新能源行业深度报告：储能发展新机遇钒电池产业腾飞.pdf

1/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 Table_main 行业研究类模板 专 题 新能源行业 报告日期： 2021 年 9 月 22 日 储能发展新机遇，钒电池产业腾飞 行业深度报告 行 业 公 司 研 究 电 气 设 备 行 业 ：分析师：邓 伟 执业证书编号： S1230520110002 ：分析师：马金龙 职业证书编号： S1230520120003 ：邮箱： , table_invest 行业评级 新能源 看好 Table_relate 相关报告 1大基地蓄势待发，风光储装机或超预 期 -风光深度系列报告之 1 2021.09.21 2千乡万村驭风而行，老旧风机置换带 来新增量 2021.09.12 3【浙商电新邓伟】绿色电力交易正式 开启，利好风电光伏健康发展 绿 电 交易点评 2021.09.08 4 PVDF 售价大幅跳涨，产业链公司业 绩有望持续超预期 2021.08.24 5碳中和发展正当时，新能源革命大时 代 -2021 年秋季锂电产业链行业策略报 告 2021.08.16 table_research 报告撰写人： 邓伟、马金龙 联系人： 邓伟、马金龙 报告导读 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：液流电池等长时储能技术进入 商业化发展初期。钒 液流电池作为关注重点之一，将成为储能赛道上的 新星。 投资要点 政策推动：发改委、能源局提出储能多元化目标 根据发改委、能源局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：液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期； 到 2025 年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达 30GW 以上 ； 到 2030 年，实现新型储能全面市场化发展。 产业发展：技术的持续突破、成本降低势在必行 随着市场化、规模化推进，钒电池成本将以类似锂电池的趋势逐年下降， 目前 钒液流电池成本约为 3.2 元 /Wh，对比目 前储能锂离子电池成本约 1.2-1.5 元 /Wh，每单位钒电池成本约为锂电池 3 倍左右。预计 5 年内钒电池成本将降至 2 元 /Wh，十年内降至 1.3 元 /Wh。 原料供应：钒 供需紧平衡，价格 可能 持续上涨 全球钒资源丰富，其中我国钒矿储量 950 万吨，占比达到 43%；钒产量占全 球最高 达到 62%。国内较大的片钒生产商共有五家，分别是攀钢钒钛、河钢 承钢、建龙特钢、川威集团和德胜钒钛， CR5 达到 82%，寡头垄断明显。受 政策影响供给受限，以及新冠疫情之后经济复苏拉动需求，近期钒价上涨， 目前 钒价对比 2020 年 10 月底部上涨近 60% 。 市场空间：预计 2025 年钒电池市场规模 297 亿元 预计 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。 预计 2021-2025 年中国新增钒电池储能 0.7/ 2.1/ 4.9/ 8.4/ 14.2 GWh， CAGR=113%。预计钒电池 2021-2025 年单价为 3.2/ 2.9/ 2.6/ 2.3/ 2.1 元 /Wh，市场规模 23/ 61/ 127 /195 /297 亿元， CAGR=92%。 投资建议：钒电池发展起步，钒金属龙头将受益 建议关注钒电池 生产企业： 国网英大、上海电气 ；钒金属企业： 攀钢钒钛、河 钢股份。 风险提示： 政策落地不及预期，钒电池成本下降不及预期等。 证 券 研 究 报 告 table_page 电气设备行业专题 2/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 正文目录 1. 产业、政策、需求推动，钒电池初步商业化 . 5 1.1. 液流电池技术在近年来逐步成熟 . 5 1.1.1. 钒液流电池简介 . 5 1.1.2. 钒电池发展历程 . 6 1.2. 我国钒电池储能业务已初步商用 . 7 1.2.1. 钒电池 应用项目规划 . 7 1.2.2. 钒电池储能应用场景 . 8 1.2.3. 模块化钒电池堆设计 . 9 1.3. 钒电池规模应用前景广阔 . 10 1.3.1. 政策推动钒电池高速发展 . 10 1.3.2. 钒电池储能应用优势明显 . 11 1.3.3. 钒电池成本问题亟待解决 . 12 2. 