未來10年液流電池有望進(jìn)入高速增長(zhǎng)階段

1、中國(guó)儲(chǔ)能液流電池市場(chǎng)發(fā)展規(guī)模

2021年儲(chǔ)能液流電池由于系統(tǒng)價(jià)格高昂、產(chǎn)業(yè)配套不完善等制約因素，整體市場(chǎng)裝機(jī)容量仍然處于較低水平。

國(guó)內(nèi)液流電池市場(chǎng)發(fā)展呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

1)市場(chǎng)并未商業(yè)化，正處于項(xiàng)目示范階段，且示范項(xiàng)目遠(yuǎn)低于鋰離子電池;

2)技術(shù)路線具有較明顯的偏向，以商業(yè)化程度最高的全釩液流電池為主;

3)示范規(guī)模偏小，基本以KW-MW級(jí)別為主，混合型示范居多，結(jié)合鐵鋰、三元等鋰離子電池混合應(yīng)用與考察，全液流電池示范項(xiàng)目偏少。截至2021年底，中國(guó)液流電池累計(jì)裝機(jī)量規(guī)模約合200MW，占儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量比例約為0.4%。

GGII預(yù)測(cè)未來10年液流電池有望進(jìn)入高速增長(zhǎng)階段，其主要驅(qū)動(dòng)力有：

1)液流電池技術(shù)與長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能匹配性高，電池循環(huán)壽命一般在10000次以上，沒有起火爆炸風(fēng)險(xiǎn)，功率與容量可分開設(shè)計(jì)，能根據(jù)具體容量靈活擴(kuò)充儲(chǔ)能容量;

2)液流電池經(jīng)過過去十年的工程示范，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)配套成熟度快速提升，制造成本下降明顯;隨著示范規(guī)模突破百兆瓦和頭部企業(yè)產(chǎn)能的擴(kuò)張，其投資成本有望進(jìn)一步下降;

3)十四五儲(chǔ)能規(guī)劃提出重點(diǎn)支持百兆瓦液流電池技術(shù)項(xiàng)目示范，預(yù)計(jì)更多的央企和地方政府將會(huì)采用該技術(shù)路線。

2020-2030年國(guó)內(nèi)液流電池累計(jì)裝機(jī)規(guī)模(GW)

資料來源：高工產(chǎn)研新能源研究所(GGII)，2022年3月

根據(jù)美國(guó)能源部統(tǒng)計(jì)，2017年以前全球液流電池的裝機(jī)量處于緩慢增長(zhǎng)的階段，2018年以后受到中國(guó)、韓國(guó)儲(chǔ)能大規(guī)模投資的影響，液流電池裝機(jī)量急劇上升。2019年以來液流電池新增裝機(jī)量主要由中國(guó)貢獻(xiàn)。

2010-2020年全球液流電池裝機(jī)量增長(zhǎng)情況(MWh)

資料來源：DOE，2021年10月

2、中國(guó)儲(chǔ)能液流電池各技術(shù)路線發(fā)展階段

液流電池根據(jù)電解液體系的不同，具體可劃分為全釩、鋅溴、鐵鉻、鋅鐵等技術(shù)路線。

其中鐵鉻液流技術(shù)路線是第一代液流電池技術(shù)路線，其采取非貴金屬原材料，其材料價(jià)格廉價(jià)、供應(yīng)穩(wěn)定，避免液流電池出現(xiàn)鋰離子電池原材料暴漲、金屬供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn)，適合作為大容量、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。但鐵鉻液流電池在材料體系上存在明顯的缺點(diǎn)：鐵鉻液流電池負(fù)極側(cè)析氫反應(yīng)嚴(yán)重，鉻離子的電解活性差，需要配合催化劑使用，導(dǎo)致其整體效率和功率密度難以提升至合理水平。目前鐵鉻液流電池裝機(jī)量較小，處于工程化示范階段。

