钒电池安全可靠，长时储能下成本占优：全钒液流电池作为新型储能的一种，具有安全性高、循环寿命极长、环境友好、响应速度快、容量规模易调节等优点。长时储能场景下钒电池占地面积大、初始投资成本高的缺点能够得到较好弥补。根据我们测算，储能时长越长，初始投资成本越低，4小时储能项目下，行业平均水准可以做到3000元/kWh的初始投资成本和0.85元/kWh的度电成本，行业头部企业可以做到2650元/kWh的初始投资成本，在考虑回收残值情况下，其度电成本与磷酸铁锂电池成本接近。
　　产业链国产替代推动降本：产业链不成熟是钒电池成本较高的另一大原因，随着国内企业在电解液、质子交换膜、电极、双极板等关键环节不断推进国产替代，目前已形成了初步完整的全钒液流电池产业链，未来在政策支持下有望实现从1到10的腾飞，规模扩张下成本仍有降低空间。
　　钒资源自主可控，储能用钒打破平衡：钒是我国的优势资源，在储量、产量、消费三方面占比分别达36.54%/70%/57.6%，钒下游需求主要用于钢铁工业（91.4%），储能是钒的新需求，2021年占比约为2.44%，我们预计2025年钒电池占新型储能累计装机渗透率将从目前的2.44%提升至接近20%，五氧化二钒供需缺口达到1.72万吨。
　　投资建议：建议关注钒钛股份。
　　风险提示：政策变动风险；模型假设与实际不符风险；技术迭代风险；原材料价格上涨风险等。

研究报告全文：证券研究报告储能金属卓尔不钒行业投资评级强大于市维持李帅华魏欣中邮证券研究所新材料团队中邮证券2023年3月6日11投资要点钒电池安全可靠长时储能下成本占优全钒液流电池作为新型储能的一种具有安全性高循环寿命极长环境友好响应速度快容量规模易调节等优点长时储能场景下钒电池占地面积大初始投资成本高的缺点能够得到较好弥补根据我们测算储能时长越长初始投资成本越低4小时储能项目下行业平均水准可以做到3000元kWh的初始投资成本和085元kWh的度电成本行业头部企业可以做到2650元kWh的初始投资成本在考虑回收残值情况下其度电成本与磷酸铁锂电池成本接近产业链国产替代推动降本产业链不成熟是钒电池成本较高的另一大原因随着国内企业在电解液质子交换膜电极双极板等关键环节不断推进国产替代目前已形成了初步完整的全钒液流电池产业链未来在政策支持下有望实现从1到10的腾飞规模扩张下成本仍有降低空间钒资源自主可控储能用钒打破平衡钒是我国的优势资源在储量产量消费三方面占比分别达365470576钒下游需求主要用于钢铁工业914储能是钒的新需求2021年占比约为244我们预计2025年钒电池占新型储能累计装机渗透率将从目前的244提升至接近20五氧化二钒供需缺口达到172万吨投资建议建议关注钒钛股份风险提示政策变动风险模型假设与实际不符风险技术迭代风险原材料价格上涨风险等请参阅附注免责声明2一钒电池国内起步较早政策东风支持二优缺点安全有保证长时储能下成本占优目录三产业链关键环节推进国产替代四供需钒资源自主可控储能用钒打破平衡五钒价回顾与投资建议3一钒电池国内起步较早政策东风支持411钒电池介绍液流电池是一种新型的大规模高效电化学储能技术国际上液流电池的种类主要有全钒液流电池锌溴电池铁铬电池多硫化钠溴电池4种技术路线其中全钒液流电池目前成熟度最高商业化进程最快国内外参与其研究开发的机构与企业较多全钒氧化还原液流电池又称钒电池VanadiumRedoxBatteryVRB原理主要是通过钒离子价态变换实现电的储能和释放具体来看钒电池由两个电解液储液罐和中间的电堆构成工作时正负两极的电解液罐分别含有V4V5和V2V3的水溶液通过外接泵将电解液压入电池堆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离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氧化和还原反应实现对电