投资要点：
　　市场定位：钒电池本征安全、扩容高度灵活、边际成本随储能时长递减的特点决定其充分定位于大容量、长时储能市场。1）性能：与其他电化学储能路线相比，钒电池采用水基电解液，安全性能突出；电堆与反应物质相互独立，扩容简便且高度灵活；上游原材料高度自给，对外依存度低，无资源瓶颈。此外，由于钒电池一致性好、安全性高，其在大型储能电站等实际应用领域温控系统较锂电更为简单，占地面积与锂电相当。2）成本：钒电池循环寿命可达20000+次，远高于钠/锂电池，且其上游原材料价格相对稳定，全生命周期成本优势显著，约0.22~0.30元/KWh；钒电池扩容（即增加储能时长）仅需增加电解液端成本，电堆成本则相应摊薄，边际成本随储能时长增加而递减。
　　长时储能领域：与其他长时储能路线相比，钒电池储能建设周期短，与风光装机高增适配性强，兼具应用场景、时间尺度及经济性等多重优势。1）需求端：碳中和背景下，风光等可再生能源发电渗透率快速提升，2022年我国风光发电在总发电量中占比达14.2%，新型电力系统消纳及调峰调频需求相应增加。2）政策端：国内储能政策密集出台，配储比例普遍为15~20%，配储时长从2小时提升至4小时，储能长时趋势日益明确；海外主要通过政府注资支持长时储能技术研发制造，财政扶持力度渐强。3）钒电池较其他长时储能路线综合优势突出：钒储能建设周期约0.5年，短于抽蓄（7~10年）、压缩空气（1.5年）、熔融盐储热（1.5~2.5年）、氢储能（2年）等路线，与风光装机增速适配性更强。与上述其他储能路线相比，钒电池可灵活应用于源网荷各侧，应用场景更为丰富；时间尺度更广，既可用于平抑电力系统短时波动，又可用于平衡电量的长期供需错配；此外，钒电池经济性优势已逐步显现，初始投资已处下降通道，储能电站LCOE约0.75~0.86元/KWh，仅次于抽蓄及压缩空气储能。
　　市场空间：截止2023年6月底，我国储能项目累计装机达70.2GW，其中新型储能装机占比达30.0%，液流电池在新型储能中的装机占比约0.8%。随着政策导向重视安全、储能规划趋于长时，钒电池将加速渗透新型储能市场，我们预计2023/2024/2025年钒电池装机需求分别为1.6/5.0/13.1GWh。
　　钒电池产业链已基本形成，电解液环节的一体化布局、商业模式创新以及电堆环节的国产替代为钒电池降本的主要路径。1）钒资源及电解液环节：国内布局企业众多，当前国内钒产品产能约17.84万吨/年，随着储能领域用钒需求提升，钒供需或将趋紧；该环节降本主要包括一体化布局（上游钒企向下布局电解液或下游电解液企业向上谋求与钒企合作，降本空间约25.8%）、材料优化（通过使用添加剂或改变支撑电解质来提升电解液浓度）、电解液租赁（可降低初始投资成本约34.5%）三大路径。2）电堆环节：电极与双极板国产化进程较快，隔膜环节国产化率仍待提升，大连物化所开发的多孔离子隔膜可降低隔膜总成本约40%。
　　投资建议：储能电站安全性要求提升叠加长时储能发展趋势，钒电池有望凭借优异的安全性能与全生命周期成本优势在储能市场中取得较快发展。目前钒电池产业链基本形成，市场需求亟待释放，我们建议关注已经在钒电池领域率先布局拥有先发优势的企业，建议关注：钒钛股份、河钢股份、永泰能源等。
　　风险提示：全钒液流电池产业化进程不及预期的风险；下游市场发展不及预期的风险。

研究报告全文：行业研究TableReportdate2023年10月12日tableinvestTableNewTitle标配长时储能东风起钒电需求待腾飞行电力设备与新能源行业深度报告业tablemain证券分析师TableAuthors深投资要点周啸宇S0630519030001度zhouxiaoylongonecomcn市场定位钒电池本征安全扩容高度灵活边际成本随储能时长递减的特点决定其充分联系人赵敏敏定位于大容量长时储能市场1性能与其他电化学储能路线相比钒电池采用水基电zmminlongonecomcn电解液安全性能突出电堆与反应物质相互独立扩容简便且高度灵活上游原材料高力度自给对外依存度低无资源瓶颈此外由于钒电池一致性好安全性高其在大型设tablestockTrend22储能电站等实际应用领域温控系统较锂电更为简单占地面积与锂电相当2成本钒13电池循环寿命可达次远高于钠锂电池且其上游原材料价格相对稳定全生命备200004周期成本优势显著约022030元KWh钒电池扩容即增加储能时长仅需增加电解-5液端成本电堆成本则相应摊薄边际成本随储能时长增加而递减-13长时储能领域与其他长时储能路线相比钒电池储能建设周期短与风光装机高增适配-22性强兼具应用场景时间尺度及经济性等多重优势1需求端碳中和背景下风光-3122-1023-0123-0423-07等可再生能源发电渗透率快速提升2022年我国风光发电在总发电量中占比达142新申万行业指数电力设备0763沪深300型电力系统消纳及调峰调频需求相应增加2政策端国内储能政策密集出台配储比例普遍为1520配储时长从2小时提升至4小时储能长时趋势日益明确海外主要通相关研究tableproduct过政府注资支持长时储能技术研发制造财政扶持力度渐强3钒电池较其他长时储能1分时电价机制完善储能市场持续路线综合优势突出钒储能建设周期约05年短于抽蓄710年压缩空气15年景气电池及储能行业周报熔融盐储热1525年氢储能2年等路线与风光装机增速适配性更强与上述20230925-20231001其他储能路线相比钒电池可灵活应用于源网荷各侧应用场景更为丰富时间尺度更广2光伏年末装机高峰将至风电新增装机容量同比高增新能源电力既可用于平抑电力系统短时波动又可用于平衡电量的长期供需错配此外钒电池经济行业周报20230922-20230924性优势已逐步显现初始投资已处下降通道储能电站LCOE约075086元KWh仅次3电力现货市场规则发布独立储能于抽蓄及压缩空气储能将迎发展机遇期电池及储能行业周报20230918-20230924市场空间截止2023年6月底我国储能项目累计装机达702GW其中新型储能装机占比达300液流电池在新型储能中的装机占比约08随着政策导向重视安全储能规划趋于长时钒电池将加速渗透新型储能市场我们预计202320242025年钒电池装机需求分别为1650131GWh钒电池产业链已基本形成电解液环节的一体化布局商业模式创新以及电堆环节的国产替代为钒电池降本