沈陽蓄電池研究所主辦

業務范圍:科研成果轉讓、技術難題的攻關、現場指導、新工藝的采用和推廣,蓄電池產品生產許可證企業生產條件審查的咨詢等。

您現在的位置:首頁 >> 熱點資訊

釩電池產業鏈深度解析

作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 來源:樂晴智庫

在“碳達峰、碳中和”背景下,以風電光伏為主的清潔能源將逐漸取代以煤炭、石油為主的化石能源。由于風電、光伏間歇性發電的特點,儲能正在從過去的“可選項”變為發展新能源過程中的“必選項”。#釩電池#

當前儲能相關支持政策推出速度顯著加快。2021年7月15日,國家發改委、國家能源局正式印發《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》,明確到2025年新型儲能裝機規模達30GW以上,未來五年將實現新型儲能從商業化初期向規模化轉變,到2030年實現新型儲能全面市場化發展。

文件提出要堅持儲能技術多元化,推動鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術成本持續下降和商業化規模應用,實現液流電池等長時儲能技術進入商業化發展初期。

目前主要的液流電池包括鐵鉻電池、鋅溴電池及全釩電池等。其中,全釩液流電池是目前研究和應用最廣泛的液流電池技術,其十分適合作為儲能電池,尤其是在光伏、風電等新能源領域。

以釩電池為代表的液流電池,2019年裝機規模為20MW,2020年裝機規模達100MW,據不完全統計2020年以來釩電池項目,裝機量已經超過6GW,容量超過20GWH。

按照《關于加快新型儲能發展的指導意見》政策制定目標,2025年累計實現新型儲能30GW裝機量,釩電池滲透率20%+,當前滲透率為1%左右,由于光伏、風電等將帶動儲能行業高速發展,釩電池未來發展前景廣闊,2021至2025年有望是釩電池滲透率提升的第一階段爆發期。釩電池有望成為儲能行業大發展賽道上的新星。

釩電池的工作原理:

資料來源:UET

釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池(Vanadium Redox Battery,VRB),為液流電池的一種,是一種基于金屬釩元素的氧化還原的電池系統,其電解液是不同價態的釩離子的硫酸電解液。

從應用領域來看,釩液流電池當前已實現在智能電網、通信基站、偏遠地區供電、可再生能源及削峰填谷等項目中的應用。

全釩液流電池,壽命長、規模大、安全可靠的優勢尤為突出,可用于建造千瓦級到百兆瓦級儲能電站不易燃燒,可實現100%放電,而不損害電池,成為規模儲能的首選技術,在調峰電源系統、大規模風光電系統儲能、應急電源系統等領域具有廣闊的應用前景。

釩產業鏈上游:資源端儲量豐富

釩在地殼中為第17種常見元素,在地殼中的含量為0.02~0.03%,分布廣泛。釩常以釩鐵、釩化合物和金屬釩的形式廣泛應用于冶金、宇航、化工和電池等行業。釩很少形成獨立的礦物,主要賦存于釩鈦磁鐵礦、磷酸鹽巖、含鈾砂巖和粉砂巖中,此外還有大量的釩賦存于鋁土礦和含碳物質中(如石油、煤)。

絕大多數的釩供應來源于共伴生礦床:

釩產量中大約有71%來自釩鈦磁鐵礦煉鋼后得到的富釩礦渣,18%直接來自釩鈦磁鐵礦,二者合計達到89%,其他的釩來自釩鈾礦、含釩燃油灰渣、含釩石煤、廢化學催化劑等等。

釩主要以伴生元素賦存于釩鈦磁鐵礦中:

資料來源:USGS

全球釩礦儲量主要集中在中國、俄羅斯、南非,中國儲量占全球的43%。中國的釩礦產量占全球62%。

2020年全球釩靜態開采年限達到253年,相比于其他金屬20-50年的靜態開采年限,釩的資源十分充足,其資源儲量完全有能力保障需求的數量級增長。

中國的釩礦產量占全球62%:

資料來源:USGS, 行行查

國內釩資源主要以釩鈦磁鐵礦共伴生存在為主,分布區域主要有四川攀枝花地區、河北承德地區和遼寧朝陽地區。

從釩儲量來看,四川攀枝花地區的釩資源最為豐富,攀枝花市境內釩鈦磁鐵礦保有儲量達237.43億噸,其中釩資源儲量達1865萬噸,約占全國儲量的62%,

攀鋼釩鈦是國內最大的釩產品生產商,2020年公司釩產品產量占國內產量的18.75%。具備釩制品(折合V2O5)產能2.2萬噸/年,外加托管的西昌鋼釩的產能1.8萬噸/年,公司實際控制的產能達到4萬噸/年。

