全釩液流電池迎來元年，為什么說在儲能領域能堪大任?

　　今年上半年，國內前六個月投運的新型儲能裝機量是過去10年的總和，宣告了儲能在新能源大賽道的地位。但在同一屋檐下，鋰離子電池儲能的光環(huán)效應過于突出，擁有94%以上的市占率，讓液流電池、壓縮空氣儲能、重力儲能等淪為了打醬油的命。

　　不過，這一格局在接下來的較量中將被扭轉，液流電池有望率先“轉正”。

　　數據顯示，今年上半年，液流電池的關注度明顯提升，其中既有液流電池儲能項目簽約的消息，也有相關項目融資的落地，GWh以上的液流電池產線、儲能項目紛紛涌現。2023年1-5月，僅是液流電池細分賽道的融資總額就超過20億元，比去年整個長時儲能陣營拿到的融資都要多。

　　2023年，液流電池將迎來元年，背后的商業(yè)邏輯來自于兩點，一是磷酸鐵鋰等鋰電儲能的安全性問題解決不了，各地政府首鼠兩端，但液流電池不存在這個“風險”;二是液流電池吃的是“長時儲能”的紅利。隨著風光新能源并網裝機占比達到31.7%，對調峰能力更強的3-10小時以上長時儲能的需求變得更為強烈，2小時時長的鋰電儲能已經“力竭”，難以滿足4小時以上高峰時段的削峰填谷。

　　于是，商業(yè)化程度最高的全釩液流電池恰恰能堪大任，在支撐電網穩(wěn)定運行中發(fā)揮關鍵作用。

　　安全、壽命長，液流電池瑕不掩瑜

　　當下，在增速極快的電動汽車充電站、大功率充電樁等基礎設施建設領域，特別是住宅區(qū)的私人充電樁建設，都面臨著“電力增容難“的天花板，歸根結底還是擔心負荷功率峰值急劇上升容易造成電力系統崩潰。這種現象已經開始拖交通電氣化的后腿。

　　以磷酸鐵鋰儲能電池為代表的新型儲能，雖然能量密度足夠高，轉換效率高于液流電池、壓縮空氣，經濟性方面也最領先，但始終存在的消防安全隱患“如鯁在喉”，尤其是在人口聚集區(qū)，這種擔憂會成倍放大。而且一般鋰電儲能時長只有2小時，面對各省市長達4小時的高峰電價時段，自然有點兒捉襟見肘。

　　此時，液流電池就有了用武之地，因為不僅安全，還能提供長達3-10小時的調峰容量。

　　其實，同為電化學儲能的一種，液流電池誕生快50年了，只不過在與鋰電池的競賽中暫時“掉隊“。因為體積過大，能量密度只有鋰電池的1/10，且沒規(guī)模化應用，導致經濟性上也不足。但瑕不掩瑜，液流電池有自己的“生存之道”。

　　這與液流電池本身的技術原理有直接關系。

液流電池工作原理

　　液流電池主要由正負極的兩個電解液儲罐和中間的電堆組成，兩者成本加一起占比超60%，通過兩側溶液中的活性物質的氧化還原反應來實現充放電，通過泵將電解液輸送到電堆反應室，通過活性物質如釩的高低價態(tài)變化，實現電能與化學能的轉換。而鋰電池中的鋰離子是透過隔膜“來回游動”，所以能量密度取決于工作電壓高低、正負極材料的比克容量，鋰電的功率大小與界面電阻、導電率等有關，鋰離子游動的快，功率則越大，倍率性能好。但液流電池完全不同，其能量密度取決于電解液的體積(儲罐大小)和濃度，功率則是單位電堆的疊加，兩者間相互獨立。

　　這意味著，液流電池可以靈活設計，自由配置容量和功率，不存在鋰電中魚與熊掌的選擇難題。

　　不僅如此，液流電池的能量效率遠高于20%-50%的壓縮空氣儲能技術，循環(huán)壽命大于20000次，以每天一充一放計算，可以用20年以上。最重要的一點是，液流電池還足夠安全，因為能量轉化不依賴于正負極，材料不參與化學反應，依靠的是水性電解液，與儲罐的來回循環(huán)還達到了散熱的目的，不存在鋰電中的熱失控、鋰枝晶短路的問題，沒有任何燃燒、爆炸的風險。對用戶側儲能系統來說，液流電池安全方面的優(yōu)勢太重要了。

　　而且，液流電池的功率密度可“堆疊”，通過增加單元數量即可，所以在響應速度上更具優(yōu)勢，毫秒級、秒級、五分鐘、小時級響應等各個維度上，調頻、調峰均有不俗的表現。

　　全釩液流電池唱主角，經濟性顯露

　　既然液流電池有這么大的競爭優(yōu)勢，為什么在市場份額上連鋰電池儲能的零頭都趕不上呢?問題就出在體積大，限制了適用場景。同時，技術還在進步，產業(yè)化不夠，經濟性上還達不到鋰電的水平。

　　但這些顯然不是“硬傷”。當年燃油車與電動車起步時間一樣，最終敗給了燃油車，但今天鋰電的動力電池補齊了諸多短板，借著減碳的東風卷土重來。液流電池同樣有這樣的機會，只要規(guī)模化應用，拉低成本后，在長時儲能東風下，很快會嶄露頭角。

