新型储能发展下钒资源需求趋势分析

$钒钛股份(SZ000629)$  新型储能发展下钒资源需求趋势分析

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 2024年12月14日 14:37 北京 2人

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全球碳中和共识与地区冲突加剧的背景下，各国越来越重视能源安全与能源转型，推动能源革命、构建以新能源为主体的新型电力系统成为全球共识[1-2]。然而，风能、太阳能等可再生新能源发电所固有的间歇性、波动性及不稳定性，须配置相应的储能才能实现大规模、可持续的开发利用[3-4]。新型储能作为建设新能源体系和新型电力系统的关键技术，因其响应快、配置灵活、建设周期短和规避传统抽水蓄能的地理限制等优势，为实现全球“双碳”目标提供了重要支撑。

钒作为一种集“稀有”“绿色”“能源”功能与特征于一身的关键金属元素[5]，已经发展成为长时稳定新型储能产业的必需品，被称为“新型储能金属”[4]，受到越来越多国家的重视，美国、加拿大、日本和欧洲地区等国家和地区相继将钒列入关键矿产清单[6-9]。

未来随着全球“双碳”目标推进，新型储能产业快速发展，将对钒资源需求趋势产生重要影响。钒作为我国优势矿种，资源储量居于全球前列。进入21世纪后，我国已经发展成为全球钒资源第一大生产国、消费国和出口国，在国际钒市场占有重要地位[10-11]。然而多年以来，国际钒价多保持低位，我国在国际钒市场影响力弱。在此背景下，本文通过收集和整理全球钒资源相关数据资料（由于数据来源或公布收集情况导致部分数据年份不一致），梳理了全球钒资源分布特征、供需格局等开发现状，并对钒资源未来需求趋势进行分析，并为我国合理开发钒资源，提出思考与对策建议。

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新型储能发展现状与展望

1.1 新型储能市场快速发展

2015年，《巴黎协定》提出后，随着全球碳中和目标持续推进，新型储能市场快速发展。2023年，全球新增投运电力储能项目装机规模突破50 000 MW，达到52 000 MW，同比增长69.5%。其中，新型储能新增投运规模创历史新高，达到45 600 MW，占比87.7%。新型储能累计装机规模由2016年的1 800 MW增长到2023年的91 300 MW（图1），年均增速高达77.4%，2023年新型储能市场份额占整个储能市场的31.6%，相比于2020年市场份额增加近三倍，抽水储能累计装机规模占比大幅下降，首次低于70%（图2）。

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中国、欧洲和美国引领全球新型储能市场发展，新增装机规模合计占全球市场的88%，其中，中国占比接近50%[12]。在能源危机、政策支持等因素影响下，未来新型储能市场份额还将不断扩大。

1.2 钒电池引领新型储能发展

长时储能（持续放电4 h以上）是实现“双碳”目标关键技术之一。目前，长时储能技术主要为抽水蓄能，受选制条件限制，抽水蓄能市场占比逐渐下降。全钒氧化还原液流电池（以下简称“钒电池”）作为新型储能液流电池中的一种，其电解液为钒离子的稀硫酸水溶液，以液体形态电解发电，不会发生热失控、过热、燃烧和爆炸，安全性大大提高。同时，钒电池因正负极都是钒，可通过周期性金属钒离子电解液共混实现对可逆容量的恢复，循环次数可达到12 000～18 000次，约为锂离子电池的2倍，使用寿命可达20 a以上。随着未来储能安全性要求升级和储能时长的增加，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（全生命周期成本低），钒电池会越来越受到新型储能市场的青睐。另外，钒电池还具有易扩容、能量转换率高、环保和易回收等优势（表1），将成为未来新型储能的首选技术。

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全球钒资源概况

2.1 钒资源类型多样，以岩浆型和沉积型为主

钒是一种重要的稀有金属元素，自然界中钒资源丰富，在地壳中的丰度约为0.02%[10,13]，高于铜、锌、镍、铬，按照地壳中金属的总含量排在第22位[14-15]。虽然其地壳中含量高，但是没有发现单独的钒矿，以含钒矿物或类质同象的形式存在，通常与铁、钛、铀、钼、铜、铅、锌、铝等金属矿，以及碳质矿、磷矿共生。已发现含钒矿物有65种，主要有绿硫钒矿、钒铅矿、硫钒铜矿、钒钛铁矿和钒钛磁铁矿等[14]。其中，钒矿主要赋存于钒钛磁铁矿、含钒磷酸盐页岩矿、铀钾钒矿、硫钒矿与铝土矿等；碳质的石煤、原油、沥青矿物中也含钒[16]。

