文｜能鏈研究院
今年上半年，國內(nèi)前六個(gè)月投運(yùn)的新型儲(chǔ)能裝機(jī)量是過去10年的總和，宣告了儲(chǔ)能在新能源大賽道的地位。但在同一屋檐下，鋰離子電池儲(chǔ)能的光環(huán)效應(yīng)過于突出，擁有94%以上的市占率，讓液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能等淪為了打醬油的命。
不過，這一格局在接下來的較量中將被扭轉(zhuǎn)，液流電池有望率先“轉(zhuǎn)正”。
數(shù)據(jù)顯示，今年上半年，液流電池的關(guān)注度明顯提升，其中既有液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目簽約的消息，也有相關(guān)項(xiàng)目融資的落地，GWh以上的液流電池產(chǎn)線、儲(chǔ)能項(xiàng)目紛紛涌現(xiàn)。2023年1-5月，僅是液流電池細(xì)分賽道的融資總額就超過20億元，比去年整個(gè)長時(shí)儲(chǔ)能陣營拿到的融資都要多。
2023年，液流電池將迎來元年，背后的商業(yè)邏輯來自于兩點(diǎn)，一是磷酸鐵鋰等鋰電儲(chǔ)能的安全性問題解決不了，但液流電池不存在這個(gè)“風(fēng)險(xiǎn)”；二是液流電池吃的是“長時(shí)儲(chǔ)能”的紅利。隨著風(fēng)光新能源并網(wǎng)裝機(jī)占比達(dá)到31.7%，對(duì)調(diào)峰能力更強(qiáng)的3-10小時(shí)以上長時(shí)儲(chǔ)能的需求變得更為強(qiáng)烈，2小時(shí)時(shí)長的鋰電儲(chǔ)能已經(jīng)“力竭”，難以滿足4小時(shí)以上高峰時(shí)段的削峰填谷。
于是，商業(yè)化程度最高的全釩液流電池恰恰能堪大任，在支撐電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
安全、壽命長，液流電池瑕不掩瑜
當(dāng)下，在增速極快的電動(dòng)汽車充電站、大功率充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域，特別是住宅區(qū)的私人充電樁建設(shè)，都面臨著“電力增容難“的天花板，歸根結(jié)底還是擔(dān)心負(fù)荷功率峰值急劇上升容易造成電力系統(tǒng)崩潰。這種現(xiàn)象已經(jīng)開始拖交通電氣化的后腿。
以磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電池為代表的新型儲(chǔ)能，雖然能量密度足夠高，轉(zhuǎn)換效率高于液流電池、壓縮空氣，經(jīng)濟(jì)性方面也最領(lǐng)先，但始終存在的消防安全隱患“如鯁在喉”，尤其是在人口聚集區(qū)，這種擔(dān)憂會(huì)成倍放大。而且一般鋰電儲(chǔ)能時(shí)長只有2小時(shí)，面對(duì)各省市長達(dá)4小時(shí)的高峰電價(jià)時(shí)段，自然有點(diǎn)兒捉襟見肘。
此時(shí)，液流電池就有了用武之地，因?yàn)椴粌H安全，還能提供長達(dá)3-10小時(shí)的調(diào)峰容量。
其實(shí)，同為電化學(xué)儲(chǔ)能的一種，液流電池誕生快50年了，只不過在與鋰電池的競賽中暫時(shí)“掉隊(duì)“。因?yàn)轶w積過大，能量密度只有鋰電池的1/10，且沒規(guī)?；瘧?yīng)用，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性上也不足。但瑕不掩瑜，液流電池有自己的“生存之道”。
這與液流電池本身的技術(shù)原理有直接關(guān)系。
液流電池工作原理
液流電池主要由正負(fù)極的兩個(gè)電解液儲(chǔ)罐和中間的電堆組成，兩者成本加一起占比超60%，通過兩側(cè)溶液中的活性物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)充放電，通過泵將電解液輸送到電堆反應(yīng)室，通過活性物質(zhì)如釩的高低價(jià)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。
而鋰電池中的鋰離子是透過隔膜“來回游動(dòng)”，所以能量密度取決于工作電壓高低、正負(fù)極材料的比克容量，鋰電的功率大小與界面電阻、導(dǎo)電率等有關(guān)，鋰離子游動(dòng)的快，功率則越大，倍率性能好。但液流電池完全不同，其能量密度取決于電解液的體積（儲(chǔ)罐大?。┖蜐舛?，功率則是單位電堆的疊加，兩者間相互獨(dú)立。
