全钒液流电池:大规模、长时储能的“靠谱”技术，液流电池为光伏+储能“量身打造”！

跻身零碳风口，破解财富密码。“双碳”目标成为广泛共识，以光伏为代表新能源迎来装机扩容、市场井喷的黄金时代。在2022年工商业、户用、集中式光伏三分天下的格局中，工商业分布式光伏新增装机突破25GW，刷新了年度新增记录，这意味着光伏又一火热赛道的开启。国家能源局发布《防止电力生产事故二十五项重点要求（2022年版）》，储能领域的安全性要求进一步调高，具有安全性高特点的钒电池进一步引发市场关注。

钒电池专业名称为全钒氧化还原液流电池，是一种环保及大容量可深度充放电的储能电池，利用钒离子在不同氧化态下的不同化学势能保存能量，具有充放电效率高、安全性高的优点，容量可以随着贮液罐的增加而提高，并且，电解液可以循环使用。

全钒液流电池具有更好的安全性

钒电池的电解液由专门的罐子存放，在泵的作用下将正负*的电解液输送到电堆的正负*。这一结构设计使得钒电池的容量可调节、分开存放的电解液不会发生反应，安全性非常高。

相较于锂离子电池，全钒液流电池具有更好的安全性。对于锂离子电池而言，一旦电池内部出现短路或工作温度过高，电解液就*易发生分解、气化，进而引发电池燃烧或爆炸，造成*大的安全隐患。而全钒液流电池的电解液为钒离子的酸性水溶液，在常温常压下运行，不存在热失控风险，具有本征安全性。

根据实证结果，在理论*SOC下，即便将正负*电解液直接互混，温度由32℃升至70℃，全钒液流电池系统不会产生燃烧、起火等风险。因此，对于人员密集、规模比较大、安全性要求较高的储能场景，全钒液流电池是一种更为安全稳定的技术。

全钒液流电池大规模发展的条件已较为成熟

如前所述，随着新能源逐步成为电力系统的主体，其波动性与间歇性对电网的冲击将愈发明显，现阶段储能系统基本只需要对日内、分钟级/小时级的波动进行平滑，而未来的储能系统则需要考虑日间甚至季节间的新能源出力波动。根据美国桑迪亚国家实验室的定义，长时储能是持续放电时间不低于4小时的储能技术，主要针对多小时、跨日乃至跨季的电能转移需求。

长时储能将成为未来电力系统中不可或缺的一部分，根据长时储能委员会（LDES）与麦肯锡2021年底联合发布的报告，预计2030年全球长时储能的装机规模将达到4-8TWh，2040年则将达到85-140TWh。

长时储能的侧重点与现阶段的短时储能存在一定差异，全钒液流电池在长时储能领域具备较强的比较优势。根据长时储能委员会（LDES）与麦肯锡2021年底联合发布的报告，长时储能应具有功率和容量解耦、扩大存储电量时不需要增加功率、单位储能成本低、项目建设周期短、不受地理位臵限制、不依赖稀缺资源等典型特征。由于配套的储能时长较长，长时储能在考虑投资成本时更加注重单位能量（每Wh）的投资成本而非单位功率（每W）的投资成本。

因此，长时储能对功率单元投资成本的接受度相对较高（固定成本可随着储能时长的增长而摊薄），而能量单元则需要具备较低的边际成本。

全钒液流电池是一种利用钒离子价态变化实现电能存储与释放的电池，具有安全性好、储能规模大、寿命长、生命周期性价比高、电解液可循环使用、环境友好等优点。全钒液流电池作为一种产业化初期的产品，在国际上并无几家企业能提供成熟的商业化产品。全球范围内全钒液流电池生产企业主要包括日本住友电工公司、大连融科储能技术发展有限公司、美国UniEnergy Technologies公司和奥地利Gildemeister公司。

在电池技术不断迭代更新、成本不断下降的情况下，*储能认为，全钒液流电池已经具备商业化开发条件。目前全钒液流电池是*成熟的液流电池，考虑到液流电池本身优势，全钒液流电池是满足大规模储能产业化要求较为理想的技术，其技术性能与成本也已达到可规模化发展的水平。