　　不同于鋰電池中磷酸鐵鋰、三元鋰兩家獨大，液流電池的種類更多，技術路徑上還有多種選擇和可能性。按電解液可以劃分為鐵鉻液流電池、全釩液流電池、鋅基液流電池等，不同類別的液流電池具有不同的化學成分、能量密度、運行溫度范圍和充放電次數，最常用是釩，其次是鐵鉻、鋅溴、多硫化物溴等。目前商業(yè)化程度、技術成熟度最高的是全釩液流電池，各地全釩液流電池項目開始輪番上馬。

　　從經濟性上看，全釩液流電池儲能的初始投資成本在2.5元-7.5元/Wh，時長越大，單瓦時的投建成本越低，8小時以上可以降到2元/Wh左右，接近鋰電儲能。而且，全釩液流電池的壽命長達20年，是鋰電池的2倍，這進一步攤低了初始投資的單位成本，成本更優(yōu)于鋰電儲能系統。即便是20年壽命到期，釩液流電池電解液的殘值和循環(huán)利用價值也高達30%以上，全生命周期成本更低。未來，隨著更多全釩液流電池儲能項目的上馬，很容易在市場層面引發(fā)共鳴。

　　來源：國信證券經濟研究院

　　釩液流電池投資周期短，只需要半年，與其競爭的抽水蓄能從選址到投運需10年，壓縮空氣項目也要2年。而讓全釩液流電池項目迅速增多的推力則來自于安全，這一點外界看得更為清晰。對儲能項目來說，“安全大于天”，全釩液流電池雖然成本比鋰電高，但安全讓其必有一席之地，企業(yè)也愿意在經濟性方面助推一把。

　　此外，國內釩礦資源儲量豐富，雖說價格也不低，高達10-15萬元/噸，但勝在自主可控，不會被卡脖子。

　　根據美國地質調查局數據，2022年，中國釩儲量950萬噸，占全球釩儲量得36.5%，位列全球第一，其次是澳大利亞、俄羅斯、南非等地區(qū)。2022年中國占世界釩產量的70%。國內生產五氧化二釩的企業(yè)有攀鋼釩鈦、河鋼股份、成渝釩鈦、建龍集團等。

　　市場已經對釩液流電池已經給予了認可。今年1-7月，國內簽約的釩液流電池項目數量明顯增多，半年多簽了15個，合計裝機3.6GW。其中國家電投4個項目、華潤電力2個，中國電建、中核集團、中節(jié)能、中釩儲能、華電新能源等均參與其中，場景方面則以電源側、獨立共享儲能為主。未來，全釩液流電池在用戶側也會逐漸落地。

　　雖然目前全釩液流電池具備壓倒性優(yōu)勢，但液流電池不同技術路線間的較量仍在進行中。全釩液流電池雖說能量密度高，但運行溫度在5℃-50℃，范圍較窄，不適用于溫度較低的地區(qū)，釩的使用也讓電解液成本居高不下。而鐵鉻液流電池在-20℃—70℃間，電解液成本只占10%，初始投資成本較低，但要命的是壽命偏短，能量密度較低，目前只有少部分項目落地。

　　液流電池迎來元年，噴薄可期

　　如果到2025年，風光等可再生能源并網比例占到電力系統的50%-80%，僅僅是2小時的鋰電儲能很難達到平衡，這時就需要儲能時長超過10小時，來保障電力系統的長期穩(wěn)定。未來的新型電力系統中，既要有短時儲能，也要有靈活配置的長時儲能，滿足電力系統不同場景下的需求。

　　全釩液流電池的調峰能力更強，能顯著降低電網運行成本，適用于電源側、電網側、工商業(yè)、用戶側等多個場景。

　　來源：能鏈研究院整理

　　2022年2月，國家發(fā)展改革委、能源局發(fā)布的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》提出，要積極開展新型儲能關鍵技術研發(fā)，探索壓縮空氣、液流電池等不同技術路徑和發(fā)展模式。在國家和地方各類政策引導支持下，新型儲能系統已由探索階段向快速商業(yè)化邁進。截至2022年底，我國新型儲能系統累計裝機規(guī)模達到870萬千瓦，其中鋰離子電池儲能占94.5%、壓縮空氣儲能占2.0%、液流電池儲能占1.6%、鉛酸(炭)電池儲能占1.7%、其他技術路線占0.2%。

　　根據國信證券的數據，預計2023年全球液流電池進入規(guī)模化發(fā)展元年，2023年全球新增裝機有望達到1.7GWh，2026年約為19.6GWh，2023-2026年均復合增速為125%。如果按照3元/Wh的初始投資成本計算，2026年市場空間達到588億元。

　　隨著釩液流電池商業(yè)化、產業(yè)化推進，國內已經形成了電池、電堆的研發(fā)和生產供應鏈，融科儲能、北京普能、上海電氣、星辰新能等，2023年均開始向GWh規(guī)模邁進。電解液領域的大連博融新材料、釩鈦股份、河鋼股份、安寧股份、中核鈦白等也實現穩(wěn)定供應。電堆核心部件的離子交換膜，國內企業(yè)均在加速布局和產品研發(fā)。

　　在儲能大賽道中，全釩液流電池已經具備了“起飛”的條件，噴薄可期。

　　來源：能鏈研究院

作者：能鏈研究院