的主要路径1钒资源及电解液环节国内布局企业众多当前国内钒产品产能约1784万吨年随着储能领域用钒需求提升钒供需或将趋紧该环节降本主要包括一体化布局上游钒企向下布局电解液或下游电解液企业向上谋求与钒企合作降本空间约258材料优化通过使用添加剂或改变支撑电解质来提升电解液浓度电解液租赁可降低初始投资成本约345三大路径2电堆环节电极与双极板国产化进程较快隔膜环节国产化率仍待提升大连物化所开发的多孔离子隔膜可降低隔膜总成本约40投资建议储能电站安全性要求提升叠加长时储能发展趋势钒电池有望凭借优异的安全性能与全生命周期成本优势在储能市场中取得较快发展目前钒电池产业链基本形成市场需求亟待释放我们建议关注已经在钒电池领域率先布局拥有先发优势的企业建议关注钒钛股份河钢股份永泰能源等风险提示全钒液流电池产业化进程不及预期的风险下游市场发展不及预期的风险证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度正文目录1后来者居上国内钒电池产业化进程加速511钒电池行业已步入产业化推广阶段512技术日益成熟国内钒电池项目加速落地52电化学储能路线之争安全为核钒电池错位竞争优势显著621优势本征安全边际成本随储能时长递减722劣势定位长时储能市场钒电池避短扬长1023乘政策东风高安全性的钒电池发展适逢其时123长时储能路线之争灵活适用源网荷各侧综合优势突出1231可再生能源发展叠加政策推动长时储能大势所趋1232钒电池vs其他长时储能路线有望率先对抽蓄形成替代1633渗透率加速提升2025年钒电池需求量预计达131GWh264钒电池产业链上游资源及电解液制造端布局企业众多电堆环节国产替代加速2741产业链基本形成市场需求待释放27411钒矿及电解液国内布局企业众多储能用钒需求提升钒供需将趋紧28412电堆环节国产替代进程加速3142电解液和电堆的有效降本是钒电池实现大规模商业化运用的核心34421电解液一体化布局材料优化商业租赁新模式为三大降本路径34422电堆国产替代为降本关键355钒电池产业链相关企业3651钒资源及电解液企业37511钒钛股份世界主要钒制品供应商业务拓展至钒电解液制造37512河钢股份钒电池产业布局涉及钒矿资源电解液及电池模组制造37513永泰能源转型储能布局全产业链积极打造第二增长极38514银峰新能源产业链布局完备电解液产能领先3952电堆及电池模组企业40521大连融科全球领先的钒电池储能系统服务商40522北京普能国内最早布局商业化大容量储能技术的钒电池储能公司406投资建议417风险提示41证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN242请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度图表目录图1全钒液流电池发展历史沿革5图2全钒液流电池结构及反应原理6图3融科储能VPower系列钒电池产品8图4宁德时代EnerC锂电池储能系统8图52022年全球锂资源分布8图62022年全球钒资源分布8图72019-2023H1我国碳酸锂五氧化二钒净进口万吨9图82020-20237碳酸锂五氧化二钒价格走势万元吨9图9储能系统空冷结构示意图11图10储能系统液冷结构示意图11图112021年底国内累计储能项目装机构成12图122021年底国内累计电化学储能项目装机构成12图132015-2022年全球发电量及构成万吉瓦时13图142015-2022年我国发电量及构成万吉瓦时13图15新能源出力特性下日净负荷呈鸭型曲线13图16逐月用电量风光发电量在全年中占比情况13图17最佳储能时长与风光渗透率成正比14图18抽水蓄能电站具体结构和工作流程示意图17图192022年全球储能存量市场装机构成17图202022年中国储能存量市场装机构成17图21光热发电系统组成示意19图22典型太阳能热发电系统各环节效率及能量损失情况20图23全球太阳能热发电累计装机容量GW20图24中国太阳能热发电累计装机容量GW20图25压缩空气储能技术工作原理21图26不同储气库建造成本与选址灵活性对比22图27氢储能在新型电力系统源网荷的应用场景23图28全球制氢结构占比24图292022年全球氢能行业需求分布24图302022年底我国集中式光伏电站分布情况25图312022年底我国风电累计装机分布情况25图32我国风光抽蓄装机规模及增速GW25图33全球最大钒液流电池用户侧储能电站25图34各长时储能路线全生命周期度电成本元KWh26图35国内钒储能电站初始投资成本显著下降元KW26图362023年6月底国内累计储能项目装机构成26图372023年6月底国内累计新型储能项目装机构成26图38钒电池产业链图谱28图39全球钒产品来源构成28图40中国钒产品来源构成28图41主要提钒工艺流程29图42国内钒产品产能分布情况以V2O5计万吨年30图43铋催化钒电池氧化还原反应机理图32图44全钒液流电池用碳素复合双极板制备工艺流程33图45钒电池成本构成34图46钒电解液初始投资对比购买vs租赁模式万元35证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN342请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度图47电解液端累计支出现值购买vs租赁模式万元35图48液流电池隔膜国产化率35图49全钒液流电池多孔离子传导膜结构36图50国产替代下隔膜端降本空间较大元m236图512016-2022年公司钒制品销量及增速万吨37图522016-2023H1公司营收及增速亿元37图532011-2022年公司钒制品产能万吨年37图54公司与大连融科合作渐深37图552018-2023H1公司钒产品营收及增速亿元38图562018-2023H1整体毛利率vs钒产品毛利率38图572013-2023H1公司营收及增速亿元38图582013-2023H1公司归母净利润及增速亿元38图59永泰能源钒产业链布局39图60湖南银峰新能源历史沿革40表1国内部分钒电池储能电站项目规划情况6表2电化学储能技术路线性能对比7表3钒锂电池电解液理化性质对比7表430KW150KWh钒电池储能系统成本拆分9表5100Ah磷酸铁锂石墨电芯