新能源行業(yè)深度報告：儲能發(fā)展新機遇-釩電池產(chǎn)業(yè)騰飛

1、新能源行業(yè)深度報告：儲能發(fā)展新機遇_釩電池產(chǎn)業(yè)騰飛1. 產(chǎn)業(yè)、政策、需求推動，釩電池初步商業(yè)化2021 年 7 月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意 見，提出堅持儲能技術多元化目標：1）推動鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術成本持 續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應用；2）實現(xiàn)壓縮空氣、液流電池等長時儲能技術進入商業(yè)化發(fā)展 初期；3）加快飛輪儲能、鈉離子電池等技術開展規(guī)?；囼炇痉?；4）以需求為導向，探 索開展儲氫、儲熱及其他創(chuàng)新儲能技術的研究和示范應用。1.1. 液流電池技術在近年來逐步成熟1.1.1. 釩液流電池簡介全釩液流電池，壽命長、規(guī)模大、安全可靠。釩電池全稱為全釩氧化還原

2、液流電池 (Vanadium Redox Battery，VRB)，為液流電池的一種，是一種基于金屬釩元素的氧化還原 的電池系統(tǒng)，其電解液是不同價態(tài)的釩離子的硫酸電解液。根據(jù)電化學反應中活性物質的 不同，液流電池可分為釩液流電池、鋅基液流電池、鐵鉻液流電池等。其中全釩液流電池， 壽命長、規(guī)模大、安全可靠的優(yōu)勢尤為突出，成為規(guī)模儲能的首選技術，在調峰電源系統(tǒng)、 大規(guī)模風光電系統(tǒng)儲能、應急電源系統(tǒng)等領域具有廣闊的應用前景。液流電池工作原理為通過外接泵與交換膜實現(xiàn)離子電化學反應。全釩液流電池是一 種二次充電電池。利用 VO2+/VO2 +、 V2+/V3+兩對氧化還原電堆的釩離子溶液分別作為正 極和

3、負極的活性物質，分別儲存在各自的電解液儲罐中。通過外接的泵，將電解液運輸至 電池堆內的正極室和負極室，使其在不同的儲液罐和半液態(tài)的閉合回路中循環(huán)流動，并采 用離子交換膜作為電池組的隔膜，電解質的溶液流過電極表面產(chǎn)生了電化學反應，從而實 現(xiàn)釩電池的充放電過程。1.1.2. 釩電池發(fā)展歷程我國釩電池相關技術儲備充足，工業(yè)應用前景廣闊。釩電池相關研究源于 1984 年 UNSW 對 2/3 價與 4/5 價釩離子電對在氧化還原電池中的應用，并于 1988 年開始進入工 業(yè)研發(fā)階段。1995 年，中國工程物理研究院電子工程研究所從率先在國內開始釩電池的 研制。先后研制成功了 500W、1000W 的釩

4、電池樣機，成功開發(fā)了 4 價釩溶液制備、導電 塑料成型及批量生產(chǎn)、電池組裝配和調試等技術。2002 年，釩鋼龍頭企業(yè)攀枝花鋼鐵公 司以深化資源利用為目的，與中南大學合作介入了釩電池的研發(fā)。國家政策推動，我國釩電池逐步進入商業(yè)化初期。2001 年，VRB Power Systems 公司 開始在南非、日本、美國等國家建立 VRB 系統(tǒng)電站，開始進行商業(yè)化運營。2002 年， VRB Power Systems 開始大范圍內推廣全釩液流電池儲能系統(tǒng)，承接一系列工程項目。 2009 年，中國普能實現(xiàn)對全球最大釩電池公司 VRB Power Systems 公司的資產(chǎn)收購，包 括其擁有或控制的所有專利

5、、商標、技術秘密、設備材料等。此外，VRB Power Systems 公司的核心技術團隊加入合并后的公司。1.2. 我國釩電池儲能業(yè)務已初步商用1.2.1. 釩電池應用項目規(guī)劃近年來，我國儲能裝機量迅速增長，釩電池相關儲能項目也取得大量進展。以釩電池 為代表的液流電池，2019 年裝機規(guī)模為 20MW，2020 年裝機規(guī)模達 100MW，釩電池裝 機量增長迅速。目前我國釩電池滲透率 1%左右，未來發(fā)展前景廣闊。我國釩液流電池已實現(xiàn)在智能電網(wǎng)、通信基站、偏遠地區(qū)供電、可再生能源及削峰填 谷等項目中的應用。以北京普能為例，目前其釩液流電池儲能應用涵蓋千瓦級至兆瓦級系 統(tǒng)。其中千瓦級系統(tǒng)主要由電池

6、模塊/20kWh 儲能系統(tǒng)/40kWh 儲能系統(tǒng)構成，主要應用于 實驗室能源存儲、通信基站供電等。兆瓦級系統(tǒng)主要由多個 250kW 標準模塊組成，并涵 蓋電堆結構、儲液罐以及電子設備、控制裝置、空調系統(tǒng)等，目前主要應用于電網(wǎng)儲能、 削峰填谷等項目。1.2.2. 釩電池儲能應用場景根據(jù)不同儲能應用場景，釩液流電池系統(tǒng)主要分為集裝箱型及建筑物型。小規(guī)模的 液流電池系統(tǒng)基本上是集裝箱化，大規(guī)模的能源基地的液流電池系統(tǒng)基本為建筑物化。此外，德國已出現(xiàn)家用小型釩電池儲能產(chǎn)品，我國家用釩電池產(chǎn)品市場有待突破。德 國 Voltstorage 公司已推出 1.5 kW/ 6.2 kWh 家用釩液流電池產(chǎn)品，配

