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钒氧化还原液流电池是一种以金属钒离子为活性物质的液体氧化还原再生电池。钒氧化还原液流电池是将+4、+5价钒离子溶液作为阴极电极的活性物质，将+2、+3价钒离子溶液作为阳极电极的活性物质，分别储存在各自的电解质储存罐中。

钒液流电池充放电时，阴、阳极的电池电解液在离子交换膜两侧进行氧化还原反应。同时，通过反应器外部泵的作用，储液罐中的电解液不断被送入阴极室和阳极室，以保持离子的浓度，实现电池的充放电。

 

钒氧化还原液流电池的优点

安全性高、易扩容是最大的优势

液流电池的工作原理决定了它是目前电化学储能技术路线中最安全的技术路线。与锂电池不同的是，液流电池的电解质是与电池堆分离的。由于钒氧化还原液流电池的电解质离子存在于水溶液中，因此不会发生热失控、过热、燃烧和爆炸。同时，钒氧化还原液流电池支持频繁充电和放电，一天可以充放电数百次。

液体电解质使得过充和过放不会引起爆炸和电池容量下降。与锂电池相比，钒氧化还原液流电池的水基电解质特性使其不会燃烧和爆炸。钒电池在水溶液中使用化学上可逆的钒离子，其功能与电极结构无关，所以即使在大电流下也非常灵活，不存在过充电的安全问题。

另一方面，钒氧化还原液流电池的功率和容量是相互独立的，功率由电堆的规格和数量决定，容量则由电解液的浓度和步骤决定。可以通过增加钒电解质的容量来实现容量的扩大，所以在大容量的装机规模上仍然是安全的。

 

 

钒氧化还原液流电池的电池堆与储存电解液的储罐分离，作为反应发生的场所，从根本上克服了传统电池的自放电现象。功率只取决于电池堆的大小，容量只取决于电解液的储存和浓度，设计灵活。

当功率恒定时，要增加储能容量，只需增加电解质储罐的体积或增加电解质的体积或浓度，而不需要改变电堆的尺寸。同时，可以通过增加电抗器功率和电抗器数量来提高功率，通过增加电解液来提高储能功率，便于扩大电池规模，可用于建设千瓦至100兆瓦的储能电站，适应性强。

循环寿命长，基本全回收，全循环寿命成本低

钒电池的循环寿命长。钒氧化还原液流电池的阴极和阳极活性物质分别存在于阴极和阳极电解液中。在充电和放电过程中没有其他电池常见的相变，可以深度放电而不损坏电池。在充放电过程中，作为活性物质的钒离子在电解液中只改变其价态，不与电极材料发生反应，也不产生其他物质。

长期使用后，仍能保持良好的活性。因此，钒电池的使用寿命很长。钒氧化还原液电池的充放电周期超过1万次，有的可以达到2万次以上。钒电池的全循环寿命成本已经低于锂电池。目前，钒氧化还原液流电池储能的初始安装成本较高，但由于钒电池的循环寿命长，从全循环寿命的角度看，钒氧化还原液流电池储能的成本低于锂电池。

我们用完整的投资数据比较了钒氧化还原液流电池项目和锂电池储能项目的成本。如果按照全循环寿命计算，钒氧化还原液流电池的成本为0.3-0.4元/小时，已经低于锂电池的成本（约0.5元/小时）。同时，钒电解质溶液可以在电池寿命结束后被回收和再利用。

电解液的成本占储能系统总成本的40%。储能系统报废后，其剩余价值相对较高。用于长期储能的钒氧化还原液流电池的全循环寿命成本已经具有竞争力。此外，钒电池仍处于产业化的初期阶段，在技术进步和大规模应用后，成本仍有进一步降低的空间。

 

 

中国钒资源产量和储量世界第一，独立可控

从资源角度看，中国的钒资源储量和产量均居世界第一，发展钒电池所需资源可独立控制。

● 资源储量： 中国的钒资源量位居世界第一。据统计，截至2021年底，全球钒金属储量为6300万吨，其中已探明的满足当前开采和生产要求的钒金属储量超过2400万吨。全球99%以上的钒储量集中在中国、澳大利亚、俄罗斯和南非；中国的钒储量约为950万吨，占全球钒储量的39%，位居世界第一。

● 钒的生产： 钒是完全自给自足的。中国的钒产量占世界总量的68%，资源可以完全自给自足。世界上生产钒的主要国家是中国、俄罗斯、南非和巴西。根据美国地质调查局的数据，2021年全球钒产量为10.7万金属吨，其中中国将生产7.3万吨，占68%。

