)大連融科和北京普能均未上市，受益標(biāo)的相對較少；而資源壁壘方面，由于上游釩礦的地域集中度較高，導(dǎo)致僅少數(shù)公司具有釩礦資源。

因此，在釩電加速擴(kuò)張背景下，預(yù)計釩礦的高資源壁壘將令上游公司充分受益，且掌握電解液技術(shù)的企業(yè)也將在產(chǎn)業(yè)鏈中具有一定優(yōu)勢。

5.釩電池相關(guān)公司

全 球 范 圍 內(nèi) 的 全 釩 液 流 電 池 企 業(yè) 主 要 有 日 本?住 友 電 工?公 司 、 美 國UniEnergy Technologies 公司和奧地利?Gildemeister 公司。國內(nèi)從事釩電池相關(guān)業(yè)務(wù)（合計數(shù)、生產(chǎn)、服務(wù)等）的企業(yè)主要包括大連融科、北京普能、中廣核、國網(wǎng)英大旗下的武漢南瑞等；而釩資源企業(yè)包括攀鋼釩鈦、河鋼股份、安寧股份、西部礦業(yè)、金鉬集團(tuán)、海亮集團(tuán)等。

04

釩電池市場空間與預(yù)期

1.儲能需求大幅增長，釩價中樞預(yù)期上行

預(yù)計儲能需求高速發(fā)展下，具有先發(fā)優(yōu)勢的釩電池儲能技術(shù)將搶占先機(jī)；同時，商業(yè)化加速又將驅(qū)動成本逐漸下降，進(jìn)而推動釩電池滲透率持續(xù)提高，預(yù)計到 2025 年釩電池在新增電化學(xué)儲能中的占比有望達(dá)到 15%。

因此，后續(xù)儲能領(lǐng)域用釩需求有望快速提升，假設(shè)后續(xù) 1GW 功率釩電池儲能項目對應(yīng)4GWh 的裝機(jī)量，且 1GWh 項目大約消耗 0.96 萬噸五氧化二釩當(dāng)量，預(yù)計 2025 年儲能領(lǐng)域釩需求量將達(dá)到 8.17 萬噸。

同時，鋼鐵等傳統(tǒng)領(lǐng)域的釩需求預(yù)計保持穩(wěn)定。鋼鐵行業(yè)是釩最大的傳統(tǒng)消費領(lǐng)域，一般用于合金添加劑，在我國的釩消費結(jié)構(gòu)中約占 90%，未來雖然預(yù)計粗鋼產(chǎn)量承壓，但鋼鐵消費結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級正在加快，下游對于鋼材性能的更高要求將顯著提升平均噸鋼用釩量。

故綜合來看，預(yù)計未來鋼鐵行業(yè)消費結(jié)構(gòu)的升級將使釩需求維持穩(wěn)定；同時隨著釩電池技術(shù)的不斷突破，儲能領(lǐng)域釩需求將大幅增長，同時兩年內(nèi)供給相對剛性，預(yù)計后續(xù)釩價將持續(xù)上行。

歷史釩價彈性較高，2018 年期間曾出現(xiàn)大幅上漲。其原因一是供給端受環(huán)保督察和釩渣進(jìn)口禁令的影響，同時需求端預(yù)期被螺紋新標(biāo)大幅強(qiáng)化，最終使得 2018 年 12 月釩價一度觸及高點 49 萬元/噸。此后因價格過高，鈮鐵替代作用顯現(xiàn)，釩價開始持續(xù)回落，最終回歸于 10-12 萬元/噸區(qū)間。

不過，由于釩鐵在鋼鐵成本中占比較小，我們認(rèn)為鋼鐵行業(yè)對釩價較不敏感，未來制約釩價上漲的主要因素是釩電池儲能的成本。假設(shè)當(dāng)釩電池的單次循環(huán)成本與磷酸鐵鋰電池接近時，價格中樞將達(dá)到合理位置，由此估算可得，當(dāng)鋰價處于 20 萬元/噸以上時，釩價合理中樞約為 18 萬元/噸以上水平。

因此，綜上所述，我們認(rèn)為 2022-2024 年期間釩供給增量有限但需求增長較快，供需失衡將推動釩價持續(xù)上漲；而 2025 年開始新增產(chǎn)能將陸續(xù)兌現(xiàn)，供需矛盾有望緩解，但由于石煤提釩的成本較高，也將對釩價形成一定支撐，預(yù)計遠(yuǎn)期價格中樞在 14-18 萬元/噸區(qū)間。

2.市場空間：2025 年釩電池市場空間約 2-4GW

（1）共享儲能模式興起

共享儲能模式是指由第三方投資建設(shè)的集中式大型獨立儲能電站，除了滿足自身電站需求外，也為其它新能源電站提供服務(wù)。共享儲能的模式將分散的電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)儲能資源進(jìn)行整合，并交由電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，降低了新能源電站的棄電量，并參與電力輔助服務(wù)市場，提高了儲能資源利用率和電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，也促進(jìn)了儲能形成獨立的輔助服務(wù)提供商的身份。

（2）釩電池在獨立儲能電站中逐步起量

釩電池安全性高、投資成本隨儲能時長邊際遞減，適合大規(guī)模長時儲能，在部分獨立儲能電站中已經(jīng)開始配備。從儲能招投標(biāo)來看，部分 2 小時儲能的項目已配備 10%的釩電池，部分 4 小時及以上儲能的項目配備了 50%或 100%的釩電池。2022 年上半年，在建獨立儲能電站中釩電池的規(guī)模已達(dá) 302MW/1104MWh，功率裝機(jī)占 2022 年上半年在建獨立儲能電站（7.6GW）的 4%。

（3）釩電池 2025 年市場空間約 188-404 億元

釩電池作為商業(yè)化較為成熟的液流電池，在儲能領(lǐng)域大有可為，尤其是長時儲能領(lǐng)域。隨著儲能安全性要求升級和儲能時長的增加，基于釩電池的高安全性和隨儲能時長增加邊際成本增加較小的特點，釩電池裝機(jī)有望進(jìn)入加速增長階段。

基于中國發(fā)電側(cè)（風(fēng)電、集中式光伏）裝機(jī)量的預(yù)測，保守預(yù)計 2025 年中國發(fā)電側(cè)年新增儲能裝機(jī)規(guī)模為 26.9GW。2025 年釩電池年新增裝機(jī)功率在悲觀和樂觀情形下分別為 1.9GW/4.0GW，功率占比分別為 7%和 15%（2022 年約 0.4GW），對應(yīng)市場空間分別為 188/404 億元（假設(shè) 2025 年釩電池儲能交付成本下降至 2.5 元/Wh）。