摘要：对钒电池的性能进行评价，综述国内钒电池产业链及主流参与企业、近年钒电池项目布局情况以及国内钒电池价格走势，并指出开发清洁生产新工艺、电解液租赁式运营模式、在大规模储能中得到应用将是钒电池产业未来的发展趋势，总的来说我国钒电池产业将具有巨大的发展潜力和广阔的发展前景。

钒（V）是一种具有多种价态的金属元素，其中V（Ⅱ）、V（Ⅲ）、V（Ⅳ）和V（Ⅴ）相邻价态之间可形成电对，分别取电对V（Ⅱ）/V（Ⅲ）和V（Ⅳ）/V（Ⅴ）的钒离子溶液作为电池的正、负极电解液，电池的标准电位差可达1.26 V，这使得钒可用作储能材料［1］。近年来关于储能领域的国家政策频出，钒氧化还原液流电池由于其本质安全性等优点，在电化学储能领域中脱颖而出，具有巨大的发展潜力。

1钒电池性能评价

1.1钒电池优势

1.1.1本质安全

钒电池的活性物质以水溶液形态贮存在电堆外部的储液罐中，无爆炸或火灾隐患，即使将正、负极电解液混合也无危险，只是电解液温度会略有升高，是永不爆炸的电池，这是钒电池与其他电化学电池相比最为突出的优势。

1.1.2循环寿命长

钒电池的正极活性物质和负极活性物质分别存在于正极和负极电解液中，在充放电过程中不会发生相变，可以深度放电而不损坏电池，电池使用寿命可长达20年。目前，加拿大VRB公司动力系统商业示范中运行时间最长的钒电池模块已正常运行9年多，充放电循环寿命超过18000次，远高于锂电池和铅酸电池。

1.1.3易实现规模化储能

钒电池的功率和容量分别取决于电堆大小和电解液的体积及浓度，提高电解液的浓度即可以增加电量，增加电解液的体积则可以成倍增加电量。因此，钒电池可被用于大型百兆瓦级别的储能电站。

1.2钒电池劣势

1.2.1能量密度低

由于钒的相对原子质量比较大，钒电池的能量密度一般只有12～40 Wh/kg，低于锂电池80～300 Wh/kg的能量密度，所以为了达到同等的储电量，钒电池的体积比锂电池要大得多，是锂电池体积的3～5倍，极大地阻碍了钒电池在移动端及动力电池中的应用。

1.2.2能量转化效率低

钒电池需要用泵来维持电解液的流动，因此其能量损耗较大，钒电池能量转化效率一般为70％～75％，低于锂电池85％～95％的能量转化效率。

1.2.3初装成本高

钒电池的初装成本主要由电堆和电解液构成，原材料价格较贵，加之钒电池行业发展较为缓慢，产业链不完善，目前的初装成本在3.8～6.0元/Wh，是锂电池初装成本的2倍以上。

1.3钒电池与其他主流电池的性能对比

钒电池与锂电池、铅酸电池等主流电池的性能对比如表1所示。

由表1可以看出，钒电池在循环寿命、安全性以及全寿命周期成本上，比锂电池、铅酸电池等具有较大优势，但是在能量密度、能量效率等方面目前还处于相对劣势的水平。

1.4钒电池应用

钒电池由于其本质安全性、易扩容、全生命周期成本低、易实现模块化管理等优势，在在电源侧、电网侧和工商用户侧有着极其良好的应用前景。

（1）电源侧。主要用作风力、太阳能等新型间歇性发电系统的储能，实现可再生能源并网，由于风光发电功率不稳定，易引起电网波动，造成并网难度大，弃风弃光情况较为严重，钒电池可用于收集这些不连续、不稳定的清洁能源并储存起来，减少能源浪费。辽宁省沈阳市卧牛石风场5MW/10MWh全钒液流电池储能系统是当时世界上第一套实际并网运行的5MW级液流电池储能系统，该储能系统在平滑风电场输出、提高风电供电可靠性以及等方面发挥了十分重要的作用。

