（报告出品方/作者：浙商证券，邓伟、马金龙）1. 产业、政策、需求推动，钒电池初步商业化2021 年 7 月，国家发改委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意 见》，提出坚持储能技术多元化目标：1）推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持 续下降和商业化规模应用；2）实现压缩空气、液流电池等长时储能技术进入商业化发展 初期；3）加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范；4）以需求为导向，探 索开展储氢、储热及其他创新储能技术的研究和示范应用。
1.1. 液流电池技术在近年来逐步成熟1.1.1. 钒液流电池简介全钒液流电池，寿命长、规模大、安全可靠。
钒电池全称为全钒氧化还原液流电池 (Vanadium Redox Battery，VRB)，为液流电池的一种，是一种基于金属钒元素的氧化还原 的电池系统，其电解液是不同价态的钒离子的硫酸电解液。
根据电化学反应中活性物质的 不同，液流电池可分为钒液流电池、锌基液流电池、铁铬液流电池等。
其中全钒液流电池， 寿命长、规模大、安全可靠的优势尤为突出，成为规模储能的首选技术，在调峰电源系统、 大规模风光电系统储能、应急电源系统等领域具有广阔的应用前景。
液流电池工作原理为通过外接泵与交换膜实现离子电化学反应。
全钒液流电池是一 种二次充电电池。
利用 VO2+/VO2 +、 V2+/V3+两对氧化还原电堆的钒离子溶液分别作为正 极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中。
通过外接的泵，将电解液运输至 电池堆内的正极室和负极室，使其在不同的储液罐和半液态的闭合回路中循环流动，并采 用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质的溶液流过电极表面产生了电化学反应，从而实 现钒电池的充放电过程。
1.1.2. 钒电池发展历程我国钒电池相关技术储备充足，工业应用前景广阔。
钒电池相关研究源于 1984 年 UNSW 对 2/3 价与 4/5 价钒离子电对在氧化还原电池中的应用，并于 1988 年开始进入工 业研发阶段。
1995 年，中国工程物理研究院电子工程研究所从率先在国内开始钒电池的 研制。
先后研制成功了 500W、1000W 的钒电池样机，成功开发了 4 价钒溶液制备、导电 塑料成型及批量生产、电池组装配和调试等技术。
2002 年，钒钢龙头企业攀枝花钢铁公 司以深化资源利用为目的，与中南大学合作介入了钒电池的研发。
国家政策推动，我国钒电池逐步进入商业化初期。
2001 年，VRB Power Systems 公司 开始在南非、日本、美国等国家建立 VRB 系统电站，开始进行商业化运营。
2002 年， VRB Power Systems 开始大范围内推广全钒液流电池储能系统，承接一系列工程项目。
2009 年，中国普能实现对全球最大钒电池公司 VRB Power Systems 公司的资产收购，包 括其拥有或控制的所有专利、商标、技术秘密、设备材料等。
此外，VRB Power Systems 公司的核心技术团队加入合并后的公司。
1.2. 我国钒电池储能业务已初步商用1.2.1. 钒电池应用项目规划近年来，我国储能装机量迅速增长，钒电池相关储能项目也取得大量进展。
以钒电池 为代表的液流电池，2019 年装机规模为 20MW，2020 年装机规模达 100MW，钒电池装 机量增长迅速。
目前我国钒电池渗透率 1%左右，未来发展前景广阔。
我国钒液流电池已实现在智能电网、通信基站、偏远地区供电、可再生能源及削峰填 谷等项目中的应用。
以北京普能为例，目前其钒液流电池储能应用涵盖千瓦级至兆瓦级系 统。
其中千瓦级系统主要由电池模块/20kWh 储能系统/40kWh 储能系统构成，主要应用于 实验室能源存储、通信基站供电等。
