2022年钒电池行业研究报告第一章行业概况钒电池（VanadiumRedoxBattery，缩写为VRB），全称为全钒氧化还原液流电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池可以作为大容量储能电站的电池，其工作原理如下：钒电池将具有不同价态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。在对电池进行充、放电实验时，电解液通过泵的作用，由外部贮液罐分别循环流经电池的正极室和负极室，并在电极表面发生氧化和还原反应，实现对电池的充放电。图：钒电池结构资料来源：资产信息网千际投行长时储能目前仍处于初期的研发示范阶段，多种解决方案中，抽水蓄能的建设规模较大。抽水蓄能电站具有技术成熟、效率高和成本低等优势，成为全球储能容量最大的解决方案。但抽水蓄能最大的限制是场地限制、建设时间长以及环境问题。从长期来看，电化学储能由于动力电池产业推动，不受地理环境的制约，处于比较有利的竞争地位。在电化学储能方面，目前锂离子电池、钠硫电池、钠离子电池、液流电池等均具备较大应用潜力；而全钒液流电池因寿命长、易扩容等特点，在长时储能系统领域应用大有可为。资料来源：资产信息网千际投行光大证券GuidehouseInsights于2022年二季度发布的《VanadiumRedoxFlowBatteries:IdentifytingMarketOpportunitiesandEnablers》报告显示，2022-2031年钒电池年装机量有望保持41%的复合增长率，预计2031年全球钒电池年装机量将达到32.8GWh；其中，2031年亚太地区(主要为中国)年装机量将达到约14.5GWh，北美地区将达到5.8GWh，西欧地区将达到9.3GWh。图：累计2031年全球钒电池装机量将达到32.8GWh。资料来源：资产信息网千际投行GuidehouseInsights在钒储量上，全球钒储量集中在中国、澳洲、俄罗斯和南非，中国资源储量全球第一。据USGS统计，截至2021年底，全球钒金属储量6300万吨，其中已认定符合当前采掘和生产要求的钒矿金属钒储量超过2400万吨，全球99%以上的钒矿储量集中在中国、澳大利亚、俄罗斯和南非四国；其中，中国钒矿储量约为950万吨，占世界钒资源储量的39%，位居世界第一；澳大利亚、俄罗斯、南非占比分别为25%、21%和15%。2021年全球钒产量为10.7万金属吨，其中中国产量7.3万吨，占比68%；俄罗斯、南非和巴西钒产量分别为1.9万吨、0.9万吨和0.7万吨，占比分别为18%、8%和6%。图：2021年全球钒资源产量各国占比（%）资料来源：资产信息网千际投行第二章商业模式和技术发展2.1产业链钒电池产业链包含上游、中游、下游三个部分，涉及多个行业。上游：钒原料供给、电堆材料加工，主要原材料包括五氧化二钒、硫酸、碳材料、聚合物材料等，以及各类辅材，涉及基础化工、钢铁冶炼、有色金属等产业，其中钒矿及其加工业处于核心地位，是电解液原料五氧化二钒的来源。中游：电堆装配、控制系统、其他设备和附件等，其中电堆装配和控制系统的技术壁垒最高，涉及各类耗材和元器件。下游：终端应用市场，主要为各类储能用户，包括发电侧、电网侧、用电侧。图：全矾液流电池产业链全貌资料来源：资产信息网千际投行国泰君安证券我国的钒电池研究和产业化世界领先，技术层面已经完备，但产业链尚未健全，需求尚未打开，产能正在蓄力发展，规模效应尚未显现。钒电池产业链复杂度较高，其中核心环节是材料端和设备端，材料端主要包括电解液材料和电堆材料，设备端主要包括整机装配和控制系统。