钒液流电池中电堆与电解液是核心组成部分。钒液流电池主要由功率单元（电堆）、能量单元（电解液等）、电解液输送系统、电池管理系统、储能逆变器等组成。钒液流电池工作原理为使用外接泵推动电解液在电堆内流动并发生电化学反应，而后将溶液中的化学能转化为电能。钒液流电池的功率单元与能量单元相互独立，电堆数量和大小影响了钒电池功率，电解液的体积和浓度决定了钒电池的储能容量。
　　钒液流电池安全性高、寿命长、建设灵活性高，是长时储能的有效方式。长时储能一般是指可以持续充放电4小时以上的储能技术，包括抽水蓄能、压缩空气储能、重力储能、液流电池储能等。钒液流电池优势在于：1）与锂电池相比，钒电池具有高安全和稳定性，满足储能电站对安全性的要求；2）与抽水蓄能、压缩空气储能等长时储能技术相比，钒液流电池不受地理和地质条件约束、选址灵活，且项目建设周期短、对环境影响相对较小，在长时储能领域前景广阔。目前面临的发展障碍为初始投资成本高、能量密度低、工作温区窄、下游应用市场处于早期阶段。未来伴随技术进步，通过优化电解液配方、改进电堆材料等方式，钒液流电池电化学性能有望进一步改善；同时伴随规模化发展，经济性有望得到提升。
　　政策持续加码，钒液流电池产业化加速推进。截止到2022年底全球液流电池（以钒液流电池为主）累计装机规模为274.2MW，在全球新型储能中占比0.6%。其中中国液流电池累计装机为157.2MW，在国内新型储能中占比1.2%；产业化依旧处于早期阶段。而由于钒电池在长时储能领域的广阔应用潜力，各国政府纷纷出台政策进行积极支持，如中国从总体规划、实施细节、安全规范等多方面积极推出细则，加快钒电池产业化进程。我们预计2023年全球液流电池新增装机有望达到1.7GWh，2026年全球液流电池新增装机量有望达到19.6GWh，2023-2026年均复合增速达到125%。
　　钒液流电池产业链企业加快产品与产能布局。在钒资源端，中国拥有全球最多的钒资源储量、也是全球最大的金属钒生产国，有利于钒电池的推广。在材料端，离子膜由于专利和技术壁垒高多还依赖于进口，电解液、电极、双极板等材料则实现国产化。在电堆制造与系统集成环节，融科储能、上海电气、北京普能、星辰新能等企业在高功率电堆及系统上布局领先，并且纷纷进行百兆瓦到吉瓦级产能扩张，加速产业化进程。
　　风险提示：1）钒液流电池产业化进度不及预期；2）储能需求不及预期；3）政策支持力度不及预期；4）行业竞争加剧。
　　投资建议：看好钒液流电池作为长时储能的有效技术手段，从而实现行业快速增长。建议关注在钒资源、国产化离子膜、高性能电极材料、高效率电解液、大功率电堆及系统等领域布局领先的企业
　　

研究报告全文：证券研究报告2023年07月25日储能行业专题研究系列四钒液流电池超配兼具安全与灵活的长时储能技术未来前景可期核心观点行业研究行业专题钒液流电池中电堆与电解液是核心组成部分钒液流电池主要由功率单元电力设备电堆能量单元电解液等电解液输送系统电池管理系统储能超配维持评级逆变器等组成钒液流电池工作原理为使用外接泵推动电解液在电堆内流动证券分析师王蔚祺证券分析师陈抒扬并发生电化学反应而后将溶液中的化学能转化为电能钒液流电池的功率010-880053130755-81982965单元与能量单元相互独立电堆数量和大小影响了钒电池功率电解液的体wangweiqi2guosencomcnchenshuyangguosencomcnS0980520080003S0980523010001积和浓度决定了钒电池的储能容量联系人李全钒液流电池安全性高寿命长建设灵活性高是长时储能的有效方式长021-60375434liquan2guosencomcn时储能一般是指可以持续充放电4小时以上的储能技术包括抽水蓄能压缩空气储能重力储能液流电池储能等钒液流电池优势在于1与锂市场走势电池相比钒电池具有高安全和稳定性满足储能电站对安全性的要求2与抽水蓄能压缩空气储能等长时储能技术相比钒液流电池不受地理和地质条件约束选址灵活且项目建设周期短对环境影响相对较小在长时储能领域前景广阔目前面临的发展障碍为初始投资成本高能量密度低工作温区窄下游应用市场处于早期阶段未来伴随技术进步通过优化电解液配方改进电堆材料等方式钒液流电池电化学性能有望进一步改善同时伴随规模化发展经济性有望得到提升政策持续加码钒液流电池产业化加速推进截止到2022年底全球液流电池以钒液流电池为主累计装机规模为2742MW在全球新型储能中占比资料来源Wind国信证券经济研究所整理06其中中国液流电池累计装机为1572MW在国内新型储能中占比12相关研究报告产业化依旧处于早期阶段而由于钒电池在长时储能领域的广阔应用潜力新型电力系统专题研究系列之充电桩-直流桩需求持续提升国内企业加速出海2023-07-23各国政府纷纷出台政策进行积极支持如中国从总体规划实施细节安全储能产业链周评7月第3周储能公