● 钒的静态可开采年限是相当的。根据美国地质调查局的统计，2021年全球钒产量约为10.7万金属吨（相当于19.1万吨五氧化二钒），全球钒资源的静态可采寿命约为224年。

 

钒氧化还原液流电池的劣势

钒电池的初始安装成本是锂电池的2倍以上

钒电池最大的缺点是初始安装成本高，是锂电池的2倍以上。根据钒电池项目的具体投资成本，项目总投资成本为3.8-6.0元/Wh；其中，4小时储能系统成本为3.8-4.8元/Wh，2-3小时储能系统成本略高，为4.65-6元/Wh，仍高于锂电池。

钒电池快速发展或带动钒价上涨

●新能源储能发展迅速，钒氧化还原液流电池市场规模有望快速增长。据相关数据显示，截至2021年底，全球已投运的储能项目累计装机容量为209.4GW，同比增长9%。其中，规模最大的是抽水蓄能，累计装机容量约为180.5GW，占比86.2%，较2020年底下降4.1个百分点。

新型储能（包括锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池、压缩空气、液流电池、超级电容器和飞轮储能等）累计装机容量为25.4GW，同比增长67.7%，占比12.2%。在新能源储能中，锂离子电池仍占主导地位，占累计装机容量的90.9%。到2021年底，中国累计装机量为46.1GW，位居世界第一。其中，抽水蓄能的装机容量为39.8GW，占86.3%。

 

 

新能源储能累计装机容量为5729.7MW，占比12.5%，熔盐累计储热占比1.2%。在新能源储能容量中，铅酸电池VS锂离子，锂离子电池占89.6%，铅酸电池占5.9%。而压缩空气储能为3.2%，液流电池为0.9%，其他电化学储能（超级电容器和飞轮储能）占0.4%。

● 政策有助于储能市场的发展。中国政府已出台相关文件，在通往碳峰值和碳中和的道路上，要构建安全、高效、清洁、低碳的能源体系，推动实现新型储能的全面市场化发展。

● 钒氧化还原液流电池规模的快速增长，可能带动钒的需求。2021年是我国储能进入规模化发展的元年，100万千瓦级别的钒氧化还原液流电池项目也正在建设中。据CNESA统计，2021年，全球液流电池（基本为钒氧化还原液流电池）在我国新能源储能领域的渗透率达到0.9%。

受益于资源、安全、环保和政策的多重优势，随着众多大型钒电池项目的逐步实施，钒氧化还原液流电池的装机容量将实现跨越式增长。按照保守和理想两种方案，以及钒电池在新能源储能中10%、20%、30%的渗透率，2026年钒电池的年装机容量为1.48GW-7.06GW。

根据美国地质调查局的数据，2021年中国的金属钒产能约为13.1万吨。如果后续钒资源开发不尽如人意，或钒价明显拉升，进而影响钒氧化还原液电池电解液的成本。

 

能量密度和转换效率低，对消耗品的维护要求高

● 能量密度和转换效率低。钒氧化还原液流电池在工作时对环境温度的要求很高，还需要泵来维持电解液的流动，因此其损耗较大，能量转换效率低于锂电池的70-75%。受钒离子溶解度和堆栈设计的限制，与其他电池相比，钒氧化还原液流电池的能量密度较低，只有12-40Wh/kg。

● 消耗品需要及时维护。石墨板应被正极溶液所腐蚀。如果用户操作得当，石墨板可以使用两年。如果用户操作不当，石墨板一次充电就可以完全腐蚀，堆积物只能报废。在正常使用情况下，每两个月需要由专业人员进行维护。这种高频率的维护是昂贵而费力的。

 

潜力： LDES是一个很好的用途

LDES是实现双碳目标的关键之一

随着可再生能源渗透率的不断提高，对储能时间的需求也在增加。在全球不断推进碳中和的背景下，LDES（长时程储能）是实现双碳目标的关键之一。在大力发展可再生能源的背景下，LDES在提高电力存储能力、保障电力系统调峰和稳定运行、以及极端情况下的电力供应方面发挥着重要作用。

 

 

● 增强电力储存能力： 在双碳目标的背景下，火力发电等传统化石能源的比例将逐步降低，可再生能源（光伏、风能等）将逐步取代火力发电成为主要发电来源，LDES作为可再生能源的配套建设具有重要意义。

● 保证电力系统的调峰和安全稳定： LDES可以在较长的时间维度上调节新能源发电的波动，具有周期长、容量大的特点，在清洁能源过剩时避免电网拥堵，在高峰负荷时释放和增加电力供应。

