有色金属钒行业研究报告：储能领域消费扩容，钒价或率先受益

（报告出品方/作者：中信证券，敖翀、拜俊飞、商力）钒行业概况钒元素的基本信息：钒是银白色金属，元素符号为 V，原子序数为 23，原子量为 50.94。
钒的熔沸点很高，熔点为 1890 ℃，沸点为 3380 ℃，密度为 6.110 g/cm³。
它是一种延展 性过渡金属，具有天然的耐腐蚀性和对碱、酸和盐水的稳定性。
钒在自然界中存在形式：根据金属百科网站信息，钒在地壳中分布广泛，含量为 0.02%， 超过铜、镍、锌、锡、钴、铅和其他金属。
自然界中，钒很少形成独立的矿物，主要与其 他矿物形成共生矿或复合矿。
目前发现的含钒矿物有 70 多种，典型代表如钒钛磁铁矿、 钾钒铀矿等，此外还有大量的钒赋存于铝土矿和含碳物质中（如石油、煤）。
世界上除美 国从钾钒铀矿中提钒外，其他主要产钒国家（约 70%）都从钒钛磁铁矿中提取钒。
现在已 探明的钒资源储量的 98%赋存于钒钛磁铁矿中，五氧化二钒（V2O5）含量可达 1.8%。
钒的应用领域：钒常以钒铁、钒化合物和金属钒的形式广泛应用于钢铁、航天、化工 和储能等行业。
钢铁行业是钒下游主要的应用领域，含钒钢具有强度高、韧性大、耐磨性 好等优点，广泛应用于机械、汽车、造船、铁路、航空、桥梁、电子技术、国防工业等行 业。
钢铁行业也是钒消费占比最高的领域。
钒在航空工业中的应用主要是以钛-铝-钒合金 的形式用于飞机发动机等领域；在化工领域钒主要用作制造硫酸和硫化橡胶的催化剂等。
近年来钒液流电池成为钒的新应用领域，在储能行业快速发展的前景下，未来有望成为钒 消费最重要的增长点之一。
钒的产业链：钒的生产主要来自钒钛磁铁矿直接提取和钒渣提钒。
钒产业链可分为两 大部分：1）获得钒渣：钒钛磁铁矿经过高炉或电炉冶炼获得含钒铁水，再通过吹炼将其 中的钒选择性氧化获得钒渣；2）钒渣提钒：目前从钒渣提钒产业化技术分为钠化焙烧（加 入碳酸钠）、钙化焙烧（加入石灰石）等工艺，将碳酸钠或石灰石加入钒渣粉进行混料、 焙烧、浸出、过滤、调节 PH、沉淀、催化或还原等过程可获得 V2O5和三氧化二钒（V2O3）。
钒产品分为初级产品、二级产品和三级产品。
初级产品包括钒矿、钒渣等，二级产品包括 V2O5 和 V2O3，三级产品包括钒铁、钒氮合金、钒酸盐、钒钛铝合金、钒离子溶液等，分 别应用于钢铁、化工、航天、储能等应用领域。
钒在钒液流电池中的应用分析钒液流电池的原理及优缺点钒液流电池结构及工作原理：钒液流电池是将不同价态的钒离子溶液分别作为正负极 的活性物质的新型储能和高效转化装置。
活性物质分别储存在各自的电解液储罐中，采用 离子交换膜作为电池组的隔膜将正极和负极隔开，通过外接泵将电解液注入电池堆体内， 流过电极表面并发生电化学反应，在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，通过 集流体收集和传导电流，使存储在溶液中的化学能转化为电能。
这个可逆的反应过程使钒 液流电池顺利完成反复的充放电过程。
钒液流电池具有功率大、容量大、安全性高、寿命长等优点。
通过增加电极的数量和 面积可以有效提高功率，通过增加电解液的体积可以增加钒液流电池的容量，因此钒液流 电池可以达到很高的工作功率和容量。
与使用非水电解液的锂电池不同，钒液流电池采用 钒离子水溶液作为电解液，大大降低发生过热、燃烧、爆炸的可能性，安全性更好。
此外， 由于钒液流电池正负活性物质分别只存在于正极和负极电解液中，不像其他电池存在充放 电过程中电极结构的变化（导致容量衰减），因此电池使用寿命长。
钒液流电池存在体积庞大、成本高、对温度要求高等缺点。
钒液流电池的质量和体积 庞大，因此其比能量和比功率远低于其他电池系统，导致其不适用于电动汽车等场景。
与 锂电池相比，钒液流电池最大的劣势是成本，主要来自电解液和电堆，降低两者成本是业 内共识。
此外，钒液流电池对环境温度的要求苛刻，正极电解液中的五价钒在高温下（高 于 45℃）易析出沉淀、堵塞流道，在低温下（低于电解液的冰点）电解液凝固，因此一般 的运行温度都要求在 0~45℃之间，限制了钒液流电池的应用。
全钒液流电池储能系统的初次投资成本随储能时长的增加而不断降低。
根据张华民在 《全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望》一文的分析，以兆瓦 级全钒液流电池储能系统为例，在 V2O5 价格为 10 万元/吨时，钒液流电池所用电解液价 格约为 1500 元/kWh，除电解液外的电池储能系统市场价格为 6000 元/kW。
当储能时长为 1 小时的情况下，储能系统的初次投资成本为 7500 元/kWh，但当储能时长延长到 4 小时 后，不包括电解液部分的价格则被分摊为 1500 元/kWh，此时全钒液流电池储能系统的总 价格为 3000 元/kWh。
因此，全钒液流电池储能系统工作时间越长，单位 kWh 价格越便 宜。
钒液流电池全生命周期成本更低。