司陆续发布半年报上海发布交通领域氢能方案2023-07-23规范等多方面积极推出细则加快钒电池产业化进程我们预计2023年全风电电网产业链周评7月第4周-电网建设环比提速硅球液流电池新增装机有望达到17GWh2026年全球液流电池新增装机量有钢价格继续下行2023-07-23光伏产业链周评7月第4周-硅料硅片价格探涨银浆价望达到196GWh2023-2026年均复合增速达到125格上行2023-07-23光伏产业链周评7月第3周-硅片电池片价格小幅反弹钒液流电池产业链企业加快产品与产能布局在钒资源端中国拥有全球石英坩埚价格探涨2023-07-16最多的钒资源储量也是全球最大的金属钒生产国有利于钒电池的推广在材料端离子膜由于专利和技术壁垒高多还依赖于进口电解液电极双极板等材料则实现国产化在电堆制造与系统集成环节融科储能上海电气北京普能星辰新能等企业在高功率电堆及系统上布局领先并且纷纷进行百兆瓦到吉瓦级产能扩张加速产业化进程风险提示1钒液流电池产业化进度不及预期2储能需求不及预期3政策支持力度不及预期4行业竞争加剧投资建议看好钒液流电池作为长时储能的有效技术手段从而实现行业快速增长建议关注在钒资源国产化离子膜高性能电极材料高效率电解液大功率电堆及系统等领域布局领先的企业请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告内容目录储能市场高速增长新型储能蓬勃发展5新型储能方式介绍5政策经济性双轮驱动储能迎来爆发式增长5钒电池兼具灵活与安全是储能的可靠手段10钒电池基本结构与特性10钒电池高安全长寿命灵活性高是长时储能的有效方式12政策持续加码钒电池产业化进程加速142026年液流电池新增装机量有望达到196GWh15产业链电堆与电解液是核心组成部分17钒资源国内储量丰富钒产能充足17离子膜国产替代正当时19电极碳素类材料为主流路线国内企业配套能力强21双极板电堆重要结构件22电堆钒电池核心功率单元23电解液核心能源单元残值高回收价值大24钒电池产业链企业梳理27请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容2证券研究报告图表目录图1储能技术分类5图2全球新型储能累计装机规模GW6图3全球新型储能新增装机规模GW6图42022年底全球储能市场累计装机规模GW6图52023年7月全国各地代理电价峰谷价差元kWh8图62022年全球户用储能新增装机分布情况8图7德国电价指数KWK-PreisEURMWh9图8美国主要州际交易所电力加权平均价格USDMWh9图9全钒液流电池结构示意图10图10钒电池发展历程10图11全球液流电池累计装机规模MW11图12国内液流电池累计装机规模MW11图13钒电池电堆结构图11图141MW4MWh钒电池系统成本构成12图15钒液流电池储能系统输出功率与储能容量可以独立设计13图16不同储能时长下全钒液流电池储能系统价格元Wh14图17钒电池产业链示意图17图182022年全球钒资源储量分布折金属钒万吨17图192022年全球钒资源产量分布折金属钒万吨17图20国内金属钒主要生产方式18图212021年各家企业金属钒产能折五氧化二钒万吨18图222021年全球钒资源的消费结构18图232022年全球钒资源的消费结构18图24五氧化二钒售价万元吨19图25液流电池电堆结构图23图26大连200MW800MWh储能示范电站模块化结构示意图23请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容3证券研究报告表1储能电池细分应用领域介绍6表2部分省份强制配储政策7表3全球新型储能市场装机情况GWh9表4钒电池系统主要组成结构及各组分的功能11表5几种电化学储能技术对比12表6三种长时储能技术的特性对比13表7国内外钒液流电池相关政策14表82023年初以来钒液流储能项目签约情况截至2023年7月21日15表9全球液流电池新增装机规模预测16表10不同五氧化二钒价格对应的电解液成本测算19表11离子膜的性能要求19表12钒电池离子膜的分类20表13国内外部分企业全氟磺酸膜性能对比20表14国内部分全氟磺酸膜生产企业情况21表15不同钒电池电极材料对比21表16部分国内电极材料生产企业情况22表17双极板材料对比22表18部分国内企业双极板布局情况23表19部分国内企业钒电池电堆布局情况24表20不同支撑电解质的钒电池性能对比25表21不同储能时长钒电池实际投资成本情况25表22部分钒电池电解液企业情况26表23钒电池产业链部分公司情况梳理27请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容4证券研究报告储能市场高速增长新型储能蓬勃发展新型储能方式介绍新型储能具有选址灵活响应快速等优势按照存