我國主要釩生產企業還包括河鋼承德釩鈦新材料、川威特殊鋼、四川德勝集團鋼鐵、承德建龍特殊鋼等。

經歷產能出清過后的釩行業集中度提升,競爭格局優化,龍頭企業定價權進一步提升。攀鋼釩鈦行業龍頭地位得到強化與鞏固,定價權得以進一步提升。

釩產業鏈下游:鋼鐵為主要應用領域,儲能需求高速增長

釩的下游包括鋼鐵與鑄造、鈦合金、化工以及儲能,釩的應用集中在鋼鐵領域,占比達到85%。儲能方面則被用在全釩氧化還原液流電池中。

根據Roskill,得益于對螺紋鋼標準的執行,中國的釩使用強度已經超過了世界平均水平,正在超發達國家邁進。到2030年,全球鋼鐵對釩的需求將達到約136000噸,年均復合增長率達到2.7%。

“雙碳”背景下鋼鐵行業對釩的需求增量有限。隨著儲能的高速增長,釩電池有望帶動釩需求呈現爆發式增長。

Roskill預測到2030年,VRFBs的釩需求將以約56.7%的復合年增長率增長。世界銀行預測,到2050年,單是儲能領域的釩需求量就可能達到2018年全球釩產量的兩倍。

釩電池與鋰電池相比的優劣勢

從成本端來看,與鋰電池相比,釩電池最大的劣勢就是成本。

隨著消費電子和新能源汽車對鋰電池行業的拉動,鋰電市場規模急劇擴大,技術不斷進步,加上規模效應,帶來成本的大幅下降。

資料來源:CNKI, 行行查

由于尚未規模化商用,且受制于設備、產能以及高額的前期投入,目前釩電池成本約為鋰電池的2-3倍。

以當前集裝箱交付的價格(含電池包、溫控系統、換流系統、消防系統、監控系統等),目前釩液流電池成本達3-3.2元/Wh,對比目前儲能鋰離子電池成本約1.2-1.5元/Wh,釩電池仍面臨巨大的價格壓力。

全釩液流電池儲能系統由電堆、電解液、管路系統、儲能變流器等組成,其中電堆和電解液成本占系統總成本的85%左右。

隨著政策推進,釩電池形成規模化、集群化產業后,電池成本有望進一步下降。

全釩液流電池關鍵技術:

資料來源:《全釩液流電池》,行行查

相比鋰電池,安全是釩電池最大的優勢。與目前儲能電站的主流電池——使用非水電解液的鋰電池不同,由于全釩液流電池電解質離子存在于水溶液中,發生過熱、爆炸的可能性大大降低,液流電池的安全性能讓其在電池領域脫穎而出。

另外,不同于鋰80%供應在海外,釩的供應大約50%在國內,資源不會受制于人。

釩的需求結構一直相對穩定,90%來自鋼鐵,儲能目前只占1%。但是隨著儲能進入爆發期,2025年占比有望超過15%,2030年有望超過30%。

正如2015年的鋰鈷和2018年的鎳的發展格局,新的需求領域帶來了新的成長空間。隨著儲能行業的快速發展,釩產品未來的需求空間打開,釩有望成為繼鋰鈷鎳之后能源金屬。

釩電池放電過程:

資料來源:北京普能

從釩電池的歷史發展沿革來看,釩電池相關研究源于1984年UNSW對2/3價與4/5價釩離子電對在氧化還原電池中的應用,并于1988年開始進入工業研發階段。

1995年,中國工程物理研究院電子工程研究所從率先在國內開始釩電池的研制。先后研制成功了500W、1000W的釩電池樣機,成功開發了4價釩溶液制備、導電塑料成型及批量生產、電池組裝配和調試等技術。

2002年,釩鋼龍頭企業攀枝花鋼鐵公司以深化資源利用為目的,與中南大學合作介入了釩電池的研發。

2009年,中國普能實現對全球最大釩電池公司VRB Power Systems公司的資產收購,包括其擁有或控制的所有專利、商標、技術秘密、設備材料等。此外,VRB PowerSystems公司的核心技術團隊加入合并后的公司。

資料來源:行行查

從釩電池市場格局來看,目前釩電池市場體量較小,龍頭格局未顯,產業仍處于發展初期。

目前全球范圍內研發和制造企業主要包括日本住友電工SEI、大連融科、北京普能、美國UniEnergyTechnologies等。

國內釩電池生產企業主要為北京普能、大連融科、武漢南瑞(國網英大子公司)、上海電氣及偉力得。

根據國家發改委、國家能源局發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》所制定的目標,到2025年新型儲能裝機規模將達30GW以上,與目前的裝機量相比仍有巨大的空間。釩電池由于其壽命較長,安全性較好,其在儲能領域的滲透率將穩步提升,2025年釩電池在儲能領域滲透率有望達到15%-20%。

國家能源集團北京低碳清潔能源研究院儲能技術負責人劉慶華表示:“十四五”時期,我國全釩液流電池將迎來非常好的大規模推廣時機。隨著各地全釩液流電池儲能示范項目落地并獲得技術驗證,未來5年內預計將是全釩液流電池從成熟走向推廣的重要窗口期。”


分享到:
av我要看-天堂av无码亚洲高清-亚洲大乳一级无码毛片