7、合家用光伏系統(tǒng)即可 實現(xiàn)能源自給。目前推出的產(chǎn)品尺寸為 5805801406 mm，并且可通過多個產(chǎn)品串聯(lián) 提高儲能系統(tǒng)功率與容量。1.2.3. 模塊化釩電池堆設計釩液流電池儲能系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)勢是它的模塊性，即系統(tǒng)的功率組件與容量組件 可以獨立設計。如兆瓦級系統(tǒng)設計由可多個 250kW 標準模塊組成，VRB-ESS 系統(tǒng)的額定 功率由電堆的數(shù)量決定而儲電容量則由電解液的體積決定。如果一套系統(tǒng)需要較高的額 定功率或者額外的儲電容量，那么簡單地增加電堆數(shù)量或者添加電解液就可以解決了。1.3. 釩電池規(guī)模應用前景廣闊1.3.1. 政策推動釩電池高速發(fā)展根據(jù)發(fā)改委、能源局關于加快推動新型儲能發(fā)展的指

8、導意見提出的主要目標：到 2025 年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉變。新型儲能技術創(chuàng)新能力顯著提 高，核心技術裝備自主可控水平大幅提升，在高安全、低成本、高可靠、長壽命等方面取 得長足進步，標準體系基本完善，產(chǎn)業(yè)體系日趨完備，市場環(huán)境和商業(yè)模式基本成熟，裝 機規(guī)模達 30GW 以上。新型儲能在推動能源領域碳達峰碳中和過程中發(fā)揮顯著作用。到 2030 年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。新型儲能核心技術裝備自主可控，技術創(chuàng)新和 產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，標準體系、市場機制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深 度融合發(fā)展，裝機規(guī)?；緷M足新型電力系統(tǒng)相應需求。新型儲能成為能源領域碳達峰碳 中

9、和的關鍵支撐之一。以 2025 年電化學儲能累計 30GW 計算，預計 2025 年釩電池新增裝機達 1.7GW，新 增滲透率達 20%；至 2025 年釩電池累計裝機 4.3GW，累計滲透率達 14%。隨著釩電池 商業(yè)化推廣政策的提出，預計釩電池滲透率在未來幾年內將逐步提升，并在 2025 年達到新增裝機 20%滲透率，以實現(xiàn)國家 2025 年新型儲能技術裝機規(guī)模 30GW 的要求。釩電池 累計裝機 5 年 CAGR 達 112%，釩電池市場前景廣闊。1.3.2. 釩電池儲能應用優(yōu)勢明顯在各類儲能電池中，釩液流電池優(yōu)點十分明顯：1）安全性高：釩電池無爆炸、火災隱患。釩電池的活性物質以液態(tài)形式

10、貯存在電堆 外部的儲液罐中, 流動的活性物質使?jié)獠顦O化可減至最小，即使正負電解液混合，也無危 險，但電解液溫度略有上升。此外，其所有的部件基本上都浸泡在溶液當中，散熱得到了 溶液的支持，同時由于開放的體系，不會存在類似鋰電池熱失控這一問題。2）儲能上限高且可控：電池容量取決于外部活性溶液的多少，通過增加電解液的體 積，可以任意增加釩電池的儲能容量，相比于鋰電池來說它的可擴充性非常大，調整容易。3）功率大：通過增加單片機電池的數(shù)量和電極面積，增加電解液的濃度，可以提高 釩電池的功率。4）效率高：由于釩電池電極的催化活性高，正負活性物質分別儲存在正負電解液儲 槽中，避免了正負活性物質的自放電消耗，

11、滿充后可長期保持，極低的自放電率，自放電 幾乎可以忽略不計。充放電能量轉換釩電池的效率高達 75%以上。5）使用周期長：由于釩電池正負活性物質分別只存在于正極和負極電解液中，在充 放電過程中不存在復雜的固相反應, 因此電池壽命長。能耐受大電流充放，可以在不損壞 電池的情況下進行深放電，循環(huán)次數(shù)13000 次以上，電池使用壽命可達 15-20 年。6）響應速度快：釩電池組充滿電解液瞬間啟動。運行過程中，充放電狀態(tài)切換僅需 0.02 秒，響應速度為 1 毫秒。7）充電便捷：可以通過直接更換電解液實現(xiàn)釩電池的瞬間充電。8）環(huán)境友好：和常用的鉛酸電池相比，在靜態(tài)運行時，壽命周期內總的排放量僅有 鉛酸電

12、池的 7-25%；電解液可更換、回收，離子膜不需要貴金屬作電極催化劑，電極材料 多為碳材料制品。9）安置便利：釩電池可全自動封閉運行，正常工作時對外界無污染，安裝定位自由 度大，除溫度外對安裝環(huán)境沒有過高要求。另一方面，釩電池也存在明顯的缺點：1）體積、質量龐大：受制于電解液中離子溶解度上限，釩電池比能量密度低，且技 術難以突破。同樣能量的釩電池體積可達鋰電池的 3-5 倍，質量達 2-3 倍。因此，釩電池 僅能適用于靜態(tài)儲能系統(tǒng)，難以應用于電動汽車、電子產(chǎn)品等領域。2）環(huán)境溫度要求：釩電池通常工作環(huán)境溫度需保持在 0-45，溫度過低會導致電解 液凝固，而溫度過高則會導致溶液中的 V5+形成

13、V2O5 析出，從而堵塞電解液通道，導致 電池報廢。3）副產(chǎn)物處理要求高：電解質的原料、正沉淀和由泄漏的正溶液的空氣干燥形成的 薄層都具有相同的東西，即 V2O5，是一種高毒性的化學品。4）高成本、高維護成本：成本高昂，目前 5kW 釩電池僅材料成本可達 40 萬以上； 正常使用情況下，每隔兩個月就要由專業(yè)人士進行一次維護，高頻次的維護使其難以在用 戶側廣泛應用。1.3.3. 釩電池成本問題亟待解決目前成本問題仍是釩電池大規(guī)模商業(yè)應用面臨的最大挑戰(zhàn)。由于尚未規(guī)?；逃茫?且受制于設備、產(chǎn)能以及高額的前期投入，目前釩電池成本約為鋰電池的 2-3 倍。以當前 集裝箱交付的價格（含電池包、溫控系統(tǒng)、