钒矿床按照成因划分主要为岩浆型（约70%）和沉积型（约30%）[17]。其中，岩浆型钒矿床是与岩浆型铁矿相伴生的钒矿床，主要指铁-钛-钒氧化物矿床（即钒钛磁铁矿床），分布往往与全球大规模镁铁-超镁铁质大火成岩岩浆活动密切相关[18-19]，主要分布在中国川西和承德、俄罗斯乌拉尔和科拉半岛、南非布什维尔得、澳大利亚西部等地区。沉积型钒矿床包括黑色岩系（页岩）型和砂岩型，黑色岩系钒矿床以富钒黑色碳质泥岩、碳酸盐岩、硅质岩以及浅变质岩为特征，因类似于煤矿，又称之为石煤[20-22]，是我国独特的含钒矿产资源，广泛分布于我国湖南、湖北、贵州、江西和浙江等地区（图3）。砂岩型钒矿床较少，多作为砂岩型铀矿氧化带的伴生矿产出，主要分布于美国犹他州和科罗拉多州等地区。除此之外，还存在火山岩-侵入岩型、表生风化型等钒矿床，火山岩-侵入岩型是指与火山-侵入岩有关的玢岩型磁铁矿相伴生的钒矿床，主要分布于挪威、芬兰和巴西东部等地区。表生风化型钒矿床主要是指与风化型铝土矿、钛磁铁矿相伴生的钒矿床，其资源量相对较少[19]。

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2.2 全球钒资源丰富，分布高度集中

根据美国地质调查局（USGS）不完全统计，截至2023年底，全球钒储量超过6 300万t（金属量，同下），其中，已认定的钒资源中符合当前采掘和生产要求的钒矿储量约为1 882万t，主要分布于澳大利亚、俄罗斯、中国和南非，其中，澳大利亚850万t（占比45.2%）、俄罗斯500万t（占比26.6%）、中国440万t（占比23.4%）、南非75万t（占比4.0%），四国合计全球的99.2%。另外，巴西和美国的钒矿储量分别为12万t和4.5万t（图4）。由于钒通常作为伴生资源或者副产品回收，因此，世界上已探明的该元素储量并不能完全表明现有的资源供应情况。

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2.3 钒资源生产原料广泛，以炼钢得到的钒渣为主

含钒原料主要包括钒渣、高品位钒钛磁铁矿、回收的含钒副产品、石煤等。目前，世界上98%钒产品的生产原料来自于钒钛磁铁矿（中国约为63%）[19,23]。根据统计，2022年全球约73%的钒来自于钒钛磁铁矿经钢铁冶金加工得到的钒渣（中国约为84.5%），以中国企业和俄罗斯企业为主；约13.1%的钒来自于钒钛磁铁矿直接提钒（中国约为0.90%），以南非的布什维尔德矿业（Bushveld Minerals）和罗钒（Rhovan），以及巴西的拉戈资源（Largo Resources）为代表；约13.9%的钒来自二次回收的含钒副产品（含钒燃油灰渣、废化学催化剂等）及石煤等（图5），以美国、日本及韩国等国的企业为主[5,24]（表2）。

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全球钒资源供需格局

3.1 钒资源供给集中于中国、俄罗斯、南非和巴西四国

近年来，全球钒资源供给整体呈现波动上涨的趋势。2014—2023年，全球钒资源产量同比增长2.8%左右，其中，2019年同比增长达21.9%；2021—2022年，全球钒产量受中国粗钢产能政策限制及结构调整等因素影响略有下滑。根据美国地质调查局（USGS）数据，2023年全球钒矿产量约为10.35万t，同比上升1.5%（图6）。

从钒资源产量分布来看，全球钒资源产量主要分布在中国、俄罗斯、南非和巴西四国，2014—2023年，四国钒资源产量合计占全球总产量比例均在99%以上。澳大利亚作为全球钒资源最丰富的国家，由于其钒资源需求下游钢铁行业薄弱，其钒资源产量相对较低。自2014年以来，中国钒资源产量占全球比重均在50%以上，作为全球最大的钒资源产量大国，全球钒资源产量受中国钒资源相关政策影响比较大。2016年，中国全面取缔“地条钢”环保政策，禁止石煤提钒，许多企业因此关停，全球钒资源产量出现明显下滑。