储介质的不同储能技术可划分为电储能热储能化学储能等新型储能则是指除抽水蓄能以外的储能技术主要包括锂电池储能压缩空气储能飞轮储能液流电池氢氨储能等相对于抽水蓄能新型储能具有建设周期短选址灵活响应快速调节能力强等优势能够为电力系统提供多时间尺度全过程的调控能力图1储能技术分类资料来源派能科技招股说明书谢小荣等新型电力系统中储能应用功能的综述与展望J中国电机工程学报2023国信证券经济研究所整理政策经济性双轮驱动储能迎来爆发式增长全球新型储能市场规模持续增长新型储能近年来呈现高速发展态势根据CNESA数据2022年全球新型储能累计装机量达到458GW同比增长超80新增新型储能装机量为204GW同比增长超99截止2022年末全球新型储能项目中94为锂离子电池储能项目06为液流电池储能项目根据应用场景不同储能可以分为电源侧储能电网侧储能用户侧储能等根据CESA数据2021年全球电化学储能中电源侧电源侧辅助服务电网侧分布式及微网用户侧等场景装机规模占比分别为3093212664262请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容5证券研究报告图2全球新型储能累计装机规模GW图3全球新型储能新增装机规模GW资料来源CNESA国信证券经济研究所整理资料来源CESA国信证券经济研究所整理图42022年底全球储能市场累计装机规模GW资料来源CNESA国信证券经济研究所整理注钠系电池主要为钠硫电池表1储能电池细分应用领域介绍领域系统带电量作用主流电池产品发电电网侧MWh以上调峰调频可再生能源并网辅助动电源侧独立储能MWh以上100200280Ah态运行等工商业储能02-10MWh电网侧100KWh以下紧急备电2050Ah100Ah用户侧05-20KWh峰谷价差套利电力自发自用等50100Ah资料来源高工锂电国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容6证券研究报告表前储能电源侧储能含辅助服务电网侧储能政策引领行业快速发展中国强制配储政策刺激表前储能市场发展商业模式演变优化储能经济性根据CNESA数据2022年国内电化学储能新增装机规模为73GW159GWh同比200280其中新增表前储能装机占比超92储能配置优化新能源发电灵活性强制配储政策加快国内表前储能发展从电源侧来看配置储能能够有效减少废光废风率平滑输出功率曲线提高新能源项目经济效益从电网侧来看储能产品能够有效参与电力市场辅助服务包括调频调峰无功调节等2021年以来国家在储能政策上持续加码2021年8月发改委能源局发布关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知鼓励发电企业自建储能或调峰能力增加并网规模超过电网企业保障性并网以外的规模初期按照功率15的挂钩比例时长4小时以上配建调峰能力按照20以上挂钩比例进行配建的优先并网国家强制配储政策正式推出随后各地方政府分别推出相应配储政策国内表前储能市场进入快速发展期表2部分省份强制配储政策省份强制配储要求主要内容陕西10202h新增集中式光伏发电项目陕北关中地区和延安市按照10配储榆林市按照20配储I类区新能源项目配储比例10时长为2h类区配储比例15时长为2h类区配储比例河南102020时长为2h山东102h风电光伏项目配102h储能贵州102021年新增光伏项目在消纳受限区域需配10储能宁夏102h新能源项目储能配置比例不低于10连续储能时长2小时以上福建102021年提出要优先落地一批30万千瓦集中光伏试点项目储能配置比例不低于10广西15202h光伏配储比例15时长为2h风电配储比例20时长为2h冀北电网区城围场丰宁两县坝上地区所有风电光伏发电项目按照204小时其他区域按河北10204h照154小时配置储能装置河北南网区域所有光伏发电项目按照104小时配置储能装置或202小时配置储能装置安徽101h储能电站配置比例不低于10连续储能时长1小时内蒙古154h新增负荷所配置的新能源项目配建储能比例不低于新能源配置规模的154小时甘肃52h河西5市配置10以上2h储能其他地区配置5以上2h配套储能设施海南10每个申报光伏平价上网项目规模不得超过10万千瓦且需配套建设10的储能装置青海102h新建新能源项目储能容量原则上不低于新能源项目装机量的10储能时长2小时以上2021年新增光伏发电竞争优选的的项目可自愿选择光储一体化的建设模式配置储能标准不江西101h低于光伏电站装机规模的10容量1小时储能电站原则上不晚于光伏电站同步建成天津1020单体超过50MW项目光伏配储10风电储能15光伏项目配储52h风电项目配储152h新增项目配建储能电站应与主体工程同步投产使湖南102h用存量项目指2021年前取得指标的项目应于2022年底前落实配建储能容量资料来源各省发改委能源