14、換流系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等），目前釩 液流電池成本達 3-3.2 元/Wh，對比目前儲能鋰離子電池成本約 1.2-1.5 元/Wh，釩電池仍 面臨巨大的價格壓力。隨著政策推進，釩電池形成規(guī)?；?、集群化產(chǎn)業(yè)后，電池成本有望 進一步下降。2. 鋼鐵及儲能應用大擴張，釩金屬供需緊平衡釩是一種銀白色金屬，在元素周期表中屬 VB 族，是過渡金屬。釩的熔點很高（1890）， 沸點 3380，與鈮、鉭、鎢、鉬并稱為難熔金屬。密度 6.11g/cm3，有延展性，質堅硬， 無磁性。在空氣中不易氧化，可溶于氫氟酸、硝酸和王水。不易腐蝕，在堿、硫酸和鹽酸 中也相當穩(wěn)定。高溫下，金屬釩很容易與氧結合，依次氧化成棕

15、黑色的三氧化二釩、深藍 色的二氧化釩，并最終成為桔黃色的五氧化二釩。（報告出品方/作者：浙商證券，鄧偉、馬金龍）1. 產(chǎn)業(yè)、政策、需求推動，釩電池初步商業(yè)化2021 年 7 月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意 見，提出堅持儲能技術多元化目標：1）推動鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術成本持 續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應用；2）實現(xiàn)壓縮空氣、液流電池等長時儲能技術進入商業(yè)化發(fā)展 初期；3）加快飛輪儲能、鈉離子電池等技術開展規(guī)?；囼炇痉?；4）以需求為導向，探 索開展儲氫、儲熱及其他創(chuàng)新儲能技術的研究和示范應用。1.1. 液流電池技術在近年來逐步成熟1.1.1. 釩液流電池簡介全

16、釩液流電池，壽命長、規(guī)模大、安全可靠。釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池 (Vanadium Redox Battery，VRB)，為液流電池的一種，是一種基于金屬釩元素的氧化還原 的電池系統(tǒng)，其電解液是不同價態(tài)的釩離子的硫酸電解液。根據(jù)電化學反應中活性物質的 不同，液流電池可分為釩液流電池、鋅基液流電池、鐵鉻液流電池等。其中全釩液流電池， 壽命長、規(guī)模大、安全可靠的優(yōu)勢尤為突出，成為規(guī)模儲能的首選技術，在調峰電源系統(tǒng)、 大規(guī)模風光電系統(tǒng)儲能、應急電源系統(tǒng)等領域具有廣闊的應用前景。液流電池工作原理為通過外接泵與交換膜實現(xiàn)離子電化學反應。全釩液流電池是一 種二次充電電池。利用 VO2+/VO2 +

17、、 V2+/V3+兩對氧化還原電堆的釩離子溶液分別作為正 極和負極的活性物質，分別儲存在各自的電解液儲罐中。通過外接的泵，將電解液運輸至 電池堆內的正極室和負極室，使其在不同的儲液罐和半液態(tài)的閉合回路中循環(huán)流動，并采 用離子交換膜作為電池組的隔膜，電解質的溶液流過電極表面產(chǎn)生了電化學反應，從而實 現(xiàn)釩電池的充放電過程。1.1.2. 釩電池發(fā)展歷程我國釩電池相關技術儲備充足，工業(yè)應用前景廣闊。釩電池相關研究源于 1984 年 UNSW 對 2/3 價與 4/5 價釩離子電對在氧化還原電池中的應用，并于 1988 年開始進入工 業(yè)研發(fā)階段。1995 年，中國工程物理研究院電子工程研究所從率先在國內

18、開始釩電池的 研制。先后研制成功了 500W、1000W 的釩電池樣機，成功開發(fā)了 4 價釩溶液制備、導電 塑料成型及批量生產(chǎn)、電池組裝配和調試等技術。2002 年，釩鋼龍頭企業(yè)攀枝花鋼鐵公 司以深化資源利用為目的，與中南大學合作介入了釩電池的研發(fā)。國家政策推動，我國釩電池逐步進入商業(yè)化初期。2001 年，VRB Power Systems 公司 開始在南非、日本、美國等國家建立 VRB 系統(tǒng)電站，開始進行商業(yè)化運營。2002 年， VRB Power Systems 開始大范圍內推廣全釩液流電池儲能系統(tǒng)，承接一系列工程項目。 2009 年，中國普能實現(xiàn)對全球最大釩電池公司 VRB Power

19、 Systems 公司的資產(chǎn)收購，包 括其擁有或控制的所有專利、商標、技術秘密、設備材料等。此外，VRB Power Systems 公司的核心技術團隊加入合并后的公司。1.2. 我國釩電池儲能業(yè)務已初步商用1.2.1. 釩電池應用項目規(guī)劃近年來，我國儲能裝機量迅速增長，釩電池相關儲能項目也取得大量進展。以釩電池 為代表的液流電池，2019 年裝機規(guī)模為 20MW，2020 年裝機規(guī)模達 100MW，釩電池裝 機量增長迅速。目前我國釩電池滲透率 1%左右，未來發(fā)展前景廣闊。我國釩液流電池已實現(xiàn)在智能電網(wǎng)、通信基站、偏遠地區(qū)供電、可再生能源及削峰填 谷等項目中的應用。以北京普能為例，目前其釩液流

20、電池儲能應用涵蓋千瓦級至兆瓦級系 統(tǒng)。其中千瓦級系統(tǒng)主要由電池模塊/20kWh 儲能系統(tǒng)/40kWh 儲能系統(tǒng)構成，主要應用于 實驗室能源存儲、通信基站供電等。兆瓦級系統(tǒng)主要由多個 250kW 標準模塊組成，并涵 蓋電堆結構、儲液罐以及電子設備、控制裝置、空調系統(tǒng)等，目前主要應用于電網(wǎng)儲能、 削峰填谷等項目。1.2.2. 釩電池儲能應用場景根據(jù)不同儲能應用場景，釩液流電池系統(tǒng)主要分為集裝箱型及建筑物型。小規(guī)模的 液流電池系統(tǒng)基本上是集裝箱化，大規(guī)模的能源基地的液流電池系統(tǒng)基本為建筑物化。此外，德國已出現(xiàn)家用小型釩電池儲能產(chǎn)品，我國家用釩電池產(chǎn)品市場有待突破。德 國 Voltstorage 公司

