2021年以來(lái),鋰離子電池(簡(jiǎn)稱(chēng):鋰電池)上游原材料價(jià)格暴漲與產(chǎn)能緊缺,暴露出過(guò)度依賴(lài)單一技術(shù)路線(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn):鋰電池下游需求快速釋放造成上游價(jià)格上升,產(chǎn)能供應(yīng)不足,導(dǎo)致儲(chǔ)能與電動(dòng)車(chē)、兩輪車(chē)、智能家居等下游“搶電池、搶原料”的情況發(fā)生。另外,儲(chǔ)能鋰電池產(chǎn)品壽命不長(zhǎng)、火災(zāi)爆炸等事件時(shí)發(fā)等問(wèn)題也影響了鋰電池儲(chǔ)能產(chǎn)品的應(yīng)用。
2021年7月,國(guó)家發(fā)改委和能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》,文件提出要堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化,推動(dòng)鋰離子電池等相對(duì)成熟新型儲(chǔ)能技術(shù)成本持續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)液流電池等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展初期。液流電池等新型儲(chǔ)能電池的政策春天正逐步來(lái)臨。
液流電池在大規(guī)模儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì):超長(zhǎng)循環(huán)壽命、高安全穩(wěn)定性、綠色環(huán)保
液流電池通過(guò)不同電解液離子相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和釋放。與傳統(tǒng)二次電池相比,其電極反應(yīng)過(guò)程無(wú)相變發(fā)生,可以進(jìn)行深度充放電,能耐受大電流充放。與其他電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)相比,液流電池最突出特點(diǎn)就是循環(huán)壽命特別長(zhǎng),最低可以做到10000次,部分技術(shù)路線(xiàn)甚至可以達(dá)到20000次以上,整體使用壽命可以達(dá)到20年或者更長(zhǎng)時(shí)間。
其次,液流電池的儲(chǔ)能活性物質(zhì)與電極完全分開(kāi),功率和容量設(shè)計(jì)互相獨(dú)立,便于模塊組合設(shè)計(jì)和電池結(jié)構(gòu)放置;儲(chǔ)存于儲(chǔ)罐中的電解液不會(huì)發(fā)生自放電;電堆只提供電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所,自身不發(fā)生氧化還原反應(yīng);活性物質(zhì)溶于電解液,電極枝晶生長(zhǎng)刺破隔膜的危險(xiǎn)在液流電池中大大降低;同時(shí)流動(dòng)的電解液可把電池充電/放電過(guò)程產(chǎn)生的熱量帶走,避免由于電池發(fā)熱而產(chǎn)生的電池結(jié)構(gòu)損害甚至燃燒;最后,液流電池的電解液可以實(shí)現(xiàn)回收再利用,相比鉛蓄和鋰離子電池,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
產(chǎn)品分類(lèi)看,液流電池按照電解液體系的不同可分為全釩、鐵鉻、鋅溴等不同技術(shù)路線(xiàn)。全釩液流電池是目前商業(yè)化最為成熟的液流電池路線(xiàn)。首先,全釩液流電池經(jīng)過(guò)多年示范考核,其大規(guī)模儲(chǔ)能的工程效果已得到充分的驗(yàn)證,其他路線(xiàn)由于示范時(shí)間短,仍需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的驗(yàn)證周期;相比鐵鉻等技術(shù)路線(xiàn),全釩液流電池的電解液、隔膜、膜電極等原材料供應(yīng)鏈已經(jīng)初步成型,國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不斷加快,已能夠支撐起開(kāi)展百兆瓦級(jí)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā),其產(chǎn)業(yè)配套更加成熟;最后,全釩液流電池系統(tǒng)(10MW-4小時(shí)儲(chǔ)能配置)的單瓦時(shí)成本已經(jīng)能夠控制在2-3元的水平,已經(jīng)具備初步商業(yè)化應(yīng)用的條件。鐵鉻液流等路線(xiàn)雖然具備更大的降本空間,但從技術(shù)瓶頸突破、產(chǎn)業(yè)鏈培育和產(chǎn)能建設(shè)的進(jìn)度看,未來(lái)五年其他液流電池路線(xiàn)的成熟度和成本水平仍難與全釩液流電池相媲美。
液流電池與其他電化學(xué)電池技術(shù)對(duì)比
資料來(lái)源:公開(kāi)資料,高工產(chǎn)研新能源研究所(GGII),2021年10月
綜上,液流電池是更適合大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能場(chǎng)合的儲(chǔ)能電池技術(shù)路線(xiàn)。從產(chǎn)業(yè)配套成熟度看,全釩液流電池將是未來(lái)五年主流的液流電池技術(shù)路線(xiàn)。隨著裝機(jī)規(guī)模的快速提升,液流電池的儲(chǔ)能性能優(yōu)勢(shì)將會(huì)越發(fā)突出。資料來(lái)源:公開(kāi)資料,高工產(chǎn)研新能源研究所(GGII),2021年10月
2020年以來(lái)市場(chǎng)回顧:簽訂項(xiàng)目數(shù)創(chuàng)新高,產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)加速