局官网北极星储能网国信证券经济研究所整理商业模式优化增益储能项目经济性在强配政策背景下各地方政府纷纷提出政策补贴优化储能项目经济性同时共享储能等商业模式的提出通过服务多个发电项目的模式减少新能源项目初始建设资本开支提高资源利用效率优化配储经济性美国补贴激励行业发展根据CNESA数据2022年美国新型储能新增装机规模达到近49GW同比39其中表前储能装机占比超90联邦政策和地方政策对行业发展具有积极影响2022年8月美国正式发布IRA法案针对储能提出延长ITC税收抵免有效时间且放宽抵免要求1抵免有效期延长此前版本2022年抵免比例开始滑坡现行版本2033年之后再滑坡2抵免力度增加税收抵请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容7证券研究报告免由基础抵免额外抵免构成其中基础抵免额度由过去最高的26提升至30结合额外抵免后最高可抵免税收的703独立储能纳入ITC补贴范围用户侧储能刚需电价高企助推发展国内峰谷价差拉动工商业储能发展据中关村储能产业技术联盟统计2023年7月全国各地代理电价峰谷价差均值为076元KWh高于2022全年价差070kWh与2023年6月价差相比略有上涨已有18个地区峰谷价差达到工商业储能实现经济性的门槛价差070元kWh随着部分区域的尖峰电价机制建立给工商业储能带来了更大应用空间图52023年7月全国各地代理电价峰谷价差元kWh资料来源中关村储能产业技术联盟国信证券经济研究所整理户储市场高速增长美国欧洲引领发展根据EVTank数据2022年全球户用储能新增装机量为156GWh同比136其中欧洲占比高达36以上图62022年全球户用储能新增装机分布情况资料来源EVTank国信证券经济研究所整理电价偏高用电稳定性推动户储市场发展1灾害频发下用电稳定性需求推动户储发展美国的电力设施相对老旧且各州电网相对独立相互之间难以调度协同在飓风暴风雪等自然灾害频发影响下居民会遇到用电中断等问题户储能够有效保障居民用电的稳定性2居民用电偏高户储经济性明显近年来通货膨请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容8证券研究报告胀影响下能源价格持续居高不下海外居民电价高上网电价低政策给予税收优惠及资金补贴下户储具有较高经济性图7德国电价指数KWK-PreisEURMWh图8美国主要州际交易所电力加权平均价格USDMWh资料来源EIA国信证券经济研究所整理资料来源EEX国信证券经济研究所整理我们预计2023年全球新型储能装机有望达到133GWh2026年全球新型储能新增装机量有望达到810GWh2023-2026年均复合增速达到82分地区来看2026年美国欧洲中国新增装机量分别为197185310GWh分应用场景来看表前储能工商业储能户用储能2026年新增装机分别为54875187GWh表3全球新型储能市场装机情况GWh202120222023E2024E2025E2026E表前储能9103271120169户用储能125101621美国工商业储能001357小计11123884141197YOY162111206939表前储能3410224259户用储能26153669104欧洲工商业储能11481522小计5102867126185YOY1001711378947工商业储能025112131表前储能41441103186279中国小计51646115207310YOY2241891508050户用储能2410234362其他地区日本工商业储能01261015韩国澳大利亚表前储能1110183242等小计35214785119YOY1142941208040户用储能5112970128187工商业储能2412285075全球表前储能172993215381548合计2344133312559810YOY932041347945资料来源WoodMackenzieACPDelta-EEEASESPECNESAGGII国信证券经济研究所整理与预测请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容9证券研究报告钒电池兼具灵活与安全是储能的可靠手段钒电池基本结构与特性全钒液流电池简称钒电池是以钒为活性物质呈循环流动液态的电池钒电池工作原理为使用外接泵把电解液压入电堆体内在机械动力作用下电解液在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动流过电极表面并发生电化学反应随后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图9全钒液流电池结构示意图资料来源融科储能官网国信证券经济研究所整理钒电池最早由APellegri等人于1978年提出1988年开启