21、已推出 1.5 kW/ 6.2 kWh 家用釩液流電池產(chǎn)品，配合家用光伏系統(tǒng)即可 實現(xiàn)能源自給。目前推出的產(chǎn)品尺寸為 5805801406 mm，并且可通過多個產(chǎn)品串聯(lián) 提高儲能系統(tǒng)功率與容量。1.2.3. 模塊化釩電池堆設計釩液流電池儲能系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)勢是它的模塊性，即系統(tǒng)的功率組件與容量組件 可以獨立設計。如兆瓦級系統(tǒng)設計由可多個 250kW 標準模塊組成，VRB-ESS 系統(tǒng)的額定 功率由電堆的數(shù)量決定而儲電容量則由電解液的體積決定。如果一套系統(tǒng)需要較高的額 定功率或者額外的儲電容量，那么簡單地增加電堆數(shù)量或者添加電解液就可以解決了。1.3. 釩電池規(guī)模應用前景廣闊1.3.1. 政策推

22、動釩電池高速發(fā)展根據(jù)發(fā)改委、能源局關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見提出的主要目標：到 2025 年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉變。新型儲能技術創(chuàng)新能力顯著提 高，核心技術裝備自主可控水平大幅提升，在高安全、低成本、高可靠、長壽命等方面取 得長足進步，標準體系基本完善，產(chǎn)業(yè)體系日趨完備，市場環(huán)境和商業(yè)模式基本成熟，裝 機規(guī)模達 30GW 以上。新型儲能在推動能源領域碳達峰碳中和過程中發(fā)揮顯著作用。到 2030 年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。新型儲能核心技術裝備自主可控，技術創(chuàng)新和 產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，標準體系、市場機制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深 度融合發(fā)展，裝機規(guī)模

23、基本滿足新型電力系統(tǒng)相應需求。新型儲能成為能源領域碳達峰碳 中和的關鍵支撐之一。以 2025 年電化學儲能累計 30GW 計算，預計 2025 年釩電池新增裝機達 1.7GW，新 增滲透率達 20%；至 2025 年釩電池累計裝機 4.3GW，累計滲透率達 14%。隨著釩電池 商業(yè)化推廣政策的提出，預計釩電池滲透率在未來幾年內將逐步提升，并在 2025 年達到新增裝機 20%滲透率，以實現(xiàn)國家 2025 年新型儲能技術裝機規(guī)模 30GW 的要求。釩電池 累計裝機 5 年 CAGR 達 112%，釩電池市場前景廣闊。1.3.2. 釩電池儲能應用優(yōu)勢明顯釩常以釩鐵、釩化合物和金屬釩的形式廣泛應用于

24、冶金、宇航、化工和電池等行業(yè)。 自然界中，釩很少形成獨立的礦物，主要賦存于釩鈦磁鐵礦、磷酸鹽巖、含鈾砂巖和 粉砂巖中，此外還有大量的釩賦存于鋁土礦和含碳物質中（如石油、煤）。2.1. 資源儲量豐富，我國占比最高釩元素蘊藏豐富但分散，很難獨立成礦，均以伴生元素的形式產(chǎn)出。釩在地殼中為第 17 種常見元素，在地殼中的含量為 0.020.03%，分布廣泛；含釩礦物種類繁多，已發(fā)現(xiàn) 有近 70 種，自然界中極少呈單一礦物存在，常和金屬礦如鐵、鈦、鈾、鉬、銅、鉛、鋅、 鋁等礦共、伴生，或與碳質礦、磷礦共生。最主要的礦床類型是釩鈦磁鐵礦。目前發(fā)現(xiàn)的含釩礦物有 70 多種，但主要的礦物有 以下 3 種：釩鈦

25、磁鐵礦（世界上除美國從鉀釩鈾礦中提釩外,其他主要產(chǎn)釩國家中都從釩 鈦磁鐵礦中提取釩）；鉀釩鈾礦（美國等地是這種礦物的主要產(chǎn)地）；石油伴生礦（這種礦 寄生在原油中，中美洲國家擁有大量的石油伴生礦,這種資源已日益顯示出其重要性）。大 約釩產(chǎn)量中有 71%來自釩鈦磁鐵礦煉鋼后得到的富釩礦渣，18%直接來自釩鈦磁鐵礦，二 者合計達到 89%，其他的釩來自釩鈾礦、含釩燃油灰渣、含釩石煤、廢化學催化劑等等。全球釩礦儲量主要集中在中國、俄羅斯、南非，中國儲量占全球的 43%。根據(jù) USGS 數(shù)據(jù)，全球釩礦儲量共計 2200 萬噸（金屬量，下同），其中中國儲量 950 萬噸，占比達到 43%，俄羅斯和南非占比

26、分別達到 23%和 16%。產(chǎn)量方面，中國釩礦產(chǎn)量仍然占全球最高，達到 62%。2020 年全球共生產(chǎn)礦產(chǎn)釩 8.6 萬噸，中國生產(chǎn)礦產(chǎn)釩 5.3 萬噸，占全球釩礦產(chǎn)量 62%，俄羅斯和南非分別生產(chǎn)釩 1.8 萬 噸和 0.8 萬噸。資源儲量豐富，完全有能力保障需求的增長。由于釩是一種小金屬，需求量有限，僅 被用作合金的添加元素和化工原材料，用量較小；但其資源與鐵、銅、鈦、鉛、鋅、鉬、 鋁等金屬共生，因此儲量十分可觀。我們用當年儲量比上當年產(chǎn)量，得到靜態(tài)的開采年限， 以此衡量資源的相對充足度。2020 年全球釩靜態(tài)開采年限達到 253 年，相比于其他金屬 20-50 年的靜態(tài)開采年限，釩的資源