池的充放电图表1储能技术分类图表2钒电池反应原理资料来源CNESA中邮证券研究所资料来源LESYSTEMCoLtd中邮证券研究所请参阅附注免责声明512钒电池发展历程全钒液流电池技术最早由澳大利亚新南威尔士大学图表3储能技术分类Skyllas-Kazacos在1985年提出随着清洁能源发展对技术成熟度高大规模高安全长时储能技术需求的急剧增加日本美国等签约了大量全钒液流电池示范项目加速推进了全钒液流储能示范项目的应用和推广我国在20世纪80年代末开始研究全钒液流电池技术1995年研制出500W1kW的样机拥有电解质溶液制备导电塑料成型等专利此后中国科学院大连化学物理研究所大连融科储能技术发展有限公司清华大学中科院沈阳金属所中南大学等机构开始从事全钒液流电池的研发工作攻克多项关键核心技术资料来源液流电池储能技术研究进展中邮证券研究所613政策东风加速钒电池发展钒电池作为新型储能的一种已经进入商业化初期图表4国家储能政策梳理2022年3月21日十四五新型储能发展实施方案发布提出到2025年新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段到2030年新型储能全面市场化发展其中液流电池被重点提及实施方案将百兆瓦级液流电池技术纳入十四五新型储能核心技术装备攻关重点方向之一2022年7月1日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钒电池已成为新型储能电站的重要力量资料来源国家发改委国家能源局Powerlab中邮证券研究所请参阅附注免责声明714钒电池项目情况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2022年5月大连液流电池国家100MW400MW示范项目接入大连电网2022年11月中核汇能1GWh全钒液流电池储能系统招标完成这是钒电池首个GWh级别项目图表52021年至今部分全钒液流电池项目情况资料来源北极星储能网中邮证券研究所请参阅附注免责声明8二优缺点安全有保证长时储能下成本占优921钒电池的优点钒电池具有安全性高循环寿命极长环境友好响应速度快容量规模易调节等优点安全性是储能技术需要首先考虑的因素据不完全统计过去几年全球储能领域共发生70起储能安全事故2022年1-10月全球就已经发生了17起以上的储能着火事故其中三元电池磷酸铁锂电池均有涉及钒电池本征安全理论上不存在着火爆炸危险钒电池的电解液为钒离子的稀硫酸水溶液电池中的化学反应在溶液中进行固体电极只是负责电流的传导受到各种副反应的影响较少理论上只要控制好充放电截止电压保持电池系统存放空间通风良好即可保证安全不存在着火爆炸的危险此外隔膜即使出现破损电解液混合后也不会导致电堆完全损坏使用寿命长几乎无衰减影响电池使用寿命的一个重要因素是电池的深度充放电当电池中的活性物质被反应完全时继续充电或放电便很容易产生副产物从而使电池容量减小由于全钒液流电池是通过电解液中钒离子价态的变化实现电能的存储和释放没有电极固体中复杂的副反应即使常年运行由于微量的副反应和正负极电解液微量互串的累计造成容量衰减也可以通过在线或离线再生反复循环利用因此钒电池项目通常可以运营15-20年全生命周期环境友好易回收利用钒电池的电堆和系统主要是由碳材料塑料和金属材料组装而成当全钒液流电池系统废弃时金属材料可以循环利用碳材料塑料可以作为燃料加以利用电解液方面由于全钒液流电池的充放电主要是钒离子的价态变化因此其充放电几乎不产生杂质也不产生环境污染物回收处理的难度低环境非常友好响应速度快充电便捷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002秒响应速度为1毫秒另外可以通过直接更换电解液实现钒电池的瞬间充电请参阅附注免责声明1021钒电池的优点输出功率和储能容量相互独立模块化程度