工程化发展目前日本中国澳大利亚加拿大美国等处于全球技术第一梯队当前下游需求未打开钒电池装机规模较小截至2022年底全球液流电池以钒液流电池为主累计装机规模为2742MW在全球新型储能中占比06其中中国液流电池累计装机为1572MW在国内新型储能中占比12图10钒电池发展历程资料来源张华民液流电池技术化学工业出版社20151国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容10证券研究报告图11全球液流电池累计装机规模MW图12国内液流电池累计装机规模MW资料来源CNESA国信证券经济研究所整理资料来源CNESA国信证券经济研究所整理钒电池系统主要由功率单元能量单元电解液输送系统电池管理系统储能逆变器等组成其中功率单元和能量单元是核心构件功率单元-电堆主要由离子膜电极密封垫电极框双极板等构成电堆是系统的重要部件是发生电化学反应的主要场所其数量和大小影响了钒电池功率能量单元-电解液是不同价态的钒离子水溶液正极为45价负极为23价其分别存储在正负极储液罐中电解液的体积和浓度决定了钒电池的储能容量表4钒电池系统主要组成结构及各组分的功能组成主要部件功能电堆包括电极离子膜电极框密封垫双极板功率单元发生电化学反应的主要场所决定了电池的功率大小集流板导流板紧固件端板等能量单元电解液储液罐存储反应所需的活性物质钒离子决定了电池的储能容量系统运行时负责将电解液从储液罐输送到电堆反应后再使电解液输送系统循环泵管路阀门等电解液从电堆回流至储液罐中传感器监测温度压力电压电流漏液等电实现各电堆设备仪表储能标准单元运行状态参数的监测电池管理系统动阀门单向阀门电力开关分布式控制及联锁保护保证系统正常运行电子元器件IGBT电容电感电抗等机柜机储能逆变器将系统储存的直流电转换为交流电箱资料来源姜鹏等电解液输送系统对全钒液流电池储能系统性能影响电源技术2023张华民液流电池技术化学工业出版社20151国信证券经济研究所整理图13钒电池电堆结构图资料来源张华民全钒液流电池技术最新研究进展储能科学与技术2013国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容11证券研究报告钒电池中电解液与电堆的成本占比较高电解液一次成本占总成本的35其中五氧化二钒占电解液成本60左右V2O5按13万元吨计算电堆成本占总成本的35而电堆成本中55来自于离子传导膜其他装置如管路与控制系统循环泵等占总成本的30图141MW4MWh钒电池系统成本构成资料来源张华民等全钒液流电池技术最新研究进展储能科学与技术2013张华民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储能科学与技术2022国信证券经济研究所整理钒电池高安全长寿命灵活性高是长时储能的有效方式钒电池安全稳定契合储能电站对安全性的高要求据CNESA不完全统计2022年全球共发生了18起储能安全事故百兆瓦级的事故项目数明显多于往年2022年国家能源局在防止电力生产事故的二十五项重点要求2022年版征求意见稿中提出中大型电化学储能电站禁用三元锂电池和钠硫电池对储能电站安全性进行更高要求锂离子电池内部短路热失控进而导致有机电解液分解气化燃烧是锂电电站起火爆炸的主要原因而钒电池的电解液是水溶液具有本征安全性同时循环流动的工作方式还能帮助电池系统快速散热安全性高表5几种电化学储能技术对比液流电池性能指标铅碳电池磷酸铁锂电池钠硫电池全钒液流电池锌溴液流电池功率上限十兆瓦级兆瓦级百兆瓦级百兆瓦级十兆瓦级能量密度Whkg306013020015507585100250500铅酸电池循环寿命次250050001600025005000200045003000铅碳电池服役寿命年5515155储能系统效率758585907585708080容量衰减后不可恢复衰减后不可恢复可在线再生可在线再生衰减后不可恢复电池一致性良好较差好好好好一般中比较好安全性安全性可接受但铅需要单体监控安全性好不可过充电钠硫的渗存在溴蒸汽泄露风险会污染土壤和水源能已有较大突破漏存在潜在安全隐患充电045充电045工作温度5402050300350放电-2055放电-2055适宜1585SOC使用在0100SOC使用深在0100SOC使用深适宜1585SOC使用深度充放电能力不能深度充放电深度充放电影响寿命度充放电对寿命无影响度充放电对寿命无影响深度充放电严重影响寿命资料来源中能建东北院蔡世超储能在电力系统中的应用主题报告202009李先峰等能源革命中的电化学储能技术中国科学院院刊2019国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容12证券研究报告钒电池安装灵活建设周期短寿命长有望成为有效的长时储能方式长时储能一般是指可以持续充放电4小时以上的储