27、十分充足，其資源儲量完全有能力保障需求的數(shù)量級 增長。2.2. 國內政策影響，供應逐步收緊絕大多數(shù)的釩供應來源于共伴生礦床。根據(jù) Roskill 數(shù)據(jù)，2020 年全球釩產(chǎn)量中共生 礦山開采貢獻了全球產(chǎn)量的 72%，釩礦山貢獻了 18%，其余 10%為含釩燃油灰渣、廢化 學催化劑回收等領域。由于釩行業(yè)的供需規(guī)模小、供給和需求集中度雙高、以伴生元素的形式產(chǎn)出、受政策 影響大等等特點，釩礦產(chǎn)量波動十分劇烈。近年來，中國釩礦產(chǎn)量大約在 7-9 萬噸之間 （折 V2O5），波動較大。2019 年，中國釩礦產(chǎn)量 9.64 萬噸，同比增長 35%；2020 年，中 國釩礦產(chǎn)量 9.46 萬噸，同比下降 2

28、%。釩鈦磁鐵礦是礦產(chǎn)釩的主要供應來源：（1）鉀釩鈾礦是美國等地的主要產(chǎn)出來源；（2）石油伴生礦，釩寄生在原油中，中美洲國家擁有大量的石油伴生礦，這種資源 已日益顯示出其重要性；（3）石煤是一種難燃燒的黑色頁巖，其中伴生金屬釩元素，該資源形式在中國以外 很少，而國內由于環(huán)保問題，也被大面積禁止；（4）目前最主要的釩資源供應來自釩鈦磁鐵礦礦床。2.2.1. 共伴生礦為主，區(qū)域分布集中國內釩資源主要以釩鈦磁鐵礦共伴生存在為主，分布區(qū)域主要有四川攀枝花地區(qū)、河 北承德地區(qū)和遼寧朝陽地區(qū)。攀枝花釩鈦磁鐵礦區(qū)位于四川省西南部的攀枝花市和西昌地區(qū)，主要為巖漿型的釩 鈦磁鐵礦礦床，其次有接觸交代-熱液型和沉積

29、型鐵礦床。有大、中、小型礦床 66 處，其 中大型 13 處。探明儲量的釩鈦磁鐵礦達近百億噸，其中釩、鈦儲量分別占全國已探明儲 量的 87%和 94.3%，分別居世界第三位和第一位，有“世界釩鈦之都”之稱。河北承德地區(qū)的黑山鐵礦，由 85%的斜長巖、11%的灰長巖和蘇長巖、4%的花崗巖、 紋長二長巖組成，賦存豐富的釩鈦磁鐵礦-磷灰石礦床，是我北方著名的釩鈦基地。釩鈦 磁鐵礦儲量居全國第 2 位，僅次于四川攀枝花地區(qū)，其有價元素豐富，如鐵、釩、鈦和磷 等，是世界公認的緊缺資源，開采加工利用價值較大。遼寧朝陽地區(qū)近年以來已探明的釩鈦磁鐵礦儲量近 200 億噸，資源優(yōu)勢凸顯，朝陽 地區(qū)的釩鈦磁鐵礦原

30、礦屬貧礦、風化礦床殘坡積礦體，朝陽地區(qū)釩鈦磁鐵礦石成分復雜， 其金屬礦物除主要的釩鈦磁鐵礦和鈦鐵礦外，還有磁赤鐵礦、褐鐵礦等。脈石礦物以斜長 石和輝石為主，少量鈦閃石、橄欖石、云母、方解石等。如何確定合理的選礦工藝提高釩 鈦磁鐵礦的選礦效果，以確保釩鈦磁鐵精礦回收率和品位，是朝陽地區(qū)釩鈦磁鐵礦開發(fā)利 用的首要任務。2.2.2. 受環(huán)保影響大，石煤提釩受限石煤提釩環(huán)保問題嚴重，國內基本已經(jīng)被禁止。石煤提釩的傳統(tǒng)工藝為鈉鹽焙燒法。 通過焙燒石煤，使其中的低價釩（三價、四價）轉化為高價釩（五價），高價釩再與鈉鹽 結合生成水溶性的釩酸鹽。將焙燒后的礦料用水浸或酸浸，再沉粗釩-粗釩堿溶-沉偏釩酸 銨-熱

31、分解-精釩。該工藝流程簡單，生產(chǎn)條件要求低，設備簡陋，建廠時間短，成本低， 見效快，非常適合個體私營和小企業(yè)經(jīng)營。缺點是排出大量富含對周邊環(huán)境造成嚴重污染 的 HCl、Cl2等腐蝕性氣體的廢氣；回收率低、資源綜合利用差，全流程總回收率低于 45%， 所以我國已經(jīng)基本禁止該法。中國的釩礦山主要是石煤提釩，該部分產(chǎn)能是邊際產(chǎn)能，礦石產(chǎn)量波動更為劇烈。由 于釩多以副產(chǎn)品的形式產(chǎn)出，獨立釩礦山以石煤提釩為主，不僅成本高，而且環(huán)境問題嚴 重，因此釩礦山的波動更為劇烈。2009 年我國釩礦山的礦石產(chǎn)量在 140 萬噸以上，由于 2008 年經(jīng)濟危機需求下滑、2013-3015 年下游鋼價大幅下跌，以及環(huán)保

