电池行业钒电池深度报告：乘储能东风，溪云初起正当时

钒电池深度报告：乘储能东风，溪云初起正当时 左景冉分析师 Email:zuojingran@lczq.com 证书:S1320523020001 投资要点： 新型储能技术百舸争流，钒电池在长时储能领域优势明显。目前在大规模 储能技术中，以液流电池最安全经济，液流电池中又以全钒液流电池（又称“钒电池”）技术成熟度最好、应用最广、商业化程度最高、研究最为全面系统。而且从长时储能的经济性、安全性、使用寿命、矿产资源自主可控角度，钒电池比锂电池储能更有优势，政策驱动下有望在大规模长时储能领域取代国内锂电池。 技术日趋成熟，产业链初步成形。钒电池所需关键材料基本可以实现全国 投资评级：看好（首次） 市场表现 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20% 电池沪深300 产化，部分部件与国外先进水平有一定差距。上游，钒资源储量全球第 一；中游，电解液生产基本自主可控，电极碳素材料可满足生产要求，但全氟隔膜成本高、技术路线尚不明朗；下游，初装成本限制大规模商业化，但长期储能有优势。 钒电池尚处于商业化早期，产业链强势环节有望率先收益。上游钒资源供给刚性，自有钒矿企业铸就资源壁垒；中游关键材料商中，电解液厂商多 为钒资源企业向下游产业链延伸或者电池集成商向上游一体化布局，部分隔膜材料商有望打破国外垄断；下游系统集成商由于初装成本高且受上游钒价波动影响，在市场推广初期利润承压，后期有望随装机规模扩大而逐步改善。 投资建议：建议循序渐进式布局。短期内建议重点关注议价能力较强的钒矿资源企业，如钒钛股份、河钢股份等。中长期建议关注在钒电池电堆和储能系统有技术优势的企业，如大连融科、北京普能等。 5/57/169/2612/72/174/30 相关报告 行业研究｜电池 2023年05月04日 风险提示：钒电池商业化不及预期；钒产品价格快速上涨；技术迭代风险；政策变动风险。 目录 1.钒电池简介5 1.1发展历程：从“女神元素”到储能电池5 1.2市场：乘储能东风，溪云初起正当时6 2.产业链：技术日趋成熟，产业链初步成形8 2.1上游：我国钒储量全球第一，自有钒矿企业铸就资源壁垒8 2.2中游：关键材料自主可控，国产替代趋势明显12 2.3下游：技术迭代推动系统降本，钒电池产业化有望提速17 3.储能路线对比：钒电池是大规模长时储能的优选路径20 3.1储能技术对比：规模储能技术中，液流电池最安全经济20 3.2液流电池对比：钒电池成熟度最好、商业化最高、研究最系统21 4.发展趋势：钒电池有望在储能产业的规模化、高安全化进程中充分收益22 4.1储能产业发展迈向规模化、标准化，长时储能峥嵘初显22 4.2事故频发催化安全标准提升，峰谷电价政策提升盈利空间24 4.3钒电池尚处于商业化早期，产业链优势环节有望率先收益25 5.重点公司：建议关注钒钛股份、河钢股份等26 6.风险提示28 图目录 图1全钒液流电池工作原理示意图5 图2磷酸铁锂电池工作原理示意图5 图3国内全钒液流电池发展历程6 图4未来5年中国新型储能累计装机规模预测（单位：GW）7 图5液流电池产业链8 图62021年全球探明钒资源分布情况9 图7我国钒产品主要应用场景9 图8中国钒矿资源产业链及应用领域9 图92021年中国大陆主要钒矿资源、产业及产品分布10 图10现阶段国内主要提钒工艺10 图11粗钢产量变化（单位：万吨/日）11 图12钒电池对钒需求预计（单位：GW，万吨）11 图13近几年钒产品价格变化（单位：元/吨）11 图14典型4h全钒液流电池储能成本构成12 图15全钒液流电池单体内部结构12 图16电解液的充放电过程13 图17大连液流电池储能调峰电站一层的电解液储罐区13 图18电极流道研发进展情况15 图19液流电池用石墨毡电极材料15 图20全钒液流电池隔膜工作示意图16 图21科慕公司的Nafion系列磺酸膜16 图22全钒液流电池电堆结构示意图17 