能技术包括抽水蓄能压缩空气储能重力储能液流电池储能等长时储能侧重于解决峰谷时期供需匹配等经济性问题能够提升新能源消纳能力与抽水蓄能压缩空气储能等长时储能技术相比钒电池不受地理和地质条件约束选址灵活且项目建设周期短对环境影响较小在长时储能领域前景广阔表6三种长时储能技术的特性对比项目抽水蓄能压缩空气储能全钒液流电池能量转换效率7020-5075响应时间分钟小时分钟小时毫秒秒建设周期年701001505适合规模100MW10GW10MW1GW100kW500MW适合储能时间小时级周级520h310h寿命年303020功率-容量灵活性无无有选址及限制受限受限不受限技术进步空间小有大资料来源严川伟大规模长时储能与全钒液流电池产业发展太阳能2022国信证券经济研究所整理钒电池功率与容量单元相互独立成本能够伴随储能时长而有效摊销与长时储能具有较高契合度钒电池输出功率由电堆决定储能容量由电解液决定两者互相独立功率可以通过增加电堆数量来提升容量可以通过提升电解液浓度与体积来实现同时在功率不变的情况下增加储能时长能够摊销功率单元成本从而使得单Wh明显下降图15钒液流电池储能系统输出功率与储能容量可以独立设计资料来源张华民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储能科学与技术2022国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容13证券研究报告图16不同储能时长下全钒液流电池储能系统价格元Wh资料来源张华民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储能科学与技术2022国信证券经济研究所整理注此为2021Q3融科储能系统数据以V2O5价格10万元吨来计算当前钒电池商业化应用面临一些障碍1电池合适的工作温区在5-40相对较窄2能量密度低体积较大3初始投资额高根据融科储能数据钒电池系统初始投资成本在21-75元Wh显著高于磷酸铁锂电池10-15元Wh未来伴随优化电解液配方改进电堆材料等方式出现钒电池电化学性能有望进一步优化同时伴随储能时长的增加和规模效应的增益钒电池的经济性有望改善政策持续加码钒电池产业化进程加速各国政府积极推出政策支持钒电池行业发展钒电池凭借灵活性安全性等优势在长时储能领域有望成为重要的储能方式故而获得各国政府政策的积极支持中国从总体规划实施细节安全规范等多方面积极推出细则加快钒电池产业化进程表7国内外钒液流电池相关政策政策名称日期发布主体政策要点全钒液流电池储能电站安全卫士从设计管理运行等方面设定详细的安全技术规则促进全2019年3月中国能源局技术规则征求意见稿钒液流电池的规范化加速液流电池钠系二次电池在内的下一代储能技术的开发储能大挑战计划2020年1月美国能源部商业化和应用关于加快推动新型储能发展的指到2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变到2021年7月中国发改委能源局导意见2030年实现新型储能全面市场化发展资助开发液流电池争取在未来十年实现超过10小时时长的电长时储能攻关计划2021年7月美国能源部网规模储能系统储能成本降低90开展液流电池关键核心技术装备和集成优化设计研究加快十四五新型储能发展实施方案2022年1月中国发改委能源局液流电池重大技术创新示范为部署液流电池在内的电池储能项目提供了税收抵免的重要支REPowerEU计划2022年5月欧盟委员会持工业和信息化部等六部门关于推发展低成本高能量密度安全环保的全钒铬铁锌溴液流2023年1月中国工信部等六部门动能源电子产业发展的指导意见电池促进电堆关键部件产业化资料来源工信部官网美国能源部官网欧盟委员会官网国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容14证券研究报告国内厂商钒电池积极布局项目招标量逐步提升中国的液流电池研究起步较早已经涌现出大连融科北京普能等主攻钒液流电池的企业据不完全统计2023年初至7月中旬国内已签约钒液流储能项目15个合计装机功率达36GW国内已招标钒液流电池系统项目8个合计招标功率超过109MW表82023年初以来钒液流储能项目签约情况截至2023年7月21日签约时间地点项目名称签约投资企业功率MW容量MWh投资额亿元2023-01-05甘肃省西昌市电网侧百兆瓦级全钒液流电池储能示范项目上海电气华能集团100--2023-02-20浙江杭州临平浙江大有实业05MW5MWh全钒液流储能项目大有实业意丰歌服饰0525-河南省开封市杞2023-02-24中核汇能杞县100MW200MWh独立共享储能项目中核集团100200-县河南省开封尉氏2023-02-24中电建尉氏独立共享储能项目一期中国电建100200-县2023-03-02河