32、部門嚴厲打擊石煤 提釩，導致 2015 年釩礦山的礦石產(chǎn)量僅為 30 萬噸左右，基本被關停。隨著供給側改革 的執(zhí)行以及對螺紋鋼穿水工藝的嚴厲禁止，釩市場開始反轉。釩礦山從業(yè)人數(shù)逐年減少，效率提升和行業(yè)產(chǎn)能出清持續(xù)進行。2009-2018 年我國釩 礦礦山從業(yè)人數(shù)和礦山平均從業(yè)人數(shù)均持續(xù)大幅減少，我國釩礦礦山從業(yè)總人數(shù)從 2009 年的 7273 人，持續(xù)降至 2018 年的 2940 人，降幅達 59.6%。同期，我國非油氣礦山從業(yè) 人數(shù)降幅為 46.6%，遠低于釩礦礦山從業(yè)人數(shù)的降幅。生產(chǎn)效率提升以及釩礦產(chǎn)能出清持 續(xù)進行中。石煤提釩只有部分采用高新技術的礦山項目可以開發(fā)，對整個行業(yè)的供給難

33、以形成 較大影響。石煤提釩工藝會產(chǎn)生大量廢棄物，對環(huán)境的污染較大，在國家環(huán)保監(jiān)管日趨嚴 格的環(huán)境下，石煤提釩企業(yè)生產(chǎn)會受到較大限制。不排除少量石煤提釩企業(yè)繼續(xù)生產(chǎn)，但 預計不會大面積復蘇。西部礦業(yè)石煤提釩工程進展順利，但產(chǎn)量不大，對市場影響較小。西部礦業(yè)子公司西 礦釩科技石煤提釩一期工程于 2020 年 6 月正式投產(chǎn)，項目設計年產(chǎn) 98%偏釩酸銨 1239 噸，產(chǎn)品偏釩酸銨主要用于制取五氧化二釩、陶瓷工業(yè)釉料及化學試劑、催化劑、催干劑、 媒染劑等。該項目采用國內最先進的石煤提釩帶余熱發(fā)電技術，是國內首條完善的綠色石 煤提釩環(huán)保型生產(chǎn)線，能夠實現(xiàn)循環(huán)綜合利用，降低各工序生產(chǎn)成本，提高抗市場波動

34、沖 擊能力。公司表示，下一步將逐步實施二期年產(chǎn) 98%偏釩酸銨 2611 噸提釩工程，待項目 全部建成后，將達到年處理含釩石煤 50 萬噸，年產(chǎn) 98%偏釩酸銨 3850 噸的規(guī)模。2.2.3. 多重因素限制，供應持續(xù)緊張釩鈦磁鐵礦企業(yè)產(chǎn)能擴張受限，而且由于釩渣是由釩鈦磁鐵礦煉鋼過程中產(chǎn)生，在 中國鋼鐵企業(yè)產(chǎn)能和產(chǎn)量受到政策約束的時候，這一釩供應最主要來源將難以產(chǎn)生增量 供給。隨著釩需求的增長，越來越多的獨立釩礦山正在被開發(fā)。如果釩的需求以高于鋼鐵 產(chǎn)量增速繼續(xù)增長，就不得不導致更多的獨立釩礦山得到開發(fā)，但中國正在執(zhí)行越來越嚴 格的環(huán)保政策，這導致石煤提釩難以放量，且成本偏高。中國禁止進口釩渣

35、，加劇了這種制約。隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展水平不斷提高，進口 可用作原料的固體廢物暴露出環(huán)境污染和危害健康等問題，從 2018 年起，我國開始禁止 釩渣進口。這導致供給的進一步收緊。2020 年新冠疫情之后，國內釩供應緊缺。新冠疫情之后，隨著中國經(jīng)濟率先復蘇， 粗鋼產(chǎn)量大增，中國 V2O5 首次出現(xiàn)了大規(guī)模、長時間的凈進口。國內礦山供應較為緊 張。2.3. 海外供應擴張，積極布局釩電池EVRAZ 集團是除中國以外的最大釩生產(chǎn)商。俄羅斯耶弗拉茲集團（Evraz）是俄羅 斯最大的鋼鐵生產(chǎn)和開采公司之一，俄羅斯首富阿布拉莫維奇是公司的最大股東。集團下 屬的主要企業(yè)包括下塔吉爾、西西伯利亞和新庫茲涅茨克鋼

36、鐵聯(lián)合企業(yè)這三家俄羅斯主 要煉鋼和鑄軋廠，并在美國、意大利、南非擁有多項資產(chǎn)。其多個子公司進行釩渣冶煉和 精煉，生產(chǎn) V2O5、釩鐵等釩制品。 2020 年 EVRAZ 共銷售釩渣含釩 6129 噸，釩制品含釩 1.26 萬噸，合計折合 V2O5達 3.34 萬噸，是僅次于攀鋼的第二大釩生產(chǎn)商。澳大利亞釩業(yè)（Australian Vanadium Ltd.）在澳大利亞擁有三個釩礦山資產(chǎn)，均為 未投產(chǎn)項目，一個在預可研階段的釩礦項目 Australian Vanadium Project，儲量礦石量為 3210 萬噸，V2O5 品位 1.05%（33.7 萬噸），礦山服務年限 17-25 年，預

37、計生產(chǎn)后能夠年 產(chǎn) V2O5 達到 1.10 萬噸。其投資成立了一個釩電池子公司 VSUN Energy，為居民、電力系統(tǒng)、政府、公司等 市場主體提供釩電池。近期的銷售包括：（1）為維多利亞州梅雷迪斯市一家奶牛場提供了 一套 90kW/320kWh 的釩電池；（2）為維多利亞州的一個果園提供了 20kW/80kWh 釩電 池太陽能存儲系統(tǒng)；（3）為西澳大利亞地區(qū)的離網(wǎng)居民提供 5kW/30kWh 獨立電力系統(tǒng)。Largo Resources 公司擁有全球最高品位釩礦山之一Maracs Menchen Mine。該 礦山位于巴西，是一個釩鈦磁鐵礦，該礦山于 2020 年 5 月正式投產(chǎn)，截止 2