上游钒电池上游主要是电解液和电堆的原材料，其中钒电池的电解液材料核心是钒化合物。电解液制造分为两个步骤，首先是核心前驱体钒化学品的生产，拥有相关技术和量产能力的基本为大型钒提炼及加工企业；尔后是将前驱体转化为电解液，目前掌握钒电解液制造的全球龙头企业是大连博融新材料公司，全球市场占有率80%以上。对于钒电池而言，电解液中杂质元素含量会对电池工作电压、实际容量及循环性能等产生重要影响，尽管不同厂商产出的钒原料属于同质化产品，但在产品纯度和成本上存在较大差异，因此具有长期技术积累和规模优势的大型生产厂商更有竞争力，而且随着环保要求的日益趋严和产品质量要求的不断提升，马太效应可能会更加显著。图：电解液近年产能和产量情况资料来源：资产信息网千际投行东亚前海证券表：电解液材料的主要企业资料来源：资产信息网千际投行当前钒电池还没有大规模应用，因此几家代表性企业主要依靠自研自产或外协加工的方式生产电极材料，以供自用。由于电堆材料中的电极、双极板、隔膜等材料与氢燃料电池的相应构件几乎相同，因此目前从事氢燃料电堆材料研发和生产的企业，未来较容易转型成为钒电池的电堆材料供货商，应予以重点关注。图：电堆材料的主要企业资料来源：资产信息网千际投行国泰君安证券中游钒电池中游主要涉及电解液、电堆的制备与电池的制造。电解液价值量占比40%-80%，由钒供应商进行匹配；电堆占比次高，其中离子交换膜占电堆成本的30%-40%。国内钒电池设备企业大致有两类：一类是科研院所自研技术转化的初创企业，多为校企合作模式，以大连融科为代表；另一类是通过吸收合并或控股方式，获得相应技术，再优化升级参与竞争，以北京普能为代表。主要企业：武汉南瑞、上海电气、四川伟力得、上海神力科技等，各自拥有核心技术，普遍研发时间超过10年。国外的全钒液流电池相关企业大都规模较小，主要分布在日本、北美和欧洲。表：全钒液流电池整机制造企业资料来源：资产信息网千际投行控制系统的硬件装置是电力电子行业的基本元件，相关产业较成熟。当前钒电池尚未大规模应用，因此专门提供钒电池控制系统的企业较少，主要由相关企业自研自用或外协加工生产。未来一旦市场需求放量，可能会有更多的电控企业转型入场，因此对于主要从事储能电控技术研发而尚未涉足钒电池的企业，未来较容易转型，为钒电池的控制系统提供解决方案服务，应予以关注，例如固德威。下游钒电池下游主要是终端应用市场，主要为各类储能用户，包括发电侧、电网侧、用电侧。2.2商业模式钒电池是目前商业化较为成熟的液流电池路线，具备示范项目运行多年、产业链逐步成型、全生命周期成本低等优势，预计在长时储能系统的应用空间广泛。主要原因为：多个示范项目安全运营：全钒液流电池在全球已经具有多个多年的示范项目在运行，产业化效果和可靠性验证明显高于铁铬液流电池、锌溴液流电池。全产业链逐步成型：全钒液流电池的电解液、隔膜、膜电极等原材料供应链已经初步成型，国产化进程不断加快，已能够支撑起开展百兆瓦级的项目设计与开发，其产业配套更加成熟。全生命周期成本优势：钒电池全生命周期成本已经低于锂电池，具备大规模商业化应用的条件。图：钒电池商业化历程资料来源：资产信息网千际投行浙商证券钒电池作为商业化较为成熟的液流电池，在储能领域大有可为，尤其是长时储能领域。随着储能安全性要求升级和储能时长的增加，基于钒电池的高安全性和随储能时长增加边际成本增加较小的特点，钒电池装机有望进入加速增长阶段。目前共享储能模式正在兴起，它是由第三方投资建设的集中式大型独立储能电站，除了满足自身电站需求外，也为其它新能源电站提供服务。共享储能的模式将分散的电源侧、电网侧、用户侧储能资源进行整合，并交由电网进行统一协调，降低了新能源电站的弃电量，并参与电力辅助服务市场，提高了储能资源利用率和电网系统的调节能力，也促进了储能形成独立的辅助服务提供商的身份。