钢铁及储能应用大扩张，钒金属供需紧平衡 . 14 2.1. 资源储量丰富，我国占比最高 . 14 2.2. 国内政策影响，供应逐步收紧 . 16 2.2.1. 共伴生矿为主，区域分布集中 . 18 2.2.2. 受环保影响大，石煤提钒受限 . 19 2.2.3. 多重因素限制，供应持续紧张 . 20 2.3. 海外供应扩张，积极布局钒电池 . 21 2.4. 钢铁消费强度提升，储能带来新增长点 . 23 3. 钒液流储能市场十四五复合增速有望达 92% . 27 3.1. 2025 年中国电化学储能市场规模测算 . 27 3.2. 2025 年中国钒液流电池储能市场规模测算 . 28 4. 行业相关公司 . 30 4.1. 钒电池相关企业 . 30 4.1.1. 国网英大（ 600517） . 30 4.1.2. 上海电气（ 600835） . 30 4.1.3. 非上市公司： . 30 4.2. 钒金属相关企业 . 31 4.2.1. 攀钢钒钛（ 000629） . 31 4.2.2. 河钢股份（ 000709） . 33 5. 风险提示： . 34 table_page 电气设备行业专题 3/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图表目录 图 1： 钒电池充放电工作原理 . 5 图 2：钒电池充电过程 . 6 图 3：钒电池放电过程 . 6 图 4： VRB-ESS 系统应用案例（ 1） . 8 图 5： VRB-ESS 系统应用案例（ 2） . 8 图 6：国电南瑞集装箱型钒电 池储能电站已实现应用 . 8 图 7：北京普能液流电池系统供应国家风光储输示范项目 . 8 图 8： 家用小型钒电池储能产品 . 9 图 9： 多组模块并网可提高 VRB 系统功率 . 9 图 10：钒液流电池新增装机预期 . 11 图 11：钒液流电池年度累计装机预期 . 11 图 12：钒电池、锂电池成本 均呈下降趋势 . 13 图 13： 钒有多种化合物形式 . 14 图 14：钒主要以伴生元素赋存于钒钛磁铁矿中 . 15 图 15： 世界钒资源分布图 . 15 图 16：中国、俄罗斯和南非拥有全球 82%的钒储量 . 16 图 17：中国的 钒矿产量占全球 62% . 16 图 18：钒的静态开采年限达到 253 年 . 16 图 19：绝大多数的钒供应来源于共伴生矿床 . 17 图 20： 近年来中国钒矿产量大约在 7-9 万吨之间（折 V2O5），波动较大 . 17 图 21： 石煤提钒是边际产能，波动剧烈 . 19 图 22： 钒矿山从业人数逐年 减少 . 19 图 23： 西部矿业石煤提钒工程进展顺利 . 20 图 24： 2020 年下半年，中国首次出现 V2O5 净进口 . 20 图 25： 钒价从底部上涨近 60% . 20 图 26： EVRAZ 集团是除中国以外的最大钒生产商 . 21 图 27： Australian Vanadium Project 进入预可研阶段 . 22 图 28： VSUN Energy进入钒电池产业链 . 22 图 29： Largo Clean Energy 事业部主要进行钒电池相关业务的开发 . 22 图 30： 预计 2021 年生产钒金属量 3400-3600 吨 . 23 图 31： 公司正在推进在储能领域的投资和研发 . 23 图 32： 钒的下游包括集中在钢铁领域，占比达到 85% . 24 图 33： 主要用于高强度带钢、螺纹钢筋、钢轨、工具钢等 . 24 图 34： 目前中国是全球碳排放的大国 . 24 图 35： 中国的碳排放量占全球的 31% . 24 图 36：钢铁行业是碳排放重点行业 . 25 图 37：国内正在坚决压减粗钢产量 . 25 图 38：中国的钒使用强度已经超过了世界平均水平，正在超发达国家迈进 . 26 图 39： 电化学储能累计装机量预期 . 28 图 40： 钒液流电池累计装机量预期 . 28 图 41： 国网英大股权结构图 . 30 table_page 电气设备行业专题 4/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 42： 攀钢钒钛股权结构图 . 31 图 43： 公司钒制品产能达到 4.2 万吨，市占率全球第一 . 32 图 44： 钒产业营业收入达到 42.4 亿元 . 32 图 45： 钒制品是公司最大的主营业务 . 32 图 46： 2020 年钒产品毛利占总毛利的 20% . 32 图 47： 2020 年钒产品毛利率 14.45% . 32 图 48： 河钢股份股权结构图 . 