图23全钒液流电池电堆17 图24全钒液流电池电堆生产工艺流程17 图251兆瓦储能系统模块示意图18 图26全钒液流电池储能系统工作原理18 图27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18 图28100MW/200MWh规模多元电化学储能电站成本对比20 图29不同储能时长全钒液流电池储能系统的价格20 图30各类储能技术的适用规模及领域20 图312014-2022年国内新型储能累计装机规模（单位：GW，%）22 图322022年各电池类型电化学储能项目新增装机分布23 图33中国储能产业化梯队23 图342022年电化学储能装机规模分布（单位：MW，MWh,%）23 图352040年长时储能潜在市场规模23 图362023年4月各省份最大峰谷电价差（单位：元/kWh）25 1.钒电池简介 1.1发展历程：从“女神元素”到储能电池 全钒液流电池（VFB）又称钒电池，主要利用钒离子的价态的变化来实现电能的储存和释放。从工作原理上来看，钒电池相比锂离子电池的最大不同在于导电离子主要为不同价态的钒离子。钒元素的价态多变，不同价态的化合物呈现不同的颜色，所以用北 欧神话里的女神Vanadis（又名Freyja，爱情与美貌之神）来命名，翻译为中文就是“钒”。 充电时，正极的VO2+失去电子成为VO2+，负极的V3+得到电子成为V2+；放电时则相反。从结构上看，与锂电池的电解液集成在电池内部不同，钒电池的正负极的两侧各有一个电解液储罐，通过循环泵输送至电池内部进行反应。 图1全钒液流电池工作原理示意图图2磷酸铁锂电池工作原理示意图 资料来源：低成本液流电池储能技术研究（刘庆华等，2019），联储证券研究院 资料来源：高性能层状锂离子电池正极材料的制备与研究（刘同超等， 2019），联储证券研究院 钒电池最早由澳大利亚新南威尔士大学Skyllas-Kazacos提出，因其具有安全性高、储能容量大、使用寿命长等特点得到了长足的发展。钒电池正负极氧化还原电对使用同种元素钒，电解液在长期运行过程中可再生，避免了交叉污染带来的电池容量难以 恢复的问题；钒电池正负极反应动力学良好，无外加催化剂即可达到较高的功率密度；而且由于钒电池使用水溶液作为储能介质，避免了有机溶剂作为电解液时易燃易爆炸的安全风险，可靠性高。随着清洁能源发展对储能需求的增加，越来越多的研究单位和企业开始涉足钒电池产业化的开发，如日本住友电工、美国UET公司、英国Invinity、奥地利Enerox、澳大利亚TNGLtd公司等。 我国对钒电池的研究起步较早，目前已进入大规模商业示范运行和市场开拓阶段。20世纪80年代末，北京大学和中国地质大学已建立了全钒液流电池实验室模型。1995年中国工程物理研究院研制出1kW的钒电池电堆样机。此后，中南大学、中科院大连化 物所、清华大学、中科院沈阳金属所、北京普能、大连融科等机构开始从事钒电池的研发和商业化推广工作。2022年10月31日，全球最大的全钒液流电池储能电站建成并在辽宁大连并网发电，一期规模为100MW/400MWh。 图3国内全钒液流电池发展历程 资料来源：液流电池储能技术研究进展（袁志章等，2022），联储证券研究院 1.2市场：乘储能东风，溪云初起正当时 随着储能行业的快速发展，钒电池装机规模有望进一步增长。根据国家能源局的数据，截至2022年底，全国已投运新型储能项目装机规模达870万千瓦，平均储能时长 约2.1小时，比2021年底增长110%以上。2021年7月，国家能源局在《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中指出，到2025年，我国新型储能装机容量要达到30GW以上。而根据2022年11月中国电力企业联合会《新能源配储能运行情况调研报告》的数据，到2025年，国内各省规划的新型储能装机规模合计超过60GW。