2022年钒电池行业研究报告

第一章行业概况 钒电池（VanadiumRedoxBattery，缩写为VRB），全称为全钒氧化还原液流电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池可以作为大容量储能电站的电池，其工作原理如下：钒电池将具有不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中。在对电池进行充、放电实验时，电解液通过泵的作用，由外部贮液罐分别循环流经电池的正极室和负极室，并在电极表面发生氧化和还原反应，实现对电池的充放电。 图：钒电池结构 资料来源：资产信息网千际投行 长时储能目前仍处于初期的研发示范阶段，多种解决方案中，抽水蓄能的建设规模较大。抽水蓄能电站具有技术成熟、效率高和成本低等优势，成为全球储能容量最大的解决方案。但抽水蓄能最大的限制是场地限制、建设时间长以及环境问题。 从长期来看，电化学储能由于动力电池产业推动，不受地理环境的制约，处于比较有利的竞争地位。在电化学储能方面，目前锂离子电池、钠硫电池、钠离子电池、液流电池等均具备较大应用潜力；而全钒液流电池因寿命长、易扩容等特点，在长时储能系统领域应用大有可为。 资料来源：资产信息网千际投行光大证券 GuidehouseInsights于2022年二季度发布的《VanadiumRedoxFlowBatteries:IdentifytingMarketOpportunitiesandEnablers》报告显示，2022-2031年钒电池年装机量有望保持41%的复合增长率，预计2031年全球钒电池年装机量将达到32.8GWh；其中，2031年亚太地区(主要为中国)年装机量将达到约14.5GWh，北美地区将达到5.8GWh，西欧地区将达到9.3GWh。 图：累计2031年全球钒电池装机量将达到32.8GWh。 资料来源：资产信息网千际投行GuidehouseInsights 在钒储量上，全球钒储量集中在中国、澳洲、俄罗斯和南非，中国资源储量全球第一。据USGS统计，截至2021年底，全球钒金属储量6300万吨，其中已认定符合当前采掘和生产要求的钒矿金属钒储量超过2400万吨，全球99%以上的钒矿储量集中在中国、澳大利亚、俄罗斯和南非四国；其中，中国钒矿储量约为950万吨，占世界钒资源储量的39%，位居世界第一；澳大利亚、俄罗斯、南非占比分别为25%、21%和15%。 2021年全球钒产量为10.7万金属吨，其中中国产量7.3万吨，占比68%；俄罗斯、南非和巴西钒产量分别为1.9万吨、0.9万吨和0.7万吨，占比分别为18%、8%和6%。 图：2021年全球钒资源产量各国占比（%） 资料来源：资产信息网千际投行 第二章商业模式和技术发展 2.1产业链 钒电池产业链包含上游、中游、下游三个部分，涉及多个行业。 上游：钒原料供给、电堆材料加工，主要原材料包括五氧化二钒、硫酸、碳材料、聚合物材料等，以及各类辅材，涉及基础化工、钢铁冶炼、有色金属等产业，其中钒矿及其加工业处于核心地位，是电解液原料五氧化二钒的来源。 中游：电堆装配、控制系统、其他设备和附件等，其中电堆装配和控制系统的技术壁垒最高，涉及各类耗材和元器件。 下游：终端应用市场，主要为各类储能用户，包括发电侧、电网侧、用电侧。 图：全矾液流电池产业链全貌 资料来源：资产信息网千际投行国泰君安证券 我国的钒电池研究和产业化世界领先，技术层面已经完备，但产业链尚未健全，需求尚未打开，产能正在蓄力发展，规模效应尚未显现。钒电池产业链复杂度较高，其中核心环节是材料端和设备端，材料端主要包括电解液材料和电堆材料，设备端主要包括整机装配和控制系统。 上游 钒电池上游主要是电解液和电堆的原材料，其中钒电池的电解液材料核心是钒化合物。