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一、全釩液流電池:降本是當前(qián)行業發展的首要工作
目前全釩液流電池中成本中,43%是電解液,27%是膜,其他零部件合計占比約30%。因此電解液(yè)和膜的降本是全釩液流電池降本的重點方向(xiàng)。
01
電解液的降本途(tú)徑主要(yào)包括①降低單位千(qiān)瓦時五氧化二釩的用量②減少加工費用③電解液租賃
(1)電解液單位(wèi)用量的降(jiàng)低取決於配方的(de)研發。降低五氧化二釩成本的路(lù)徑首(shǒu)先(xiān)是降低單位(wèi)千瓦(wǎ)時五氧化二釩的用量,理論上儲存1kWh的電能需要5.6kg五氧化二釩,當前行業平均水平,電解液的利用率為70%,即(jí)實際上(shàng)儲存1kWh的電能大約需要8kg五氧化二釩。
(2)規模效應和生產流程縮短能夠(gòu)降低加工費用。加工費(fèi)用上,目前全釩液流電池行業仍然在發展,規模仍然較小,若後續需求擴大(dà)帶動產能和產量增加,單kW加工費用將因規(guī)模效應減(jiǎn)少。此外,如果直接由釩渣/石煤製作電解液,生(shēng)產流程將(jiāng)會縮短,成(chéng)本也會因此而下降。
(3)電解液租賃可降低項目初始投資成本。即由租賃公司出資購買電解液,液流電池出資方與租賃公(gōng)司簽訂租賃(lìn)合同(tóng),向租賃(lìn)公司支付租金。出(chū)資方初始投資的前期投資壓力降低,項目現金流得到優化,電解液租賃公司也能夠獲得穩定的現金流。該模式已經在大連融科和海螺融華的“樅(cōng)陽海螺水泥6MW36MWh項目”得到首次應用。
02
膜成本的降低主要來(lái)自於國產替(tì)代以及其他品種膜的開發
目前全球範圍內全釩液流(liú)電池(chí)主(zhǔ)要(yào)采用的膜是美(měi)國Nafion膜,國產替(tì)代方麵,江蘇科潤的Nempem-11係列膜產品采用全新流延法工藝製造,並(bìng)加入(rù)了阻釩性能好的新型氟樹脂混合配方(fāng),產品的彈性(xìng)模量、斷裂伸長率、電(diàn)導率等部分技術指標已經優於杜(dù)邦的Nafion膜(mó),機械強度和含水(shuǐ)率也相(xiàng)差無幾。
其他(tā)品種膜方麵,中科院大連化物所的張華民團隊成功研發出了一種非氟多孔膜,該膜的化學(電化學)性能及機(jī)械強度等(děng)物(wù)理性能都非常優異,實際測試效果也(yě)優於Nafion膜。目(mù)前(qián)多孔膜的研究重點是平衡其離子選擇性和離子傳導性之間的矛盾,同時提高其穩定性並降低成本。
03
如果未來電解液利用(yòng)率在產業持續研發的過程中由(yóu)70%提(tí)升至80%,電解液材料(liào)成本下降12.5%,規模化和加工鏈條縮短使得電解液成(chéng)本下降20%,國產替代和(hé)新型膜材料(liào)研發應用使得膜(mó)成本下降(jiàng)50%,產業(yè)規模生產使得其他部件成本均下降5%,預計全釩液流電池整體(tǐ)成本的下降空間在20%以上,以3000元/kWh作為成本(běn)基(jī)準,未來整體成本有望下降至約2357元/kWh。
二、釩液流電(diàn)池是(shì)當前主流,其他路線尚存技術難(nán)點
01
當前液流電池體係內商業化進(jìn)度靠前的技術(shù)路線分別是(shì)全釩液流電池、鐵(tiě)鉻液流電池以及鋅溴液(yè)流電(diàn)池,全釩液流電池因為在(zài)技術方案上更具有優勢起(qǐ)步更快,產品在MW級別、百(bǎi)MW級別示範項目中長時間穩定運行,技術得到充(chōng)分驗(yàn)證,因(yīn)此是目前(qián)*有放量潛力的技術路線。
02
新型液流電池技(jì)術路(lù)線尚處於實(shí)驗階段,可以分為水係和非(fēi)水係兩大類,水係液流(liú)電池以水為支持電解質,非水係則使用有機(jī)物作為支持電解質。對非水係液流電池的研究(jiū)主要是(shì)利用其高電位,能量密度高的特點;對水係液流電池研究旨在降低原材料成本,提高電池能量密度從而降低電池成本。
盡管液流電池新體係在研究方麵取得較大進步,但這些體係目前仍在理論和實驗階段,滿(mǎn)足實際應用仍(réng)麵臨巨大的(de)挑戰。