成本拆分10表6100Ah层状氧化物钠离子电芯成本拆分10表7单兆瓦时占地面积钒电池vs磷酸铁锂电池11表8国内部分地区新能源配储政策14表92023年1-7月国内4小时以上签约储能项目15表10长时储能路线性能及经济性对比16表11抽水蓄能电站全生命周期度电成本测算以1200MW6000MWh抽水蓄能电站为例18表12光热电站全生命周期度电成本测算以100MW1200MWh塔式光热电站为例21表13压缩空气储能电站全生命周期度电成本测算以60MW300MWh压缩空气储能项目为例22表14氢储能电站全生命周期度电成本测算以200MW800MWh氢储能发电工程项目为例24表152023-2025年全球钒电池储能装机需求测算27表16国内钒电解液相关企业30表17国内钒供给及需求预测万吨31表18主流厂商石墨毡电极性能对比32表19离子交换膜的比较32表20主流隔膜企业产品性能对比33表21V2O5自供与外购情境下的钒电解液成本对比34表22钒电池产业链相关企业布局36表23河钢股份钒电池产业布局涉及钒矿资源电解液及电池模组制造38表24大连融科钒电池领域相关项目40表25北京普能钒电池领域相关项目41证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN442请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度1后来者居上国内钒电池产业化进程加速11钒电池行业已步入产业化推广阶段全球钒电池产业发展脉络可以总结为国外先行国内赶超1海外1984年新南威尔士大学UNSW首次提出全钒液流电池原理钒电池技术正式问世1997年UNSW向Pinnacle出售钒电池专利后者于1999年将相关专利授予VanteckVRB前身借此技术优势VRB快速成长为当时全球最大的钒电池公司2008年受经济危机影响VRB停止其所有业务海外钒电池发展由此陷入停滞2国内我国钒电池基础研究始于20世纪80年代末1995年中国工程物理研究院开启钒电池研制并于同年成功制出500W1KW样机2009年中国普能收购VRB获得其核心技术及研发团队我国钒电池发展正式进入快车道2022年我国首个国家级钒储能示范项目大连融科100MW400MWh项目正式投入商运标志着我国钒电池行业正由大规模的商用示范阶段向产业化推广阶段转型图1全钒液流电池发展历史沿革资料来源公开资料整理东海证券研究所12技术日益成熟国内钒电池项目加速落地技术日益成熟产业链逐渐完备国内钒电池储能项目加速落地目前钒电池核心技术掌握在中国日本澳大利亚等少数国家手中我国液流电池技术位居世界前列代表企业包括上海电气大连融科北京普能武汉南瑞国网英大旗下子公司等国外领先的钒电池企业主要包括日本住友电工美国UniEnergyTechnologies德国Voltstorage英国Invinity等随着产业链各环节技术发展逐步成熟我国钒电池储能项目正加速落地证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN542请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度表1国内部分钒电池储能电站项目规划情况项目名称投资额亿元省份规模储能时长规划时间大连液流电池储能调峰电站国家示范项目38辽宁省200MW800MWh4小时201610平凡瑞丰武汉百兆瓦级全钒液流储能电站60湖北省100MW400MWh4小时201812东梁风电场丰宁森吉图全钒液流电池风储969河北省3MW12MWh4小时20212示范项目国电投襄阳100MW500MWh全钒液流电19湖北省100MW500MWh5小时20218池储能项目杭锅集团崇贤厂区智慧储能电站项目016浙江省1MW4MWh4小时202111中广核100MW200MWh全钒液流集中式10湖北省100MW200MWh2小时202112储能电站大唐中宁共享储能项目11宁夏100MW400MWh4小时20223上海电气盐城立铠储能电站项目5江苏省300MWh-20223吉首100MW400MWh长时全钒液流储能68湖南省50MW200MWh4小时20229电站项目一期中核汇能法库县集中式新型储能项目32辽宁省200MW800MWh4小时20232内江2MW12MWh全钒液流储能电站043四川省2MW12MWh6小时20235内江100MW400MWh全钒液流储能示范15四川省100MW400MWh4小时20237电站项目榆中县300MW1200MWh全钒液流独立16甘肃省300MW1200MWh4小时20237共享储能电站攀枝花100MW500MWh全钒液流储能示16四川省100MW500MWh5小时20237范电站资料来源北极星储能网东海证券研究所2电化学储能路线之争安全为核钒电池错位竞争优势显著钒电池主要由电解液电极质子交换膜双极板和集流体构成并通过质子交换膜将电池分为正负两个半单元在正负半电池中钒离子分别以45价态23价态存在于正负极电解液中充放电时电解液通过推送泵由外部储液罐流经正负极室在电极表面发生氧化还原反应产生电流图2全钒液流电池结构及反应原理资料来源全钒液流电池技术研究进展魏甲明等东海证券研究所证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN642请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度钒电池本征安全扩容具备高度灵活性且边际成本随储能时长递减的特点决定其可充分定位于大容量长时储能市场国内当前主流储能方案包括抽水蓄能压缩空气储能和电化学储能等电化学储能又具体分为锂电池液流电池钠电池及铅酸电池等与锂电池相比钒电池安全性能突出扩容简便无资源瓶颈我们有别于市场的判断市场普遍认为钒电池存在能量密度低运行温度区间窄等性能短板但由于钒电池一致性好安全性高在大型储能电站等实际应用领域其温控系统较锂电反而更为简单占地面积较锂电也无明显缺陷我们认为源网侧的大容量长时储能将成为其打开市场的重要突破口表2电化学储能技术路线性能对比性能指标锂离子电池全钒液流电池钠离子电池铅蓄电池安全性一般好较好好循环次数25005000次20000次30004000次20004000次资源可控度对外依赖自主可控自主可控自主可