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降本路径清晰，钒电池储能市场望迎爆发
随着新能源产业快速发展，储能成为又一高景气赛道。其中，钒电池储能在政策驱动和技术不断成熟的加持下，市场渗透率有望进一步提升。据不完全统计，截至2023年5月第三周，国内已签约钒液流储能项目10个，合计装机功率达2.9GW，是2022年已投运钒电池储能装机规模的近15倍。
专注于开发、生产新型储能产品的北京星辰新能科技有限公司首席科学家、中南大学化工学院教授刘素琴认为，钒电池具备高安全性，非常适合应用于大规模储能，目前钒电池储能市场已处在爆发前夜。而据国际调研机构Guidehouse Insights 预计，到2031年钒液流电池全球容量将超30GWh，相较于目前容量来说，市场空间广阔。钒电池降本路径清晰，国内厂商仍在通过提升关键材料性能与国产化等多种路径降本增效。
钒电池产业化条件已成熟
从理论角度出发，钒电池循环寿命较长、安全性较高，并且在全生命周期成本优势显著;从实际应用来看，刘素琴认为，目前应该没有能够阻止钒电池产业化的实质性问题存在，通过长期的实践与技术迭代，钒电池已成为当前产业化最成熟、可靠程度最高的技术路线之一。。
对于钒电池能量密度仅12～40Wh/kg且一度被认为“无法通过技术手段弥补”的短板，刘素琴表示，事实并非如此。“钒电池能量密度主要由电解液的浓度决定。以常规的硫酸溶液为例，其饱和溶解度(即钒离子浓度)约1mol/L，但是通过一些添加，可以将以硫酸为主、甚至全硫酸的溶液做到至少2mol/L。同时，也可以做一些溶剂保持硫酸溶液的电化学活性。有文献报道可制备出8mol/L的全钒液流电池电解液，即能量密度可达100Wh/kg，但是充放电性能还未得到印证。”刘素琴表示。
大连博融是国内第一家大规模生产钒电解液的企业，已拥有年产1GWh的钒电解液生产线，其钒浓度可达1.5-2.0 mol/L;星辰新能的电解液钒浓度测试数据已达2.8 mol/L。
从终端市场来看，钒电池储能可以涵盖发电侧、电网侧、用电侧。“钒电池在这三大领域中的规模大小略有不同。比如发电侧根据太阳能和风能的分布情况储能规模可大可小;电网侧涉及到智能电网，规模相对来说更大;用电侧则根据用户规模的大小而定。”刘素琴称。
联储证券统计显示，2022年国内已投运的钒电池新型储能项目装机规模为0.2GW。截至2023年5月第三周，国内已招标钒液流电池系统项目6个，合计招标功率超过44MW，参与投资的企业多为上海电气(601727.SH)、华润电力(00836.HK)、国家电投等国企。
星辰新能董秘许晓晨表示，现阶段而言，电化学储能中锂电还是占据市场主导地位，钒电池主要通过降本、技术的提升取得一些特殊场景的市场份额。“液流电池技术在大规模长时储能以及一些对安全性要求较高的应用场景中比较有优势。”
电解液和电堆，钒电池多路径降本
电解液和电堆是钒电池成本的重要组成部分，分别占总成本的41%、37%。其中，电解液是钒电池的关键材料，可通过提高效率和租赁等方式降本。现有钒电解液主要通过V2O5(五氧化二钒)与稀硫酸混合电解获得。“提升电解液的利用率实际上就是在充放电的电压范围内提升它的活性，可以通过在电解液中添加一些添加剂，以及在电极表面增加一些催化剂等多种方法结合的形式。”刘素琴称，电解液利用率的提升，可有效减少电解液、特别是V2O5的用量，进而实现降本的目标。
《全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望》中显示，如果电解液的利用率为70%，实际上储存1kWh的电能大约需要 8kg的 V2O5;若把电解液的利用率提高到 80%，实际上储存1kWh的电能，大约仅需要 7kg的 V2O5。
从租赁降本路径来看，许晓晨表示，钒电池电解液的天然属性特别适合做租赁。“首先，电解液液罐体积较大，不容易来回挪动，存储相对固定，结合物联网技术可对租赁物跟踪监控;其次，在钒电池的生命周期时间尺度上，钒价是相对稳定可控的。租赁模式可以大幅减少业主和客户的初装成本，使客户对技术方案的选择更多集中在应用场景的适配性，而非单纯的初始建设成本。”
据大连博融旗下大连融科储能技术发展有限公司副总经理、安徽海螺融华储能科技有限公司副总经理邹毅在第十一届储能国际峰会暨展览会上介绍，其钒电池电解液租赁模式已在“枞阳海螺水泥6MW36MWh项目”中首次应用。
早在2020年9月，英国全钒液流电池供应商Invinity和美国矿产开发与钒生产商Bushveld公司合作创立的VERL(Vanadium Electrolyte Rental Limited)公司便与Pivot Power签订合同，会为其提供十年的电解液租赁。
邹毅介绍，使用电解液租赁模式后，相当于电解液初始投入成本绝大部分被免去，初始投入约是购买模式的一半。未来电解液租赁模式将成为推动钒电池储能商业应用的重要模式。
许晓晨称，从出租方的角度考虑，电解液租赁业务若要持续开展、且各方均能从中获益，还需要满足以下几个条件。一是电解液出租企业要对钒资源有一定的掌控力，能够持续保障电解液的原材料来源;二是需要有一定的资金体量在背后做支持，能够满足持续采购电解液的资金需求。当然，通过一些金融工具，可以优化业务的现金流，比如租赁出去的电解液会形成应收账，公司可以通过ABS(AssetBackedSecuritization，即资产证券化)或类似REITs基金等方式将应收账款做成证券化处理，从而减少前端的资金压力。
电堆环节中，质子交换膜自主可控性不断增强，且国内产品价格较国外相比有明显下降。其中，江苏科润的Nepem-11系列使用全新流延法工艺制造，在流延过程中添加阻钒性能好的新型氟树脂混合配方。钒渗透率减少80%、弹性模量(420MPa)高于Nafion、断裂伸长率(120%)较小、电导率(0.1S/cm)优于行业主流产品——科慕的Nafion全氟磺酸树脂交换膜，机械强度和含水率相差无几。
东岳集团子公司东岳未来氢能是国内少数实现全氟质子交换膜全产业链量产技术突破，并拥有大规模供应能力的企业。东岳未来氢能 150 万平米质子交换膜生产线一期工程已于 2020 年 11 月正式投产。
大连物化所成功制备出空隙率高、孔径分布均匀、贯通性好的多孔离子传导膜，利用该膜组装的单电池，在80mA/cm2充放电条件下，能量效率超过90%。
价格方面，许晓晨表示，此前Nafion的采购价格曾高达10000元/平方米，现在降到5000元/平方米以下，甚至会更低;国产化全氟磺酸质子交换膜的采购基本上能降到约1000元/平方米，量大的话每平方米还可以降到1000元以下。除江苏科润、大连物化所外，国内亿华通-U旗下的上海神力、国润储能等都自主创新开发了更低成本的质子交换膜。
