300亿新能源龙头，要造一个“中国钒电之都”
原创 胡荣华 能源圈 2024年04月24日 20:32 北京
4月22日，攀枝花市发展和改革委员会等五部门发布攀枝花现代化产业体系2023年发展报告，多处提及钒电池。明确点明将建设全钒液流电池储能10万千瓦、钒电解液3000立方米/年产能。
报告也提及在2023年初，引入大连融科、国家电投等钒电池储能龙头企业，与本土企业钒钛股份联手，建设全国在建规模最大的钒电池储能项目——国家电投100MW/500MWh钒电池储能电站。项目包括规模化生产电解液、电堆和电池储能装备制造等全钒液流电池储能全产业链，助力攀枝花市兑现“中国钒电之都”的愿景。
这一联合体拥有该产业链上中下游资源及技术，有望推进钒电池在攀枝花集群化发展进程。此前，四川钒钛协会书记提出，根据四川省钒电池储能产业的调研，中国钒电池已经进入商业化应用阶段。
不仅单个地市，在全国范围内，钒电池热度正持续高增。2023年，中国钒电池储能电站招标项目容量同比增长119%；另有开工钒电池项目容量同比增长753%。2024年，钒电池交付量预计会同比大增。
钒：同名般的沉默
钒（化学符号V）来源于北欧神话中一位美丽女神的名字 “Vanadis”（译为凡娜迪斯）。这是因为，钒元素大多有着美丽多彩的颜色。
钒在地球上储量并不少，储量高于铜、锡、锌、镍，但分布分散，甚至没个像样的矿物，因此钒存在感较弱。（图为蓝钒矿）
钒应用广泛，炼钢时加入少量钒，可制成钒钢，使钢的弹性、强度大增，在汽车、航空、铁路、电子技术等部门，到处可见到钒的踪迹。钒氧化后，也是重要的化学反应催化剂。虽然用途广泛，但用量并不大。因此，市场对钒的关注度，也正如其发音那样，平凡、普通。
钒钛股份使用钒钛磁铁矿冶炼钢铁的工艺成熟，亦是最大的氧化钒提供商
直到上世纪八十年代，钒电池诞生。相比于传统的抽水储能和熔融盐储能，包括锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池、压缩空气、液流电池（目前主要是钒电池）、超级电容和飞轮储能在内的储能方式被称之为新型储能。钒电池以安全优势胜出一筹。
攀枝花：谋求集群效应
2023年，四川攀枝花率先提出打造“中国钒电之都”的概念。
攀枝花成为锂电之都的底气，主要来自三方面。首先，它是中国钒资源最丰富的城市之一。其次，合作方实力雄厚。市值近300亿元的钒制品龙头钒钛股份就位居攀枝花，是世界最大的钒生产企业，拥有以五氧化二钒等产品。
2022年，该公司有约5000吨左右的钒产品直接应用于储能领域。钒钛股份手握原料，同时生产钒电池，早在2015年，钒钛股份宣布钒电池已量产。
而另一家合作方大连融科作为科技派，在中国开始涉足钒电池研究不久后便成立，钒电池技术全球领先，自身拥有从电池装备到系统服务完整的钒电池产业链。
大连融科旗下子公司融科储能是全球领先的全钒液流电池储能系统服务商，孙公司融科装备负责生产储能电池装备，拥有全球规模最大、现代化程度最高的全钒液流电池储能装备生产基地
此前，钒钛股份和大连融科已形成多维合作，包括产品及服务、生产合作、资本合作，2022年10月还合资成立四川钒融储能科技有限公司，地址位于攀枝花。如今，该领域双强继续联合，分别为相关项目建设提供储能装备和钒电解液保障，将加速攀枝花建成“中国钒电之都”。
攀枝花坐拥全国唯一的钒钛高新技术产业园区，钒钛股份和大连融科在攀枝花市打造高端研发平台，加速低成本、高性能全钒液流电池储能关键技术开发，加速技术突破与成果转化，有望推进钒产业高质量发展。
在锂电风起云涌的年代，宁德市依靠宁德时代形成了享誉世界的动力电池产业集群，成为中国当之无愧的“锂电之都”。2022年11月，长沙宁乡首提打造“钠电之都”，中伟新能源、长远锂科、立方新能源以及中南大学、长沙矿冶研究院等20家单位入驻或参与长沙储能材料产业链搭建。
产业链集群的带动效应，让手握资源和技术两大王牌的攀枝花底气十足。对于钒钛产业，攀枝花近期目标是，力争到2025年，初步建成世界级钒钛产业基地，钒钛产业产值突破650亿元，占工业的比重提升到25%左右。
资源供应与技术挑战
钒电池如能大量应用，在资源和技术方面面临双重挑战。