33 图 49： 公司钒产品年产能 2.2 万吨， 2020 年钒渣产量 21.4 万吨 . 33 图 50： 2020 年钒产品营业收入 17.15 亿元 . 34 图 51： 钒制品营收占比较低 . 34 图 52： 2020 年钒制品毛利占比约 3.3% . 34 图 53： 2020 年钒制品毛利率达到 33.65% . 34 表 1：钒电池发展已逐步进入商业化初期 . 6 表 2：近三年我国钒电池相关储能项目 . 7 表 3：直流 5kW 小型钒电池系统 参数 . 10 表 4：交流 250kW 钒电池模块系统参数 . 10 表 5：储能电池技术路线及参数对比 . 12 表 6：中国钒矿类型特点 . 18 表 7：三地钒钛磁铁矿理论选矿指标对比 . 18 表 8： Maracs Menchen 钒钛磁铁矿 V2O5储量 16.42 万吨 . 22 表 9： 20017 年之前，中国的钒消费强度尚未达到世界平均值（ kg/t） . 26 表 10：中国电化学储能市场测算 . 27 表 11：中国钒液流电池市场测算 . 28 表 12：中国钒电池市场规模敏感性分析 . 29 table_page 电气设备行业专题 5/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 1. 产业、政策、需求推动，钒电池初步商业化 2021 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，提出坚持储能技术多元化目标： 1）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； 2） 实现压缩空气、液流电池等长时储能技术进入商业化发展 初期 ； 3）加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范； 4）以需求为导向，探 索开展储氢、储热及其他创新储能技术的研究和示范应用。 1.1. 液流电池技术在近年来逐步成熟 1.1.1. 钒液流电池简介 全钒液流电池，寿命长、规模大、安全可靠。 钒电池全称为全钒氧化还原液流电池 (Vanadium Redox Battery， VRB)，为液流电池的一种，是一种基于金属钒元素的氧化还原 的电池系统，其电解液是不同价态的钒离子的硫酸电解液。根据电化学反应中活性物质的 不同，液流电池可分为钒液流电池、锌基液流电池、铁铬液流电池等。其中全钒液流 电池， 寿命长、规模大、安全可靠的优势尤为突出，成为规模储能的首选技术，在调峰电源系统、 大规模风光电系统储能、应急电源系统等领域具有广阔的应用前景。 液流电池工作原理为通过外接泵与交换膜实现离子电化学反应。 全钒液流电池是一 种二次充电电池。利用 VO2+/VO2+、 V2+/V3+两对氧化还原电堆的钒离子溶液分别作为正 极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中。通过外接的泵，将电解液运输至 电池堆内的正极室和负极室，使其在不同的储液罐和半液态的闭合回路中循环流动，并采 用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质的溶 液流过电极表面产生了电化学反应，从而实 现钒电池的充放电过程。 图 1： 钒电池充放电工作原理 资料来源： CNKI、 浙商证券研究所 充电过程：电池正极（阳极）发生氧化反应： VO2+H2O VO2+2H+e-；负极（阴 极）发生还原反应： V3+e- V2+；总反应式为 VO2+H2O+V3+= VO2+2H+V2+。 电子经外 部电路由正极流向负极，氢离子经交换膜由正极室进入负极室，外部电流方向由负极至正 极。 放电过程：电池正极（阴极）发生还原反应： VO2+2H+e- VO2+H2O；负极（阳 极）发生氧化反应： V2+ V3+e-；总反应式为 VO2+2H+V2+= VO2+H2O+V3+。 电子经外 table_page 电气设备行业专题 6/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 部电路由负极流向正极，氢离子经交换膜由负极室进入正极室，外部电流方向电流方向由 正极至负极。 图 2：钒电池充电过程 图 3：钒电池放电过程 资料来源：北京普能、浙商证券研究所 资料来源：北京普能、浙商证券研究所 1.1.2. 钒电池发展历程 我国钒 电池相关技术储备充足，工业应用前景广阔。 钒电池相关研究源于 1984 年 UNSW 对 2/3 价与 4/5 价钒离子电对在氧化还原电池中的应用，并于 1988 年开始进入工 业研发阶段。 