需求端看,目前液流電池電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量占比偏低,無(wú)論是全球還是中國(guó),比例均低于1%。但2018年以來(lái)液流電池簽訂項(xiàng)目數(shù)和裝機(jī)項(xiàng)目數(shù)均創(chuàng)新高,市場(chǎng)熱度明顯提升。以國(guó)內(nèi)為例,根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),僅從2021年到2021H1,國(guó)內(nèi)規(guī)劃的液流電池裝機(jī)量超過(guò)6GW,容量超過(guò)20GWh。預(yù)計(jì)2022-2023年該批項(xiàng)目將會(huì)密集投運(yùn),整體規(guī)模將在2021年的基礎(chǔ)上翻番,屆時(shí)有望為國(guó)內(nèi)液流電池市場(chǎng)帶來(lái)巨額訂單需求。
2010-2020年全球液流電池裝機(jī)量增長(zhǎng)情況(MWh)
資料來(lái)源:美國(guó)能源部
2020年以來(lái)主要液流電池簽署項(xiàng)目
資料來(lái)源:公開(kāi)資料、高工產(chǎn)研新能源研究所(GGII)整理.,2021年10月
供給端看,根據(jù)GGII產(chǎn)業(yè)調(diào)研,大連融科、北京普能世紀(jì)、樂(lè)山偉力得為代表的電池企業(yè),蘇州科潤(rùn)、攀鋼釩鈦為代表的上游配套企業(yè)自2018年以來(lái)陸續(xù)融資擴(kuò)產(chǎn),為即將爆發(fā)的液流電池市場(chǎng)屯兵備糧。
2021年國(guó)內(nèi)主要液流電池產(chǎn)業(yè)鏈擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目(部分)
資料來(lái)源:公開(kāi)資料、高工產(chǎn)研新能源研究所(GGII)整理.,2021年10月
現(xiàn)階段液流電池市場(chǎng)規(guī)模較小,整體競(jìng)爭(zhēng)格局尚未全面打開(kāi),大連融科與北京普能世紀(jì)涉足液流電池時(shí)間較長(zhǎng),其憑借著電堆產(chǎn)品迭代能力、供應(yīng)鏈整合能力和MW級(jí)液流電池項(xiàng)目設(shè)計(jì)運(yùn)維能力暫時(shí)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位,其裝機(jī)規(guī)模也遙遙領(lǐng)先國(guó)內(nèi)其他同行。但隨著其他新進(jìn)入者的加入與擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目的完成,未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局仍將存在較大的變數(shù)。資料來(lái)源:公開(kāi)資料、高工產(chǎn)研新能源研究所(GGII)整理.,2021年10月
產(chǎn)品技術(shù)端看,液流電池最為詬病的是其能量密度偏低,生產(chǎn)成本偏高。要推進(jìn)液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的普及應(yīng)用,還需要將電堆的功率密度、能量密度和轉(zhuǎn)化效率再提升一個(gè)層次,從而降低電池的成本,提高其可靠性和穩(wěn)定性,這是行業(yè)已經(jīng)達(dá)成的發(fā)展共識(shí)。
GGII預(yù)測(cè)未來(lái)5年,液流電池的產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展將重點(diǎn)圍繞著電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬仿真、更高效低成本電堆原材料(離子交換膜、雙極板和碳?xì)值龋?、高功率密度電堆開(kāi)發(fā)和電解液體系創(chuàng)新等四大方面開(kāi)展。
"十四五"儲(chǔ)能液流電池規(guī)模預(yù)判:2025年全釩國(guó)內(nèi)裝機(jī)有望突破1GW
隨著各地液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目落地并獲得技術(shù)驗(yàn)證,"十四五"期間將是液流電池從定點(diǎn)示范走向推廣的重要機(jī)遇期。高工產(chǎn)研新能源研究所(GGII)預(yù)測(cè),"十四五"期間全釩液流電池憑借著更為成熟的產(chǎn)業(yè)配套和產(chǎn)品技術(shù)、更低的初次投入成本,將成為主流的液流電池技術(shù)路線(xiàn),并與抽水蓄能、鋰離子電池儲(chǔ)能等技術(shù)路線(xiàn)形成相互補(bǔ)充、融合和借鑒的態(tài)勢(shì)。2025年全釩液流電池國(guó)內(nèi)裝機(jī)量有望突破1GW,新增的裝機(jī)量主要來(lái)源于電源側(cè)的可再生能源并網(wǎng)和電網(wǎng)側(cè)的削峰填谷兩大應(yīng)用領(lǐng)域。
增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力主要包括:1)新型儲(chǔ)能政策號(hào)召下,國(guó)電投、華能、華潤(rùn)等能源央企加快投資液流電池等新型儲(chǔ)能示范項(xiàng)目,推動(dòng)液流電池裝機(jī)量上一個(gè)臺(tái)階;2)大連融科、普能等國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目投產(chǎn),帶動(dòng)電解液、電堆產(chǎn)業(yè)鏈配套規(guī)模擴(kuò)大,制造成本進(jìn)一步下降;3)國(guó)內(nèi)電價(jià)市場(chǎng)化改革持續(xù),取消工商業(yè)目錄電價(jià)、擴(kuò)大峰谷電價(jià)差等電價(jià)改革措施在國(guó)內(nèi)逐步落地,增強(qiáng)市場(chǎng)對(duì)不同儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)的包容性和液流電池商業(yè)盈利性;4)鋰離子電池安全隱患和儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)有限缺陷使液流電池得到新的成長(zhǎng)機(jī)會(huì)。
原標(biāo)題:2025年全釩液流電池國(guó)內(nèi)裝機(jī)量有望突破1GW