●极端情况下的电力补充： 由于不可抗力因素（野火、暴雨、洪水、严寒等自然灾害，主要能源供应国之间的冲突等）造成的停电和能源供应紧张，将导致全社会用电成本的增加。LDES可以保证极端情况下的电力供应，保证全社会电力系统的稳定运行，降低电力成本。

 

流动电池在LDES领域有巨大的应用空间

目前，LDES仍处于研发和示范的初始阶段。在各种解决方案中，抽水蓄能的建设规模比较大。抽水蓄能电站具有技术成熟、效率高、成本低等优势，已成为世界上储能容量最大的解决方案。大型抽水蓄能电站可以提供低成本、可调度的电力，并因其快速响应时间而成为电网稳定的主要解决方案。

但是，抽水蓄能的最大局限性是场地限制、施工时间长和环境问题。从长远来看，由于动力电池产业的推动，电化学储能不受地理环境的限制，处于相对有利的竞争地位。在电化学储能方面，锂离子电池、钠硫电池、钠离子电池和液流电池都有很大的应用潜力；而钒氧化还原液流电池因其寿命长、易扩展，可用于LDES系统。

 

 

● 锂离子电池：锂电池的能量密度高，转换效率高，在储能领域应用广泛。

● 钠基电池：钠硫电池有安装的先例，钠和硫的原料来源广泛，但工艺要求很高，工作温度约为300-350度，且钠和硫的熔融状态活性很大，存在一定的安全风险。

但是，钠离子电池具有安全、资源丰富、成本低等优点，同时也存在循环次数少、电极材料副反应影响电池寿命等缺点。目前，它们还没有在储能行业大规模推广，其优势还有待验证。

● 液流电池：液流电池具有安全性高、稳定性好、循环寿命长、扩容能力强、可回收、环保等优点，但也有初始安装成本高的缺点。

基于液流电池安全稳定性高、循环寿命长、扩容能力强、可回收和环保等优点，预计液流电池在LDES领域将有巨大的应用空间，并将与抽水蓄能/氢能储能和压缩空气储能相竞争。

 

钒电池在液流电池中商业化速度较快

目前，液流电池路线主要包括钒氧化还原液流电池、铁铬液流电池、锌溴液流电池、锌铁液流电池等20多条技术路线。目前，对前三种技术路线讨论较多。钒氧化还原液流电池是一种相对成熟的液流电池商业化路线。钒氧化还原液流电池具有示范工程运行多年，产业链逐步形成，全寿命周期成本低的优势。它有望在长期储能系统中得到广泛的应用。

● 多个示范项目的安全运行： 钒氧化还原液流电池在全球已运行多年，其产业化效果和可靠性验证明显高于铁铬液流电池和锌溴液流电池。据相关资料显示，2022年2月，全球最大的100MW钒氧化还原液流电池储能削峰电站已在大连进入单体模块调试阶段。

●整个产业链逐步形成： 钒氧化还原液流电池的电解液、隔膜、膜电极等原材料供应链已初步形成，中国本土化进程加快，已具备支撑百兆瓦项目设计开发的能力，产业配套更加成熟。

 

 

● 在整个循环寿命中的成本优势： 钒氧化还原液流电池的全循环寿命成本已经低于锂电池，具备大规模商业应用的条件。

综上所述，钒氧化还原液流电池具有安全性高、寿命长、容量扩展性强、效率高等优点。我们看好全钒氧化还原液流电池在储能应用领域的潜力，特别是在长期储能方向的应用空间。

 

政策和技术促进钒氧化还原液流电池成本下降

政策支持是推动钒电池发展的重要动力

● 为钒氧化还原液流电池的发展制定相关补贴政策。现有的钒氧化还原液流电池项目大多是地方政府推动的示范项目，少部分是企业自主建设的项目。钒氧化还原液流电池的全周期寿命成本已经低于锂电池，但初期建设成本过高，导致企业投资积极性不高。未来或仍需在政府层面推动，并制定有效实施的价格补偿机制和LDES产业政策。

● 加强资源开发，扩大钢铁企业产能。由于我国主要的钒产量来自于钒钛磁铁矿炼钢工艺中的钒渣，允许相应的钢铁企业扩大产能也是增加钒资源来源的途径之一。同时，也可以出台支持钒资源开发的政策，增加中国钒资源的开发。

 