由于全钒液流电池的电解液可再生循环使用，因此 其残值很高。
同样以储能时长为 4 小时的钒液流电池储能系统为例，其中废金属的残值估 值为 300 元/kW，折合为 75 元/kWh，电解液残值约为原有的 70%即 1050 元/kWh，合计 残值为 1125 元/kWh，实际成本为 1875 元/kWh。
而对于储能时长为 10 小时的系统来说， 废金属残值折合为 30 元/kWh，合计残值为 1080 元/kWh，实际成本仅为 1020 元/kWh。
因此对于全钒液流电池储能系统来说，储能时间越长，其全生命周期成本越低。
钒液流电池是大规模长时储能最具前景的发展方向之一。
适合长时间、大规模的储能 形式主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和钒液流电池三类。
其中抽水蓄能作为最成熟可靠 的储能技术，是国内重点投资建设的储能形式。
抽水储能的主要限制是项目的建设选址要 求较高且建设周期较长。
压缩空气储能也属于成熟技术，但系统的能量转换效率偏低且项 目选址也受限。
与这两种储能技术相比，钒液流电池的储能上限低于抽水蓄能，但有着系 统安全性高、项目建设周期短、选址灵活等优点，且随着技术进步，钒液流电池的经济性 优势将逐渐强化，未来有望成为大规模长时储能的重要技术路线之一。
钒液流电池发展现状钒液流电池储能当前市场规模较小。
根据中国储能网的统计，截至 2021 年全球储能 累计装机规模达 205.3GW，其中抽水蓄能占比最高，达到 86.4%，电化学储能累计装机 为 21.1GW，占比 10.3%。
在电化学储能系统中，锂离子电池是最主流的技术路线，占比 达到 93.9%，液流电池装机量仅有 0.26GW，占比为 1.2%。
规模储能时代的到来给钒液 流电池带来了巨大的发展机遇，其大功率、大容量、长寿命、高安全性等特点能够满足大 规模长周期储能项目的需求以及目前低碳发展的要求。
政策支持将推动钒液流电池的商业化进程。
2016 年 12 月，钒液流电池储能产业化技 术被正式列入国家《能源技术创新“十三五”规划》并推广实施。
“十四五”期间新能源 发电占比持续提升背景下，钒电池行业有望迎来全面发展的新阶段。
2021 年 7 月，发改 委、工信部发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中明确提出要坚持储能技术 多元化，实现液流电池长时储能技术进入商业化发展初期。
我国已初步形成完整的钒液流电池产业链。
我国在钒液流电池领域走在世界前列，在 技术方面，目前国内解决了液流电池关键材料、高性能电堆和大规模储能系统集成等关键 科学和工程问题，取得了一系列技术突破，完成了从实验室基础研究到产业化应用的发展 过程。
我国已形成了初步完整的钒液流电池产业链，电池堆、双极板、隔膜、电极、电解 液等相关领域都有相应企业从事细分产业的产品研发和生产。
全钒液流电池目前正在各国进行百兆瓦级的示范。
经过十几年的发展，全钒液流电池 储能系统的技术可行性、商业应用性已经得到认可。
我国钒液流电池已实现在智能电网、 通信基站、偏远地区供电等项目中的应用。
目前已有镇海网源友好型风电场储能项目、国 家电投海阳储能示范项目进入并网阶段，同时襄阳全钒液流电池集成电站等工程项目处于 建设中。
美国、澳大利亚、日本等国家均布局了钒液流电池储能项目。
2022 年 4 月，由 住友电工建设的全钒液流电池储能系统在日本北海道岛正式上线。
需求分析全球钒消费量保持稳定增长，2021 年突破 12 万吨。
根据国际钒技术委员会（Vanitec） 统计，自 2017 年起全球钒消费量逐年增加，于 2019 年突破 10 万吨。
2021 年全球钒消 费量达到 12.04 万吨，同比增长 9.7%，增速创五年以来新高。
中国是全球最大的钒消费国家。
根据 Vanitec 数据，2020 年中国钒消费量占全球钒消 费总量的 60%，位居首位，欧洲和北美消费占比分别为 12%和 10%。
2016 年起，中国钒 消费量逐年增长，2020 年钒消费量达到 6.56 万吨，同比增长 22.6%，增速创近五年新高。
2020 年全球其他地区钒消费量为 4.42 万吨，同比下降 8.9%。
受新冠疫情影响，2020 年 中国以外地区钒消费量均下降，全球钒消费进一步向中国集中。
钒目前主要用于钢铁行业，消费占比超过 90%。
根据 Vanitec 数据，2020 年全球约 92.7%的钒被用于钢铁行业，主要为钒铁和钒氮等合金类产品；约 3.5%的钒用于化工和催 化剂领域，产品包括氧化钒、钒酸铵、硫酸氧钒等；用于钛合金领域的钒占比约为 2.1%， 用于储能领域的钒消费占比为 1.7%。
由于 2020年中国粗钢产量上升而海外粗钢产量下降， 国内用于钢铁行业的钒消费占比更高，达到 96.6%，用于钛合金、化工/催化剂和储能领域 的消费占比仅为 1.4%、1.8%和 0.2%。
钢铁领域是当前钒消费的主导力量。
（报告