全釩液流電池是目前液流電池商業(yè)化程度最高，裝機(jī)規(guī)模占比最大的液流電池技術(shù)路線。該路線以釩電解液作為陽(yáng)極和陰極電解液，其循環(huán)壽命可達(dá)到20000次以上;由于使用釩作為電解液，避免鐵鉻液流電池發(fā)生的析氫反應(yīng)和鉻離子電解活性不足的問題;從事全釩液流電池生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)量更多，產(chǎn)業(yè)配套較為成熟，目前已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用的初期。

鋅溴、鋅鐵液流電池在國(guó)內(nèi)的商業(yè)化進(jìn)展稍稍落后于國(guó)外。在技術(shù)層面，鋅溴液流電池作為國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)時(shí)間研發(fā)的電池體系，其技術(shù)和產(chǎn)品的成熟度較高，后續(xù)商業(yè)化推廣一方面依賴相關(guān)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新突破，降本增效，另一方面還需要更精準(zhǔn)的場(chǎng)景應(yīng)用與推廣。鋅鐵液流電池在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈上還不夠成熟，但其具有較高的能量效率，較長(zhǎng)的循環(huán)壽命以及較低的材料成本，后續(xù)商業(yè)化前景廣闊。

從商業(yè)化進(jìn)展看，鋅空液流電池和全鐵液流電池在國(guó)外都進(jìn)入了相應(yīng)的商業(yè)化應(yīng)用階段，證明其產(chǎn)品在技術(shù)路線上已得到一定的市場(chǎng)證明和檢驗(yàn)，然而，其在國(guó)內(nèi)均還處于技術(shù)研發(fā)階段，沒有進(jìn)行商業(yè)化推進(jìn)和產(chǎn)品開發(fā)，2 種技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、適用性以及進(jìn)一步的商業(yè)化進(jìn)展需要緊密跟蹤。綜上，可以看出目前儲(chǔ)能市場(chǎng)對(duì)于液流電池技術(shù)呈關(guān)注度逐漸加深、認(rèn)可度逐步加大的態(tài)勢(shì)，裝機(jī)量也在快速提升。在選取的技術(shù)體系方面，國(guó)內(nèi)對(duì)于全釩液流電池的商業(yè)化推進(jìn)進(jìn)展較快，但其余技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)展落后于國(guó)外。

3、中國(guó)儲(chǔ)能液流電池市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局

在眾多液流電池中，全釩液流電池發(fā)展最快，商業(yè)化走得最遠(yuǎn)。

首先，全釩液流電池單瓦時(shí)成本最低，國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的產(chǎn)品已經(jīng)能達(dá)到3.3元/Wh的成本水平，預(yù)計(jì)2022年可以下降到2.2元/Wh的水平(按照4小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)計(jì)算)。

其次，全釩液流電池經(jīng)過多年配套與示范，國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成一批技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)、產(chǎn)品系列較為齊全的規(guī)模企業(yè)，關(guān)鍵核心部件的產(chǎn)業(yè)配套基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，能滿足大規(guī)模訂單的生產(chǎn)與銷售。未來中短期，全釩液流電池將是液流電池的主流產(chǎn)品路線。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，全釩液流電池也面臨著釩資源不足、運(yùn)行溫度和系統(tǒng)效率受限等風(fēng)險(xiǎn)。鐵鉻電池路線能很好地應(yīng)對(duì)全釩液流電池以上風(fēng)險(xiǎn)。首先全球鋰資源的儲(chǔ)量約合1600萬(wàn)噸，釩資源的儲(chǔ)量為2200萬(wàn)噸，但鉻資源是5.1億噸，具備大規(guī)模應(yīng)用推廣的潛力。其次鐵鉻液流電池溫度適應(yīng)范圍更廣，在沒有保溫的措施下，管道內(nèi)溫度適應(yīng)范圍可以從零下20℃到70℃。

第三，鐵鉻等關(guān)鍵原材料在20元/kg，遠(yuǎn)低于全釩液流電池的253.9元/kg，當(dāng)量?jī)r(jià)格為1.4元/mol，低于全釩液流電池的23.1元/mol。2020年以來國(guó)內(nèi)鐵鉻液流電池的產(chǎn)示范項(xiàng)目規(guī)劃快速增加。但鉻離子活性不足、析氫反應(yīng)、電解液互混問題的解決仍有待進(jìn)一步的理論突破。