北丰宁1GW全钒液流储能电池生产暨共享储能电站项目河北地矿集团新新钒钛1000--宁夏中卫市沙坡2023-03-2112GW全钒液流电池项目国家电投1200-150头区湖北长阳土家族湖北长阳土家族自治县龙坪镇70MW280MWh全钒液2023-05-10法电优能国家电投70280-自治县流化学储能项目中节能洪湖曹市镇100MW200MWh全钒液流储能项2023-05-10湖北洪湖曹市镇中节能华润电力100200-目2023-05-10湖北省枣阳市湖北枣阳100MW200MWh全钒液流储能电站项目枣阳新能源华润电力100200-中钒枣阳市100MW215MWh全钒液流混合钛酸锂储中钒储能睿能世纪绿2023-05-10湖北省枣阳市100205-能电站试点示范项目矾新能源2023-06-30湖南省怀化市鹤城高新区全钒液流储能项目普能世纪华电新能源402023-07-03四川省内江市内江100MW400MWh全钒液流储能示范电站项目国家电投100400150甘肃省兰州榆中2023-07-04榆中县300MW1200MWh全钒液流独立共享储能电站开封时代新能源3001200160县2023-07-05甘肃省庆阳市240MW960MWh全钒液流共享储能电站项目寰泰集团240960-2023-07-06四川省攀枝花市100MW500MWh全钒液流储能示范电站项目国家电投100500160合计3611资料来源北极星储能网钒电池国信证券经济研究所整理注部分项目未披露容量和投资额等信息2026年液流电池新增装机量有望达到196GWh随着全球能源转型可再生能源的渗透率提升带动新型储能的发展特别是可再生能源大基地的建设带动长时储能的应用我们预计2023年全球液流电池行业进入规模化发展的元年2023年全球新增装机有望达到17GWh2026年全球液流电池新增装机量有望达到196GWh2023-2026年均复合增速达到125请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容15证券研究报告表9全球液流电池新增装机规模预测202120222023E2024E2025E2026E国内新增表前与工商业储能GW2718416789液流电池占比121520304050国内新增液流电池储能GW000104122744其他国家新增表前与工商业储能GW5821406277液流电池占比050203040506其他国家新增液流电池储能GW000001020305全球新增液流电池储能GW010104143049YoY13325322211464储能小时数h404040404040全球新增液流电池储能GWh02051756119196YoY13325322211464资料来源WoodMackenzieACPDelta-EEEASESPECNESAGGII国信证券经济研究所整理与预测请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容16证券研究报告产业链电堆与电解液是核心组成部分图17钒电池产业链示意图资料来源各公司官网国信证券经济研究所整理钒资源国内储量丰富钒产能充足中国钒资源储量丰富可实现自给自足根据美国地质调查局数据2022年中国钒资源折金属钒储量约950万吨占全球钒总储量的365位列全球第一2022年中国金属钒产量约为7万吨同比-04占全球总产量的70位列全球第一国内具有丰富的钒资源储量和生产能力能够支撑下游各种应用场景的持续发展图182022年全球钒资源储量分布折金属钒万吨图192022年全球钒资源产量分布折金属钒万吨资料来源美国地质调查局USGS国信证券经济研究所整理资料来源美国地质调查局USGS国信证券经济研究所整理金属钒的主要生产方式包括1钒钛磁铁矿经钢铁冶金加工得到钒渣提钒其是目前最主要的生产方式约贡献了国内85-90左右的钒产量2含钒副产品及请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容17证券研究报告含钒石煤生产3直接来自于钒钛磁铁矿国内钒生产行业市场集中度相对较高2021年国内五氧化二钒产能约1714万吨折合金属钒产能为96万吨其中钒钛股份河钢股份成渝钒钛分别以402220万吨的年产能排名前三CR3为478图20国内金属钒主要生产方式图212021年各家企业金属钒产能折五氧化二钒万吨资料来源钒钛股份公告河钢股份公告华经产业研究院国信资料来源中商产业研究院国信证券经济研究所整理证券经济研究所整理钒目前主要应用在钢铁领域钒电池的持续放量有望带来钒需求的可观增量钒的主要应用领域包括钢铁化工钛合金及钒电池储能等其中钢铁领域用钒占比超过802022年在国内钒电池蓬勃发展其在国内消耗约9000吨五氧化二钒同比80以上在国内钒资源消费比例达到82同比4pct我们假设2026年全球钒液流电池装机达到196