控一致性一般好较差一般工作温度-2060045-4080-2050能量转化率9070759580能量密度120160Whkg1240Whkg90140Whkg40Whkg环保性一般好较好较差产业化阶段商用示范商用示范商用商用资料来源CNKI东海证券研究所21优势本征安全边际成本随储能时长递减1高安全性电池本体为储能系统的安全核心钒电池采用水基电解液具备本征安全性2011年至今全球储能电站事故频发政策端对储能系统安全性的要求日益提升与目前主流路线锂电池相比钒电池安全优势突出从材料端来看锂钠电池负极为碳材料电解液分别为LiPF6NaPF6的混合碳酸酯溶液均为易燃物质而钒电池铅蓄电池均采用水基电解液无起火爆炸风险从电池结构来看锂电池正负极及电解液均共存于一个体系之中当电池过充或处于低温环境下时会出现析锂现象形成锂枝晶易造成短路带来热失控风险而钒电池电解液独立储存于电解罐中充放电时反应物可通过循环泵从电极表面快速抽离可有效避免浓差极化和热积累效应无热失控风险表3钒锂电池电解液理化性质对比电池路线电解液溶剂凝固点闪燃点沸点碳酸乙烯酯3641602467锂钠电池碳酸丙烯酯4927128242钒电池铅蓄电池硫酸10非可燃物无闪点330资料来源CNKI东海证券研究所2长循环寿命所有电化学储能技术之最钒电池正负极均为钒离子在充放电过程中可避免因离子穿过隔膜交叉污染导致的容量衰减问题其循环寿命达到20000次使用年限可达15年以上而锂钠铅蓄电池循环次数普遍在5000次以下3高度灵活性可根据负载需求灵活调节功率及容量大小扩容具备天然一致性首先钒电池反应物质与电堆相分离的结构特性使得电池容量由电解液的体积或浓度决定证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN742请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度与功率由电堆数量或电极表面积决定相互独立可通过单独改变电堆数量或电解液体积实现功率或容量的调节其次与锂电池相比钒电池扩容具备天然一致性更适合大规模大容量长时间的储能场景锂电池系统功率与容量高度耦合增加功率或提升容量须将数个电芯串联或并联电芯数量的改变将降低电池模组的一致性影响系统使用寿命及安全性而钒电池由于活性反应物质均来自于同一储液罐改变容量只需直接增减电解液故其扩容具备天然的一致性更适合大规模长时储能场景图3融科储能VPower系列钒电池产品图4宁德时代EnerC锂电池储能系统资料来源融科储能官网东海证券研究所资料来源宁德时代官网东海证券研究所4原材料高度自给上游价格较为稳定锂钠钒电池三类电化学路线中锂电池存在严重的资源瓶颈而钠钒电池的上游原材料可高度自给从资源分布来看锂资源地壳丰度为00065主要集中于南美2022年我国锂资源储量占比仅为69资源储量相对较少钒资源地壳丰度为00136我国为钒储量第一大国2022年钒资源储量占比约393钠资源地壳丰度为275在全球范围内均匀分布图52022年全球锂资源分布图62022年全球钒资源分布资料来源USGS东海证券研究所资料来源USGS东海证券研究所从对外依存度来看我国锂资源对外依存度较高2019年以来碳酸锂净进口量持续增长2022年全年碳酸锂净进口量达1257万吨同比717供需关系失衡使得碳酸锂价格剧烈波动近三年最高价差达到53万元吨与锂资源相反我国钒资源高度自给2022年净出口量达033万吨同比1666钒资源高度可控使得下游钒产品价格相对稳定2020年至今V2O5价差未超过75万元吨证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN842请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度图72019-2023H1我国碳酸锂五氧化二钒净进口万吨图82020-20237碳酸锂五氧化二钒价格走势万元吨资料来源国家海关总署东海证券研究所资料来源WIND东海证券研究所5边际成本随储能时长递减全生命周期具备成本优势目前国内已规划的钒电池储能项目时长大部分在4小时以上我们以湖北阳光鸿志30KW150KWh5小时钒电池储能系统为例对钒电池储能时长的边际成本及全生命周期度电成本进行测算从储能时长增加所带来的边际成本变动来看该钒电池项目1KWh全系统成本约为4204元其中电解液成本约为1561元占比约371电堆成本约为2289元占比约为544考虑到钒电池增加储能时长仅需增加电解液故若将该储能系统时长增加至6小时则每KWh电解液成本不变电堆及控制系统成本摊薄至1907元KWh143元KWh分别下降16731全系统成本摊薄至3784元KWh下降100可见钒电池边际成本随储能时长增加而有着较为明显的递减而锂钠电池增加储能时长需相应增加电芯数量其单位成本相对固定钒电池较其他电化学路线在长时储能领域具备成本优势表430KW150KWh钒电池储能系统成本拆分原材料单位总用量单价元总价元成本占比五氧化二钒t194120700233555370浓硫酸t27620456201离子交换膜m2302251504533872隔膜t001114000133002电子碳毡m272763350254671404碳合物板t00860000480008石墨板t03212500400006硬质聚氯乙烯PVC板材t20559901228019密封垫线密条81488001800端板个6001600集流板个601378001双极板个602001200019端板接头个63980553500端板垫圈个116970212500双极板O型圈个2923980129200双极板绝缘纸个1469830229400巡检接线端子个756740753001铝合金板t05415000810013高分子密封板t01412000168003PVC管m1566510000换热器个2306000储液罐个290001800029证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN942请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度循环泵个22000400006电缆m15001882820045合计630644100全生命周期度电成本022030元KWh-资料来源湖北阳光