近年来，从国家到地方均出台了一系列政策支持共享储能模式的探索发展，在补偿考核方面给予共享储能新能源发电项目优先考虑，鼓励共享储能模式的推广。目前共享储能模式的主要盈利方式有调峰服务补偿、峰谷价差套利(参与电力现货市场交易)、容量租赁、容量补偿等。该行以100MW/200MWh山东储能电站为例，预计可实现累计收益为4831万元/年(租赁电量50%)。共享储能模式有望成为当前独立储能电站盈利的可行方案。图：100MW/200MWh锂电池/钒电池共享储能电站收益、成本、IRR测算资料来源：资产信息网千际投行光大证券表：钒钛股份主营业务表：LargoInc.主营业务资料来源：资产信息网千际投行iFinD2.2技术发展对国内钒电池行业的各个专利申请人的专利数量进行统计，排名前列的公司依次为：四川长虹、上海电气、河钢股份、钒钛股份、海亮股份、双杰电气、东方电气、易成新能、国网英大、龙佰集团等。资料来源：资产信息网千际投行iFinD2.3政策监管钒电池行业的行政监管部门为国家能源局，主要负责起草能源发展和有关监督管理的法律法规送审稿和规章，拟订并组织实施能源发展战略、规划和政策，推进能源体制改革，拟订有关改革方案，协调能源发展和改革中的重大问题。组织推进能源重大设备研发及其相关重大科研项目，指导能源科技进步、成套设备的引进消化创新，组织协调相关重大示范工程和推广应用新产品、新技术、新设备。自律协会为中国电池工业协会，该协会成立于1988年，经国家民政部注册批准，具有法人资格，为跨地区、跨部门、跨所有制的国家一级协会。中国电池工业协会的主管部门是国有资产管理监督委员会，同时接受国家民政部和中国轻工业联合会的管理。中国电池工业协会的职能是：对电池工业的政策提出建议，起草电池工业的发展规划和电池产品标准，组织有关科研项目和技术改造项目的鉴定，开展技术咨询、信息统计、信息交流、人才培训，为行业培育市场，组织国际国内电池展览会，协调企业生产、销售和出口工作中的问题。图行业主要政策资料来源：资产信息网千际投行兴业证券第三章行业估值、定价机制和全球龙头企业3.1行业综合财务分析和估值方法图：指数表现资料来源：资产信息网千际投行iFinD钒电池行业估值方法可以选择市盈率估值法、PEG估值法、市净率估值法、市现率、P/S市销率估值法、EV/Sales市售率估值法、RNAV重估净资产估值法、EV/EBITDA估值法、DDM估值法、DCF现金流折现估值法、NAV净资产价值估值法等。图：河钢股份主营业务图：钒钛股份主营业务资料来源：资产信息网千际投行iFinD3.2行业发展和驱动因子（1）政策驱动力现有的钒电池项目多数是地方政府推动的示范项目，少部分为企业自主建设项目。钒电池全生命周期成本已经低于锂电池，但初始建设成本过高，导致企业的投资动力不强，后续或仍需要政府层面进行推动，制定可有效执行的价格补偿机制和长时储能产业政策。由于国内主要钒产量来源于钒钛磁铁矿炼钢生产过程中的钒渣，因此，允许相应钢铁公司扩大产能也是增加钒资源来源的方式之一。同时，也可以出台支持钒资源开发的政策，加大对国内钒资源的开发力度。（2）技术驱动力技术推动电堆成本持续下降。锂电池成本在商业化应用以后成本下降迅速，参考锂电池的降本途径，可以预见钒电池在大规模量产后成本仍有较大的下行空间。钒电池目前仍处于商业化初期，技术进步带来的降本空间较大。如大连物化所通过减少膜材料使用面积而降低电池成本；2020年6月，大连物化所储能技术研究部李先锋和张华民团队成功开发出新一代30KW级低成本全钒液流电池电堆。该电堆采用自主研发的可焊接多孔离子传导膜（成本<100元/m2）。