液流電池市場(chǎng)具有以下特點(diǎn)：

1)行業(yè)參與者少，規(guī)模企業(yè)更少;

2)產(chǎn)業(yè)配套相比鋰電池不完善，生產(chǎn)成本仍然較高;

3)下游需求未形成規(guī)模，競(jìng)爭(zhēng)尚未完全打開。現(xiàn)階段除大連融科、普能世紀(jì)等個(gè)別企業(yè)以外，其余企業(yè)均在業(yè)務(wù)起步階段，最終競(jìng)爭(zhēng)格局尚未形成。

現(xiàn)階段，大連融科和普能發(fā)展歷史較長(zhǎng)，積累不少M(fèi)W級(jí)液流電池項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在與業(yè)主客戶接觸時(shí)擁有更大的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。此外，大連融科依托中科院大化所，且與大連市政府有著較深厚的合作淵源，普能曾經(jīng)牽頭承擔(dān)國(guó)家863計(jì)劃全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外液流電池行業(yè)積累許多產(chǎn)業(yè)資源，也增強(qiáng)其在爭(zhēng)取液流電池示范項(xiàng)目訂單的談判能力。

和瑞儲(chǔ)能進(jìn)入市場(chǎng)較普能和大連融科晚，MW級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不如上述兩家。但依托國(guó)電投自身的新能源開發(fā)業(yè)務(wù)和金融資本加持，和瑞儲(chǔ)能無(wú)需過多擔(dān)心項(xiàng)目開發(fā)周期過長(zhǎng)、項(xiàng)目過多導(dǎo)致的資金鏈壓力問題，同時(shí)在爭(zhēng)取國(guó)電投在國(guó)內(nèi)各地區(qū)液流電池示范項(xiàng)目的訂單時(shí)具有更多的先天優(yōu)勢(shì)。從中長(zhǎng)期看，國(guó)電投和瑞儲(chǔ)能發(fā)展空間相比國(guó)內(nèi)其他民營(yíng)企業(yè)具有更大的發(fā)展空間。

4、中國(guó)儲(chǔ)能液流電池價(jià)格

GGII統(tǒng)計(jì)，2019年以前全釩液流電池由于下游需求小，生產(chǎn)規(guī)模不大，產(chǎn)業(yè)配套不成熟，因此單瓦時(shí)價(jià)格高達(dá)4元以上。2020年以來，全釩液流電池的系統(tǒng)價(jià)格持續(xù)下降，預(yù)計(jì)2022年全年有望下降至2.2元/Wh，十四五期末可以實(shí)現(xiàn)低于1.8元/Wh的水平。主要的降本驅(qū)動(dòng)力有以下幾點(diǎn)：

1)十四五儲(chǔ)能規(guī)劃等中央及地方政策文件陸續(xù)出臺(tái)，積極引導(dǎo)液流電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，部分地區(qū)大力發(fā)展長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能(熱)技術(shù)，鼓勵(lì)4小時(shí)以上儲(chǔ)能項(xiàng)目的上馬;

2)大連200MW/800MWh調(diào)峰調(diào)頻項(xiàng)目，中廣核襄陽(yáng)100MW/400MWh，國(guó)電投100MW/500MWh等百M(fèi)W液流儲(chǔ)能項(xiàng)目陸續(xù)通過備案與上馬，下游需求快速打開。在采購(gòu)規(guī)模大幅度提升背景下，液流電池單瓦時(shí)成本迅速下降;

3)國(guó)內(nèi)從事液流電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)數(shù)量快速增加，融科、普能世紀(jì)、蘇州科潤(rùn)等頭部企業(yè)加速擴(kuò)張電堆、離子交換膜、雙極板等零部件產(chǎn)能，帶動(dòng)制造成本下降;

4)經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，液流電池核心部件如離子交換膜、雙極板、端板、電堆、電解液配方均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，極大降低進(jìn)口原材料對(duì)產(chǎn)品降本的制約。