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钒电池有望实现电网规模能源储存 或推动我国钒电池装机规模进一步扩大

       据报道,近日,中科院深圳先进技术研究院研发团队开发出一种基于二维纳米杂化材料和聚四氟乙烯增强层的PFSA复合膜,即在氧化石墨烯纳米片表面原位生长三氧化钨纳米颗粒作为填料协同聚四氟乙烯增强层对PFSA进行改性的复合膜。该复合膜具有低钒离子渗透率、良好的质子传导率、高离子选择性、优异的机械稳定性和化学稳定性等特点,可显著提升液流电池的循环性能与能量效率。相关研究成果已在线发表在《先进功能材料》期刊上。

       观研报告网发布的《2021年中国储能锂电池市场分析报告-市场发展格局与发展规划趋势》,全钒液流电池是利用钒离子在不同氧化态下的不同化学势能来保存能量,主要优点是寿命长、规模大、安全可靠,十分适合作为储能电池,尤其是在光伏、风电领域内;缺点是成本高、体积质量庞大,而成本是制约钒电池大规模商业化应用的最大挑战。

主要电池特点及性能比较

电池种类 钒电池 铅酸电池 锂电池
循环寿命 15-20年 5-10年 8-12年
能量转换效率 70-75% 80-85% 88-92%
污染风险 较低 较高
安全性 较高
能量成本(元/Kw·h) 4500-5000 1100-1530 1600-2500
功率成本(元/Wh) 8000 9600-12000 3200-5800

资料来源:观研天下整理

       目前,我国生产钒电池的公司数量不多,主要包括攀钢钒钛、河钢股份、安宁股份、国网英大、上海电气、北京普能、大连融科等企业。

我国钒电池相关公司概况

公司 相关业务
攀钢钒钛 依托全球最大钒钛磁铁矿,钒工业位居全球领先地位,钒钛磁铁矿储量约13亿吨,可采量约6亿吨,具备年开采钒钛磁铁矿3350万吨、年产铁精矿1200万吨、钛精矿90万吨的能力,公司钒制品产能达到4.2万吨,市占率全球第一;钒产业占收入56%
河钢股份 钒钛冶炼和钒产品生产技术方面处于世界领先地位;钒产品年产能2.2万吨;钒产品在公司营业收入仅占1%左右
安宁股份 钛精矿行业龙头,公司矿山储量2.96亿吨,拥有钒钛磁铁矿采选和销售产业链
国网英大 子公司武汉南瑞,具备钒电池本体设计、材料研制、系统集成能力
上海电气 已推出兆瓦级全钒液流电池,可实现分布式、集中式全覆盖调峰调频
北京普能 全钒液流电池的研发、制造与商业化应用
大连融科 液流储能电池工程化、产业化

资料来源:公开资料整理

       近十年来,产业政策一直在鼓励钒电池的发展,主要技术取得重要突破,产品日趋成熟,目前钒电池已经进入商业化初期。2021年7月,国家发改委和能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,文件提出要坚持储能技术多元化,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,实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。从2021年《关于加快推动新型储能发展的指导意见》政策中可以看出,钒电池的商业化已经扑面而来。随着各地液流电池储能示范项目落地并获得技术验证,“十四五”期间将是液流电池从定点示范走向推广的重要机遇期。

2020年以来主要钒电池项目

时间 项目 功率/MW 容量/MWH
2020年 河北省石家庄市赵县开始建设储能电站项目 600 800
2020年1月 福建省宁德市总投资150亿元全钒液流储能电池项目 1000 2000
2020年5用 上海电气计划建设大型全钒液流电池储能电站示范项目 100 400
2020年8月 河南淅川全钒液流储能电池装备制造项目 500 2000
2020/10/1 上海电气全钒液流电池项目正式投产 200 1000
2021/3/1 北京普能世纪科技有限公司在湖北省襄阳市部署一个全钒液流电池集成电站项目 100 500
2021年7月 新疆阿克苏全钒液流电池产业园项目 3000 12000
2021/8/1 河南省淅川县全钒液流储能电池装备制造项目 500 2000
合计 6000 20700

资料来源:公开资料整理

       由于PFSA膜的钒离子渗透性严重,导致电池寿命短和性能不理想,阻碍了钒电池进一步应用和发展。而新型复合膜不仅超过了市售膜的效率,并解决了稳定性问题,非常适用于钒液流电池。此外,随着市场化、规模化推进,钒电池成本将以类似锂电池的趋势逐年下降,预计5年内钒电池成本将降至2元/Wh,十年内降至1.3元/Wh。因此,多重因素下有望推动全钒液流电池走向电网规模的能源储存,预计2025年钒电池渗透率达到20%,2030年达到30%以上,2021-2025有望是钒电池渗透率提升的第一阶段爆发期。

2019-2025年钒电池储能装机量预测

数据来源:公开资料整理(TC)

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