目前，钒液流电池产业化的条件日渐成熟，正处于由技术积累向产业化迈进的关键时期。尽管全钒液流电池具备技术优势，不过其商业化进程较为缓慢。根据有关数据，全钒液流电池约占液流电池总市场需求的40%，而液流电池占电化学储能装机规模的10%，据此推测，全钒液流电池约占电化学储能装机规模的4%。

国内钒电池全面替代锂电池还有很长的路要走，国家储能产业支持政策是整体的，没有单独针对钒电池产品。在钒电池发展领域，现在有很多资本和企业都想跨进钒电池行业。虽然国内有几家钒电池示范企业，但国内还没有一家核心的钒电池企业以及技术在主导。国内钒电池企业都是在原有的技术上延续，钒电池没有新的研发技术，同时相关钒电池企业的凝聚力也不够。

全钒液流电池行业发展前景

随着储能发展带动钒电池的应用渗透率提升，钒有望成为继锂钴镍之后能源金属。根据国家发改委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》所制定的目标，到2025年新型储能装机规模将达30GW以上，与目前的装机量相比仍有巨大的空间。钒电池由于其寿命较长，安全性较好，其在储能领域的渗透率将稳步提升，2025年钒电池在储能领域渗透率有望达到15%-20%。

近年来，我国储能装机量迅速增长，钒电池相关储能项目取得显著进展。以钒电池为代表的液流电池，2019年装机规模为20MW，2020年达到100MW，钒电池装机量增长迅速。不过目前我国钒电池渗透率仅为1%左右，未来发展前景广阔。

新能源储能为全钒液流电池的主要应用场景

由于电网已成为风电发展的瓶颈，随着风电的爆炸式发展，风电与电网的矛盾将越来越突出，为了减少对电网的冲击，大幅度提高风电场电力的使用率同时赚取巨额的电网峰谷差价，风电场将需要配备功率相当于其功率10-50%的动态储能蓄电池。

对于风机离网发电，则需要更大比例的动态储能蓄电池;光伏产业为全球发展*快的新兴行业之一。由于铅酸电池功率、容量、寿命均非常有限，全钒液流电池也应用于光伏发电储能环节。

全钒液流电池同时应用于电网调峰、应急发电装置、电动车车用电源等领域，新能源储能为全钒液流电池的主要应用场景。

全钒液流电池主要适用于大规模、长周期的储能场景

随着储能场景日渐多元化，多种储能技术并存将成为长期发展趋势。目前全球范围内传统火电装机仍占据主体地位，风电、光伏的发电占比仅为10%左右，因此储能在电力系统中主要起到辅助的作用，用于解决短时间、小范围的供需不平衡。但长期来看，随着新能源逐步成为电力系统的主体，储能的应用场景也将持续拓宽，功率范围将涵盖kW级的用户侧场景到GW级的发电侧、电网侧场景，储能时长则从秒级、分钟级、小时级到跨日、跨季不等。考虑到不同场景的储能需求存在较大差异，未来不太可能出现一种储能技术“一统天下”的局面，而是多种储能技术并存，共同支撑电力系统的安全与稳定。

全钒液流电池在大规模、长周期的储能场景中具有广阔的发展空间。如前所述，全钒液流电池的主要优势为安全、长寿以及灵活，但在当前的技术水平下，其能量密度、转换效率、初始投资较锂电池仍有一定差距，因此我们认为全钒液流电池的适用领域主要为大规模、长周期的储能场景。相较于抽水蓄能，全钒液流电池的选址更为灵活，且建设周期较短；而相较于锂电池储能，全钒液流电池的安全性明显占优，可部署于人员密集的城市场景，单位投资成本则随着储能时长的拉长而明显降低。

目前的国内钒电池行业，从成立时间上来分类，大连融科、北京普能和上海电气这些老玩家可称之为先驱者；伟力得和液流储能公司为代表的新生力量可称之为新势力。新旧两股力量在技术、市场的竞争中，搅动着钒电池市场，使之从平静的湖水逐渐汇入翻涌着巨浪的江河。