相对于传统的电池组装技术，膜材料使用面积减少30%，电堆总成本降低了40%。（3）成本驱动力国产材料替代带动成本下降。在离子交换膜方面，目前全球钒电池主要使用美国杜邦公司的Nafion全氟磺酸树脂交换膜，作为全钒氧化还原液流电池的标准隔膜，其在电解液中的稳定性高，但价格昂贵。目前，国内的科润、东岳、中科院大化所，国外的戈尔等都在自主创新开发了更低成本的膜。随着国产离子交换膜的逐步推广，膜等产品仍有较大成本下降空间，预计后续在其他电堆材料（双极板、碳毡等）也有成本优化空间。3.3行业风险分析和风险管理（1）环境保护风险随着国家对环境保护力度的不断加强以及“碳达峰、碳中和”的推进，钢铁企业面临的环保压力越来越大。对策：不断优化限停产常态下的生产组织模式，降低限产损失；结合环保要求，着重加强对超低排放、固废危废等方面的管控，加快完成超低排放改造，持续推广利用先进、成熟、高效的节能技术。跟进研究国家碳排放政策，超前谋划破解“碳达峰、碳中和”对高效生产组织模式的制约。（2）疫情风险2022年上半年，随着新冠变种病毒的出现，疫情在国内多发散发。疫情的持续和反复给人员流动、货物运输造成不利影响，带来项目进度延缓、工期增加、成本上升等风险。对策：业内公司应严格落实常态化疫情防控措施，严格执行疫情防控应急预案，积极、有序地安排业内公司各项生产经营工作，确保人身安全、生产安全等风险可控，积极开拓常态化疫情防控下的市场拓展模式，尽量减少对业内公司经营的影响。（3）原材料价格波动风险由于大宗物料价格上涨，导致主营业务的采购成本上升；同时，由于承接的能源装备订单周期较长，原材料价格大幅波动时对行业利润水平将带来较大负面影响。对策：业内公司应加强对经济运行质量的监控和管理，及时关注每个业务板块的运行质量、业务结构、盈利水平的变化，优化供应链管理体系，建立大宗原材料采购平台，进一步提升控本和采购定价能力，积极控制原材料价格波动给业内公司带来的风险。（4）汇率波动风险出口业务且合同金额较大，此类合同通常以美元计价；生产过程中需要采购进口设备和零部件，合同也多以美元等主要外币计价。国际贸易形势日渐严峻，人民币汇率波动较大，行业的出口业务可能存在汇率变动等因素造成的损益波动和资金回流风险。对策：业内公司应加大套期保值工具的运用，完善汇率波动的对冲机制，扩大跨境贸易人民币结算，锁定汇率风险，控制海外项目成本，规避汇率波动带来的不利影响。（5）海外业务风险受到新冠疫情持续发展的影响，业内公司部分海外工程项目面临工程延期、人工成本和原材料成本上涨等方面的压力，同时，外汇汇率波动也对海外工程项目的盈利能力产生不利影响。同时，海外业务开拓的环境形势严峻，因国际关系紧张导致业内公司进出口业务风险与不确定性加强，业内公司海外业务所在地政治经济格局变化引发风险的可能性上升。对策：业内公司应持续关注和研究海外市场的政策与环境，加强管理和风险管控，完善汇率波动的对冲机制，并为相关业务或员工投保相应的险种，以最大限度地保障公司的利益；同时，逐步实施海外市场的本土化经营战略，寻求与当地客户保持长期的良好合作关系，为业内公司在海外市场发展树立良好的市场形象。（6）市场风险中国经济整体增长速度趋缓，装备制造业与国民经济增长相关性较强，宏观经济、国家政策调整、基础设施建设投资规模、城市化进程以及行业发展的周期性波动等环境变化，均会对行业的持续性发展带来影响。对策：业内公司应持续关注、定期分析国内外宏观经济走势可能给公司造成的影响，及时制定各项应对措施；同时，通过持续推动管理改进，提高公司管理效益，持续提升核心竞争力，积极创新业务模式，沉着应对市场变化给公司带来的各种挑战。