资源方面，钒虽然在地壳里储量高，但独立钒矿较少见，大部分是与其他矿物形成共生矿或者复合矿。中国钒资源有52%蕴含在钒钛磁铁矿中，另有48%蕴含在含钒石煤中。
五氧化二钒的初始来源是钒钛磁铁矿，主要用于冶炼钢铁，冶炼之后会产生钒钢渣，从钒钢渣中又可提炼五氧化二钒。由于钢渣提钒技术成熟，每吨五氧化二钒的提取成本在7万-10万元，因此中国86.9%的钒是从钒钢渣中提炼。
但钢渣提钒受制于钒钢产量，因此五氧化二钒的产量增加不大。
技术方面，钒电池初装成本是锂电池的两倍以上，且对环境温度有严苛要求，中国锂电池装机量约是钒电池的90倍。
最高不能超过45C，因为一旦超过这个温度，正极溶液中就将析出沉淀物堵塞流道，使其报废
但长期来看，全钒液流电池在全生命周期内的平均成本远低于锂离子电池，而且初始投资成本正持续降低。未来钒电池市场潜力较大。
钒电池2021年新增装机：0.13GW→2026年：4.93GW
况且钒电池安全性突出，正因如此国家建设中大型储能电站时剔除锂电池、钠硫电池，而选择钒电池。但钒电池能量密度在重量和体积上并不具优势，因此这几种电池彼此之间构成差异化竞争。
该表展示了几种电池的性能差异
钒电池距离规模化商业应用还需要时间，而在这之前，攀枝花市就已充分利用上游的钒钛资源发展经济，2023年钒钛产业产值521亿元，首次超过钢铁，并已编制完成全国首个钒电池储能产业发展规划，依托钒钛资源大力发展钒电池储能全产业链。该市有望率先在这条较新的赛道上掌握优势，为四川打出动力电池外的储能产业的第二张“王牌”。
钒需求：钒电池储能有望成为钒需求的最大增长点 钒下游需求：钢铁占比约 90% 钒广泛应用于钢铁、有色、化工、能源、光学、电子、环保、医药、原子能等国民经济的诸多重要领域。 同时，钒又是极具绿色功能的金属元素，在冶金、化学、航空航天、清洁能源中的应用具有极为显著的制造“绿 色”效应。近年来在双碳背景下，钒作为“能源”金属的绿色价值也愈加显现。钒在太阳能光热转换（钒钛涂 层太阳能光热板）、新型稀土光源、锂（钠）离子电池正负极材料、功能光学薄膜、储氢金属材料、超级电容 储能、特别是在全钒液流电池清洁、安全、长时储能的商业化应用，为钒进入绿色“能源”金属序列赢得了坚 实的基础支撑与热点关注。近年来钒持续被美国、欧盟、日本及澳大利亚为首的西方国家列入其关键金属矿产 目录和清单，明确将其供应安全纳入国家发展战略。 根据华经产业研究院数据，在全球钒的下游需求结构中，钢铁领域占比 90%，化工及其他行业占比 5%，钛 合金占比 5%（以钒铝中间合金形式）；从我国钒的消费结构来看，国内 95%以上的钒产品应用在钢铁领域，约 3%应用在钛合金及化工行业，其余约 2%应用在钒储能和其他领域。 钢铁需求：单吨钢铁用钒量增长有望带动钢铁用钒量提升 钒产品主要应用于钢铁领域，其通过细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而起到增加钢的强度、 韧性和耐磨性。含钒钢具有强度高、韧性大、耐磨性好等优良特性，因而广泛应用于机械、汽车、造船、铁路、 桥梁、电子技术等行业。钒的需求一定程度受到钢铁行业周期性影响，与钢铁行业周期性变化规律保持基本一 致，然而近年来，随着中国钢铁工业快速发展和我国钢铁品种结构的调整，钒在我国的消耗总量上也有着结构 性的增加。 我国制造业转型升级，金属材料需求由低端转向中高端。我国钢铁产品逐步从普钢转向优特钢。2021 年， 在我国粗钢产量下滑的大背景下，合金钢产量逆势上涨，进而带动全球高端钢材产量增加。2021 年全球合金钢 产量为 5650 万吨，同比增长 11.1%，10 年 CAGR 达到 4.63%。 中国钒钢比远低于全球平均水平。钒使用强度（用每吨钢使用钒金属量表示）是衡量钢铁行业先进水平的 重要指标，尽管中国已经成为全球最大的钒消费国，但从吨钢的消耗水平来看，我国钢铁产品中钒的应用水平 还比较低，远低于世界平均水平，与工业发达国家相比仍有一定差距。根据华经产业研究院数据，我国钒使用 强度仅为每吨钢 0.05KG 钒，对比北美等发达国家相差一倍左右。随着国内经济总量扩大，钢铁质量要求提升， 国内从 2016 年开始整治地条钢，2018 年发布螺纹钢新标准，导致特钢企业转型升级，特钢行业将步入快速发 展阶段，钢铁用钒量有望提升。 