38、020 年底，礦 山共擁有儲量 16.42 萬噸（V2O5 當量），平均品位 1.19%。2020 年采出礦石量 108 萬噸， 平均有效品位 1.29%，產(chǎn)出 V2O5 約 1.18 萬噸。計劃 2021 年產(chǎn)出 V2O5 產(chǎn)量在 1.20-1.25 萬噸之間。運營成本 3.1-3.3 美元/磅。預計至少可開采至 2028 年。Largo Resources 設立了 Largo Clean Energy 事業(yè)部，主要進行釩電池相關業(yè)務的開 發(fā)。2021 年 7 月 20 日 LCE 與 Enel Green Power Espaa（“EGPE”）簽訂了第一份釩電池 銷售合同，LCE 為西班牙

39、的一個項目交付一個 5 小時、6.1 MWh 的釩電池儲能系統(tǒng)，預 計將于 2022 年第 4 季度試運行。目前 LCE 正在為他們的 VCHARGEVRFB 釩電池儲 能系統(tǒng)申請 UL1973 和 UL9540 認證，該認證有望在 2021 年第 4 季度末認證通過。此外， 公司正在著手建立供應鏈，以提供隨著業(yè)務增長交付未來項目所需的資源。Bushveld Minerals 是一家南非的大型釩礦生產(chǎn)商。擁有高品位的 Vametco 釩礦，三 個釩礦總資源量 126.7 萬噸（V2O5），磁鐵礦中 V2O5 品位接近 2%。2020 年共生產(chǎn)釩金 屬量 3631 噸，折合 V2O5 約 648

40、1 噸。根據(jù)公司規(guī)劃，2021 年生產(chǎn)釩金屬量 3400-3600 噸。計劃到 2022 年末，將產(chǎn)能提升至 5000-5400 噸之間，中期將達到 6400-6800 噸，遠 期目標是實現(xiàn) 8400 噸的年產(chǎn)量。 公司正在推進在儲能領域的投資和研發(fā)。包括推進電解液產(chǎn)能開發(fā)、實施電解液租 賃模式、開發(fā)釩電池儲能業(yè)務，啟動了釩電池投資平臺等。通過設立 VRFB 投資平臺投 資中下游，完善釩電池產(chǎn)業(yè)鏈。2020 年，繼續(xù)對釩電池商業(yè)化項目進行驗證和測試，包 括在 Vametco 建立一個微型電網(wǎng)。Bushveld Minerals 向新能源轉型是一個關鍵戰(zhàn)略。AMG Vanadium 公司是世界上

41、最大的廢催化劑回收商和北美最大的釩鐵生產(chǎn)商。總 部位于美國俄亥俄州劍橋市，通過專有的焙燒和火法冶金工藝，將廢棄的石化催化劑和其 他含釩廢渣煉為釩鐵或合金，然后銷往碳鋼和不銹鋼行業(yè)。AMG Vanadium 公司正在運用市政債券融資 3.07 億美元，在俄亥俄州贊斯維爾市新 建第二座釩催化劑回收廠。由于石油化工企業(yè)必須遵守從 2020 年起生效的行業(yè)標準，催 化劑需要更新，導致 AMG 需要處理的催化劑體量提升。預計一期將在 2021 年夏季完工， 二期將在 2022 年初建成。新工廠每年可處理回收催化劑 3.4 萬噸。2.4. 鋼鐵消費強度提升，儲能帶來新增長點釩的下游包括鋼鐵與鑄造、鈦合金、

42、化工以及儲能，釩的應用集中在鋼鐵領域，占比 達到 85%。鋼鐵與鑄造占比達到 85%，用于增大強度、韌性和耐磨性。其次是鈦合金占 比 8%，釩在鈦合金中可以作為穩(wěn)定劑和強化劑，使鈦合金具有很好的延展性和可塑性。 化工與儲能占比十分有限，分別僅占比 5%和 2%，在化工中用作催化劑和著色劑，儲能 方面則被用在全釩氧化還原液流電池中。具體到鋼鐵行業(yè)，含釩高強度合金鋼主要有：高強度低合金（HSLA）鋼、先進高強 度帶鋼、建筑用螺紋鋼筋、高碳鋼線材、鋼軌、工具和模具鋼等。含釩高強度合金鋼被廣 泛應用于輸油/氣管道、建筑、橋梁、鋼軌等生產(chǎn)建設中。尤其是 2018 年 11 月新的鋼筋 標準實施，螺紋鋼

43、“穿水”工藝被禁止，螺紋鋼的生產(chǎn)對釩的需求量大幅增加。鋼鐵行業(yè)碳排放量占比高達 20%，是碳達峰先行行業(yè)。從二氧化碳排放量的角度看， 我國鋼鐵行業(yè)二氧化碳排放量可能在 20%左右區(qū)間，占比較大。鋼鐵行業(yè)能耗水平在“十 三五”期間取得一定進步，噸鋼能耗由 2011 年的 602 千克下降至 551 千克，但整體水平 仍處于較高位置。我國鋼鐵行業(yè) CO排放量隨粗鋼產(chǎn)量逐年上漲。截至 2018 年，我國粗鋼產(chǎn)量達 9.28 億 噸，鋼鐵行業(yè) CO排放量達 18.84 億噸，噸鋼 CO排放量為 2.03 噸。與 2000 年相比，粗 鋼產(chǎn)量增長 622.4%，而鋼鐵行業(yè) CO排放量僅增長 382.7%

44、，噸鋼 CO2排放量下降 33.2%， 說明我國鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排工作取得了積極進展，CO排放控制水平得到很大提升。但是， 我國鋼鐵行業(yè) CO排放量在 CO排放總量的占比仍然在上升，2018 年占比達到 18.72%。出于碳排放的控制以及壓低鐵礦石話語權的目的，國內正在堅決壓減粗鋼產(chǎn)量。我 國鐵礦石進口依賴度長期處于高位，國外四大鐵礦石生產(chǎn)商對中國的鋼鐵行業(yè)具有較強 控制力，而壓減粗鋼產(chǎn)量能夠將產(chǎn)業(yè)鏈利潤向中游轉移。工信部于 2020 年底重點提到， 要堅決壓縮鋼鐵行業(yè)粗鋼產(chǎn)量,確保粗鋼產(chǎn)量同比下降。4 月 1 日發(fā)改委與工信部就 2021 年鋼鐵去產(chǎn)能“回頭看”、粗鋼產(chǎn)量壓減等工作再進行研究部

