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一、全釩液流電(diàn)池:降本是(shì)當(dāng)前行業發展(zhǎn)的首要工作
目前(qián)全釩液流電池中(zhōng)成本中,43%是電(diàn)解液,27%是膜,其他零部件合計占比約30%。因此(cǐ)電解(jiě)液和膜的降本(běn)是全釩液流電池降本的重點方向。
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電解液的降本途徑主(zhǔ)要包括①降低單位千瓦時五氧(yǎng)化二釩的用量(liàng)②減少加工費用(yòng)③電(diàn)解液(yè)租(zū)賃
(1)電解液單(dān)位用量的降低取決於配方的研發。降低五氧化二釩成本的路(lù)徑首先(xiān)是降低單位千瓦時(shí)五氧化二釩(fán)的用量,理論上(shàng)儲(chǔ)存1kWh的電能需要5.6kg五氧化二釩,當前行業平均水平,電解(jiě)液的利用率為70%,即實際上儲存1kWh的電能大(dà)約需要8kg五氧化二釩。
(2)規模效應和生產流程縮短能夠降低加工費(fèi)用。加工費用上,目(mù)前(qián)全釩液流電池行業仍然在(zài)發(fā)展,規模仍然較小,若後續需求擴大帶動產能和產量增加(jiā),單kW加工費用將因規(guī)模效應減少。此外,如(rú)果直接由釩渣(zhā)/石(shí)煤製作電解液,生產流程將會縮短,成(chéng)本也會因此而下降。
(3)電解(jiě)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司簽訂租賃合同(tóng),向租賃公(gōng)司支付(fù)租金。出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(néng)夠獲(huò)得穩定的現金流。該模式(shì)已經在大(dà)連融科和海螺融華的(de)“樅陽海(hǎi)螺水泥(ní)6MW36MWh項目”得到首次應用。
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膜(mó)成本的降(jiàng)低主要來自於國產替代以及其他品種膜的開發
目(mù)前全球(qiú)範圍內全釩液流電池主要采用的(de)膜是美國Nafion膜,國產替代方(fāng)麵,江蘇科潤的Nempem-11係列膜產品采用全(quán)新流延法工藝製造,並加入了阻釩性能(néng)好的新型氟樹脂混合配方,產品的彈性模量、斷裂伸長率、電導率等部分技術指標已經優於杜邦(bāng)的Nafion膜,機(jī)械(xiè)強度和含水率(lǜ)也相差無(wú)幾。
其他品種膜方麵,中科院大連化物所的張華民團隊(duì)成功研發(fā)出了一種非氟多(duō)孔膜,該膜的化學(電化學)性能及機械強度等物理性能都非常優異,實際測試效果也優於Nafion膜。目前多孔膜的(de)研究重點是平衡其離子選擇性和離子傳導性之間(jiān)的矛盾,同(tóng)時提高其穩定性並(bìng)降低(dī)成本。
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如果未來電解液利用率在產業(yè)持續研發的(de)過程中由70%提升至80%,電解液材料成本下降12.5%,規模化和加工(gōng)鏈條縮短使(shǐ)得電解液成本下降20%,國產替代和新型膜材料研發應用使得膜成本下降50%,產業規模生(shēng)產使得其他部件成本均下降5%,預計全釩液流電池(chí)整體成本的下降空間在20%以(yǐ)上,以3000元/kWh作為成本基準,未來整體成本有望下降至約2357元/kWh。
二、釩液流電池是當前主流,其他路線尚存技術難點
01
當前液流電(diàn)池(chí)體(tǐ)係內商業化進度靠前的技術路線(xiàn)分別是(shì)全釩液流電池、鐵鉻(gè)液流電池以及鋅溴液(yè)流電池,全釩液流電池因為在技術方案上更具有優勢起步更快,產品在MW級別、百MW級別示範項目(mù)中長時間穩定運行,技(jì)術得到充分驗證,因此是(shì)目前*有放量潛力的(de)技術路線。