鸿志新能源钒电池储能基地项目环评报告东海证券研究所而从全生命周期成本来看假设钒电池循环寿命为20000次能量转换效率为70则全生命周期成本约为030元KWh考虑钒电解液高度可回收使用15年后回收率可达70电解液期末残值约为1093元KWh则其全生命周期度电成本可以低至022元KWh当前阶段钒电池全生命周期成本接近钠离子电池019元KWh优于锂电池受原材料价格波动影响较大约027033元KWh表5100Ah磷酸铁锂石墨电芯成本拆分原材料单位总用量单价元总价元成本占比磷酸铁锂kg0714108577493炭黑正极kg003125105水系粘结剂正极kg003130771061铝箔kg01291779215隔膜m25170854电解液kg0536418116石墨kg03333881382炭黑负极kg0014250402水系粘结剂负极kg00143077427铜箔kg02131063323144合计157100全生命周期度电成本027033元KWh-资料来源室温钠离子电池技术经济性分析方铮等东海证券研究所表6100Ah层状氧化物钠离子电芯成本拆分原材料单位总用量单价元总价元成本占比Na-Cu-Fe-Mn-O层状正极kg12929248炭黑正极kg004325109油系粘结剂正极kg0043870403铝箔kg01081779216隔膜m242170761电解液kg055025214硬碳kg04410044377炭黑负极kg0019250504水系粘结剂负极kg00193077650铝箔负极kg01081779216合计117100全生命周期度电成本019元KWh-资料来源室温钠离子电池技术经济性分析方铮等东海证券研究所22劣势定位长时储能市场钒电池避短扬长证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1042请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度1运行温度区间较窄钒电池最佳运行温度为045窄于锂电池-2060和钠电池-4080当温度过低时电解液凝固会影响电池正常运转当温度过高时正极五价钒会析出为五氧化二钒沉淀造成流道堵塞电堆性能恶化解决方式钒电池自带液冷系统热管理难度较锂钠电池更低钒电池充放电过程中电解液循环流动电堆热量可直接通过输送管中的热交换器散热类似自带液冷系统热管理难度相对较低可通过风冷方式进行温控而锂电池储能系统涉及大量电芯如宁德时代EnerC-372MWh储能系统含4160个电芯除需保障整个电池系统处于合适的温度区间外还需将单体电芯间的温度差控制在合理水平对热管理要求更高主流温控路线为风冷或液冷风冷较液冷散热温差仍然较高液冷为趋势相较于液冷风冷结构简单成本低更易维护图9储能系统空冷结构示意图图10储能系统液冷结构示意图资料来源集装箱储能系统热管理系统的现状及发展朱信龙资料来源集装箱储能系统热管理系统的现状及发展朱信龙等东海证券研究所等东海证券研究所2能量转换率低除BMSPCS等之外钒电池比锂钠电池多两个循环泵产生额外的能量损耗因此能量转化率较锂电池90和钠电池95更低约为7075但考虑到钒电池循环寿命远高于钠锂电池故能量转换率偏低并不会显著降低钒电池的经济性3能量密度低适用于静态储能领域电解液电堆相分离设计电解液浓度限制使得钒电池的能量密度先进产品能量密度约40Whkg远低于锂电池和钠电池相同容量下钒电池体积约为锂电池的35倍质量约为锂电池的23倍较低的能量密度使得钒电池更适用于对体积质量要求不高的静态储能领域如固定储能电站难以应用于动力及移动电源领域安全性弥补能量密度缺陷兆瓦级以上储能电站中占地面积与锂电相当我们认为尽管钒电池能量密度低于锂电池但由于其安全性较高在大型储能电站中钒电池防火等级丁级足够人通行即可低于锂电池甲级需保留1020米间隔距离占地面积较锂电池储能电站无明显差距且钒电池可通过将电解液与电堆上下叠放形成立体结构进一步节约占地面积如融科储能10MW40MWh储能系统平铺布置占地约3850m2上下叠层占地约2250m2节约面积416表7单兆瓦时占地面积钒电池vs磷酸铁锂电池技术路线项目名称储能规模占地面积m2平均占地面积m2MWh海螺集团钒电池用户侧储能电钒电池7MW42MWh2700双层叠放64站攀枝花钒钛高新区全钒液流储钒电池100MW500MWh53334107能示范电站证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1142请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度中广核100MW200MWh全钒钒电池100MW200MWh33200166液流储能电站项目清远清城区白庙地块独立储能磷酸铁锂电池200MW400MWh3867797电站项目磷酸铁锂电池重庆科学谷储能电站100MW200MWh20800104磷酸铁锂电池平高集团江苏昆山储能电站11088MW1936MWh20933108资料来源北极星储能网东海证券研究所23乘政策东风高安全性的钒电池发展适逢其时安全问题已成为储能行业发展的关键因素钒电池发展适逢其时2022年国家能源局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及不宜选用梯次利用动力电池由此我们判断1梯次利用电池装机受限铁锂装机成本上升梯次利用动力电池因一致性无法保证安全性能较低动力电池梯次利用受限将导致铁锂储能装机成本上升在一定程度上会限制储能领域中磷酸铁锂电池的应用比例2三元锂电池钠硫电池被排除使用二者所释放的空间将成为钒电池发展的重要机遇截止政策颁布前的2021年我国电化学储能累计装机达512GW其中三元锂电池钠硫电池装机约047018GW占比分别为9236而液流电池累计装机仅为0036GW占比仅为07具备较大的替代空间图112021年底国内累计储能项目装机构成图122021年底国内累计电化学储能项目装机构成资料来源CNESA东海证券研究所资料来源CNESA东海证券研究所3长时储能路线之争灵活适用源网荷各侧综合优势突出31可再生能源发展叠加政策推动长时储能大势所趋风光等新能源发电占比持续提升电力系统消纳及调峰调频等问题逐现1风光等新能源发电渗透率持续提升碳中和背景之下全球新能源发电量快速增长2022年全球总发电量