钒电池专题

本文源自2023年1月1日浙商证券《钒电池理想电化学储能方式，全生命周期成本占优》。

作者分析师 施毅 证券职业资格编码 S1230522100002

投资要点

事件储能电站安全性要求高

2022年6月29日，国家能源局综合司发布《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）》中提到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；选用梯次利用动力电池时，应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。储能电站安全性要求凸显。

钒液流电池安全性较高的储能方案

从元素性质出发，钒元素相对于锂元素金属性不活泼，更安全。从运作原理看，钒液流电池电解液与电堆相分离，即反应场所和活性物质的储存场所是分开的，不会发生热失控、过热、燃烧和爆炸。安全性相对较强，可以满足对于储能的需求。

成本对比钒电池初始投入高，长时储能成本初具优势

钒电池初始投入高于其他储能方式，若按照储能2小时计算，度电成本约2元/千瓦时，4小时度电成本约1.4元/千瓦时。钒电池储能时间越长，成本越低。

钒电池空间广阔2031年全球容量将超30GWh

根据国际机构Guidehouse Insights预计，到2031年钒液流电池全球容量将超30GWh，市场空间广阔。

资本开支空间大以大连融科入围中核汇能共1GWh的全钒液流电池储能系统集中采购，投标报价为256050万元这一案例为例，1GWh的钒电池液流电池需要25亿元左右的初始资本开支，即钒电池2031年资本开支或将超750亿。

对钒金属需求影响钒金属未来放量有限，有望转变为能源金属

钒金属资源量中国占比43%。中国在钒资源上具有较大话语权，面对全球产业链不稳定的情况下仍能保持国内产业稳定。

按照1GW钒电池大约需要使用1万吨的五氧化二钒来估算，到2025年，国内钒电池将用2.64万吨五氧化二钒，占我国钒产量的15%左右。随着钒电池装机量不断增大，钒将有望转变为能源金属。

风险提示

技术发展不及预期，下游需求不及预期。

1 事件储能电站安全性要求高

储能电站中，电化学储能是重要的一种储能方式。以三元锂电池等传统锂电池的安全性较低，与储能电站的要求不匹配。电化学储能需要更加安全的储能材料，相关规定也陆续出台

2022年6月29日，国家能源局综合司发布的《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）》中提到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；选用梯次利用动力电池时，应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。

在新要求下，新建电化学储能电站将有望采用更为安全的储能电池如钒液流电池、磷酸铁锂电池等。

图1 钒液流电池储液罐

资料来源VRB Energy、浙商证券研究所

2 钒液流电池安全性较高的储能方案

三元锂电池等传统锂电池的安全性较低，需要使用更加安全的材料进行替代。钒电池的安全特性能够很好满足相关要求。

从底层原理出发，钒元素更右侧，金属性相对于锂不活跃，因此性质较为稳定，电池性能较为安全。适合用于储能等注重安全性的用途。

图2 钒与锂相对位置

资料来源Wikipedia、浙商证券研究所

我们所说的钒电池一般指的是钒液流电池，电池以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液（五氧化二钒与硫酸混合物）压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。

化学反应方程式

正极

负极

图3 钒液流电池运行原理

资料来源Wikipedia、浙商证券研究所

与锂电池不同的是，钒液流电池电解液与电堆相分离，即反应场所和活性物质的储存场所是分开的，不会发生热失控、过热、燃烧和爆炸。安全性相对较强，可以满足对于储能的需求。

图4 锂电池运行原理

资料来源Muruta、浙商证券研究所

如图3、4所示，锂电池依靠锂离子在正负极之间流动，充电时锂离子从负极流到正极，放电时从正极流到负极。充电时锂离子从负极流到正极。而钒液流电池则利用钒电解液在正负极之间的液体流动产生电流。

3 成本对比钒电池初始投入高，长时储能成本初具优势

与同类电化学类储能系统类比，钒液流电池初始投入较高。但较长的使用寿命与较低的维护成本使得其全生命周期投入成本在电化学中偏低，仅次于现有的锂离子电池。钒液流电池的使用寿命可达20年，对比其他种类电池寿命明显较长。