這意味著，液流電池可以靈活設(shè)計(jì)，自由配置容量和功率，不存在鋰電中魚與熊掌的選擇難題。
不僅如此，液流電池的能量效率遠(yuǎn)高于20%-50%的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，循環(huán)壽命大于20000次，以每天一充一放計(jì)算，可以用20年以上。最重要的一點(diǎn)是，液流電池還足夠安全，因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化不依賴于正負(fù)極，材料不參與化學(xué)反應(yīng)，依靠的是水性電解液，與儲(chǔ)罐的來回循環(huán)還達(dá)到了散熱的目的，不存在鋰電中的熱失控、鋰枝晶短路的問題，沒有任何燃燒、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)來說，液流電池安全方面的優(yōu)勢太重要了。
而且，液流電池的功率密度可“堆疊”，通過增加單元數(shù)量即可，所以在響應(yīng)速度上更具優(yōu)勢，毫秒級(jí)、秒級(jí)、五分鐘、小時(shí)級(jí)響應(yīng)等各個(gè)維度上，調(diào)頻、調(diào)峰均有不俗的表現(xiàn)。
全釩液流電池唱主角，經(jīng)濟(jì)性顯露
既然液流電池有這么大的競爭優(yōu)勢，為什么在市場份額上連鋰電池儲(chǔ)能的零頭都趕不上呢？問題就出在體積大，限制了適用場景。同時(shí)，技術(shù)還在進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)化不夠，經(jīng)濟(jì)性上還達(dá)不到鋰電的水平。
但這些顯然不是“硬傷”。當(dāng)年燃油車與電動(dòng)車起步時(shí)間一樣，最終敗給了燃油車，但今天鋰電的動(dòng)力電池補(bǔ)齊了諸多短板，借著減碳的東風(fēng)卷土重來。液流電池同樣有這樣的機(jī)會(huì)，只要規(guī)?；瘧?yīng)用，拉低成本后，在長時(shí)儲(chǔ)能東風(fēng)下，很快會(huì)嶄露頭角。
不同于鋰電池中磷酸鐵鋰、三元鋰兩家獨(dú)大，液流電池的種類更多，技術(shù)路徑上還有多種選擇和可能性。按電解液可以劃分為鐵鉻液流電池、全釩液流電池、鋅基液流電池等，不同類別的液流電池具有不同的化學(xué)成分、能量密度、運(yùn)行溫度范圍和充放電次數(shù)，最常用是釩，其次是鐵鉻、鋅溴、多硫化物溴等。目前商業(yè)化程度、技術(shù)成熟度最高的是全釩液流電池，各地全釩液流電池項(xiàng)目開始輪番上馬。
從經(jīng)濟(jì)性上看，全釩液流電池儲(chǔ)能的初始投資成本在2.5元-7.5元/Wh，時(shí)長越大，單瓦時(shí)的投建成本越低，8小時(shí)以上可以降到2元/Wh左右，接近鋰電儲(chǔ)能。而且，全釩液流電池的壽命長達(dá)20年，是鋰電池的2倍，這進(jìn)一步攤低了初始投資的單位成本，成本更優(yōu)于鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)。即便是20年壽命到期，釩液流電池電解液的殘值和循環(huán)利用價(jià)值也高達(dá)30%以上，全生命周期成本更低。未來，隨著更多全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的上馬，很容易在市場層面引發(fā)共鳴。
來源：國信證券經(jīng)濟(jì)研究院
釩液流電池投資周期短，只需要半年，與其競爭的抽水蓄能從選址到投運(yùn)需10年，壓縮空氣項(xiàng)目也要2年。而讓全釩液流電池項(xiàng)目迅速增多的推力則來自于安全，這一點(diǎn)外界看得更為清晰。對(duì)儲(chǔ)能項(xiàng)目來說，“安全大于天”，全釩液流電池雖然成本比鋰電高，但安全讓其必有一席之地，企業(yè)也愿意在經(jīng)濟(jì)性方面助推一把。
此外，國內(nèi)釩礦資源儲(chǔ)量豐富，雖說價(jià)格也不低，高達(dá)10-15萬元/噸，但勝在自主可控。