为285281TWh其中风电太阳能发电量分别为2139212893TWh同比分别增长157240在总发电量中的占比分别为75452020年我国正式提出双碳目标可再生能源发电快速发展风光发电占比由2020年的98提升至2022年的142证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1242请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度图132015-2022年全球发电量及构成万吉瓦时图142015-2022年我国发电量及构成万吉瓦时资料来源WIND东海证券研究所资料来源WIND东海证券研究所2时间空间错配提升调峰调频需求大规模并网加大消纳压力风光等可再生能源出力波动大且伴有不确定性使得电力系统日内跨季及远距离调峰调频等需求提升从日内出力及负荷峰谷来看不考虑风光出力视为新能源渗透率为0时的情形用电负荷呈现早晚两个高峰但整体负荷波动相对较小考虑新能源出力情形风电日间出力低夜晚出力高光伏发电午间出力高夜晚失去电力支撑作用在此特征之下日净负荷用电负荷-风光出力呈典型鸭型曲线即在风光出力峰值时期净负荷高峰明显减小负荷波动性显著增加这种波动性将随新能源渗透率提升而进一步加大负荷波动日间的急速变动对电力系统平衡调节的灵活性及快速爬坡能力提出了更高要求从季节性出力及负荷峰谷来看风电出力高峰为春秋两季光伏发电高峰为夏秋两季夏季负荷电量高而新能源发电量低电力系统存在季节性电量平衡的难题而从新能源出力及负荷空间分布来看我国风光资源禀赋与电力消费逆向分布光伏资源及风能主要分布于三北地区而用电负荷高的地区主要为中东部地区大规模远距离传输对电网稳定性及调峰能力带来巨大挑战图15新能源出力特性下日净负荷呈鸭型曲线图16逐月用电量风光发电量在全年中占比情况资料来源新能源电力系统电力电量平衡问题研究李明节等资料来源新能源电力系统电力电量平衡问题研究李明节等东海证券研究所东海证券研究所需求端储能具备平滑新能源出力辅助调峰调频提供容量备用等多种支撑功能可再生能源渗透率提升催生出各时间尺度的储能需求1秒-分级储能需求风光发电输出与风力光照强度高度相关受天气因素影响有风无风晴天阴雨风光出力会出现分钟级变化会对电力系统造成瞬时扰动需要储能通过频繁充放电平滑分钟级波动证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1342请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度2小时-日级储能需求如前文所述新能源发电装机增长使得电网日间净负荷波动加剧风光出力昼夜差距显著需要储能进行小时级以上调峰3月度级及以上储能需求新能源出力与负荷需求电量在季节性和空间上的差异需要储能进行大规模长时间远距离的能量转移短时侧重电网安全长时弥补峰谷供需错配与短时储能相比长时储能兼具快速响应调节扰动长期输出平衡电力的能力在极端天气下还可发挥应急保供作用风光等可再生能源的渗透率越高对长时储能的需求越高目前业内对长时储能暂无一致定义国内一般将充放电循环时长在4小时以上的储能统称为长时储能图17最佳储能时长与风光渗透率成正比资料来源Long-DurationElectricityStorageApplicationsEconomicsandTechnologiesPaulAetal东海证券研究所政策端海内外长时储能政策扶持力度持续加大1国内政策频出明确储能长时趋势多地鼓励4小时以上配储2022年1月国家发改委能源局印发十四五新型储能发展实施方案提出到2025年实现氢储能热冷储能等长时间尺度储能技术突破加大液流电池钠离子电池等关键技术装备研发力度截止2023年7月底我国已有三十多个地区明确新能源配储要求配储比例由1020逐步上升至1530配储时长均已突破2小时其中河北西藏内蒙古等多地规划时长已突破4小时政策频出使得储能长时化成确定趋势2海外政府注资支持长时储能技术研发制造财政扶持力度渐强2022年11月美国能源部宣布为储能时长1024小时的储能系统给予349亿美元资金资助2022年10月澳大利亚可再生能源署宣布投入045亿澳元建设一个200MW1600MWh压缩空气储能设施储能时长达8小时表8国内部分地区新能源配储政策地区发布时间文件名称配储要求比例时长山东20211126枣庄市分布式光伏建设规范试行153024h辽宁20211224全省风电建设规模增补方案154h河北20211231关于下达河北省2021年风电光伏发电市场化并网项目计划的通知1015254h202211内蒙古自治区人民政府办公厅关于加快推动新型储能发展的实施意见152h4h内蒙古2022727内蒙古自治区源网荷储一体化项目实施细则2022年版154h2022727内蒙古自治区风光制氢一体化示范项目实施细则2022年版154h2022111关于公布金山海上风电场一期项目竞争配置工作方案的通知204h上海2023331关于做好2023年风电光伏发电开发建设有关事项的通知1015254h证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1442请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度2023116关于促进西藏自治区光伏产业高质量发展的意见204h西藏20235182023年风电光伏发电等新能源项目开发建设方案204h2023129广西电力源网荷储一体化发展试点建设实施意见征求意见稿152h广西202354广西新型储能发展规划20232030年4h资料来源各地区政府官网东海证券研究所市场端长时储能项目密集签约最大储能时长已突破100小时2023年1-7月国内签约4小时以上储能项目22个包含压缩空气储能液流电池重力储能等多种技术路线2023年7月美国明尼苏达州批准建造10MW1GWh铁-空气长时储能设施储能时长达100小时国内外长时储能项目正在接连落地表92023年1-7月国内4小时以上签约储能项目项目签约时间地点规模时长投资金额参与单位压缩空气储能永兴县七甲压缩空气储能项目202315湖南省300MW1800MWh6小时-中能建湖南电力设计院望城区压缩空气储能电站示范2023110湖南省300MW1200MWh4小时120亿