（2）电网侧。主要用作电网的削峰填谷，在电网低负荷时，将多余电能储存起来，高负荷时作为辅助电源向电网输入电能，从而平衡电网负荷，提高电网的稳定性和可靠性。此外，钒电池在选址方面，相对于抽水蓄能具有较大优势，选址自由，占地少，维护成本低。辽宁省大连市200MW/800MWh液流电池储能调峰电站，是迄今为止全球功率最大、容量最大的液流电池储能调峰电站，一期工程（100MW/400MWh）已成功实现并网。该调峰电站为电网提供调峰、调频等辅助服务，相当于大连市的“电力银行”，实现电网系统的削峰填谷。

（3）工商用户侧。对于大型用电型企业用户或工业园区，用于分时电价场景，储存低电价电能，在高电价时间使用，如华东电价较高地区，也可作为偏远地区、孤岛区域的储能、发电系统，以及大型应急储能企业用户如电信枢纽中心、大数据中心等的UPS备用电源。湖北省枣阳市10MW光储用一体化示范项目，实现了工业园多能互补，湖北平凡集团园区依靠该储能系统，利用电力峰谷差价获益，为企业减少电费开支并适时为电网提供辅助服务。

2国内钒电池产业现状

2.1国内钒电池产业链及主流参与企业

目前国内钒电池产业链发展还处于初期阶段，从上游原料生产到中游各部件的配套，再到下游整装，多数环节由钒电池生产企业自行完成。上游主要为电解液原料五氧化二钒的生产，主要

生产企业有钒钛股份、河钢股份、川威集团等；中游主要是电堆和电解液的生产，电堆主要生产企业有大连融科、北京普能、伟力得、上海电气、国网英大等，电解液主要生产企业有大连融科、攀钢钒钛、川威集团等；下游为成套钒电池的集成，一般由电堆或电解液生产企业完成，主要有大连融科、北京普能、伟力得、武汉南瑞等。在国内钒电池领域，以大连融科和北京普能的技术较为领先，属于第一梯队。前者依托中国科学院大连化学物理研究所，在电解液、电堆材料等方面拥有一系列核心自研技术；后者收购了全球最大规模的加拿大VRB公司，掌握了大量钒电池领域的相关专利和技术。国内钒电池电堆、电解液及成套系统的主要生产企业如下。

（1）大连融科

2008年成立，由中国科学院大连化学物理研究所和大连博融控股集团共同组建，持有200多项钒电池相关专利，拥有全球规模最大、现代化程度最高的钒电池生产基地，主要钒电池产品型号有UPower、TPower、VPower等。

（2）北京普能

成立于2006年，2009年收购全球最大钒电池企业VRB Power Systems，接收其专利及研发人员，拥有超过40项钒电池相关专利，主要钒电池产品型号有VRB KW-ESS、VRB MW-ESS等。

（3）伟力得

子公司伟力得能源为国内新兴储能电池企业之一，已成为全钒液流储能系统设计、研发、生产、销售、服务于一体的企业，主要从事BMS研发、自动化电堆制造、MW级光伏侧钒电池储能电站建设与运营、GW级钒电池制造等。

（4）上海电气

成立于2004年，是中国最大的综合性装备制造企业集团之一，主要业务板块为能源装备、工业装备、集成服务，其中在能源装备板块，自主研发的5 kW/25kW/50kW电堆可集成至百千瓦/兆瓦级集装箱式钒电池储能系统，可为客户提供定制化储能产品及储能整体解决方案。

（5）国网英大

成立于1997年，该公司在电力装备业务的新型储能技术方面，形成钒电池储能系统商业化运行落地能力，基于钒电池使用安全、寿命长、全寿命周期成本低、输出功率和储能容量相互独立等特点，研究并实践商业化运行模式，推动了全钒液流储能示范项目落地。

（6）攀钢钒钛

成立于1993年，依托全球最大钒钛磁铁矿，钒工业位居全球领先地位。具备年开采钒钛磁铁矿33500kt，年产铁精矿12000kt、钛精矿900kt的能力，在钒钛磁铁矿资源综合利用方面已处于世界领先水平。攀钢钒钛已与大连融科达成战略合作关系，将共同投资建设钒电解液工厂。

