科技猎全钒液流电池，储能风口的最终答案？
全钒液流电池，储能风口的最终答案？
芯锂话
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成本与规模的奇点何时出现，是制约这个路线最终有多大突破的关键。
图片来源@视觉中国
文 | 芯锂话
10月18日，华为宣布参与沙特红海新城的一个储能项目，该项目规模达到1300MW/h，是目前为止全球最大的储能项目。随着华为拿下全球最大储能项目，储能这一赛道再度成为资本风口。
如果说之前储能还是概念大于实质的话，那么近期这一赛道正在加速落地。
今年7月，国家发改委、国家能源局发布《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目标；9月份，国家能源局再次发布《新型储能项目管理规范（暂行）》 ，进一步强调了储能项目的安全性。
储能项目的多样性和安全性是国家能源局所强调的重点。
从技术角度分析，尽管目前锂电储能风头正劲，但安全性不足的劣势可能让这一路线遭到更多新兴储能路线的冲击。
究竟哪一种路线才是最符合国家储能发展的呢？毫无疑问安全是首要考虑的因素，无爆炸、无火灾隐患的全钒液流电池有望成为规模储能的首选技术。
01 为储能而生的技术
1974年，在美国NASA的资助下，Thaller提出了一种新型的电化学储能技术——液流电池。
液流电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域广、循环使用寿命长的特点，是一种新能源产品。
经过多年的发展，液流电池衍生出全钒液流电池、锌溴液流电池、铁镍液流电池等多种路线。现阶段，全钒路线最为成熟，且是我国主要推崇的路线，已经达到商业化初期阶段，欧美国家受制于钒的获取，因此走的是锌溴路线。
全钒液流电池是一种优点与缺点同样鲜明的电池，通过详细对比不难发现，全钒液流电池是最适合作为储能设备的，说其是为储能而生也并不过分。
具体而言，全钒液流电池循环次数高，达5000-1000次，这就意味着电池寿命可能长达20年；不易燃烧，安全性好，并且能够100%放电，而不损害电池。
同时，全钒液流电池具有模块化功能，储能系统的功率可以通过增减电池的数量来控制，而储能容量则可以通过电解液的体积和浓度来调节，能够满足储能端的个性化要求。
这些优势都是其他电池路线所不具备的。
来源：头豹研究院
当然，全钒液流电池也并非完美无瑕，由于能量密度仅为15-50Wh/kg，再加上是液流系统，因此全钒液流电池的体积远大于其他电池，往往采用集装箱甚至建筑的方式储存，不易轻易搬动。同时，全钒液流电池也需要较为温和的温度环境，5-40°的工作温度所能适用的场景并不多。
这些缺点影响了全钒液流电池在电动车上的应用，但却与储能站的需求相契合，尤其是很多大规模储能站，需要安全稳定的储能设备，无疑稳定，寿命较长的全钒液流电池将是首选。
其他电池方面，铅炭电池不环保，锂电池存在安全隐患，锌溴液流电池又存在较强的自放电现象，钠硫电池工作温度过高，显然都与储能站的要求并不匹配。
仅从性能考虑，全钒液流电池是储能场景的最佳选择。
制约全钒液流电池发展的因素还是在于成本过高，尤其是储能站可以梯次利用二手电动车动力电池的情况下，更是放大了全钒液流电池高成本的弊端。
据不完全统计，目前全钒液流电池成本大约在3-3.2元/Wh，与之对比锂电池的平均成本可能仅为1.2-1.5元/Wh，约为全钒液流电池的40%左右。
尽管目前全钒液流电池成本较高，但对比锂电池价格的历史走势，全钒液流电池大概率会随着规模放量而成本骤降。
在锂电池刚刚商业化兴起的1991年，锂电池成本高达7523美元/KW，但随着锂电池技术的不断迭代与成熟，锂电池的价格一路走低。
目前，全钒液流电池正处于爆发前期，2019 年装机规模为 20MW，2020 年装机规模达 100MW，增速很快但绝对值极低。
按市场份额计算，全钒液流电池的市场渗透率不足1%。但未来几年，全钒液流电池有望迎来爆发，市场乐观预计到2025年全钒液流电池储能市场渗透率将达到20%，至2030年达到30%。