技术进步有望继续降低成本

整个钒电池储能系统主要由电堆、电解液、逆变器、智能控制、储罐、容器、管泵阀传感器组成。钒电池最重要的核心部件是堆栈和电解质。电解液一般由五氧化二钒组成，这也是整个钒电池系统中钒产品的主要用途。

 

 

据IRENA介绍，钒电池的成本主要分为三部分：反应器、电解液和外围设备成本。反应器和电解液是主要成本，约占75%，钒电解液成本约占40%，反应器成本约占35%，其他部件成本约占25%。

● 技术促使电抗器的成本不断下降。锂电池的成本在商业应用后迅速下降，从1991年的7523元/千瓦时下降到2018年的181元/千瓦时。参照锂电池的成本下降方式，可以预测，钒电池量产后成本仍有较大的下降空间。

钒氧化还原液流电池尚处于商业化初期，技术进步带来的成本下降空间较大。如通过减少膜材料的使用面积来降低电池的成本。

● 中国国内生产材料的替代推动了成本的下降。随着中国国产离子交换膜的逐步推广，膜等产品仍有很大的成本下降空间。预计未来在其他堆积材料（双极板、碳毡等）方面也有成本优化的空间。

 

钒的供应和需求

供应： 中国的钒储量和产量居于世界首位

● 资源： 2021年，中国的钒产品储量和产量比例将居世界第一。如上所述，到2021年底，中国的钒矿储量将占世界总量的39%。2021年，中国的产量将占世界总量的68%，位居世界第一。

● 原材料和工艺： 钒钛磁铁矿是世界上的主要来源，而钒渣是中国的主要来源。虽然地壳中钒的丰度很高，但它主要与其他矿物形成共生或复合矿石，独立的钒矿很少。中国以钒渣为原料生产钒，占钒渣原料的86.9%，而直接使用钒钛磁铁矿原料的只有0.3%。

 

 

由于环境问题，从石煤中提取钒的产出比例已经下降了。石煤是一种低碳含量和低热值的无烟煤，也是一种低品位多金属共生矿。在中国的石煤资源中已经发现了60多种伴生元素。其中，钒可以形成工业矿床。

但是，石煤中钒的品位很低，五氧化二钒的含量多在0.8%以下。2017年以来，从石煤中提取钒的比例明显下降。近年来，一些企业在工艺上取得了突破，实现了石煤绿色提钒。未来石煤提钒的生产比例可能会略有提高。

● 生产能力： 攀钢集团钒钛及资源公司的产能是第一的。世界上70%以上的钒来自于副产品炼钢钒渣。产能较大的钒生产企业主要有攀钢集团钒钛及资源公司、俄罗斯Evraz公司、承德街、北京建龙重工等。其中，攀钢集团钒钛资源公司的钒钛生产能力为4万吨/年，位居世界第一。

 

钒的应用：90%以上应用于钢铁行业

钒是一种重要的合金元素，主要应用于钢铁、钛合金添加剂、化学催化剂和储能领域。工业上常见的钒化合物包括VO、V2O3、V2O5、FeV铁钒和NH4VO3偏钒酸铵。

● 钢铁： 金属钒以钒铁和钒氮合金的形式添加到钢铁生产中，以提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性。含钒合金钢具有高强度、高韧性和良好的耐磨性，被广泛用于石油/天然气管道、建筑、桥梁、铁轨等的生产和建设。在钒的下游应用中，钢铁工业所占比例最大，其消费量占钒消费量的90%以上。

● 钛合金： 约2%的钒以钛-铝-钒合金的形式形成钛合金。钒可作为钛合金的稳定剂和强化剂，使钛合金具有良好的延展性和塑性。主要用于飞机发动机、航空航天机舱骨架、导弹、蒸汽轮机叶片、火箭发动机壳体等。此外，钒合金还可用于磁性材料、硬质合金、超导材料和核反应堆材料。

 

 

● 化学工业： 在化学工业中，钒主要用作制造硫酸和硫化橡胶的催化剂，也用于抑制发电厂的氧化亚氮的产生。其他化学钒产品主要用作催化剂、陶瓷着色剂、显影剂、干燥剂等。

● 能源储存： 目前，利用钒生产全钒氧化还原液流电池也已成为储能行业的研究热点。如果你想了解更多关于储能行业的信息，你也可以阅读我们网站上的文章五大储能电池公司，以帮助你。在储能行业，近年来钒氧化还原液流电池在清洁能源方面的研究取得了很大进展。钒氧化还原液流电池在风力发电、光伏发电、电网调峰、配电站、通信基站等领域具有广阔的市场前景，并已应用于商用储能系统。