电力设备与新能源行业深度报告：长时储能东风起，钒电需求待腾飞

行业研究 2023年10月12日 行业深度 标配长时储能东风起，钒电需求待腾飞 ——电力设备与新能源行业深度报告 证券分析师 周啸宇S0630519030001 zhouxiaoy@longone.com.cn 联系人 电力设备 赵敏敏 zmmin@longone.com.cn 22% 13% 4% -5% -13% -22% -31% 22-1023-0123-0423-07 申万行业指数:电力设备(0763)沪深300 相关研究 1.分时电价机制完善，储能市场持续景气——电池及储能行业周报 （20230925-20231001） 2.光伏年末装机高峰将至，风电新增装机容量同比高增——新能源电力行业周报（2023/09/22-2023/09/243.电力现货市场规则发布，独立储能将迎发展机遇期——电池及储能行业周报（2023/09/18-2023/09/24） 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。 正文目录 1.后来者居上，国内钒电池产业化进程加速5 1.1.钒电池行业已步入产业化推广阶段5 1.2.技术日益成熟，国内钒电池项目加速落地5 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6 2.1.优势：本征安全，边际成本随储能时长递减7 2.2.劣势：定位长时储能市场，钒电池“避短扬长”10 2.3.乘政策东风，高安全性的钒电池发展适逢其时12 3.长时储能路线之争：灵活适用源网荷各侧，综合优势突出12 3.1.可再生能源发展叠加政策推动，长时储能大势所趋12 3.2.钒电池vs其他长时储能路线：有望率先对抽蓄形成替代16 3.3.渗透率加速提升，2025年钒电池需求量预计达13.1GWh26 4.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27 4.1.产业链基本形成，市场需求待释放27 4.11.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28 4.1.2.电堆环节：国产替代进程加速31 4.2.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34 4.2.1.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34 4.2.2.电堆：国产替代为降本关键35 5.钒电池产业链相关企业36 5.1.钒资源及电解液企业37 5.1.1.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37 5.1.2.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37 5.1.3.永泰能源：转型储能、布局全产业链，积极打造第二增长极38 5.1.4.银峰新能源：产业链布局完备，电解液产能领先39 5.2.电堆及电池模组企业40 5.2.1.大连融科：全球领先的钒电池储能系统服务商40 5.2.2.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40 6.投资建议41 7.风险提示41 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82020-2023.7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（GW）20 图24中国太阳能热发电累计装机容量（GW）20 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（GW，%）25 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/KWh）26 图35国内钒储能电站初始投资成本显著下降（元/KW）26 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 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/m2）36 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430KW/150KWh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1200MW/6000MWh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100MW/1200MWh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60MW/300MWh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200MW/800MWh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 1.后来者居上，国内钒电池产业化进程加速 1.1.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Pinn