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从钒资源生产商来看，全球钒资源生产商主要集中在中国，产能排名前十位的生产商中，中国企业5家、南非2家、俄罗斯1家、奥地利1家、巴西1家，前十大生产商产能约占全球总产能的74.9%，前五大生产商产能约占全球总产能的43.8%，生产集中度高（表3）。

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国外大约有20余家钒制品生产企业，除利用钒钛磁铁矿为原料生产的企业外，还有企业利用废催化剂、石油残渣等含钒为原料，或者利用氧化钒深加工生产钒铁、钒电解液、催化剂及其他钒功能材料等[25]。2022年，全球钒产量超过6 000 t（以V2O5计算，下同）以上的企业有10家，中国的攀钢集团钒渣产量以49 800 t排名第一位，前十位中中国企业还有北京建龙重工集团、承钢集团、四川德胜集团和四川省川威集团；而俄罗斯的耶弗拉兹集团（Evraz）的钒产能和产量均排名第二位，并未受到俄乌战争和国际制裁影响（表4）。

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3.2 钒资源消费集中于钢铁行业

钒属于高熔点金属，因其熔点（1 887℃）和沸点（3 337℃）高，常与铌、钽、钨、钼等元素并称为难熔金属，且具有延展性、质坚硬、无磁性、耐盐酸和硫酸等特性，广泛应用于钢铁、冶金、化工、储能、颜料、环保、医药等诸多重要领域，被称为“现代工业的味精”[26]。

根据国际钒技术委员会（Vanitec）数据，自2016年起全球钒消费量逐年增加，2019年突破10万t，2021年达到顶峰，全球钒消费量达到12.04万t，2022年全球钒消费量为11.56万t，同比减少3.99%；中国钒消费量为6.56万t，同比下降4.49%，主要受新冠肺炎疫情、中国粗钢产能过剩限产及“能耗双控”的影响，钢铁产品减产波及钒消费减量。中国是全球最大的钒消费国，从2019年起，中国的钒消费量占全球总消费量占比超过50%，2020年更是达到60%（图7）。

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另外两大钒消费区域为欧洲地区和北美地区[27]。从消费结构来说，钒作为一种重要的合金添加剂，能提高钢铁的硬度和抗拉强度。钢铁冶金为其主要下游应用领域。2022年，全球约88.83%的钒应用于钢铁冶金领域，约2.83%的钒应用于钛合金领域，约4.37%的钒应用于储能领域，3.97%的钒应用于化工行业（图8）。

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钒资源需求趋势

4.1 钒电池或将成为钒需求主要增长点

在“双碳”背景下，世界各国为更好地促进风能、太阳能等可再生能源开发利用，出台了一系列新型储能利好政策，支持钒电池产业的发展。国外方面，2020年2月，澳大利亚援助澳大利亚钒业125万美元资金，以促进钒电池全产业链一体化开发；2021年6月，美国能源部启动长时储能攻关计划，以实现十年储能成本降低90%的目标。国内方面，2012年起，全国及各省份从总体规划、实施细节、安全规范等多方面积极推出各类细则，加快钒电池产业化进程；2022年6月，国家发展和改革委员会、国家能源局等九部委发布《“十四五”可再生能源发展规划》，提出重点建设钒液流电池产业（表5）。截至2023年底，全球液流电池（以钒液流电池为主）累计装机规模为365.2 MW，在全球新型储能中占比0.4%。其中，中国液流电池累计装机规模为207 MW，在国内新型储能中占比0.6%[12]。总体来看，钒电池发展依旧处于早期阶段。

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在全球各国利好政策推动下，钒电池产业化加速推进，近年来钒电池储能对钒的消费持续上涨。根据国际钒技术委员会（Vanitec）数据，2022年，全球钒电池储能用钒占比上升至4.37%，而中国钒电池储能用钒占比上升到6.66%，中国钒电池储能用钒的消费增速大于全球增速。2020年，受中国螺纹钢新标应用，钢筋产量进一步提升，储能用钒停滞、减量等因素影响，中国钢铁冶金领域用钒占比达到96.6%[29]，钒电池储能用钒占比出现大幅下降（图9）。