兆瓦级系统主要由多个 250kW 标准模块组成，并涵 盖电堆结构、储液罐以及电子设备、控制装置、空调系统等，目前主要应用于电网储能、 削峰填谷等项目。
1.2.2. 钒电池储能应用场景根据不同储能应用场景，钒液流电池系统主要分为集装箱型及建筑物型。
小规模的 液流电池系统基本上是集装箱化，大规模的能源基地的液流电池系统基本为建筑物化。
此外，德国已出现家用小型钒电池储能产品，我国家用钒电池产品市场有待突破。
德 国 Voltstorage 公司已推出 1.5 kW/ 6.2 kWh 家用钒液流电池产品，配合家用光伏系统即可 实现能源自给。
目前推出的产品尺寸为 580×580×1406 mm，并且可通过多个产品串联 提高储能系统功率与容量。
1.2.3. 模块化钒电池堆设计钒液流电池储能系统的一个显著优势是它的模块性，即系统的功率组件与容量组件 可以独立设计。
如兆瓦级系统设计由可多个 250kW 标准模块组成，VRB-ESS 系统的额定 功率由电堆的数量决定而储电容量则由电解液的体积决定。
如果一套系统需要较高的额 定功率或者额外的储电容量，那么简单地增加电堆数量或者添加电解液就可以解决了。
1.3. 钒电池规模应用前景广阔1.3.1. 政策推动钒电池高速发展根据发改委、能源局《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出的主要目标：到 2025 年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变。
新型储能技术创新能力显著提 高，核心技术装备自主可控水平大幅提升，在高安全、低成本、高可靠、长寿命等方面取 得长足进步，标准体系基本完善，产业体系日趋完备，市场环境和商业模式基本成熟，装 机规模达 30GW 以上。
新型储能在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥显著作用。
到 2030 年，实现新型储能全面市场化发展。
新型储能核心技术装备自主可控，技术创新和 产业水平稳居全球前列，标准体系、市场机制、商业模式成熟健全，与电力系统各环节深 度融合发展，装机规模基本满足新型电力系统相应需求。
新型储能成为能源领域碳达峰碳 中和的关键支撑之一。
以 2025 年电化学储能累计 30GW 计算，预计 2025 年钒电池新增装机达 1.7GW，新 增渗透率达 20%；至 2025 年钒电池累计装机 4.3GW，累计渗透率达 14%。
随着钒电池 商业化推广政策的提出，预计钒电池渗透率在未来几年内将逐步提升，并在 2025 年达到新增装机 20%渗透率，以实现国家 2025 年新型储能技术装机规模 30GW 的要求。
钒电池 累计装机 5 年 CAGR 达 112%，钒电池市场前景广阔。
1.3.2. 钒电池储能应用优势明显在各类储能电池中，钒液流电池优点十分明显：1）安全性高：钒电池无爆炸、火灾隐患。
钒电池的活性物质以液态形式贮存在电堆 外部的储液罐中, 流动的活性物质使浓差极化可减至最小，即使正负电解液混合，也无危 险，但电解液温度略有上升。
此外，其所有的部件基本上都浸泡在溶液当中，散热得到了 溶液的支持，同时由于开放的体系，不会存在类似锂电池热失控这一问题。
2）储能上限高且可控：电池容量取决于外部活性溶液的多少，通过增加电解液的体 积，可以任意增加钒电池的储能容量，相比于锂电池来说它的可扩充性非常大，调整容易。
3）功率大：通过增加单片机电池的数量和电极面积，增加电解液的浓度，可以提高 钒电池的功率。
4）效率高：由于钒电池电极的催化活性高，正负活性物质分别储存在正负电解液储 槽中，避免了正负活性物质的自放电消耗，满充后可长期保持，极低的自放电率，自放电 几乎可以忽略不计。
充放电能量转换钒电池的效率高达 75%以上。
5）使用周期长：由于钒电池正负活性物质分别只存在于正极和负极电解液中，在充 放电过程中不存在复杂的固相反应, 因此电池寿命长。