1995 年，中国工程物理研究院电子工程研究所从率先在国内开始钒电池的 研制。 先后研制成功了 500W、 1000W 的钒电池样机，成功开发了 4 价钒溶液制备、导电 塑料成型及批量生产、电池组装配和调试等技术。 2002 年，钒钢龙头企业攀枝花钢铁公 司以深化资源利用为目的，与中南大学合作介入了钒电池的研发。 国家政策推动，我国钒电池逐步进入商业化初期。 2001 年， VRB Power Systems 公司 开始在南非、日本、美国等国家建立 VRB 系统电站，开始进行商业化运营。 2002 年， VRB Power Systems 开始大范围内推广全钒液流电池储能系统，承接一系列工程项目。 2009年，中国普能实现对全球最大钒电池公司 VRB Power Systems 公司的资产收购， 包 括其拥有或控制的所有专利、商标、技术秘密、设备材料等。此外， VRB Power Systems 公司的核心技术团队加入合并后的公司。 表 1：钒电池发展已逐步进入商 业化初期 发展历程 时间 主要事件 实验室阶段 1984 年 澳大利亚新南威尔士大学 (UNSW) Marria Syallas-Kazacos 提 出将 V2+ / V3+ 电对和 V4+ / V5+ 电 对应用于氧化还原电池中，之后发现了 5 价钒离子可稳定存在于硫酸介质中，使这一体系的实 用成为可能。 1988 年 UNSW 根据钒电池的试验结果，提出并开始建造 1KW 级全钒液流电池堆。该电池堆由 10 个单电 池组成，电池面积 1500 平方厘米，能量效率可达 71.9-88%。千瓦级电堆 的开发和建造成功具 有重大意义，标志着全机液流电池开始走出实蚊室工迈向工业化研发阶段。 工业化研发阶段 1989 年 日本住友电工 (SEI)的电站调峰用 60kW 级钒电池建成，运行 5 年，循环周期达 1819 次。 1995 年 中国工程物理研究院电子工程研究所从率先在国内开始钒电池的研制。 先后研制成功了 500W、 1000W 的钒电池样机，成功开发了 4 价钒溶液制备、导电塑料成型及批量生产、电池组装配和 调试等技术。 1999 年 Pinnacle（ Vanteck 公司控股）与 SEI 达成共同开发钒电池技术的协议， SEI 在日本 Kansai Electric Power Plant 建成 450kW， 1MWh 的电站调峰钒电池系统。 2002 年 钒钢龙头企业攀枝花钢铁公司以深化资源利用为目的，与中南大学合作介入了钒电池的研发。 table_page 电气设备行业专题 7/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 商业化发展阶段 2001 年 南非： Pinnacle（ Vanteck 公司控股）在南非开发了 250 kW 的 VRB 系统，取得了第一个商业 突破。 日本： Pinnacle 250 kW、 520 kWh 钒电池在日本投入商业运营。 美国： Vanteck VRB 为美国太平洋电力 (PacifiCorp)建成 250 kW、 2 MWh VRB 系统， 用于电 站调峰， 并给尤他州东南部的边远地区供电。 2002 年 VRB Power Systems 公司（原名 Vanteck）开始大范围内推广全钒液流电池储能系统，承接一系列工程项目。 2009 年 中国普能公司实现对全球最大钒电池公司加拿大 VRB Power System 公司的资产收购， 包括 VRB Power Systems 公司拥有或控制的所有专利、商标、技术秘密、设备材料等。此外， VRB Power Systems 公司的核心技术团队加入合并后的公司。 2021 年 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，提出实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期要求。 资料来源：前瞻产业研究院、中国工程物理研究院、浙商证券研究所整理 1.2. 我国钒电池储能业务已初步商用 1.2.1. 钒电池应用项目规划 近年来，我国储能装机量迅速增长，钒电池相关储能项目也取得大量进展。 以钒电池 为代表的液流电池， 2019 年 装机规模为 20MW， 2020 年装机规模达 100MW，钒电池装 机量增长迅速。目前我国钒电池渗透率 1%左右，未来发展前景广阔。 