2025 年钢铁领域对钒产品需求或仍有 1 万吨增长空间。根据钒钛股份公告，钒在钢铁领域约 70%用于钢筋， 随着国家对高强钢筋的应用推广及淘汰 335MPa 级及以下钢筋等政策实施，按照国内 10 亿吨粗钢规模计算，预 计到 2025 年钢铁领域对钒产品需求仍有 1 万吨增长空间。即使粗钢总量下降 10%，提质增量部分预计也可保持 现有钒需求。 钒液流电池需求：长时储能商业化发展将带动钒需求增长 钒液流电池具备长循环和安全性。液流电池诞生于上世纪 80 年代的 NASA，其原理是利用内部反应电压不 同的正负极“电极液”同时循环，并通过膜结构平衡电荷，实现能量的。液流电池的电极液储存主体是储 罐，所以实现了能量和功率的分离；循环过程需要泵和管路进行支持。理想状态下，钒液流电池电极液体系内 部分别均衡，没有副反应，所以日历、循环寿命很长，超过 10 年/10,000 次，同时水体系安全性也非常好。钒 液流电池具备长循环和安全性，在电网侧、大规模储能（尤其是需要极限安全性的场合）场景下应用有相当前 景，进一步降低系统成本、提升能量效率、保证运维有效性，并且高效回收关键资源后应用将进一步拓宽。整 体来看，钒电池优势主要在于功率大、容量大、效率高、使用寿命长、响应速度快、安全性高、无爆炸及火灾 隐患、全生命周期成本低等方面，且钒电池可以全自动封闭运行，无污染，因此其更适用于大型长时储能领域。 政策支持储能钒电池进一步发展。钒电池由于其安全性能突出以及循环寿命长，有望在储能领域发展为锂 电池的“继任者”，近年来，面向储能领域的国家级政策频出，大力支持储能钒电池进一步发展。2021 年 8 月 5 日，国家发改委、能源局联合发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，意见指出，到 2025 年，实 现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，新型储能装机规模达 3,000 万千瓦以上，同时坚持储能技术多元 化发展，实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。2022 年 6 月，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）》，基于安全性考虑，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，不宜选用梯次利用动力电池。政策端对安全性加大重视，未来大型储能项目更倾向 于安全性更高，且已开始初步规模化发展的钒电池技术路径。国家政策层面正不断加大对低成本钒电解液制备、 关键材料研究、电池结构设计研究等关键性技术的支持，为钒电池储能及其配套关键材料创造新的发展机遇和 市场。 2030 年全球钒电池装机有望增至 6GWh，消耗五氧化二钒或达 5.4 万吨。2021 年是全球钒液流电池产业规 模化、市场化的起步发展元年，钒储能应用项目签约骤增，产业技术、装备水平快速提升、标准体系日趋完善， 产业链及产业构成逐步完整、壮大，链内合作初入正轨，储能应用开始成为钒产业发展的强劲增长点。根据中 国化学与物理电源行业协会储能应用分会《2022 储能产业应用研究报告》显示：2021 年全球电化学储能装机规 模 21.1GW，其中液流电池储能技术装机规模 257.1MW，功率规模占比 1.22%；中国电化学储能装机规模 5117.1MW/10498.7MWh，其中液流电池储能技术装机规模 146.2MW/547MWh，功率规模占比 2.86%；2021 年 国内新增全钒液流电池约 150~200MW。根据中信建投电新组测算，预计 2030 年和 2040 年全球储能新增装机为 531 和 1125GWh，其中电网侧装机 62 和 95GWh，假设钒电池在电网侧市占分别为 20%和 30%，对应装机 12GWh 和 29GWh。若按照 1KWh 钒电池电解液消耗 9kg 五氧化二钒来测算，预计 2030 年全球钒电池新增装机消耗的 五氧化二钒将达到 5.4 万吨。
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