能耐受大电流充放，可以在不损坏 电池的情况下进行深放电，循环次数≥13000 次以上，电池使用寿命可达 15-20 年。
6）响应速度快：钒电池组充满电解液瞬间启动。
运行过程中，充放电状态切换仅需 0.02 秒，响应速度为 1 毫秒。
7）充电便捷：可以通过直接更换电解液实现钒电池的瞬间充电。
8）环境友好：和常用的铅酸电池相比，在静态运行时，寿命周期内总的排放量仅有 铅酸电池的 7-25%；电解液可更换、回收，离子膜不需要贵金属作电极催化剂，电极材料 多为碳材料制品。
9）安置便利：钒电池可全自动封闭运行，正常工作时对外界无污染，安装定位自由 度大，除温度外对安装环境没有过高要求。
另一方面，钒电池也存在明显的缺点：1）体积、质量庞大：受制于电解液中离子溶解度上限，钒电池比能量密度低，且技 术难以突破。
同样能量的钒电池体积可达锂电池的 3-5 倍，质量达 2-3 倍。
因此，钒电池 仅能适用于静态储能系统，难以应用于电动汽车、电子产品等领域。
2）环境温度要求：钒电池通常工作环境温度需保持在 0-45℃，温度过低会导致电解 液凝固，而温度过高则会导致溶液中的 V5+形成 V2O5 析出，从而堵塞电解液通道，导致 电池报废。
3）副产物处理要求高：电解质的原料、正沉淀和由泄漏的正溶液的空气干燥形成的 薄层都具有相同的东西，即 V2O5，是一种高毒性的化学品。
4）高成本、高维护成本：成本高昂，目前 5kW 钒电池仅材料成本可达 40 万以上； 正常使用情况下，每隔两个月就要由专业人士进行一次维护，高频次的维护使其难以在用 户侧广泛应用。
1.3.3. 钒电池成本问题亟待解决目前成本问题仍是钒电池大规模商业应用面临的最大挑战。
由于尚未规模化商用， 且受制于设备、产能以及高额的前期投入，目前钒电池成本约为锂电池的 2-3 倍。
以当前 集装箱交付的价格（含电池包、温控系统、换流系统、消防系统、监控系统等），目前钒 液流电池成本达 3-3.2 元/Wh，对比目前储能锂离子电池成本约 1.2-1.5 元/Wh，钒电池仍 面临巨大的价格压力。
随着政策推进，钒电池形成规模化、集群化产业后，电池成本有望 进一步下降。
2. 钢铁及储能应用大扩张，钒金属供需紧平衡钒是一种银白色金属，在元素周期表中属 VB 族，是过渡金属。
钒的熔点很高（1890℃）， 沸点 3380℃，与铌、钽、钨、钼并称为难熔金属。
密度 6.11g/cm3，有延展性，质坚硬， 无磁性。
在空气中不易氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。
不易腐蚀，在碱、硫酸和盐酸 中也相当稳定。
高温下，金属钒很容易与氧结合，依次氧化成棕黑色的三氧化二钒、深蓝 色的二氧化钒，并最终成为桔黄色的五氧化二钒。
（报告出品方/作者：浙商证券，邓伟、马金龙）1. 产业、政策、需求推动，钒电池初步商业化2021 年 7 月，国家发改委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意 见》，提出坚持储能技术多元化目标：1）推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持 续下降和商业化规模应用；2）实现压缩空气、液流电池等长时储能技术进入商业化发展 初期；3）加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范；4）以需求为导向，探 索开展储氢、储热及其他创新储能技术的研究和示范应用。
1.1. 液流电池技术在近年来逐步成熟1.1.1. 钒液流电池简介全钒液流电池，寿命长、规模大、安全可靠。
钒电池全称为全钒氧化还原液流电池 (Vanadium Redox Battery，VRB)，为液流电池的一种，是一种基于金属钒元素的氧化还原 的电池系统，其电解液是不同价态的钒离子的硫酸电解液。
根据电化学反应中活性物质的 不同，液流电池可分为钒液流电池、锌基液流电池、铁铬液流电池等。
