随着“双碳”目标的不断推进,与清洁能源匹配的储能行业将迎来快速发展。日前,国家能源局发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》中明确,中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池。在新的政策背景下,或将使得以钒电池为主的液流电池成为电化学储能的重要组成部分。
政策推动钒电池进入商业化初期
虽然钒电池在过去几年里没受到市场的过多关注,但在整个新能源的各项规划中,都能看到其身影。无论是在2015年和锂电池、燃料电池等新型电池一起被纳入到税收优惠政策中,还是2017年被列入能源技术“十三五”规划中,钒电池一直都是政策优待的对象。
特别是,2021年7月,国家发改委和国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》让市场的关注点更加聚焦钒电池。其中提出,要坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用,实现钒电池等液流电池长时储能技术进入商业化发展初期。
按照《关于加快新型储能发展的指导意见》政策制定目标,2025年要累计实现新型储能30GW装机量,钒电池渗透率达到20%,而当前无论是在国内,还是在全球范围,钒电池的渗透率刚刚达到1%。
这意味着未来5年,钒电池将依靠渗透率的提升迎来第一阶段爆发期。预计2025年,钒电池在储能领域渗透率有望达到15%-20%。浙商证券研究所曾测算,2025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297亿元。
从产业方面来看,随着储能行业的发展,我国钒电池企业正在迈向初步商业化阶段。
2021年7月,北京普能宣布获得泰国BCPG公司2400万美元新一轮投资,以加速公司全球储能业务的增长。据悉,北京普能是国内钒电池领域的龙头企业,其在2008年的金融危机中收购了当时全球最大的钒电池企业——加拿大Vanteck公司,从而得到了核心技术和生产线,随后迅速发展。
国网英大旗下的武汉南瑞,则是从2010年开始将电化学储能列为战略新兴产业,展开全钒液流电池储能技术研究。目前,武汉南瑞已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250千瓦/500千瓦时储能系统。2019年1月,武汉南瑞在蒙东科右中旗进行了100千瓦2小时移动式全钒液流电池储能示范。
除了已有多年研发实力的企业,也有初创企业的身影。2021年6月,山西国润储能宣布,旗下钒电池进入试生产阶段,这是一家储能钒电池技术研发和生产技术企业,主要产品应用于新能源发电、智能电网、通信基站等领域。公开信息显示,国润储能成立于2020年6月,但技术储备可追溯到2016年。
除了电池企业,还有资源型的企业攀钢钒钛和安宁股份。
攀钢钒钛(000629.SZ)是世界主要的钒制品供应商,中国主要的钛原料供应商。公司产品广泛应用于钢铁工业、电子工业、有色金属及涂料油墨等领域,具备年经营钛精矿100万吨和年产钒制品(以五氧化二钒计)4万吨(含托管企业)、钛白粉23.5万吨的综合生产能力。据了解,其托管的攀研技术掌握了钒电解液的生产技术,拥有一条电解液试验线并且具备继续扩大钒电解液生产规模的实力。据攀钢钒钛在互动平台透露,未来,攀钢钒钛将努力与其他钒储能产业链企业加强联系和合作,共同推动钒在储能领域的应用,主动融入钒电池储能产业链。
安宁股份(002978.SZ)则是一家对多金属共伴生矿进行采选的钒钛资源综合利用循环经济企业,主要从事钒钛磁铁矿的开采、洗选和销售,主要产品为钛精矿和钒钛铁精矿。
我国钒电池的发展
钒电池全称为全钒氧化还原液流电池,是一种以钒为活性物质呈循环流液态的氧化还原电池。其最大的优点是正负极氧化还原电对使用同种元素钒,电解液在长期运行过程中可再生,避免了交叉污染带来的电池容量难以恢复的问题;全钒液流电池正负极氧化还原电对的电化学反应动力学良好,在无外加催化剂的情况下即可达到较高的功率密度。而且该电池在运行过程中无明显析氢、析氧副反应,具有优良的可靠性。
我国对全钒液流电池的基础研究起步较早。
20世纪80年代末开始研究全钒液流电池技术,中国地质大学及北京大学都建立了全钒液流电池的实验室模型。中国工程物理研究院研制了碳塑电极并开展了全钒液流电池正极溶液的浓度及添加剂对正极反应的影响,1995年研制出500 W、1 kW的样机,拥有电解质溶液制备、导电塑料成型等专利。
2016年,国家能源局批复了第一个百兆瓦级全钒液流电池储能调峰电站,规模为200MW/800MWh,也是全球最大规模的液流电池储能电站,该电站一期工程(100MW/400MWh)于今年2月份进入单体模块调试阶段。
在碳达峰碳中和的背景下,全钒液流电池储能系统在以新能源为主体的新型电力系统中的价值逐渐被业界重视,全钒液流电池产业化获得国内企业的高度关注,进入大规模商业示范运行和市场开拓阶段。
未来,全钒液流电池有望率先成为我国新型电力储能系统的“后备军”。