图5 不同储能方式资本开支（美元/千瓦时）

资料来源ESGC、浙商证券研究所

我们采用度电成本进行储能成本比较，我们发现与锂电池相比，钒电池储能时间越长，成本越低。在针对6小时以上的长时储能成本已经初具优势。且储能电站功率越高，钒电池度电成本越低，规模效应凸显。2小时度电成本约2元/千瓦时，4小时度电成本约1.4元/小时左右。

针对1-2小时内的储能，钒电池度电成本相对其他方式仍较高的原因主要有以下几个1）钒电池初始投入远远高于锂离子电池、2）钒电池产业链目前无法形成规模效应，有效降低成本。

图6 不同储能方式LCOS度电成本对比（美元/千瓦时）

资料来源ESGC、浙商证券研究所

针对各个环节的成本进行分析，钒电池成本主要集中于输电与变电环节，且大多数环节都呈现出储能时间越长，成本越低的趋势。

其化学特性决定了钒电池蓄电能力较锂电池长，在长时储能下失电较少，能够储存尽可能多的电力，因此能力在长时储能具有绝对优势。

图7 各电化学电池储能度电成本曲线

资料来源《基于全寿命周期成本的储能成本分析》，浙商证券研究所整理

我们预计，随着未来钒电池装机量不断上升，由于规模效应引致产业链各环节放量降本后将使得钒电池成本中枢不断下移，与其他电化学储能方式成本更加接近。带来的成本优势将使钒电池市占率加速上行。

图8 钒电池规模效应

资料来源Wikipidea、浙商证券研究所

4 钒电池空间广阔2031年全球容量将超30GWh

根据国际机构Guidehouse Insights预计，到2031年钒液流电池全球容量将超30GWh，相较于目前容量来说，市场空间广阔。

以大连融科入围中核汇能共1GWh的全钒液流电池储能系统集中采购，投标报价为256050万元这一案例为例，1GWh的钒电池液流电池需要25亿元左右的初始资本开支，即钒电池2031年资本开支或将超750亿，空间广阔。

图9 钒液流电池2022-2031年容量预测

资料来源《Vanadium  Redox Flow Batteries Identifying Market Opportunities and Enablers》、浙商证券研究所

5 对钒金属需求影响钒金属未来放量有限，有望转变为能源金属

钒金属资源量中国占比最多据USGS统计，中国钒金属储量占比最大，占比43%。中国在钒资源上具有较大话语权，面对全球产业链不稳定的情况下仍能保持国内产业稳定。

图10 不同国家钒金属储量占比（%）

资料来源USGS、浙商证券研究所

钒属于小金属，供给弹性相对较弱。未来几年扩产量有限，预计2025年五氧化二钒目前下游需求主要集中于钢铁，钛合金等传统行业，钒电池等新兴产业在钒需求结构中占比较小，存在巨大的增长空间。

按照1GW钒电池大约需要使用1万吨的五氧化二钒来估算，到2025年，钒电池将占我国钒产量的15%左右。随着钒电池装机规模的不断扩大，钒将有望转变为能源金属。

图13 中国钒电池占国内钒需求占比预测（%）

资料来源华经产业研究院、浙商证券研究所测算

6 风险提示

技术发展不及预期，下游需求不及预期。

文中报告节选自浙商证券研究所已公开发布研究报告，具体报告内容及相关风险提示等详见完整版报告。
     证券研究报告《钒电池理想电化学储能方式，全生命周期成本占优》

     对外发布时间2023年1月1日
    报告发布机构浙商证券股份有限公司（已获中国证监会许可的证券投资咨询业务资格）
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   以报告日后的6个月内证券相对于沪深300指数的涨跌幅为标准，定义如下
1、买入相对于沪深300指数表现+20%以上；
2、增持相对于沪深300指数表现+10%~+20%；
3、持有相对于沪深300指数表现-10%~+10%之间波动；
4、卖出相对于沪深300指数表现-10%以下。
行业的投资评级说明
以报告日后的6个月内，行业指数相对于沪深300指数的涨跌幅为标准，定义如下
1、看好行业指数相对于沪深300指数表现+10%以上；
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