液流电池的短板主要是效率和成本，目前的示范系统能效也就是75%左右，但它*大的优势就是长寿命和安全性。

因为全钒液流是水系电池，所以本质安全，无爆炸着火隐患；另外它的功率和容量是解耦的，可以灵活独立设计，规模也可以做的比较大，从10千瓦做到百兆瓦，非常适合做长时储能，只要把电解液罐里电解液的体积加大就可以实现容量增大，储能时间越长，经济性也越好，因为功率单元可以不变。此外，响应速度也好，循环性能也好，这些都是液流电池的优势，因此它非常适合中长时，甚至超长时储能。

为什么全钒液流电池的寿命长呢？这是因为这种电池的活性物质都储存在电解液里，电*只是发生电化学反应的场所，电*材料本身是不参与反应的，不发生相变，循环次数可以达到一万六千次以上，寿命可以长达25年。而且，电解液可以无限循环下去，就是说电池过了25年寿命后，电解液仍然可以回收再利用，回收再利用方法很简单，只要调平价态就好，这是因为电解液以钒离子水的状态储存，没有发生别的化学反应，与锂电池回收技术相比非常简单，所以我认为全钒液流电池在大规模储能领域有很好的应用前景。

成本方面，全钒液流电池前几年比较贵的时候五六千/kWh，现在已经可以降到三千以内了，未来随着技术的进步和产业链的进一步完善还有下降空间。目前五氧化二钒价格基本稳定在12万一吨左右，电解液大概在1200-1300左右，算下来全钒液流电池成本*低可以做到2000多块钱，考虑到它的超长寿命，所以生命周期经济性还是很有优势的。

此外，中国钒储量、产量都是世界第一，不会有被卡脖子或者需要海外找矿的问题，我们是可以实现自主可控的。而且，需求量来说，由于钒可以永久循环利用下去，只要头20来年保持电解液的投入，后期就可以循环起来，只需要更新功率单元就可以，所以从整个生命周期来看，它的经济性不是问题。

而且，如果从商业运营模式上进行创新，电解液变售为租的话，全钒的一次性投资成本还可以下降一半多，也就是才1000元/kWh左右，这就很有成本优势了。目前业界已经开始探索这种模式，对未来全钒的推广很有推动意义。

液流电池为储能“量身打造”

液流电池具备两大核心优势：1）安全：从根本上避免爆燃，2）耐用：活性物质衰减缓慢，工作寿命长达15-20年，加之储能系统一般是静态设施，对重量、体积的要求不高，能量密度并非关键指标，使得其尤其适合作为大规模储能系统。

全钒液流电池技术已成熟、综合性能好，是目前所有液流电池技术中*成熟、*可能实现大规模商业化的。其除液流电池的普遍优点外，还有三项优势：1）环境友好：全封闭运行，几乎零排放；2）残值较高：电解液钒元素不发生损耗，残值约70%；3）回收方便：电解液只含单一过渡金属，容易提取。虽然钒电体积相对锂电更大，但是户用储能钒电产品体积仍有一定竞争性，叠加其安全、高生命周期性价比两大优势，除大规模储能系统外，小型化全钒液流电池同样能与家用光伏配套使用。

当然，从长期看，全钒的经济性不一定是*好的。因此寻找更低成本的活性物质一直是我们的目标，这些年也陆续推出了铁铬液流电池、锌基液流电池，在电解液成本上都更有优势，但整个电池技术较全钒相比不是十分成熟，还有一些关键科学技术问题有待突破。如果未来获得突破的话，液流电池技术的经济性短板将会补上，加上其安全性和长寿命的优势，那它在规模储能领域就非常有前景了。

*能源预计：“到2030年，全钒液流电池储能系统的功率（千瓦）装机市场份额将达到30%左右，容量（千瓦时）装机市场份额将会达到电化学储能的50%左右。”

钒液流电池是大功率、大容量和长时储能的理想技术路线，未来有望成为大中型储能的重要方式。