其中全钒液流电池， 寿命长、规模大、安全可靠的优势尤为突出，成为规模储能的首选技术，在调峰电源系统、 大规模风光电系统储能、应急电源系统等领域具有广阔的应用前景。
液流电池工作原理为通过外接泵与交换膜实现离子电化学反应。
全钒液流电池是一 种二次充电电池。
利用 VO2+/VO2 +、 V2+/V3+两对氧化还原电堆的钒离子溶液分别作为正 极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中。
通过外接的泵，将电解液运输至 电池堆内的正极室和负极室，使其在不同的储液罐和半液态的闭合回路中循环流动，并采 用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质的溶液流过电极表面产生了电化学反应，从而实 现钒电池的充放电过程。
1.1.2. 钒电池发展历程我国钒电池相关技术储备充足，工业应用前景广阔。
钒电池相关研究源于 1984 年 UNSW 对 2/3 价与 4/5 价钒离子电对在氧化还原电池中的应用，并于 1988 年开始进入工 业研发阶段。
1995 年，中国工程物理研究院电子工程研究所从率先在国内开始钒电池的 研制。
先后研制成功了 500W、1000W 的钒电池样机，成功开发了 4 价钒溶液制备、导电 塑料成型及批量生产、电池组装配和调试等技术。
2002 年，钒钢龙头企业攀枝花钢铁公 司以深化资源利用为目的，与中南大学合作介入了钒电池的研发。
国家政策推动，我国钒电池逐步进入商业化初期。
2001 年，VRB Power Systems 公司 开始在南非、日本、美国等国家建立 VRB 系统电站，开始进行商业化运营。
2002 年， VRB Power Systems 开始大范围内推广全钒液流电池储能系统，承接一系列工程项目。
2009 年，中国普能实现对全球最大钒电池公司 VRB Power Systems 公司的资产收购，包 括其拥有或控制的所有专利、商标、技术秘密、设备材料等。
此外，VRB Power Systems 公司的核心技术团队加入合并后的公司。
1.2. 我国钒电池储能业务已初步商用1.2.1. 钒电池应用项目规划近年来，我国储能装机量迅速增长，钒电池相关储能项目也取得大量进展。
以钒电池 为代表的液流电池，2019 年装机规模为 20MW，2020 年装机规模达 100MW，钒电池装 机量增长迅速。
目前我国钒电池渗透率 1%左右，未来发展前景广阔。
我国钒液流电池已实现在智能电网、通信基站、偏远地区供电、可再生能源及削峰填 谷等项目中的应用。
以北京普能为例，目前其钒液流电池储能应用涵盖千瓦级至兆瓦级系 统。
其中千瓦级系统主要由电池模块/20kWh 储能系统/40kWh 储能系统构成，主要应用于 实验室能源存储、通信基站供电等。
兆瓦级系统主要由多个 250kW 标准模块组成，并涵 盖电堆结构、储液罐以及电子设备、控制装置、空调系统等，目前主要应用于电网储能、 削峰填谷等项目。
1.2.2. 钒电池储能应用场景根据不同储能应用场景，钒液流电池系统主要分为集装箱型及建筑物型。
小规模的 液流电池系统基本上是集装箱化，大规模的能源基地的液流电池系统基本为建筑物化。
此外，德国已出现家用小型钒电池储能产品，我国家用钒电池产品市场有待突破。
德 国 Voltstorage 公司已推出 1.5 kW/ 6.2 kWh 家用钒液流电池产品，配合家用光伏系统即可 实现能源自给。
目前推出的产品尺寸为 580×580×1406 mm，并且可通过多个产品串联 提高储能系统功率与容量。
1.2.3. 模块化钒电池堆设计钒液流电池储能系统的一个显著优势是它的模块性，即系统的功率组件与容量组件 可以独立设计。
如兆瓦级系统设计由可多个 250kW 标准模块组成，VRB-ESS 系统的额定 功率由电堆的数量决定而储电容量则由电解液的体积决定。
如果一套系统需要较高的额 定功率或者额外的储电容量，那么简单地增加电堆数量或者添加电解液就可以解决了。