高配置灵活钒电池储能系统的输出功率由电堆的大小和数量决定而储能容量由电解液的体积决定如果需要增加输出功率只要增大电堆的电极面积和电堆数量即可实现如需增加储能容量只要增加电解液的体积即可实现以融科储能200MW800MWh国家示范储能电站的一期工程为例单体电堆的额定输出功率是315kW有8个这样的单体电堆组成了一套可实现单独充放电控制的500kW2MWh储能模块由50套储能模块构建1套具有就地监控系统的25MW100MWh储能单元最后再由4套储能单元构建出100MW400MWh全钒液流电池储能系统图表6全钒液流电池储能系统的输出功率和储能容量可独立设计图表7国家储能示范电站模块化结构示意图资料来源全钒液流电池的技术进展不同储能时长系统的价格分析及展望张华民中邮证券研究所请参阅附注免责声明1122钒电池的缺点钒电池主要缺点体现为能量密度低全钒液流电池能量密度一般为15-图表8多元电化学储能电站成本占比50Whkg同铅酸电池相当低于锂离子电池因此实际占地较大以100兆瓦400兆瓦时的钒电池的大型储能项目来说用同样的场地如果换做锂电池大概可以达到800-1000兆瓦时工作环境相对局限钒电池通常需要在0-45的环境下工作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成本是制约全钒液流电池发展的核心问题目前钒电池的系统投资成本约为资料来源规模化多元电化学储能度电成本及其经济性分析刘阳等3000-4000元kWh锂离子电池约为1500-2000元kWh结合中核汇能招中邮证券研究所标价全钒液流电池储能系统平均单价约31元Wh中标价为265元Wh磷酸铁锂储能的平均单价是144元Wh钒电池的投资成本约是磷酸铁锂的2倍左右请参阅附注免责声明1223不同储能技术对比图表9不同储能技术对比资料来源2021年储能白皮书规模化多元电化学储能度电成本及其经济性分析中邮证券研究所整理请参阅附注免责声明1324钒电池适用于长时储能领域可再生能源占比提升需长时储能配套发展长时储能通常是指大于4小时图表10可再生能源占比提高要求储能时长提升可以实现数天数月充放电循环的储能系统由于太阳能风能等可再生能源发电具有不稳定不连续不可控等特点大规模并网会给电网安全稳定运行带来冲击因此也造成了大量的弃风弃光现象发展配套储能电池系统并实现电能并网是目前新能源发电利用的重要问题根据相关文献风能太阳能发电量占比50-80时10小时以内的长时储能将不可或缺4小时以上长时储能已成为真实刚需根据相关经验新能源占比达到15-20之后4小时以上的长时储能需求成为刚需内蒙古发布关于加快推资料来源Long-DurationElectricityStorageApplicationsEconomics动新型储能发展的实施意见提出新建市场化并网新能源项目配建储能andTechnologies中邮证券研究所规模原则上不低于新能源项目装机容量的15储能时长4小时以上科技部下发的十四五国家重点研发计划储能与智能电网技术重点专项2022年度项目申报指南中也提出储能技术时长持续4个小时以上将作为一项重要的考核指标进行验收在美国加州等光伏占比要求较高的地区已开始使用6-8小时的储能进行调峰请参阅附注免责声明1424钒电池适用于长时储能领域锂离子电池钠电池在长时储能场景下存在缺陷更适用于4h以下储能图表11已开发的各种储能技术及其适用范围成本方面磷酸铁锂电池提供功率与贮存能量的装置绑定在一起提升容量的情况下电池成本等比例增加技术方面锂离子和钠电池均采用涂布电极很难储能时长十小时以上安全性方面增加电池容量将伴随电芯的加厚安全隐患更大寿命方面锂电池通常可以用14年左右钠离子电池寿命更短且使用后期都面临容量衰减储能电站通常寿命都是在20年以上抽水蓄能压缩空气储能对地理条件有一定要求从目前的已开发的各种储资料来源国际储能网中邮证券研究所能技术来看抽水蓄能压缩空气液流电