GWh对应五氧化二钒需求约为157万吨折金属钒88万吨为钒需求带来可观增量图222021年全球钒资源的消费结构图232022年全球钒资源的消费结构资料来源钒钛股份杨雄飞中国钒市场供需及展望主题报告资料来源钒钛股份杨雄飞中国钒市场供需及展望主题报告202303国信证券经济研究所整理202303国信证券经济研究所整理五氧化二钒价格对于钒电池电解液成本影响显著根据大连融科数据1GWh钒电池对应电解液需要8000吨的五氧化二钒如果五氧化二钒价格增加1万元吨那么电解液成本将增加008元Wh请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容18证券研究报告图24五氧化二钒售价万元吨资料来源百川盈孚国信证券经济研究所整理表10不同五氧化二钒价格对应的电解液成本测算五氧化二钒价格五氧化二钒单位用量五氧化二钒成本在总成五氧化二钒成本元Wh硫酸成本元Wh电解液成本元Wh万元吨kgkWh本中占比9807207142429010808071553301180880715855701280960716657801381040717459801481120718261501581207196320资料来源张华民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储能科学与技术2022国信证券经济研究所整理与测算离子膜国产替代正当时离子膜是电堆的核心部件其性能影响了钒电池的容量稳定性与寿命钒电池中离子膜主要起着阻止正负极活性物质互混传导氢离子的作用离子膜需要具备1良好的导电性2较优的机械性能3高离子选择性4良好化学稳定性等离子膜的性能将会直接影响钒电池的稳定性寿命等表11离子膜的性能要求性质描述高离子导电性膜需要通过离子的转移来完成电流回路高离子导电性的膜能够最小化电压效率损失隔膜必须对支撑电解质的电荷平衡离子具有渗透性才能完成电流回路但必须防止活性钒离子在溶液中扩散防止高离子选择性电池自放电因此理想的膜应该表现出活性物质的低渗透率以减少电池自放电并保证较高的库伦效率良好化学稳定性离子膜处在强氧化性的钒溶液体系中因此需要良好的化学稳定性来保证电池的循环寿命断裂强度主要取决于离子膜的内在结构尤其是其聚合程度合适的范围内高聚合程度能够提高其机械性能但机械性如果超过离子膜最大承受限度则会导致膜失去其柔性而变得脆断从而失去离子交换能力资料来源中科储能官网赵盈盈全钒液流电池用全氟磺酸复合膜的制备与性能研究D中国科学技术大学2022国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容19证券研究报告离子膜根据原理差异通常可以分为离子交换膜和多孔离子传导膜离子交换膜是通过离子交换基团的选择性传导氢离子而多孔离子传导膜是利用膜孔径实现氢离子的筛分和传导表12钒电池离子膜的分类离子交换膜类型多孔离子传导膜全氟磺酸膜部分氟化膜非氟化膜膜孔径介于氢离子和钒离子之间利用孔径筛分原理带有负电荷的离子交换基团通过静电作用吸附氢离子原理由碳氟主链和带有磺酸基团的磺酸基羧基和季铵基等接磺酸基等离子交换基团分由分离层和支撑层构成分离层通常为聚乙烯结构醚支链构成枝在部分氟化物基体中布在聚芳香族主链中聚丙烯等高分子材料离子导电性好离子选择性高优点成本较低稳定性好成本低氧化稳定性优异材料来源广泛且廉价离子选择性不足钒离子渗透氧化稳定性不足缺点稳定性差离子电导率较低钒离子渗透率较高率高工艺复杂成本高导电性差资料来源张华民液流电池技术化学工业出版社20151国信证券经济研究所整理全氟磺酸膜是目前钒电池中最常用的离子膜但目前主要依赖进口PSVE单体全氟磺酰基乙烯基醚与四氟乙烯共聚制成全氟磺酸树脂树脂熔融挤出或流延之后即可得到全氟磺酸膜全氟磺酸膜凭借其良好的导电性以及出色的稳定性成为目前在钒电池产业化应用最广泛的离子膜全氟磺酸膜行业的核心壁垒在于1PSVE单体全氟磺酰基乙烯基醚制备反应条件苛刻需无水惰性气体保护等条件且专利保护完全2四氟乙烯易爆炸运输难度大生产全氟磺酸树脂的企业多需要具有四氟乙烯自供能力3聚合复杂度高全氟磺酸树脂需要PSVE单体四氟乙烯六氟丙烯等进行多元聚合反应条件控制难度大4成膜技术要求高工序繁琐部分环节专利被海外企业把控据高工氢电统计2021年中国液流电池国产膜占比为231进口膜占比为769而科慕原杜邦的Nafion膜在国内市场份额高达75表13国内外部分企业全氟磺酸膜性能对比指标美国科慕Nafion-212苏州科润N-21厚度m50851厚度一致性m22克重gcm2100102拉伸强度MPa横纵向32横纵向30电导率Scm0101刺穿强度gf550650溶胀率23104资料来源苏州科润官网阿里巴巴1688网国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容20