根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局?jǐn)?shù)據(jù)，2022年，中國釩儲(chǔ)量950萬噸，占全球釩儲(chǔ)量得36.5%，位列全球第一，其次是澳大利亞、俄羅斯、南非等地區(qū)。2022年中國占世界釩產(chǎn)量的70%。國內(nèi)生產(chǎn)五氧化二釩的企業(yè)有攀鋼釩鈦、河鋼股份、成渝釩鈦、建龍集團(tuán)等。
市場已經(jīng)對(duì)釩液流電池已經(jīng)給予了認(rèn)可。今年1-7月，國內(nèi)簽約的釩液流電池項(xiàng)目數(shù)量明顯增多，半年多簽了15個(gè)，合計(jì)裝機(jī)3.6GW。其中國家電投4個(gè)項(xiàng)目、華潤電力2個(gè)，中國電建、中核集團(tuán)、中節(jié)能、中釩儲(chǔ)能、華電新能源等均參與其中，場景方面則以電源側(cè)、獨(dú)立共享儲(chǔ)能為主。未來，全釩液流電池在用戶側(cè)也會(huì)逐漸落地。
雖然目前全釩液流電池具備壓倒性優(yōu)勢，但液流電池不同技術(shù)路線間的較量仍在進(jìn)行中。全釩液流電池雖說能量密度高，但運(yùn)行溫度在5℃-50℃，范圍較窄，不適用于溫度較低的地區(qū)，釩的使用也讓電解液成本居高不下。而鐵鉻液流電池在-20℃—70℃間，電解液成本只占10%，初始投資成本較低，但要命的是壽命偏短，能量密度較低，目前只有少部分項(xiàng)目落地。
液流電池迎來元年，噴薄可期
如果到2025年，風(fēng)光等可再生能源并網(wǎng)比例占到電力系統(tǒng)的50%-80%，僅僅是2小時(shí)的鋰電儲(chǔ)能很難達(dá)到平衡，這時(shí)就需要儲(chǔ)能時(shí)長超過10小時(shí)，來保障電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定。未來的新型電力系統(tǒng)中，既要有短時(shí)儲(chǔ)能，也要有靈活配置的長時(shí)儲(chǔ)能，滿足電力系統(tǒng)不同場景下的需求。
全釩液流電池的調(diào)峰能力更強(qiáng)，能顯著降低電網(wǎng)運(yùn)行成本，適用于電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、工商業(yè)、用戶側(cè)等多個(gè)場景。
來源：能鏈研究院整理
2022年2月，國家發(fā)展改革委、能源局發(fā)布的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》提出，要積極開展新型儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，探索壓縮空氣、液流電池等不同技術(shù)路徑和發(fā)展模式。在國家和地方各類政策引導(dǎo)支持下，新型儲(chǔ)能系統(tǒng)已由探索階段向快速商業(yè)化邁進(jìn)。截至2022年底，我國新型儲(chǔ)能系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到870萬千瓦，其中鋰離子電池儲(chǔ)能占94.5%、壓縮空氣儲(chǔ)能占2.0%、液流電池儲(chǔ)能占1.6%、鉛酸（炭）電池儲(chǔ)能占1.7%、其他技術(shù)路線占0.2%。
根據(jù)國信證券的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2023年全球液流電池進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展元年，2023年全球新增裝機(jī)有望達(dá)到1.7GWh，2026年約為19.6GWh，2023-2026年均復(fù)合增速為125%。如果按照3元/Wh的初始投資成本計(jì)算，2026年市場空間達(dá)到588億元。
隨著釩液流電池商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，國內(nèi)已經(jīng)形成了電池、電堆的研發(fā)和生產(chǎn)供應(yīng)鏈，融科儲(chǔ)能、北京普能、上海電氣、星辰新能等，2023年均開始向GWh規(guī)模邁進(jìn)。電解液領(lǐng)域的大連博融新材料、釩鈦股份、河鋼股份、安寧股份、中核鈦白等也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)。電堆核心部件的離子交換膜，國內(nèi)企業(yè)均在加速布局和產(chǎn)品研發(fā)。
在儲(chǔ)能大賽道中，全釩液流電池已經(jīng)具備了“起飛”的條件，噴薄可期。