当新能源装机规模持续攀升,电网对"长时间存电、长时间放电"的需求日益迫切。锂电池擅长短时高频调频,但在4小时以上的长时储能场景中,其安全性与全生命周期成本逐渐暴露短板。

这时,一种"卓而不凡"的技术路线走进了公众视野——全钒液流电池

政策东风:三元锂被禁,钒电池迎来窗口期

一个关键信号正在改变储能市场的技术格局。

国家能源局在《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)》中明确提出: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。

这条被业内称为"储能安全红线"的规定,直接抬高了电化学储能的安全门槛。而对于以水为溶剂、本质安全的全钒液流电池而言,这无异于一份"政策通行证"。

与此同时,顶层设计也在为钒电池铺路。《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出推动锂离子电池等成熟技术成本下降的同时,明确将钒电池等液流电池长时储能技术纳入商业化发展轨道;《"十四五"新型储能发展实施方案》进一步将百兆瓦级液流电池技术列为核心技术装备攻关重点方向。

政策端的多重加码,正在将钒电池从"技术储备"推向"商业前台"。

大连示范项目:全球最大全钒液流电池电站即将投运

6月15日,一个标志性项目传来最新进展。

作为国家能源局批准建设的首个国家级大型化学储能示范项目,大连液流电池储能调峰电站正在进行最后的电池单体调试和系统调试,即将正式投入商业运行。

这个项目由大连市热电集团(占股75%)和大连融科储能技术发展有限公司(占股25%)共同出资建设,总规模200MW/800MWh,总投资约38亿元,分两期建设。项目建成后将成为全球规模最大的全钒液流电池储能电站

值得注意的是,该电站采用的是国内自主研发、具有自主知识产权的全钒液流电池储能技术。二期工程计划于当年下半年启动,标志着钒电池技术的规模化应用正式驶入快车道。

钒电池的"五张王牌"

作为液流电池中发展时间最长、技术最成熟、商业化程度最高的一种,全钒液流电池凭什么被寄予厚望?

第一张牌:安全。 储能电站最常发生的事故类型是热失控和爆炸,而钒电池的电解质离子存在于水溶液中,即使过充也不会发生热失控、过热、燃烧和爆炸。在低温或极高温环境下,其安全性远超锂电池和铅酸电池。

第二张牌:寿命。 钒离子作为活性物质,仅改变其在电解液中的价态,不与电极材料发生反应,也不产生其他物质。这意味着电池容量损耗极小,循环次数可超过10000次甚至20000次,使用寿命往往超过十年。

第三张牌:成本潜力。 我国钒资源储量丰富,钒产量及储量均居全球第一,截至2021年中国钒矿产量在全球占比达66%,资源可完全自给。五氧化二钒价格稳定在10至15万元每吨,对比碳酸锂50万元每吨的价格有明显优势。除离子膜外,钒电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料,材料来源丰富且易回收。

第四张牌:环保。 电解液占钒电池总成本约40%,寿命到期后仍可应用到新电池系统中或作为钒资源提纯回收。电池系统报废后,其他金属材料和碳材料也可有效利用而不污染环境。

第五张牌:适合中长时储能。 储能时长越长,钒电池的单位造价就越低。在4至12小时的长时储能场景(如配套风电、光伏)中,钒电池的优势最为突出。

短板同样明显:贵、大、轻

然而,任何技术都不可能完美。钒电池面前横着三座大山。

第一座:初始投资成本高。 钒电池目前的初始投资成本大约是锂电池的2倍以上,这成为制约其大规模推广的最大痛点。虽然从全生命周期来看,由于电解液可循环利用,钒电池储能成本可能低于锂电池,但"前期投入太大"的现实让许多项目方望而却步。

第二座:体积大。 电解液和电堆分离设计导致占地面积大。如果要存一样的电,钒电池的体积一般要比锂电池大5倍以上。

第三座:能量密度和转换效率低。 钒电池的能量密度仅为12至40Wh/kg,比铅酸电池还低。由于需要用泵维持电解液流动,能量转化效率目前为70%至75%,大幅低于锂电池的90%。

综合来看,钒电池因能量密度低导致重量和体积较大,目前更适用于大型固定储能场景,短期内难以撼动锂电池在移动储能和电动汽车领域的地位。

产业链加速布局:从矿端到电堆

尽管短板明显,但钒电池的"后备军"地位已吸引众多企业入局。

资源端,龙佰集团依托攀枝花钒钛磁铁矿(中国最大钒钛磁铁矿)布局钒材料产业化,拟投资25亿元建设年产3万吨五氧化二钒项目;中核钛白与伟力得合资推进钒矿资源开发和电解液制造;攀钢钒钛作为世界主要钒制品供应商,已完成对西昌钒制品的收购,五氧化二钒产能提升至4万吨/年。

电堆与系统集成端,大连融科已建立300MW/年全钒液流电池储能产业化装备基地,承建全球最大100MW/400MWh级储能电站;北京普能作为国内钒电池龙头,在全球已安装和开发项目容量达500兆瓦时;上海电气已推出兆瓦级全钒液流电池系统,手握3GW订单;河钢股份建成全钒液流电池储能示范项目,并谋划分三期建设5万立/年电解液产线。

垂直整合方向,山西国润储能专注于钒电池技术研发和生产,产品覆盖新能源发电、智能电网、通信基站等领域。

市场前景:从导入期到规模化的关键跃迁

研究机构发布的白皮书给出了乐观预期:2022年国内大量钒电池储能项目开工建设,全年新增装机量预计达0.6GW;到2025年新增规模将达到2.3GW,到2030年新增规模将达到4.5GW,累计装机量将达到24GW,新增市场规模将达到405亿元。

但现实是,现阶段钒电池在新型储能中的渗透率仅为0.9%,产业仍处于导入期。如果钒资源后续开发力度不及预期,可能带动钒价上涨,进而推高电解液成本。此外,离子交换膜的国产化替代进程、电堆材料的降本空间,都是决定钒电池能否真正"破局"的关键变量。