规模增长势必带来成本的下降，当成本不再是问题，那么全钒液流电池可能就将成为储能市场的主流路线之一了。
02 钒可能成为下一种战略资源
如果全钒液流电池最终胜出，那么极有可能提升我国在全球新能源产业中的地位。
全钒液流电池的正极与负极用的都是金属钒，因此钒的产出至关重要，值得高兴的是，我国金属钒资源十分充足，不存在受制于人的情况。
据USGS数据，全球已探明钒矿储量共计2200万吨，其中中国储量达950万吨，占总比重的43%；俄罗斯和南非分列二三位，分别占全球钒矿储量的23%和16%。
由于钒是一种小金属，应用场景并不丰富，目前全球近62%的钒由中国产出，俄罗斯和南非分别产出21%和9%。
不难看出，中国与俄罗斯是世界钒金属的主要出产国，这就导致欧美国家在获取钒上可能会遭遇限制，因此他们的液流电池主推的都是效果一般的锌溴路线，而放弃了更适合储能的全钒路线。
钒的价格主要受双重因素印象，其一是钢铁需求，其二是环保要求。
在过去，钒主要被用作钢铁中所添加的元素，以此增加钢铁的强度。这就导致很长时间中，钒的价格都与钢铁需求密切相关。例如2018年中国提高了螺纹新国标，受此影响钒价飙升。
此外，钒的提炼主要分为石煤提钒和钒渣提钒两种。
石煤提钒主要采取直接燃烧的方式，方法简单，成本低廉，因此是以前钒的最主要产出方式。但显而易见，这种方式极为不环保，所获取的钒以牺牲环境为代价，因此已经在2017年基本被暂停，这一度引发了钒价的短期上涨。
现阶段，钒的生产主要为钒渣提钒，由于环保因素，中国在2018年禁止对于钒渣的引进，这就导致行业中钒的需求进一步紧张。
如果未来全钒液流电池放量，那么可能带动钒金属的需求进一步趋紧，在产能有限的情况下，未来钒可能成为下一种重要的战略资源。
03 谁是“全钒时代”受益者
全钒液流电池将会带来两大产业机会：金属钒的需求放量、全钒液流电池的研发。
正如前文所述，中国产出了全球62%的金属钒，因此一旦全钒液流电池普及，那么大量的需求会使得钒的供需结构发生本质变化，当然这种供需改变会是一个长期的过程。
供需影响着价格，当金属钒供不应求，那么钒的价格空间势必上涨，就好像如今的硅料那样。因此对于金属钒提炼的产业上游来说，将会是直接的受益者。
从国内市场看，目前钒矿主要分布在四川和河北两省份，占比分别为52%和25%。由于海外钒渣禁止引进，而石煤提钒又被禁止，这就导致目前钒的生产势必只能依靠四川和河北两省。
进一步聚焦，攀钢钒钛势必会成为上游最大的受益者。依托全球最大钒钛磁铁矿，攀钢钒钛的钒制品产能达到 4.2 万吨，市占率全球第一。同时，攀钢钒钛还具备钛白粉 23.5 万吨的生产能力。
产能只是一方面，更重要的是攀钢钒钛与大股东攀钢集团紧密相连，买断了其所有的钒渣制品，从源头上保证了公司的核心竞争力。2020年钒制品营收42.4亿元，占总营收的56%，是公司最核心的盈利产品。
除攀钢钒钛外，河北的河钢股份也是主要受益者之一，具备年产2.2万吨钒制品的能力，并对外销售钒渣制品。
但河钢股份钒产品2020年的营收却仅为13.06亿元，仅占总营收的1%左右。可见河钢股份更多是把钒作为产业链的一环布局，并未寄望于此获得太大的收益。
电池应用端方面，国网英大应属于绝对龙头，钒电池由其旗下子公司武汉南瑞运营，具备完整的电池设计、材料研制、系统集成能力，已经成功研发出钒电池电堆和 250kW/500kWh 储能系统。除国网英大外，上海电气也在布局钒电池，并已推出兆瓦级全钒液流电池。
非上市公司方面，北京普能收购了全球钒电池鼻祖VRB Power Systems，拥有其全套专利技术，已经在全球各地开始布局储能项目，是全球化做的最好的公司；大连融科背靠大化所，是国内的技术先驱。
从技术角度考量，全钒液流电池已经具备了成为储能主流技术的前景，但成本与规模的奇点何时出现，是制约这个路线最终有多大突破的关键。
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