表 2：近三年我国钒电池相关储能项目 时间 项目 钒电池供应商 功率 容量 2019 年 1 月 5 日 湖北枣阳全钒液流电池光储用一体化电站项目竣工投运 北京普能 3MW（一期） / 10MW 12MWh（一期） / 40MWh 2019 年 9 月 5 日 江西电建与河钢承钢签订光伏 /风电 +全钒液流电池储能示范项目 河钢集团（电解 液） 5MW 20MWh 2019 年 9 月 17 日 大连普兰店乐甲乡 100MW 网源友好型风电场示范项目 大连融科 10MW 40MWh 2019 年 12 月 2 日 大连瓦房店镇海网源友好型风电场示范项目 大连融科 10MW 40MWh 2020 年 8 月 27 日 大连驼山网源友好型风电场示范项目 / 10MW 40MWh 2020 年 9 月 23 日 阿克苏全钒液流电池产业园项目 / 100MW 400MWh 2020 年 12 月 23 日 阿瓦提全钒液流储能电站 伟力得 7.5MW 22.5MWh 2021 年 2 月 河北承德森吉图全钒液流电池风储示范项目 / 2MW（一期） /3MW 8MWh（一期）/12MWh 2021 年 3 月 3 日 湖北襄阳 100 兆瓦光伏和 100 兆瓦储能光储一体电站 北京普能 40MW（一期）/100MW 200MWh（一期）/500MWh 2021 年 5 月 13 日 广东汕头市濠江区风电产业园 上海电气 1MW 1MWh 2021 年 7 月 国家光伏、储能实证实验平台 (大庆基地 ) 北京普能 125KW 500KWh 资料来源：中国储能网、北极星储能网、浙商证券研究所整理 table_page 电气设备行业专题 8/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 我国钒液流电池已实现在智能电网、通信基站、偏远地区供电、可再生能源及削峰填 谷等项目中的应用。 以北京普能为例，目前其钒液流电池储能应用涵盖千瓦级 至兆瓦级系 统。其中千瓦级系统主要由电池模块 /20kWh 储能系统 /40kWh 储能系统构成，主要应用于 实验室能源存储、通信基站供电等。兆瓦级系统主要由多个 250kW 标准模块组成，并涵 盖电堆结构、储液罐以及电子设备、控制装置、空调系统等，目前主要应用于电网储能、 削峰填谷等项目。 图 4： VRB-ESS 系统应用案例（ 1） 图 5： VRB-ESS 系统应用案例（ 2） 资料来源：北京普能、浙商证券研究所 资料来源：北京普能、 浙商证券研究所 1.2.2. 钒电池储能应用场景 根据不同储能应用场景，钒液流电池系统主要分为集装箱型及建筑物型。 小规模的 液流电池系统基本上是集装箱化，大规模的能源基地的液流电池系统基本为建筑物化。 图 6：国电南瑞集装箱型钒电池储能电站已实现应用 图 7：北京普能液流电池系统供应国家风光储输示范项目 资料来源：国电南瑞、浙商证券研究所 资料来源：北京普能、浙商证券研究所 此外，德国已出现家用小型钒 电池储能产品，我国家用钒电池产品市场有待突破。 德 国 Voltstorage 公司已推出 1.5 kW/ 6.2 kWh 家用钒液流电池产品，配合家用光伏系统即可 实现能源自给。目前推出的产品尺寸为 580 580 1406 mm，并且可通过多个产品串联 提高储能系统功率与容量。 table_page 电气设备行业专题 9/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 8： 家用小型钒电池储能产品 资料来源： Voltstorage、 浙商证券研究所 1.2.3. 模块化钒电池堆设计 钒液流电池储能系统的一个显著优势是它的模块性，即系统的功率组件与容量组件 可以独立设计。 如兆瓦级系统设计由可多个 250kW 标准模块组成， VRB-ESS 系统的 额定 功率由电堆的数量决定 而 储电容量则由电解液的体积决定 。如果一套系统需要较高的额 定功率或者额外的储电容量，那么简单地增加电堆数量或者添加电解液就可以解决了。 图 9： 多组模块并网可提高 VRB 系统功率 资料来源： 北京普能、 浙商证券研究所 table_page 电气设备行业专题 10/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 表 3：直流 5kW 小型钒电池系统参数 VRB-5kW/30kWh 系统参数 额定电压 48 VDC 额定电流 105 A 额定功率 5 kW 额定时间 6 h 额定电量 30 kWh 额定容量 630 Ah 额定效率 75% 最大功率 20 kW 电池组重量 130 kg 电池组大小 63 cm 75 cm 35 cm 电池总质量 2.5 t 电池尺寸 2.0 m 1.2 m 2.0 m 电解液质量 2.2 t 电解液体积 1.6 m3 电解液 1.5M V （ IV/III） 工作温度 -30 C 至 +60 C 电压限制 60 VDC 放电电压限制 40 VDC 回收周期 20,000 次 存储寿命 无限 制 资料来源： pemteco、浙商证券研究所 表 4：交流 250kW 钒电池模块系统参数 VRB-250kW 模块系统参数 模块尺寸 9.3m x 2.0m x 2.8m 输出电压 400/480 VAC 模块重量 （不包含电解液） 13.9 t 输出频率 50/60 Hz 以额定功率放电 1 小 时所需电解液 15.4 m 3 阶跃响应（从充电状 态转为放电状态） 50 ms 额定输出功率 依据模块设计 250kW-10MW 直流效率 达 85% 放电时间 10h 循环寿命 深度充放电达 100,000 次 资料来源：北京普能、浙商证券研究所 1.3. 钒电池规模应用前景广阔 1.3.1. 政策推动钒电池高速发展 根据发改委、能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见提出的主要目标：到 2025 年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变。 新型储能技术创新能力显著提 高，核心技术装备自主可控水平大幅提升，在高安全、低成本、高可靠、长寿命等方面取 得长足进步，标准体系基本完善，产业体系日趋完备，市场环境和商业模式基本成熟，装 机规模达 30GW 以上。新型储能在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥显著作用。 到 2030 年，实现新型储能全面市场化发展。 新型储能核心技术装备自主可控，技术创新和 产业水平稳居全球前列，标准体系、市场机制、商业模式成熟健全，与电力系统各环节深 度融合发展，装机规模基本满足新型电力系统相应需求。新型储能成为能源领域碳达峰碳 中和的关键支撑之 一。 以 2025 年电化学储能累计 30GW 计算，预计 2025 年钒电池新增装机达 1.7GW，新 增渗透率达 20% ；至 2025 年钒电池累计装机 4.3GW，累计渗透率达 14% 。 随着钒电池 商业化推广政策的提出，预计钒电池渗透率在未来几年内将逐步提升，并在 2025 年达到 table_page 电气设备行业专题 11/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 新增装机 20%渗透率，以实现国家 2025 年新型储能技术装机规模 30GW 的要求。钒电池 累计装机 5 年 CAGR 达 112%，钒电池市场前景广阔。 图 10：钒液流电池新增装机预期 图 11：钒液流电池年度累计装机预期 资料来源： CNESA、浙商证券研究所测算 资料来源： CNESA、浙商证券研究所测算 1.3.2. 钒电池储能应用优势明显 在各类储能电池中，钒液流电池优点十分明显： 1）安全性高： 钒电池无爆炸、火灾隐患。钒电池的活性物质以液态形式贮存在电堆 外部的储液罐中 , 流动的活性物质使浓差极化可减至最小，即使正负电解液混合，也无危 险，但电解液温度略有上升。此外，其所有的部件基本上都浸泡在溶液当中，散热得到了 溶液的支持，同时由于开放的体系，不会存在类似锂电池热失控这一问题。 2）储能上限高且可控： 电池容量取决于外部活性溶液的多少，通过增加电解液的体 积，可以任意增加钒电池的储能容量，相比于锂电池来说它的可扩充性非常大，调整容易。 3）功率大： 通过增加单片机电池的数量和电极面积，增加电解液的浓度，可以提高 钒电池的功率。 4）效率高： 由于钒电池电极的催化活性高，正负活性物质分别储存在正负电解液储 槽中，避免了正负活性物质的自放电消耗，满充后可长期保持，极低的自放电率，自放电 几乎可以忽略不计。充放电能量转换钒电池的效率高达 75%以上。 5）使用周期长： 由于钒电池正负活性物质分别只存在于正极 和负极电解液中，在充 放电过程中不存在复杂的固相反应 , 因此电池寿命长。能耐受大电流充放，可以在不损坏 电池的情况下进行深放电，循环次数 13000 次以上，电池使用寿命可达 15-20年。 6） 响应速度快： 钒电池组充满电解液瞬间启动。运行过程中，充放电状态切换仅需 0.02 秒，响应速度为 1 毫秒。 7）充电便捷： 可以通过直接更换电解液实现钒电池的瞬间充电。 8）环境友好： 和常用的铅酸电池相比，在静态运行时，寿命周期内总的排放量仅有 铅酸电池的 7-25%；电解液可更换、回收，离子膜不需要贵金属作电极催化剂，电极材料 多为碳 材料制品 。 9）安置便利： 钒电池可全自动封闭运行，正常工作时对外界无污染，安装定位自由 度大，除温度外对安装环境没有过高要求。 