而钒电池作为储能技术的一种，2021年和2022年在新型储能装机中的占比分别为0.6%、2.3%，并有望随着长时储能需求的增大，渗透率进一步提升。 表1多省市“十四🖂”规划储能装机目标 序号 时间 省份 文件名称 储能装机目标（GW） 1 2022年12月19日 青海 《青海省碳达峰实施方案》 6 2 2022年2月28日 甘肃 《甘肃省“十四五”能源发展规划》 6 3 2022年9月5日 山西 《山西省“十四五”新型储能发展实施方案》 6 4 2022年12月30日 山东 《山东省新型储能工程发展行动方案》 5 5 2023年2月23日 宁夏 《宁夏“十四五”新型储能发展实施方案》 5 6 2022年3月29日 内蒙古 《内蒙古自治区“十四五电力发展规划”》 5 7 2022年4月10日 河北 《河北省“十四五”新型储能发展规划》 4 8 2022年6月6日 浙江 《浙江省“十四五”新型储能发展规划》 3 9 2022年8月18日 安徽 《安徽省新型储能发展规划（2022-2025）》 3 10 2023年3月15日 广东 《广东省推动新型储能产业高质量发展的指导意见》 3 11 2022年8月1日 江苏 《江苏省“十四五”新型储能发展实施方案》 2.6 12 2023年2月6日 河南 《河南省碳达峰实施方案》 2.2 13 2022年5月19日 湖北 《湖北省能源发展“十四五”规划》 2 14 2022年10月13日 湖南 《湖南省电力支撑能力提升行动方案（2022-2025年）》 2 15 2022年12月29日 广西 《广西壮族自治区碳达峰实施方案》 2 16 2022年11月29日 云南 《云南省应对气候变化规划（2021-2025年）》 2 17 2022年12月6日 四川 《四川省电源电网发展规划（2022-2025年）》 2 18 2022年7月14日 辽宁 《辽宁省“十四五能源发展规划”》 1 19 2022年9月28日 江西 《江西省碳达峰实施方案》 1 20 2022年11月21日 贵州 《贵州省碳达峰实施方案》 1 21 2022年10月13日 北京 《北京市碳达峰实施方案》 0.7 22 2022年8月26日 福建 《福建省推进绿色经济发展行动计划（2022-2025年）》 0.6 23 2022年9月14日 天津 《天津市碳达峰实施方案》 0.5 24 2022年8月8日 吉林 《吉林省碳达峰实施方案》 0.25 资料来源：政府部门官网，北极星储能网，联储证券研究院 乐观场景下，假设各省储能目标都能顺利实现，2025年国内钒电池市场渗透率达到 15%，平均储能时长为4h，则预计2025年钒电池的装机功率为9GW，装机容量达到 36GWh以上，而钒电池产业将从商业化初期进入规模化发展阶段。 图4未来5年中国新型储能累计装机规模预测（单位：GW） 新型储能装机规模（GW）保守场景中性场景乐观场景 13.08 0.170.200.250.401.08 1.72 3.28 5.73 2014201520162017201820192020202120222023E2024E2025E2026E2027E 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 (20) 资料来源：中关村储能产业联盟，联储证券研究院 表22025年钒电池储能市场空间测算 市场预测 保守场景 中性场景 乐观场景 国内新型储能装机功率（GW） 30 45 60 钒电池市场渗透率（%） 5 10 15 钒电池装机功率（GW） 1.5 4.5 9 平均储能时长（h） 3 3.5 4 钒电池装机容量（GWh） 4.5 13.5 36 电解液利用率（%） 70 75 80 消耗五氧化二钒量（万吨） 3.6 11.57 32.91 资料来源：中关村储能产业联盟，联储证券研究院 说明：保守场景定义为成本下降、技术改进等因素未达预期的情形，乐观场景定义为各省储能规划目标顺利实现的情形。 2.产业链：技术日趋成熟，产业链初步成形 目前钒电池产业处在