池是主流应用前两者在地理条图表12钒电池生命周期内无效率衰减件上有较多要求需要靠近河流或岩石洞穴等综合来看钒电池循环寿命长通常可以运行20年以上容量无衰减安全性高散热性好且储能电站一般位于空旷地区占地面积大的缺陷得到弥补因此有望在长时储能领域首先爆发与锂离子电池抽水蓄能等储能形式形成互补资料来源融科储能中邮证券研究所请参阅附注免责声明1525储能时长越长初始投资成本越低钒电池面临的成本困境随着长时储能规模扩张能够得到缓解储能时长越长钒电池储能系统初始投资成本越低假设电解液图表13不同储能时长钒电池初始投资成本元kWh价格约为1500元kWh储能时长为1h的储能系统价格约为6000元kWh随着储能时长变长储能系统成本被分摊初始投资成本为3630元kWh参考行业内招标信息头部企业如大连融科265元Wh平均报价为31元Wh钒电池回收利用残值高可以半永久使用由于钒电池电解液可在线或离线再生循环使用自身不会降解回收利用率较高残值可达70以上除电解液可循环利用外电堆的电极和双极板碳材料及电极框塑料可作为燃料使用燃烧后只产生CO2和H2O集流板为铜板端板为铝合金板或铸铁板紧固螺杆为钢材料电池系统报废后很容易回收循环利用资料来源全钒液流电池的技术进展不同储能时长系统的价格分析及展望张华民中邮证券研究所请参阅附注免责声明1626全生命周期下钒电池度电成本占优图表14不同情境下度电成本测算元kWh由于钒电池电解液理论回收残值较高对考虑残值及不考虑残值两种情形进行测算假设钒电池初始投资成本为3000元kWh储能时长为4h不考虑回收残值情况下钒电池初始投资成本及度电成本较高不考虑回收残值情况下全钒液流电池度电成本约为085元kWh考虑回收残值情况下度电成本有所降低行业头部企业可以做到与磷酸铁锂电池接近的度电成本考虑回收残值情况下全钒液流电池全生命周期度电成本约为081元kWh行业头部企业可以做到与磷酸铁锂电池接近的度电成本071元kWh主要原因是全钒液流电池拥有更长的运营年限较高的充放电深度和回收成本以及更低的衰减率资料来源储能技术全生命周期度电成本分析文军等中邮证券研究所计算请参阅附注免责声明17三产业链关键环节推进国产替代1831国产替代有望推动降本全钒液流电池系统由电堆电解质溶液储供子系统电池管理子系统等组成系统相对复杂电解液和电堆是钒电池的核心环节从成本占比看电解液占比约41电堆占比约37二者是钒电池的主要成本来源产业链不成熟供给配套不完善关键环节如离子交换膜等依赖进口产品是钒电池成本较高的原因之一国产替代有望推动降本从近期产业链跟踪来看国内钒电池产业链建设正在加速推进产品性能追赶进口产品随着装机规模不断扩张和政策大力支持关键环节国产替代将推动钒电池进一步降本图表15全钒液流电池产业链图表16钒电池成本占比资料来源powerlab中邮证券研究所请参阅附注免责声明1932电解液提高利用率创新商业模式推动降本电解液是钒电池最大的成本来源主要降本路径为提高实际利用率和创新商业模式电解液利用率有待提升电解液的体积和浓度决定了全钒液流电池储能系统能够储存的最大能量电解液中五氧化二钒占成本的23以上理论上储存1kWh的电能需要56kg五氧化二钒但目前电解液的实际利用率仅能做到70五氧化二钒用量约为8kg电解液利用率的提升将减少五氧化二钒用量进而降低投资成本商业模式创新由于电解液本身寿命较长衰减少通过金融租赁等商业模式可以降低初期投资成本目前业界正在逐步试点该模式工业制备电解液多采用电解法壁垒较高电解液制备主要采用化学还原法和电解法工业上多采用电解法便于大规模生产但也存在速率慢设备要求高耗能高成本高等缺点由于过程中需要考虑电解质配比温度添加剂等多种元素才可实现高效率生产高性能钒电解液行业壁垒较高目前国内能够批量生产电解液的企业只有大连融科和河钢股份等少数几家企业图表17电解液制造工艺资料来源全钒氧化还原液流电池电解液王刚等中邮证券研究所请参阅附注免责声明20