3.4竞争分析-SWOT优势（1）与其他储能电池相比，全矾液流电池电池容量与输出功率相对独立，这取决于钒电解液溶剂与电解质浓度，输出功率取决于电堆大小；其次钒电池的电池寿命很长，同时安全性比较高；除此之外，钒电池快充性能比较好，可减少容量损失；最后是钒电池易回收和重复利用。（2）在供给方面，2021年中国钒产品储量、产量占比均居全球第一，较之锂产品主要依靠进口来说，优势巨大。（2）劣势钒电池目前主要存在两个技术上的问题，第一个问题是钒电池生产过程中易析出五氧化二钒沉淀，沉淀物可能恶化电堆性能，因此电堆在长时间运行过程中电解液温度就会很容易超过45摄氏度。第二个问题就是石墨极板会被正极液刻蚀，正常情况下石墨板可以使用两年，但是如若操作不当，可能一次就会完全刻蚀，电堆只能报废。而且正常情况下每隔两个月也需要专业人士进行一次维护，维护频率较高，费钱也费力。（3）机遇“双碳”背景下，与清洁能源匹配的储能行业将迎来快速发展。钒电池以其自身安全、环保、超长循环次数等特性，在新的政策背景下，将成为电化学储能的重要组成部分。受益于储能领域的爆发式增长，更适合应用于大规模储能领域的钒电池已处于大规模产业化的前夜，随着储能的发展和钒电池性能的提高，钒电池在储能行业中的渗透率将快速上升。（4）威胁一个五千瓦钒电池的成本在四十万以上，高出相同规格铅酸电池的成本数倍。钒电池成本过高。以一个五千瓦电池为例，电解液（一立方，1.8mol/L）17万、控制系统10万、隔膜7万、板框4万、石墨板1.5万、泵0.7万、碳毡0.4万，总共40.6万，这只是主要材料成本，没计入次要材料成本和人力成本。3.5中国企业重要参与者中国主要企业有东方电气[600875.SH]、上海电气[601727.SH]、钒钛股份[000629.SZ]、龙佰集团[002601.SZ]、永泰能源[600157.SH]、新天绿能[600956.SH]、国网英大[600517.SH]、西部矿业[601168.SH]、河钢股份[000709.SZ]、海亮股份[002203.SZ]等。表：钒电池指数（按总市值排列）资料来源：资产信息网千际投行iFinD资料来源：资产信息网千际投行光大证券（1）大连融科：由大连恒融新能源有限公司和中国科学院大连化学物理研究所共同组建，大连融科领军国内外液流电池标准的制定，引领全球液流电池技术的发展。目前成功实施了多项商业化应用示范项目，在全钒液流电池的核心技术领域拥有完整的自主知识产权，拥有的专利超过300余项。融科储能提供的服务涵盖全钒液流电池关键材料、电堆、电池模块、KW至百MW级电池储能系统的供应以及客户定制储能解决方案。2022年2月，融科储能承建的全球最大的100MW/400MWh级全钒液流电池储能电站进入调试。（2）北京普能：已开发出目前世界上高安全、大容量、长时储能和长电池寿命为一体的全钒液流储能电池和解决方案。据北京普能官网介绍，其在全球已经安装和正在处于开发阶段项目容量达到500兆瓦时，安全稳定运行的时间累计接近100万个小时。（3）上海电气，在钒电池领域已有10年基础，最早的研发团队创立于2011年，相关产线于2020年建成。目前已推出兆瓦级全钒液流电池系统。汕头已建成的零碳园区储能项目使用的即为公司生产的钒电池。3.6全球重要竞争者全球领先全矾液流电池企业如下：（1）CellCube(EneroxGmbH)：奥地利公司EneroxGmbH是品牌名称为“CellCube”的全钒液流电池的制造商，是长期储能解决方案的领先公司之一。CellCube提供高质量、低成本的高效的并网和离网氧化还原液流电池解决方案，以满足全球对储能基础设施的需求。CellCube以实现业内最多的液流电池项目而享有盛誉。