电解液制造分为两个步骤，首先是核心前驱体钒化学品的生产，拥有相关技术和量产能力的基本为大型钒提炼及加工企业；尔后是将前驱体转化为电解液，目前掌握钒电解液制造的全球龙头企业是大连博融新材料公司，全球市场占有率80%以上。 对于钒电池而言，电解液中杂质元素含量会对电池工作电压、实际容量及循环性能等产生重要影响，尽管不同厂商产出的钒原料属于同质化产品，但在产品纯度和成本上存在较大差异，因此具有长期技术积累和规模优势的大型生产厂商更有 竞争力，而且随着环保要求的日益趋严和产品质量要求的不断提升，马太效应可能会更加显著。 图：电解液近年产能和产量情况 资料来源：资产信息网千际投行东亚前海证券表：电解液材料的主要企业 资料来源：资产信息网千际投行 当前钒电池还没有大规模应用，因此几家代表性企业主要依靠自研自产或外协加工的方式生产电极材料，以供自用。由于电堆材料中的电极、双极板、隔膜等材料与氢燃料电池的相应构件几乎相同，因此目前从事氢燃料电堆材料研发和生产的企业，未来较容易转型成为钒电池的电堆材料供货商，应予以重点关注。 图：电堆材料的主要企业 资料来源：资产信息网千际投行国泰君安证券 中游 钒电池中游主要涉及电解液、电堆的制备与电池的制造。电解液价值量占比40%-80%，由钒供应商进行匹配；电堆占比次高，其中离子交换膜占电堆成本的 30%-40%。 国内钒电池设备企业大致有两类：一类是科研院所自研技术转化的初创企业，多为校企合作模式，以大连融科为代表；另一类是通过吸收合并或控股方式，获得相应技术，再优化升级参与竞争，以北京普能为代表。主要企业：武汉南瑞、上海电气、四川伟力得、上海神力科技等，各自拥有核心技术，普遍研发时间超过10年。 国外的全钒液流电池相关企业大都规模较小，主要分布在日本、北美和欧洲。 表：全钒液流电池整机制造企业 资料来源：资产信息网千际投行 控制系统的硬件装置是电力电子行业的基本元件，相关产业较成熟。当前钒电池尚未大规模应用，因此专门提供钒电池控制系统的企业较少，主要由相关企业自研自用或外协加工生产。未来一旦市场需求放量，可能会有更多的电控企业转型入场，因此对于主要从事储能电控技术研发而尚未涉足钒电池的企业，未来较容易转型，为钒电池的控制系统提供解决方案服务，应予以关注，例如固德威。 下游 钒电池下游主要是终端应用市场，主要为各类储能用户，包括发电侧、电网侧、用电侧。 2.2商业模式 钒电池是目前商业化较为成熟的液流电池路线，具备示范项目运行多年、产业链逐步成型、全生命周期成本低等优势，预计在长时储能系统的应用空间广泛。主要原因为： 多个示范项目安全运营：全钒液流电池在全球已经具有多个多年的示范项目在运行，产业化效果和可靠性验证明显高于铁铬液流电池、锌溴液流电池。 全产业链逐步成型：全钒液流电池的电解液、隔膜、膜电极等原材料供应链已经初步成型，国产化进程不断加快，已能够支撑起开展百兆瓦级的项目设计与开发，其产业配套更加成熟。 全生命周期成本优势：钒电池全生命周期成本已经低于锂电池，具备大规模商业化应用的条件。 图：钒电池商业化历程 资料来源：资产信息网千际投行浙商证券 钒电池作为商业化较为成熟的液流电池，在储能领域大有可为，尤其是长时储能领域。随着储能安全性要求升级和储能时长的增加，基于钒电池的高安全性和随储能时长增加边际成本增加较小的特点，钒电池装机有望进入加速增长阶段。 目前共享储能模式正在兴起，它是由第三方投资建设的集中式大型独立储能电站，除了满足自身电站需求外，也为其它新能源电站提供服务。共享储能的模式将分散的电源侧、电网侧、用户侧储能资源进行整合，并交由电网进行统一协调，降低了新能源电站的弃电量，并参与电力辅助服务市场，提高了储能资源利用率和电网系统的调节能力，也促进了储能形成独立的辅助服务提供商的身份。 近年来，从国家到地方均出台了一系列政策支持共享储能模式的探索发展，在补偿考核方面给予共享储能新能源发电项目优先考虑，鼓励共享储能模式的推广。目前共享储能模式的主要盈利方式有调峰服务补偿、峰谷价差套利(参与电力现货市场交易)、容量租赁、容量补偿等。