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未来随着新型储能装机规模的不断扩大和钒电池渗透率提升，钒电池储能对钒需求占比将逐渐提升。根据中信证劵预测，未来十年全球钒电池年均复合增长率（CAGR）有望达到40%，2025年和2030年全球钒电池的新增装机量将达到9.6 GWh和32.9 GWh，基于单位用钒量7 000t/GWh（以V2O5计），对应储能领域用钒量将增长至3.7万t和12.9万t，中国储能领域用钒量将增长至2.3万t和5.7万t[27]。预计到2030年，钒电池储能对钒需求占全球钒消费结构的比例将有望上升至40%左右，届时形成以钢铁冶金和钒电池储能为主导的需求“二元消费”格局[30-31]。

4.2 钢铁领域钒需求稳步增长，但占比下降

钢铁冶金是钒消费的最主要领域。根据世界钢铁协会（Worldsteel）数据，2022年，受中国钢铁产能减产影响，全球粗钢产量下降至18.85亿t，同比下降3.93%；2023年，全球粗钢产量合计18.882亿t，同比基本持平。全球主要粗钢生产国家有中国、印度、日本、美国、俄罗斯、韩国，产量占全球比例分别为53.97%、7.43%、4.61%、4.27%、4.01%、3.53%。借鉴发达国家钢铁需求变化的规律性经验——人均钢铁消费量与人均GDP关系呈现“S”形理论模型（图10），中国作为全球第一大钢铁生产国，正在由快速工业化进程转向后工业化时期，人均钢消费量将趋于稳定，但长期看钢铁需求呈现逐渐下降趋势[31]。印度、东南亚等地区国家人口众多，正在逐渐步入快速工业化时期，未来将成为全球钢铁需求的主要增长点。目前全球钢铁市场呈现出复苏迹象，世界钢铁协会（Worldsteel）预测，随着全球经济复苏和基础设施建设的推动，钢铁需求逐渐增长。

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从钒在钢铁中消费强度来看，北美、欧盟等地区钒在钢铁中消费强度为0.089 kg/Mt、0.078 kg/Mt，中国钒在钢铁中消费强度约为0.056 kg/Mt，独联体国家仅为0.045 kg/Mt，而印度、东南亚、非洲等地区逐渐步入快速工业化发展的国家远不及世界平均值0.056 kg/Mt。虽然中国钒在钢铁中消费强度接近于世界平均值，但是与北美、欧盟等地区的发达国家仍存在0.022～0.330 kg/Mt的差距（图11）。随着中国钢铁工业绿色低碳转型，高强钢需求增长带动其产量持续增长，钒在钢铁中的消费强度将出现结构性增加。印度、东南亚等地区的新兴国家逐渐步入工业化初期，城镇化进程不断加速，不仅人均钢消费量将快速增加，且钒在钢铁中的消费强度也将持续增加。

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综上所述，短期全球钒在钢铁领域消费量受中国影响出现了下滑，但长期来看，全球钢铁需求，以及钒在钢铁中的消费强度持续增长，钒在钢铁领域的需求仍将保持稳定增长。根据中信证券预测，2025年和2030年全球钢铁行业用钒量将增至12.45万t和13.67万t；中国单位用钒量提升被粗钢产量下滑抵消，2025年和2030年中国钢铁行业用钒量将达到6.55万t和6.59万t。预计到2030年钢铁领域用钒量占比将下降到54.8%。

4.3 钒产业转型发展态势初现

从产业链看，钒产业链上游原料主要为含钒矿产（钒钛磁铁矿、石煤等）、钒渣、含钒固废；中游钒制品主要为五氧化二钒、三氧化二钒等氧化钒；下游应用领域包括钢铁冶金、储能、钛合金和化工等（图12）。长期以来，全球钒市场消费应用领域集中在钢铁冶金，占比一直大于90%。然而，从生产端来看，全球约86.1%的钒资源来源于钒钛磁铁矿（钒钛磁铁矿直接提钒、钒渣提钒），作为钒钛磁铁矿伴生资源产出。钒资源生产消费紧紧与钢铁行业绑定在一起，同步发展。近年来，随着全球“碳达峰、碳中和”的推进，各国出台各类政策支持新型储能产业快速发展。钒作为新型储能金属的绿色价值越来越凸显，在风能、太阳能等清洁新能源占比进入快车道发展的情况下，钒电池作为新型储能的首选载体之一，将带动钒产业实现由传统钢铁冶金向新型储能领域的快速发展转型，打破主要在钢铁行业应用的钒产业格局。未来，钒电池储能用钒占比将不断增大，钢铁冶金钒需求占比将呈现下降趋势。