45、署，粗鋼產(chǎn)量壓減落地路徑 逐步清晰。預計 2021 年全年鋼鐵行業(yè)整體產(chǎn)量將得到嚴格控制。鋼鐵行業(yè)產(chǎn)量不增，但隨著經(jīng)濟發(fā)展階段的提升，釩在鋼鐵中的消費強度將得到一 定提升。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，在北美和歐洲，釩的消費強度分別達到 0.1kg/t 和 0.07kg/t， 明顯高于我國的 0.04-0.05kg/t，與發(fā)達國家相比仍有較大差距。隨著社會經(jīng)濟進步，在建 筑和工業(yè)上使用的鋼材有更高的強度、韌性的要求，從長期來看，將提升釩的消費強度， 推動釩需求中樞上移。鋼鐵市場的釩需求將以約 2.7%的復合年增長率增長。根據(jù) Roskill，得益于對螺紋鋼 標準的執(zhí)行，中國的釩使用強度已經(jīng)超過了世界平

46、均水平，正在超發(fā)達國家邁進。到 2030 年，全球鋼鐵對釩的需求將達到約 136000 噸，年均復合增長率達到 2.7%。儲能市場的需求有望得到大幅提升。到 2030 年，VRFBs 的釩需求將以約 56.7%的復 合年增長率增長。世界銀行預測，到 2050 年，單是儲能領域的釩需求量就可能達到 2018 年全球釩產(chǎn)量的兩倍。3. 釩液流儲能市場十四五復合增速有望達92%3.1. 2025 年中國電化學儲能市場規(guī)模測算2025 年中國電化學儲能新增 45GWh，對應市場規(guī)模 499 億元。預計 2021-2025 年 中國新增電化學儲能 5/ 11/ 21/ 31/ 45GWh， CAGR=7

47、0%，系統(tǒng)單價 1.5/ 1.4/ 1.3/ 1.2/ 1.1 元/Wh，市場規(guī)模 74/ 156/ 272/ 366/ 499 億元， CAGR=57%。3.2. 2025 年中國釩液流電池儲能市場規(guī)模測算2025 年中國釩液流電池儲能新增 14.2GWh，裝機功率 3.5GW，滲透率 20%，對應 市場規(guī)模 297 億元。預計 2021-2025 年中國新增釩電池儲能 0.7/ 2.1/ 4.9/ 8.4/ 14.2 GWh， CAGR=113%。預計釩電池規(guī)模應用后，單價平均每年降低 10%，2021-2025 年單價為 3.2/2.9/2.6/2.3/2.1 元/Wh，市場規(guī)模 23/

48、 61/ 127 /195 /297 億元，CAGR=92%。2025 年電化學儲能累計裝機功率達 49.2GW，其中釩電池累計裝機 7.7GW，累計滲 透率達 16%。依據(jù)浙商證券電化學儲能市場需求測算，電化學儲能裝機預期高于政策要 求，有望提前實現(xiàn)新型儲能技術商業(yè)化目標及碳中和目標。2025 年新增釩電池裝機滲透率 20%，市場規(guī)模 297 億元。若釩電池價格降幅不及預 期，以 2.31 元/Wh，15%滲透率計算，市場規(guī)模約 254 億元；若釩電池單價降至 1.89 元 /Wh，預期滲透率達 25%，市場規(guī)模約 323 億元。4.重點企業(yè)分析4.1. 釩電池4.1.1. 國網(wǎng)英大釩電池業(yè)

49、務由其旗下全資子公司武漢南瑞負責。目前武漢南瑞已全面掌握釩電池改 性選型技術，具備釩電池本體設計、材料研制、系統(tǒng)集成能力，成功研發(fā)高功率釩電池電 堆和 250kW/500kWh 儲能系統(tǒng)，申請發(fā)明、實用新型專利共 70 項，授權 40 余項。目前 武漢南瑞釩電池相關項目以國網(wǎng)內部應用為主，暫無對外應用計劃。4.1.2. 上海電氣在儲能領域，上海電氣分階段、分領域布局鋰電池、液流電池、燃料電池和退役電池 系統(tǒng)四個領域，逐步完善三電系統(tǒng)。釩電池業(yè)務由其子公司上海電氣儲能公司負責，相關 技術由上海電氣中央研究院提供。目前上海電氣已推出兆瓦級全釩液流電池，可實現(xiàn)分 布式、集中式全覆蓋調峰調頻。由上海電

50、氣儲能公司設計研發(fā)的國電投集團黃河上游水 電公司液流電池儲能項目、常德 10kW/60kWh 液流儲能系統(tǒng)等釩電池儲能項目已處在項 目交付驗收階段，即將實現(xiàn)并網(wǎng)。汕頭智慧能源液流電池儲能項目 1MW/1MWh 全釩液流 電池儲能電站已于 2021 年上半年順利通過驗收。 據(jù)上海電氣 2021 年半年報，上海電氣新增儲能設備訂單人民幣 28.8 億元，同比增長 145.0%；報告期末，公司在手儲能設備訂單人民幣 30.8 億元，比上年年末增長 78.7%。4.1.3. 非上市公司1）北京普能：成立于 2006 年，主要業(yè)務即為全釩液流電池的研發(fā)、制造與商業(yè)化應 用。2009 年收購全球最大釩電池企業(yè) VRB Power Systems，接收其專利及研發(fā)人員。公司 已在中國、韓國、美國、印尼、西班牙、斯洛伐克等地建有釩電池儲能項目，并在國內承