该行以100MW/200MWh山东储能电站为例，预计可实现累计收益为4831万元/年(租赁电量50%)。共享储能模式有望成为当前独立储能电站盈利的可行方案。 图：100MW/200MWh锂电池/钒电池共享储能电站收益、成本、IRR测算 资料来源：资产信息网千际投行光大证券表：钒钛股份主营业务 表：LargoInc.主营业务 资料来源：资产信息网千际投行iFinD 2.2技术发展 对国内钒电池行业的各个专利申请人的专利数量进行统计，排名前列的公司依次为：四川长虹、上海电气、河钢股份、钒钛股份、海亮股份、双杰电气、东方电气、易成新能、国网英大、龙佰集团等。 资料来源：资产信息网千际投行iFinD 2.3政策监管 钒电池行业的行政监管部门为国家能源局，主要负责起草能源发展和有关监督管理的法律法规送审稿和规章，拟订并组织实施能源发展战略、规划和政策，推进能源体制改革，拟订有关改革方案，协调能源发展和改革中的重大问题。组织推进能源重大设备研发及其相关重大科研项目，指导能源科技进步、成套设备的引进消化创新，组织协调相关重大示范工程和推广应用新产品、新技术、新设备。 自律协会为中国电池工业协会，该协会成立于1988年，经国家民政部注册批准，具有法人资格，为跨地区、跨部门、跨所有制的国家一级协会。 中国电池工业协会的主管部门是国有资产管理监督委员会，同时接受国家民政部和中国轻工业联合会的管理。中国电池工业协会的职能是：对电池工业的政策提出建议，起草电池工业的发展规划和电池产品标准，组织有关科研项目和技术改造项目的鉴定，开展技术咨询、信息统计、信息交流、人才培训，为行业培育市场，组织国际国内电池展览会，协调企业生产、销售和出口工作中的问题。 图行业主要政策 资料来源：资产信息网千际投行兴业证券 第三章行业估值、定价机制和全球龙头企业 3.1行业综合财务分析和估值方法 图：指数表现 资料来源：资产信息网千际投行iFinD 钒电池行业估值方法可以选择市盈率估值法、PEG估值法、市净率估值法、市现率、P/S市销率估值法、EV/Sales市售率估值法、RNAV重估净资产估值法、EV/EBITDA估值法、DDM估值法、DCF现金流折现估值法、NAV净资产价值估值法等。 图：河钢股份主营业务 图：钒钛股份主营业务 资料来源：资产信息网千际投行iFinD 3.2行业发展和驱动因子 （1）政策驱动力 现有的钒电池项目多数是地方政府推动的示范项目，少部分为企业自主建设项目。钒电池全生命周期成本已经低于锂电池，但初始建设成本过高，导致企业的投资动力不强，后续或仍需要政府层面进行推动，制定可有效执行的价格补偿机制和长时储能产业政策。 由于国内主要钒产量来源于钒钛磁铁矿炼钢生产过程中的钒渣，因此，允许相应钢铁公司扩大产能也是增加钒资源来源的方式之一。同时，也可以出台支持钒资源开发的政策，加大对国内钒资源的开发力度。 （2）技术驱动力 技术推动电堆成本持续下降。锂电池成本在商业化应用以后成本下降迅速，参考锂电池的降本途径，可以预见钒电池在大规模量产后成本仍有较大的下行空间。 钒电池目前仍处于商业化初期，技术进步带来的降本空间较大。如大连物化所通过减少膜材料使用面积而降低电池成本；2020年6月，大连物化所储能技术研究部李先锋和张华民团队成功开发出新一代30KW级低成本全钒液流电池电堆。该电堆采用自主研发的可焊接多孔离子传导膜（成本<100元/m2）。相对于传统的电池组装技术，膜材料使用面积减少30%，电堆总成本降低了40%。 （3）成本驱动力 国产材料替代带动成本下降。在离子交换膜方面，目前全球钒电池主要使用美国杜邦公司的Nafion全氟磺酸树脂交换膜，作为全钒氧化还原液流电池的标准隔膜，其在电解液中的稳定性高，但价格昂贵。 目前，国内的科润、东岳、中科院大化所，国外的戈尔等都在自主创新开发了更低成本的膜。随着国产离子交换膜的逐步推广，膜等产品仍有较大成本下降空间，预计后续在其他电堆材料（双极板、碳毡等）也有成本