元中能建数科集团项目中电建潍坊滨海区压缩空气储2023322山东省200MW800MWh4小时12亿元中电建新能源集团能项目江都区压缩空气储能源网荷储中电建新能源集团华东分2023328江苏省120MW480MWh4小时50亿元一体化项目一期公司4848亿敦煌压缩空气储能示范项目2023419甘肃省500MW2500MWh5小时深储国能元张掖市甘州区压缩空气储能示2023421甘肃省500MW2500MWh5小时-深储国能范项目嘉裕压缩空气储能示范项目2023423甘肃省500MW2500MWh5小时50亿元深储国能麻城新型压缩空气储能一期电湖北能源集团新能源发展2023510湖南省100MW400MWh4小时-站示范项目有限公司湖北省恩施州利川压缩空气储2023510湖北省200MW1000MWh5小时-国电投湖北分公司能电站试点示范项目中国能建湘乡压缩空气储能示4300MW1800M中能建湖南院中能建数202366湖南省6小时-范项目Wh科集团南方建投全钒液流电池200MW800MWh全钒液流共内蒙古自2023215200MW800MWh4小时-林源控股集团享储能电站项目治区通辽经开区液流电池共享储能内蒙古自202342100MW400MWh4小时12亿元液流储能科技有限公司电站项目治区长阳土家族自治县龙舟坪镇全2023510湖南省70MW280MWh4小时-国电投湖北长原公司钒液流化学储能项目内江经开区全钒液流储能示范202373四川省100MW400MWh4小时15亿元国电投四川电力有限公司电站项目榆中县全钒液流独立共享储能202374河南省300MW1200MWh4小时16亿元开封时代新能源电站项目寰泰集团全钒液流共享储能电202375甘肃省240MW960MWh4小时-上海寰泰投资集团站项目攀枝花钒钛高新区全钒液流储202376四川省100MW500MWh5小时16亿元国电投四川电力有限公司能示范电站项目铁基液流电池证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1542请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度广东四会铁铬液流共享储能电中能融合智慧科技有限公2023318广东省100MW600MWh6小时-站项目司中电建英山铁基液流储能电站中水顾英山新能源有2023510湖南省100MW400MWh4小时-试点示范项目限公司中广核公安县狮子口镇铁基液2023510湖南省200MW800MWh4小时-中广核新能源湖北分公司流储能电站中城大有铁铬液流电池独立储2023625广东省50MW300MWh6小时12亿元中城大有产业集团能电站项目重力储能通辽市重力储能项目重力储内蒙古自202342150MW600MWh4小时326亿元内蒙古天通能源有限公司能装备制造项目治区资料来源ESPlaza长时储能网东海证券研究所32钒电池vs其他长时储能路线有望率先对抽蓄形成替代现阶段长时储能技术路线主要为抽水蓄能熔盐储热液流储能压缩空气储能氢储能五大类目前各路线中抽水蓄能市场渗透率最高经济性最强但受选址条件限制预计未来成本将会上升压缩空气储能在一定程度上仍受自然资源限制经济性与选址灵活性不可兼得熔盐储热及氢储能初始投资成本较高系统转化效率较低度电成本仍处于相对高位与其他路线相比钒电池在应用场景储能时间尺度及经济性等方面综合优势突出表10长时储能路线性能及经济性对比性能指标抽水蓄能压缩空气储能熔融盐储热氢储能全钒液流电池能量转换效率70506560304075响应时间分钟小时分钟小时分钟小时分钟季节毫秒秒建设周期710年15年1525年2年05年适合储能时间小时级周级520小时615小时小时级季度级310小时适合规模100MW10GW10MW300MW1MW100MW太瓦时级100KW500MW使用寿命30年30年25年左右15年左右20年功率-容量灵活性无无有有有选址及限制受限相对受限相对受限不受限不受限技术进步空间小有有大大资料来源中关村储能产业技术联盟东海证券研究所1抽水蓄能已处大规模商用阶段技术最为成熟但发展空间有限优质建站资源趋于饱和未来或将面临度电成本上升装机占比降低工作原理电能与重力势能的相互转换抽蓄电站建有上下两个水库用电低谷时将水从下水库抽送至上水库实现能量存储电能重力势能用电高峰时将上水库的水排放至下水库实现放电重力势能电能抽蓄电站容量与水库间落差及水库容积成正比应用场景主要作为供电或调峰电源受选址限制与风光等可再生能源发电项目无法完全匹配如我国西北地区证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1642请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度图18抽水蓄能电站具体结构和工作流程示意图资料来源文山电力东海证券研究所优势技术成熟度高世界首座抽水蓄能电站早于1882年即在瑞士建成技术发展至今已有百余年历史我国抽蓄技术研究始于20世纪60年代目前已高度成熟装机容量大普遍为GW级别放电时间及使用寿命长适宜储能时间为小时级周级使用寿命超30年与其他机械储能相比能量转换效率较高约为70劣势选址受限优质建站资源趋于饱和抽水蓄能对建设选址要求极高建坝应尽量靠近水源及电站基岩需无集中渗漏风险同时为节约建设成本上下水库之间的距高比水平距离与垂直高度比值较小为宜建设周期漫长或无法匹配风光装机增速抽水蓄能电站建设期约710年无法匹配风光装机快速增长所带来的消纳及调峰调频等需求储能市场装机占比商业化成熟阶段存量市场占比下降增量市场略高于新型储能受制于新型储能技术快速发展抽水蓄能在存量装机市场中的占比有所下降2022年底全球中国储能市场累计装机规模分别为2372GW598GW抽水蓄能在全球及中国市场中的装机占比分别为793771与2021年相比分别下降6883pct2022年中国新增储能装机165GW其中抽水蓄能新型储能装机分别为91GW73GW占比分别为552442由于抽水蓄能技术进步空间相对有限发展受自然资源约束较强未来其在储能市场中的渗透率或将进一步下降图192022年全球储能存量市场装机构成图202022年中国储能存量市场装机构成资料来源CNESA东海证券研究所资料来源CNESA东海证券研究所经济性抽蓄电站初始投资较大全生