此外，钒电池相关行业的企业还有川威集团、湖南银峰、河钢股份、寰泰储能、湖北绿动中钒新能源等。

2.2国内钒电池项目布局及规模

截至2022年11月，据不完全统计，2022年国内钒电池新建年产能超过2GWh，在建产能超过4GWh，规划产能超过6GWh；钒电池电解液在建年产能9.2×104m3，规划年产能超过89×104m3。2021年以来，国内已有数个大型钒电池项目启动，部分项目如表2所示。

2.3国内钒电池价格走势

电堆和电解液是构成钒电池的关键材料，二者占了钒电池总成本的75％以上，钒电池电解液的价格与原材料五氧化二钒的价格紧密相关。2022年2月7日～2023年2月3日五氧化二钒市场均价如图1所示。

由图1可以看出，近1年五氧化二钒价格波动较大，最高15.35万元/t，最低9.9万元/t，导致钒电池的价格也随五氧化二钒的价格波动较大。五氧化二钒的价格为10万元/t时，对应电解液的价格约为1500元/（kW·h），除电解液外的电池储能系统市场价格为6000元/kW，随着储能时长的增加，除电解液的其他原钒电池材料成本不断被分摊，电解液成本所占总成本的比例大大增加。因此，储能时长越长，电解液所占系统成本越高，系统的单位投资成本越低。

3钒电池未来发展趋势

近年来，面向储能领域的国家级政策频出，有力地支持了储能钒电池的进一步发展。2021年国家发改委、国家能源局印发《加快推动新型储能发展的指导意见》，要求推动新型储能高质量发展，实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。在该《指导意见》的基础上，2022年国家发改委、国家能源局又印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》等文件，新型储能产业尤其是以钒电池为主的液流电池迎来了高速发展的重大机遇。

3.1开发清洁生产新工艺

钒电池的关键材料电解液主要原材料为五氧化二钒，目前最主要的钒资源供应来自钒钛磁铁矿矿床，一直以来，我国钒钛磁铁矿开发采用粗放型发展方式，尽管近些年来在钒钛磁铁矿资源综合利用及“三废”的综合利用等方面取得了很大进展，但资源浪费现象和生态环境破坏问题仍然存在，随着国家“双碳”目标的提出，国家不断完善政策层面的引导力度，加强技术开发力度，构建复杂难处理资源的高效综合利用与污染控制一体化的循环经济集成技术体系，从源头解决环境污染问题，因此开发钒资源清洁生产新工艺，提高资源和能源利用率，实现钒资源加工的产业结构优化升级与环境质量总体提升是大势所趋。

3.2电解液租赁式运营模式

钒电池初装成本高，原因之一在于电解液成本占到初装成本的40％以上，是钒电池最大的成本构成。此外，随着钒电池容量的增大，电解液的成本占比随之增高，这也是钒电池商业化进程的一大阻力。由此，电解液租赁模式成为解决这一阻力的可能途径。该模式是指液流电池投资方与租赁公司（钒电解液租赁公司或钒资源相关企业）订立租赁合同，先由租赁公司出资购买电解液，然后将电解液出租给项目投资方收取租金，当钒电池寿命终止时，由租赁公司回收电解液。这意谓着用户只需要购买电池的基本结构和组件，而不必购买整个电池系统。这种运营模式可以大大减少初始投资，同时实现电解液的专业管理与维护，有利于降低运行风险，实现市场良性循环。

3.3有望在大规模储能中得到应用

近年来，随着储能安全性要求升级和储能时长的增加，基于钒电池的高安全性以及随储能时长增加边际成本增加较少的特点，钒电池在大规模长时储能中有着出色的表现，在目前电解液总钒浓度提高存在技术瓶颈的情况下，只需要简单增加电解液的体积便可实现钒电池容量的增加。2022年国家能源局印发《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）》，文件明确提出，中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，这也给以钒电池为主的液流电池提供了更多的发展机会。

4结语

钒电池以其高安全性、循环寿命长以及易实现规模化储能等优势，在国内一系列行业政策推动下，近年来受到的关注度日益提升，相关企业积极布局上下游产业链，钒电池已处于商业化

初期阶段。未来，开发清洁生产新工艺、电解液租赁式运营模式、在大规模储能中得到应用是钒电池产业发展的趋势，加之在钒电池相关技术开发及原材料资源储备方面（我国钒储量位居世界第一）我国具有较明显的优势，总的来说，我国钒电池产业将具有巨大的发展潜力和广前景。