1.3. 钒电池规模应用前景广阔1.3.1. 政策推动钒电池高速发展根据发改委、能源局《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出的主要目标：到 2025 年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变。
新型储能技术创新能力显著提 高，核心技术装备自主可控水平大幅提升，在高安全、低成本、高可靠、长寿命等方面取 得长足进步，标准体系基本完善，产业体系日趋完备，市场环境和商业模式基本成熟，装 机规模达 30GW 以上。
新型储能在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥显著作用。
到 2030 年，实现新型储能全面市场化发展。
新型储能核心技术装备自主可控，技术创新和 产业水平稳居全球前列，标准体系、市场机制、商业模式成熟健全，与电力系统各环节深 度融合发展，装机规模基本满足新型电力系统相应需求。
新型储能成为能源领域碳达峰碳 中和的关键支撑之一。
以 2025 年电化学储能累计 30GW 计算，预计 2025 年钒电池新增装机达 1.7GW，新 增渗透率达 20%；至 2025 年钒电池累计装机 4.3GW，累计渗透率达 14%。
随着钒电池 商业化推广政策的提出，预计钒电池渗透率在未来几年内将逐步提升，并在 2025 年达到新增装机 20%渗透率，以实现国家 2025 年新型储能技术装机规模 30GW 的要求。
钒电池 累计装机 5 年 CAGR 达 112%，钒电池市场前景广阔。
1.3.2. 钒电池储能应用优势明显钒常以钒铁、钒化合物和金属钒的形式广泛应用于冶金、宇航、化工和电池等行业。
自然界中，钒很少形成独立的矿物，主要赋存于钒钛磁铁矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和 粉砂岩中，此外还有大量的钒赋存于铝土矿和含碳物质中（如石油、煤）。
2.1. 资源储量丰富，我国占比最高钒元素蕴藏丰富但分散，很难独立成矿，均以伴生元素的形式产出。
钒在地壳中为第 17 种常见元素，在地壳中的含量为 0.02~0.03%，分布广泛；含钒矿物种类繁多，已发现 有近 70 种，自然界中极少呈单一矿物存在，常和金属矿如铁、钛、铀、钼、铜、铅、锌、 铝等矿共、伴生，或与碳质矿、磷矿共生。
最主要的矿床类型是钒钛磁铁矿。
目前发现的含钒矿物有 70 多种，但主要的矿物有 以下 3 种：钒钛磁铁矿（世界上除美国从钾钒铀矿中提钒外,其他主要产钒国家中都从钒 钛磁铁矿中提取钒）；钾钒铀矿（美国等地是这种矿物的主要产地）；石油伴生矿（这种矿 寄生在原油中，中美洲国家拥有大量的石油伴生矿,这种资源已日益显示出其重要性）。
大 约钒产量中有 71%来自钒钛磁铁矿炼钢后得到的富钒矿渣，18%直接来自钒钛磁铁矿，二 者合计达到 89%，其他的钒来自钒铀矿、含钒燃油灰渣、含钒石煤、废化学催化剂等等。
全球钒矿储量主要集中在中国、俄罗斯、南非，中国储量占全球的 43%。
根据 USGS 数据，全球钒矿储量共计 2200 万吨（金属量，下同），其中中国储量 950 万吨，占比达到 43%，俄罗斯和南非占比分别达到 23%和 16%。
产量方面，中国钒矿产量仍然占全球最高，达到 62%。
2020 年全球共生产矿产钒 8.6 万吨，中国生产矿产钒 5.3 万吨，占全球钒矿产量 62%，俄罗斯和南非分别生产钒 1.8 万 吨和 0.8 万吨。
资源储量丰富，完全有能力保障需求的增长。
由于钒是一种小金属，需求量有限，仅 被用作合金的添加元素和化工原材料，用量较小；但其资源与铁、铜、钛、铅、锌、钼、 铝等金属共生，因此储量十分可观。
我们用当年储量比上当年产量，得到静态的开采年限， 以此衡量资源的相对充足度。
2020 年全球钒静态开采年限达到 253 年，相比于其他金属 20-50 年的静态开采年限，钒的资源十分充足，其资源储量完全有能力保障需求的数量级 增长。
2.2. 国内政策影响，供应逐步收紧绝大多数的钒供应