命周期度电成本随优质选址资源趋于饱和而上升以1200MW6000MWh抽水蓄能电站为例其初始投资成本约为60258780元KW若使用寿命为50年不考虑充电成本其全生命周期度电成本约031040元KWh未来随着证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1742请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度优质建站资源趋于饱和LCOE将随之上升此外抽水蓄能产业链已实现高度国产化与其他储能路线相比其在设备端的降本空间相对有限表11抽水蓄能电站全生命周期度电成本测算以1200MW6000MWh抽水蓄能电站为例评价指标单位值备注项目寿命期年405060电机使用寿命一般为40-60年即初次投资成本包括设计设备安装土建施工采购等项目总费用建造成本亿元72310536对储能项目来说即为土建成本单位功率成本单位容量成本建筑物成本万元MW058建筑物部分包括人工费材料费机械总装费等单位功率成本万元MW220水轮机汽轮机控制设备等额定功率MW1200-水库建设部分包括水库水闸等的建设对抽蓄电站来说土建成本单位容量成本万元MWh120170包含于系统容量成本之中额定容量MWh6000-考虑容量维护成本功率维护成本人工运营管理成本等取初始投资运营成本亿元年217316的3计算充电成本元KWh0假设使用弃光弃风充电电价为0元KWh等于放电深度DOD365天每天运行次数年运行比例系统能量效率等年发电量KWh1575000000效容量保持率假设每天充放电1次年运行350天无衰减问题运行寿命405060年情况下度电成本分别为033042元KWh031040元KWh030039元KWh元KWh第年运营成本第年充电成本LCOE建造成本11折现率计算公式LCOE下同第年发电量11折现率资料来源抽水蓄能和电化学储能平准化度电成本分析罗皓等东海证券研究所测算2熔融盐储热光热发电与火电灵活性改造为主要应用领域其中光热发电发储一体可在一定程素上克服传统太阳能发电固有的气候限制但初始投资成本高全生命周期度电成本尚未达到规模化水平工作原理熔盐储热熔盐放热构成一次储能循环熔盐储热时熔盐储罐冷盐罐中的低温熔盐进入熔盐电加热器利用风电光伏夜间低谷电加热加热后回到熔盐储罐热盐罐中存储熔盐放热时高温熔盐进入换热系统与水进行换热用于供暖或生成蒸汽用作工业蒸汽或用于发电等熔融盐储热主要用于光热发电火电灵活性改造清洁供热工业蒸汽等领域其中光热发电及火电灵活性改造为主要应用领域光热电站工作原理太阳能热能机械能电能光热发电原理为通过反射镜将光照汇聚到太阳能收集装置中利用太阳能加热收集装置内的熔盐最后通过加热后的熔盐传递热量加热蒸汽推动发电机发电应用场景光热电站定位电源侧配套储能存量市场单体光热电站为主增量市场光热光伏风电模式占比提升截止2022年底国内已投运光热项目8个其中仅1个为风光热储调荷一体化项目单体光热电站占据主流2022年国家发改委能源局印发十四五现代能源体系规划推动储热型光热发电与光伏风电等波动性电源配套发展目前在建项目中光热光伏风电发电模式已占主流在建项目共计32个其中5个为单体光热电站27个为光热项目证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1842请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度图21光热发电系统组成示意资料来源太阳能光热发电技术及其发展综述张金平等东海证券研究所优势装机规模相对较大普遍为兆瓦到百兆瓦级放电时间及使用寿命长适宜储能时间为6-15小时使用寿命在25年左右受天气影响相对较小夜间仍可发电与光伏发电相比光热发电可在夜间利用白天富余的热盐发电受天气影响相对较小安全性高熔盐存储于储盐罐中整个系统闭环运行安全性高响应速度快升降负荷平均调节速率分别约为153Pemin255Pemin与常规燃煤机组水平相当劣势能量转换效率较低低于60熔盐具有腐蚀性对蓄热装置材料要求较高光热熔盐主要为硝酸钾与硝酸钠的二元混合物其热导率低比热容低具备腐蚀性且相变过程中可能会发生液体泄露故对蓄热装置材料的抗腐蚀要求较高光热电站选址高度依赖太阳能资源太阳能辐照量与光热发电成本高度相关直接辐射量越大单位发电成本越低我国西北地区光照资源丰富但冬季气温较低影响电站启动占地面积大光热电站发电量与集热定日镜等面积及储盐罐容积成正比占地面积较大目前我国在建及投运太阳能热发电项目单兆瓦时占地面积约5001600m2远高于电化学储能建设周期较长光热电站建设周期约1525年虽短于抽蓄电站但较电化学路线仍较长证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN1942请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明行业深度图22典型太阳能热发电系统各环节效率及能量损失情况年总法向直接辐射量KWh能量转化率25001002000801500601000405002000资料来源中国太阳能热发电行业蓝皮书2022东海证券研究所储能市场装机占比处示范阶段装机占比相对较低光热发电产业尚处示范阶段全球及国内渗透率相对较低2022年底全球太阳能热发电累计装机容量约705GW同比37其中中国累计装机059GW同比93聚光集热环节成本高效率低为产业化应用主要难点我国太阳能关键部件玻璃镜吸热管聚光器等生产环节技术发展相对缓慢图23全球太阳能热发电累计装机容量GW图24中国太阳能热发电累计装机容量GW资料来源国家太阳能光热产业技术创新战略联盟东海证券研资料来源国家太阳能光热产业技术创新战略联盟东海证券研究所究所经济性初始投资规模过大LCOE相对较高以100MW1200MWh塔式光热电站为例其初始投资成本约为2500030000元KW其中集热系统成本占比超50若使用寿命为25年不考虑充电成本其全生命周期度电成本约079094元KWh光热电站增加储能时长需相应扩大聚光场面积目前定日镜等聚光设备价格较高2022年张家口太阳能塔式聚光系统中定日镜单位成本达888元m2未来有望通过各细分环节吸热器熔盐泵等国产替代实现降本证券研究报告HTTPWWWLONGONECOMCN2042请务必仔细阅读正文后的所有说明和声明