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结论与建议

5.1 主要结论

1）全球钒矿资源类型多样，以岩浆型和沉积型为主。其中，岩浆型钒矿床主要指钒钛磁铁矿；沉积型包括黑色岩系（页岩）型和砂岩型等。全球钒资源丰富，主要分布在澳大利亚、俄罗斯、中国和南非四国，四国钒资源合计全球的99%以上。从原料来源看，钒资源生产原料主要为钒钛磁铁矿，占比86.1%，其中，钒钛磁铁矿炼钢得到的钒渣提钒占比73%，钒钛磁铁矿直接提钒占比13.1%，而其他来源占比13.9%。钒资源主要作为钒钛磁铁矿伴生资源提取。

2）全球钒资源供需均集中在钢铁行业。供给端，全球钒资源产量呈现稳步上升趋势，中国、俄罗斯、南非和巴西四国产量合计占全球总产量比例均在99%以上，主要为钢铁企业从钒钛磁铁矿冶炼过程中产生的钢渣中提取；需求端，钒因为其物理特性，主要应用于钢铁冶金领域，长期以来占比90%左右。近些年，全球钒资源消费量总体呈现稳步上升趋势。2022年，受新冠肺炎疫情、中国粗钢产能过剩限产及政策影响，全球钒资源消费量出现下滑。

3）全球“双碳”战略驱动能源革命，助推新型储能的快速发展。钒电池因具备安全性高、扩容性强、循环寿命长、全生命周期成本低等优点，将成为未来新型储能的首选技术，引领新型储能发展。2020年起，全球钒电池储能对钒需求快速增长，消费占比不断提升，且钢铁冶金领域消费占比不断下降，钒产业转型发展态势初现，未来将形成以钢铁冶金和钒电池储能为主导的需求“二元消费”格局。

5.2 发展建议

1）加大钒资源勘探开发，放开钒渣进口。钒作为一种重要的稀有金属，主要伴生资源产出。积极探索新的钒矿资源，加大钒矿的地质勘查力度，扩大钒矿资源储量规模。同时，由于国内钒主要来源于钒钛磁铁矿炼钢生产过程中的钒渣且目前国内仍禁止钒渣进口，钒钛磁铁矿冶炼经济性及钢铁行业收缩可能影响钒渣长期供给。对此，可针对钒渣禁止进口政策进行调整，扩大国内钒资源获取能力。

2）加强石煤中钒资源开发利用。石煤是我国特有的钒矿资源，资源储量丰富。目前，已查明资源量占全国总量的47%，且分布广泛，在我国陕西、湖南、湖北、安徽、浙江、江西、贵州等省份均有分布，资源可获取性好。由于石煤中钒主要以吸附、类质同象赋存在黏土矿物、有机质及硅酸盐矿物中，分选难度大，一直未得到大规模有效利用。建议加大石煤中钒的分选和提取技术研究，解决石煤提钒工艺上能耗高、成本高和环境污染等问题，提高石煤钒矿资源综合利用水平。

3）加快推进钒资源循环利用。目前，我国钒资源回收利用份额占比较小。在工业生产过程中会产生大量的含钒废弃物，如不能得到合理应用，对环境造成危害的同时，也会对钒资源造成浪费。未来随着钒电池大规模列装产生大量废旧钒电池，加强钒电池电解液和电极钒资源的回收，有利于钒液流电池的可持续发展和钒资源的持续稳定供应。

4）优化钒资源开发布局。我国是钒资源储量和产量最大的国家，不同程度存在开采过量、一矿多采、大矿小开、采富弃贫等现象，生产商集中度不高。建议加强钒资源生产规划、产业政策和标准的引导，推进大型钒资源生产商组成钒资源联盟，从全产业链视角推进钒产业合作，保障钒产业链安全和高质量发展。

作者：陈志勇，朱清，武海炜，邹谢华，聂大海，齐孝丽

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