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新型液流電池技術路線尚處於(yú)實(shí)驗階段,可以分為水(shuǐ)係和非水係兩(liǎng)大類,水係液流電池以水為支持電(diàn)解質,非水係則使用有機物作為支持電解質。對非水係液(yè)流(liú)電池的研究主要是利用其高電位(wèi),能量密度高的特點;對水係液流電池研究旨在降低原(yuán)材料成本,提高電池能量密(mì)度從而降低電池成本。
盡管液流電池新體係(xì)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,滿足實際應用仍麵臨巨大的挑戰。
三、全釩液流電池未來(lái)市場規模
2023年以(yǐ)來,全(quán)釩(fán)液流電池備案裝機規模達到1.6GW/6.5GWh。根(gēn)據國家(jiā)能源局數據,截至(zhì)2022年底,我國已投運新型儲能項目裝機規模為8.7GW,液(yè)流電池儲能占比(bǐ)1.6%,因此可以推算得出全釩液流電池已投運規(guī)模為(wéi)139.2MW,相對比例和絕對(duì)規模都較少。
但今年以來液流電池行業發展迅速,根據GGII儲能(néng)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(shì)目前已投運規模的十倍以(yǐ)上。預計2025年新增全釩液流電池裝機規模達到(dào)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(jù)體的市場規模(mó)上,因為全釩液流電池的(de)定位是長(zhǎng)時配儲(chǔ),同時配儲時間越長,單位(wèi)成本更低,因此在計(jì)算市場規模(mó)時,假設全釩液流電池均配儲(chǔ)4小時,對應價格為3000元(yuán)/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/2030年分別為500/300/250美元/kWh,2025年至2030年預計累計降(jiàng)幅16.7%。考慮到目前的行業發展(zhǎn)趨勢,預計我國全釩液流電池未來若幹年的成本會逐年以個位數降幅(fú)下降。
在以上假設下,預測2025年(nián)全釩液流電(diàn)池市場規模將達到58.1億元,2027年將達到109.3億元,2023E-27E複合增(zēng)長率為55.51%。
四、相(xiàng)關公司
01上遊原材料企業積極布局電解液環節
原材料環(huán)節產能位居前列的(de)是釩鈦股份與河鋼股份,釩年產能分別(bié)為4萬噸/年和2.2萬噸/年(nián),兩者合計占據國內近一半的釩產品市場份額。釩(fán)鈦股份對(duì)釩電池的態度較為積極,與大連(lián)融科簽訂了《戰略合作(zuò)框架協議》,目前正在開展釩電解液研發項目,自身(shēn)也(yě)有一定的技術積累;河鋼(gāng)股份也成(chéng)功研發了釩電池電解液產品。安寧股份直接銷售釩(fán)鈦鐵精礦,但在釩電解(jiě)液製備方(fāng)麵也(yě)有一定技術儲備(bèi)。
非釩(fán)行業的部分公司的釩礦資源以及釩電池產業(yè)鏈也表現積極,中核鈦白與電堆廠商四(sì)川偉力得進行合作,尋(xún)求釩礦資源並準備後續電解液產線建設;煤炭公司(sī)永泰能源對各產業鏈均進行布局,包括釩(fán)礦、電解液以及電堆產線,項目正在建設之中。
02中遊企(qǐ)業普遍曆史較長,經驗豐富
中遊電堆製造與係(xì)統(tǒng)集成環節的企業絕大部分成立時間在10年以上,有一定的研發(fā)積累,技術經驗豐富。發展路線上,大(dà)連融科由大連融科儲能集團和中科院大連物化所共同組建,技術主要來源於科研院所(suǒ)的技術轉化。
北京普能於2007年成立,2009年收購加拿大VRB,並在全球範圍內安裝投(tóu)運數十個項目。國網英大、上海電氣、湖(hú)南銀峰、四川偉力(lì)得等廠商均(jun1)多年深耕(gēng),同(tóng)時也(yě)有項目成功(gōng)落地。
03下遊企業主要為電網和(hé)發電企業
目前釩電池產業鏈下遊應用的投資主體主要(yào)是(shì)電網以及發電企業,包括大唐電力、國投電(diàn)力(lì)、中廣核電力、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(běn)較高,行業整體又由新能源發電側強製配儲要求推(tuī)進,而電(diàn)網和大型電力(lì)企(qǐ)業有足夠財力和動機進行(háng)應用。