三、全釩液流電池未來市(shì)場規模(mó)
2023年以來,全釩液流電池備案裝機規模(mó)達到1.6GW/6.5GWh。根據國(guó)家能源(yuán)局數據,截至2022年底,我國已投(tóu)運新型(xíng)儲能項目(mù)裝(zhuāng)機規模為8.7GW,液流電池儲能占比1.6%,因此可以推算得出全釩液流(liú)電池已投運規模為139.2MW,相對比例和絕對規模都較少。
但今年以來液流電池行業發展迅(xùn)速,根據GGII儲能數據庫,2023年以來液流電池備案及中標項目總數達1.6GW/6.5GWh,是目前已投運規(guī)模的十倍(bèi)以上。預(yù)計2025年新(xīn)增全釩液流電池裝機規模(mó)達到0.53GW,累計裝機規模1.15GW;到2027年,新增裝機規模將達到1.07GW,累計裝機規模約2.99GW。
具體的市(shì)場規模上,因為全釩液流電池(chí)的定位是長(zhǎng)時配儲,同時(shí)配儲時間越長,單位成本更低(dī),因此在(zài)計算市場(chǎng)規模時,假設全釩(fán)液流(liú)電池均配儲4小時,對應價格為3000元/kWh。
在《Research and analysis of performance improvement of vanadium redox flow battery in micro grid: A technology review》(Zebo Huang, Anle Mu)論文認為全釩液流電池單位成本在2018/2025年(nián)/2030年分別(bié)為(wéi)500/300/250美元(yuán)/kWh,2025年(nián)至2030年預計累計降(jiàng)幅16.7%。考慮到目前的行業發展趨勢(shì),預(yù)計我國(guó)全釩液流電池未來若幹年的成本會逐年(nián)以個位數降(jiàng)幅下(xià)降。
在以(yǐ)上假設下,預(yù)測2025年全釩液流電(diàn)池市場規模將(jiāng)達到58.1億元,2027年將達到109.3億元,2023E-27E複合增長率為55.51%。
四、相關公司
01上遊原材料企(qǐ)業積極布局電解液環節
原材料環節產能位居前列(liè)的是釩鈦股份與河鋼股份,釩年產能分別為4萬噸/年和2.2萬噸/年,兩者合計占(zhàn)據國內(nèi)近一半的釩產品市場份額。釩鈦股份對釩電池(chí)的態度較(jiào)為積極,與大連融科簽(qiān)訂了《戰略合作框架協(xié)議》,目前正(zhèng)在開展釩電解液研發項目,自身也有一定的技術積累;河鋼股份也成(chéng)功研發了釩電池電解液產(chǎn)品。安(ān)寧(níng)股份直接銷售釩鈦鐵精礦,但在釩電解液製備方麵也有一定技術儲備。
非釩行業的部分公司的(de)釩礦資源以及(jí)釩電池(chí)產業鏈(liàn)也表現(xiàn)積極,中核鈦白與電堆廠(chǎng)商四川偉力得進行合作,尋求釩(fán)礦資源並準備(bèi)後續電解液產線建設;煤炭公司永泰能源對各產業鏈均進行布(bù)局,包括釩礦、電解液(yè)以及電堆產(chǎn)線,項目正在建(jiàn)設之中。
02中遊企業普遍曆史較長,經驗豐富
中(zhōng)遊電堆製造與係統集成環節的企業絕大部分成立時間在10年以上,有一(yī)定的研發積累,技術經(jīng)驗豐富。發展路線上,大連融科由大連融(róng)科儲能集團和中(zhōng)科院大連物化所共同組建,技術(shù)主要來源於科(kē)研院所的技術轉化。
北京普能於(yú)2007年成立,2009年收(shōu)購加拿大VRB,並在全(quán)球(qiú)範(fàn)圍內(nèi)安裝投運數十個項目。國網英大、上海電氣、湖南銀峰、四川偉力得等廠商(shāng)均多年深耕,同時也有項目成功落地。
03下遊企業主要為電網和發電企業
目前釩電池產業鏈(liàn)下遊應(yīng)用的投資主體主要是電網以及發(fā)電(diàn)企業,包括大唐電力、國(guó)投電力、中廣核電(diàn)力、國家(jiā)能源集團、華電國際等,主要原因是當前全釩液流電池初始投資成本較高,行業整體又由新能源發電側強製配儲要求推進,而電網(wǎng)和大(dà)型電力企業有足夠財力和動機進行應用。