0.02 0.08 0.2 0.4 0.7 1.1 1.7 2% 5% 8% 11% 14% 17% 20% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 0 2 4 6 8 10 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 电化学储能新增装机（ GW） 钒电池新增装机（ GW） 钒电池新增渗透率（右） 0.02 0.10 0.3 0.7 1.4 2.6 4.3 1% 3% 5% 8% 10% 12% 14% 0% 5% 10% 15% 20% 0 5 10 15 20 25 30 35 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 电化学储能累计装机（ GW） 钒电池累计装机（ GW） 钒电池累计渗透率（右） table_page 电气设备行业专题 12/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 另一方面，钒电池也存在明显的缺点： 1） 体积 、质量 庞大 ： 受制于电解液中离子溶解度上限，钒电池比能量密度低，且技 术难以突破。同样能量的钒电池体积可达锂电池的 3-5 倍，质量达 2-3 倍。因此，钒电池 仅能适用于静态储能系统，难以应用于电动汽车、电子产品等领域。 2）环境温度要求： 钒电池通常工作环境温度需保持在 0-45，温度过低会导致电解 液凝固，而温度过高则会导致溶液中的 V5+形成 V2O5 析出，从而堵塞电解液通道，导致 电池报废。 3）副产物处理要求高： 电解质的原料、正沉淀和由泄漏的正溶液的空气干燥形成的 薄层都具有相同的东西，即 V2O5，是一种高毒性的化学品。 4）高成本、高维护成本： 成本高昂，目前 5kW 钒电池仅材料成本可达 40 万以上； 正常使用情况下，每隔两个月就要由专业人士进行一次维护， 高频次的维护使其难以在用 户侧广泛应用。 表 5：储能电池技术路线及参数对比 技术参数 铅蓄电池 锂离子电池 液流电池 超级电容 铅炭电池 磷酸铁锂 三元 全钒液流 锌溴液流 超级电容 能量密度 (Wh/kg) 25-50 120-159 180-240 7-15 65 5-10 功率密度 (W/kg) 150-500 500-15000 1000-2000 10-50 100-500 1000-5000 能量转换效率 80-85% 88-92% 88-92% 70-75% 75-80% 0.9 服役年限（年） 5-10 8-12 8-12 15-20 15 15 启动时间 1s 1s ms 级 秒级 1s 1s 响应速度 10ms 10ms ms 级 ms 级 ms 级 ms 级 能量成本 (元 /kWh) 1100-1530 1600-2300 2300-2500 4500-5000 2500-3000 9500-13500 功率成本 (元 /Wh) 9600-12000 3200-5800 4000-5000 18000 12500-15000 400-500 度电成本 (元 /kWh) 0.5-0.7 0.6-0.8 1.0-1.5 0.8-1.3 0.7-1.0 - 技术成熟度 商用 商用 商用 示范 示范 示范 安全性 优 中 中 优 优 优 环保 中 中 中 良 良 良 资料来源： CESA、浙商证券研究所 1.3.3. 钒电池成本问题亟待解决 目前成本问题仍是钒电池大规模商业应用面临的最大挑战。 由于尚未规模化商用， 且受制于设备、产能以及高额的前期投入，目前钒电池成本约为锂电池的 2-3 倍。以当前 集装箱交付的价格（含电池包、温控系统、换流系统、消防系统、监控系统等），目前 钒 液流电池成本达 3-3.2 元 /Wh，对比目前储能锂离子电池成本约 1.2-1.5 元 /Wh，钒电池仍 面临巨大的价格压力。随着政策推进，钒电池形成规模化、集群化产业后，电池成本有望 进一步下降。 table_page 电气设备行业专题 13/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 12： 钒电池、锂电池成本均呈下降趋势 资料来源： our world in data、 ReportsnReports、 浙商证券研究所 7523 4804 5485 2198 655 450 271 181 4505 1916 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 锂电池成本 (USD/kW) 钒电池成本 (USD/kW) table_page 电气设备行业专题 14/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2. 