在长期储能解决方案需求快速增长的背景下，南非钒公司BushveldMinerals投资了Enerox，以扩大销售和制造能力。CellCube是多小时储能系统的主要选择之一。在多年严格的耐久性测试中，CellCube系统的关键组件经过了10,000多次循环而没有中断——即使在最苛刻的环境下也表现出强大的性能。（2）InvinityEnergySystems：北美AvalonBattery和英国公司redTenergy合并成立“InvinityEnergySystems”，一家全球领先的钒液流电池公司，专门从事商业和工业(C&I)、电网规模和微电网应用的公用事业级储能。钒液流电池设计不易燃且安全，可提供长期的灵活性和可靠性。随着全球多家商业和工业企业解锁低成本、低碳和最大化投资回报的能源，Invinity电池作为光伏(PV)系统的理想补充，具有显着优势，如提高弹性、增加运营自由度和降低电力成本。（3）LargoInc.：作为世界领先的钒公司之一，Largo为低碳未来提供创新的能源解决方案。Largo的VPURE和VPURE+薄片来自该公司位于巴西的MaracásMenchen矿的最高品位钒矿床。该公司生产行业首选的钒产品，例如五氧化二钒薄片和五氧化二钒粉末，它们非常适合用于中间合金、催化剂和钢铁应用、钒氧化还原液流电池(VRFB)和其他应用。LargoResources推出了LargoCleanEnergy，为快速增长的储能市场提供钒氧化还原液流电池(VRFB)系统。这家新成立的公司收购了这些资产，其中包括之前由美国VionXEnergy拥有的12个专利。此次收购标志着可再生能源存储业务的新开始，该业务将继续吸引具有成熟商业和运营能力的颠覆性创新者。（4）SCHMIDGroup：SCHMIDEverFlow储能解决方案基于先进的钒氧化还原液流电池(VRFB)技术，可提供最佳效率。基于VRFB的SCHMID能源系统具有决定性的优势。5、VRBEnergyVRBEnergy是一家在钒氧化还原电池(VRB)技术方面享誉全球的公司，该公司由I-Pulse的子公司艾芬豪电气拥有多数股权。VRBEnergy因开发出世界上寿命最长的钒液流电池而备受赞誉。VRBEnergy的产品可靠、可回收、安全且可扩展。第四章未来展望目前钒电池的发展还面临着一些问题，如成本居高不下，行业仍处在示范到商业化的前期，供应链不成熟，市场仍处在开发阶段。为降低钒电池成本，可从以下几方面着手：（1）提升关键材料的性能及利用率材料成本在储能系统成本中占很大比重，在钒电池电堆中，电极、隔膜及集流体占电堆成本的80%～85%，通过材料性能的提升，设计优化等，使电池的电流密度提高，电性能提升，达到降成本的目的。（2）采用电解液租赁模式由于钒电池电解液可以无限次循环使用，而电解液在整个系统中所占成本比重较大。可以与钒资源优势企业合作，采用租赁的模式配备钒电池电解液。当钒电池寿命终止时，由钒矿企业回收电解液。这样大大降低了钒电池储能系统的初期投资总成本，解决了使用者后期的废液处理问题。钒矿企业把钒电解液回收处理后钒资源不流失，可二次销售，不会造成环境污染。（3）形成规模化除了科技进步所带来的成本降低，钒电池生产规模的扩大也带来全行业的成本降低。这主要来源于规模效应所带来的原材料采购成本的下降，供应链专门化所带来的采购成本下降和效率提升，以及开发设计电堆、配套辅助材料和控制系统等方面都可节约人力成本。专用生产工艺设备和生产经验的积累，带来了良率提高和效率提升等。（4）提高系统可靠稳定性钒电池具有寿命长的优势，长期使用时，系统的维护等费用必不可少，所以系统长期使用的可靠稳定对成本是非常重要。