钢铁 及 储能 应用大 扩张，钒金属 供需紧平衡 钒是一种银白色金属，在元素周期表中属 VB 族，是过渡金属。钒的熔点很高（ 1890）， 沸点 3380， 与铌、钽、钨、钼并称为难熔金属。密度 6.11g/cm3，有延展性，质坚硬， 无磁性。在空气中不易氧化，可溶于氢氟酸、 硝酸和王水。不易腐蚀，在碱、硫酸和盐酸 中也相当稳定。高温下，金属钒很容易与氧结合，依次氧化成棕黑色的三氧化二钒、深蓝 色的二氧化钒，并最终成为桔黄色的五氧化二钒。 钒常以钒铁、钒化合物和金属钒的形式广泛应用于冶金、宇航、化工和电池等行业。 自然界中，钒很少形成独立的矿物，主要赋存于钒钛磁铁矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和 粉砂岩中，此外还有大量的钒赋存于铝土矿和含碳物质中（如石油、煤）。 图 13： 钒有多种化合物形式 资料来源： 亚洲金属网， 浙商证券研究所 2.1. 资源储量 丰富，我国占比最高 钒元素蕴藏丰富但分散，很难独立成矿，均以伴生元素的形式产出。 钒在地壳中为第 17 种常见元素，在地壳中的含量为 0.020.03%，分布广泛；含钒矿物种类繁多，已发现 有近 70 种，自然界中极少呈单一矿物存在，常和金属矿如铁、钛、铀、钼、铜、铅、锌、 铝等矿共、伴生，或与碳质矿、磷矿共生。 最主要的矿床类型是钒钛磁铁矿。 目前发现的含钒矿物有 70 多种，但主要的矿物有 以下 3 种：钒钛磁铁矿（世界上除美国从钾钒铀矿中提钒外 ,其他主要产钒国家中都从钒 钛磁铁矿中提取钒）；钾钒铀矿（美国等地是这种矿物的主要产地 ）；石油伴生矿（这种矿 寄生在原油中，中美洲国家拥有大量的石油伴生矿 ,这种资源已日益显示出其重要性）。大 约钒产量中有 71%来自钒钛磁铁矿炼钢后得到的富钒矿渣， 18%直接来自钒钛磁铁矿，二 者合计达到 89%，其他的钒来自钒铀矿、含钒燃油灰渣、含钒石煤、废化学催化剂等等。 table_page 电气设备行业专题 15/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 14： 钒主要以伴生元素赋存于钒钛磁铁矿中 资料来源： USGS， 浙商证券研究所 图 15： 世界钒资源分布图 资料来源： USGS， 浙商证券 研究所 全球钒矿储量主要集中在中国、俄罗斯、南非，中国储量占全球的 43% 。 根据 USGS 数据，全球钒矿储量共计 2200 万吨（金属量，下同），其中中国储量 950万吨，占比达到 43%，俄罗斯和南非占比分别达到 23%和 16%。 产量方面，中国钒矿产量仍然占全球最高，达到 62% 。 2020年全球共生产矿产钒 8.6 万吨，中国生产矿产钒 5.3 万吨，占全球钒矿产量 62%，俄罗斯和南非分别生产钒 1.8 万 吨和 0.8 万吨。 table_page 电气设备行业专题 16/35 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 16：中国、俄罗斯和南非拥有全球 82%的钒储量 图 17：中国的钒矿产量占全球 62% 资料来源： USGS，浙商证券研究所 资料来源： USGS，浙商证券研究所 资源储量丰富，完全有能力保障需求的增长。 由于钒是一种小金属，需求量有限，仅 被用作合金的添加元素和化工原材料，用量较小；但其资源与铁、铜、钛、铅、锌、钼、 铝等金属共生，因此储量十分可观。我们用当年储量比上当年产量，得到静态的开采年限， 以此衡量资源的相对充足度。 2020 年全球钒静态开采年限达到 253 年，相比于其他金属 20-50 年的静态开采年限，钒的资源十分充足，其资源储量完全有能力保障需求的数量级 增长。 图 18： 钒的静态开采年限达到 253 年 资料来源： USGS， 浙商证券研究所 2.2. 国内政策影响，供应逐步收紧 绝大多数的钒供应来源于共伴生矿床。 根据 Roskill 数据， 2020年全球钒产量中共生 矿山开采贡献了全球产量的 72%，钒矿山贡献了 18%，其余 10%为含钒燃油灰渣、废化 学催化剂回收等领域。 中国 43% 俄罗斯 23% 南非 16% 其他 18% 2020年全球钒储量（万吨） 中国 62% 俄罗斯 21% 南非 9% 其他 8% 2020年全球钒矿产量（万吨） 10 100 1000 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016 20