高效大容量全钒液流电池储能技术分析报告-助力碳中和新型电力系统

1、2022-09-05Version 0.11报告目录1长时储能及全钒液流电池（VRB,Vanadium Redox Flow Battery)储能技术简介全钒液流电池储能行业概况北京普能全钒液流储能技术发展与商业模式的探索2电网级长时储能技术是实现可再生能源发展及碳中和目标的关键随着新能源装机的快速发展，四小时以上的长时储能需求越来越迫切。因此实施方案要求结合各地区资源条件，以及对不同形式 能源需求，推动长时间电储能、氢储能、热（冷）储能等新型 储能项目建设，促进多种形式储能发展，支撑综合智慧能源系统建设。 -国家、国家能源局 3月21号“十四五”新型储能发展实施方案大力加强技术成熟的抽水蓄能

2、电站建设；积极支持新型储能规模化应用；2030年公司经营区抽蓄电站装机由目前26.30GW提高到100GW、电化学储能由3GW提高到100GW。(双百目标）-22年02月23日人民日报刊发国家电网 董事长、党组书记辛保安署名文章长时储能的装机容量在2040年预计达到1.5至2.5TW这将达到当今全球累计部署的总储能容量8到15倍长时储能委员会于2021年底在COP26峰会上成立，致力于在全球范围内部署长时储能系统以加速能源系统的脱碳。随着碳中和目标的实现，长时储能将在提供灵活性方面发挥主导作用全钒氧化还原液流电池工作原理从千瓦级到兆瓦级灵活地配置， 方便快速地扩建。59/12/2022优点可快

3、速、频繁、大电流的充电和放 电，且深度充电和放电不损坏电池充放电循环次数可达10,000次以上 (100% DOD）钒电解液可完全循环利用，无环境污 染。安全，常温常压运行、主动的热量 管理，无起火或爆炸的风险钒的储量丰富，资源供应充足缺点VS能量密度较低于锂电池VRB,安全、环保、生命周期成本低的储能技术623V50.943Li6.941VRB-ESSLiB抽水蓄能2021年7月30号,特斯拉锂电池储能工厂 爆炸。大容量、电网级储能技术技术对比CAE S压缩空气循环寿命无限3000-8000无限不受季节限制可用容量100%80%100%100%安全性本质安全火灾风险本质安全本质安全可回收性1

4、00%需要负责处置无无规模水平GWh项目百MWh项目GWh项目百MWh项目储能市场 4 hours1-4小时 4 hours 4 hours效率75-80%80-95%75-80%40%-55%（非绝热系 统）60%-70%（绝热系统）使用寿命30 yrs5-10年30年约25年原材料采购无限制可通过废物回收获得受Li，Ni，Co 金属资源约束受自然气候和客观 地理环境影响尽可能利用天然洞穴条 件，压力容器成本过高项目建设周 期短（1年）短（1年以内）超长（10年）2年对生态影响无低有无LCOE最低低最低低北京4.16储能电站爆炸出处:液 流 电 池全钒锌溴铁铬全铁Fe3+Fe2+Fe Fe2

5、+Fe2+ + 2e- Fe =-0.44 V vs SHE2Fe2+ - 2e- 2Fe3+ = +0.77 V vs SHE锌铁PositiveNegative优 点安全可靠、循环寿命长、 储存容量大、绿色可回 收电解液成本低， 开路电压高。材料成本方面具有一定的 优势成本较低安全性高，电解液 成本低，开路电压 高，工作电流密度 窗 口 宽 （40- 200mA/cm2）， 功率密度高缺 点低能量密度；钒电解质贵。中关村储能联盟溴具有强腐蚀性、氧 化性以及扩散性溴电对活性相对较低， 导致电池工作电流密 度较低锌枝晶和锌累积问题铬可逆反应差，电堆 成本较高;混合电解液的电解液 浓度较低，导致

6、电池 能量密度较低；正负电解液交叉污染， 寿命短库伦效率低；电压效率较低；负极沉积的铁枝晶容易刺穿 隔膜。能量密度低；锌枝晶和锌累 积问题；电解液迁移问 题。7钒电池行业处于长时储能发展前期，市场规模不断扩大9/12/20228国家/地区VRB行业公司中国北京普能，大连融科，万利通，上海电气等日本Sumitomo, Meidensha美国Vionx Energy，Ashlawn Energy澳大利亚Enerox GmbH英格兰Invinity韩国H2. Inc德国SCHMID，Voltstorage，Volterion捷克Pinflow energy storage丹麦VisBlueVRB行业

7、公司9/12/20229包括中美日德等各主要 经济体均有布局。基本技术层面趋于成熟， 核心任务为降成本（通 过供应链优化和项目规 模升级）。行业内企业相对较少且企业体量均较小，项目 开发能力（融资）较弱。长时储能处于市场化前 期，行业发展以少数项 目推进为主。但项目数 量呈现快速增长。以销定产的特征明显。主要靠政府项目推动， 真正市场化，商业化， 规模化的钒储项目十分 有限。试点项目已从MW级进入 百MW级。厂商及产品概况目前市场概况发展预期行业具有发展快速，产 业链结构不断完善，市 场规模不断扩大的特点。成本也在随技术成熟及 项目体量增大快速下降；适合的应用模式日渐清 晰；项目投融资模式逐

8、步在建立；行业发展及产品价格受 钒价影响较为明显，技 术与资源结合的趋势在 呈现。钒电池行业处于长时储能发展前期，市场规模不断扩大钒液流电池市场的“痛点”综合成本高产业链不完善；上游资源开发有限；适合应用场景初现项目规模有限截至2021年，中国已装机储能容量中，抽水蓄能占86%，液流电池占0.2%，差距较大通过技术进步与资源整合促进快速成本下降推动商业化应用平衡钒价进一步降低产品成本成本下降路径以4小时储能系统为例电解液部分非电解液部分说明技术进步、资源整合技术进步，供应链优化、项目体量增大。行业规模的增大，产业和资本开始进 入产业链中，促进了产业链的快速发 展；尽管规模数量还有限，但完整产业

9、链 雏形已基本形成，下一步是要通过规 模效应促进产业链的完整发展、形成 合理的竞争态势、实现成本的进一步 快速下降；一些关键材料，譬如全氟磺酸质子交 换膜，复合材料双极板等，已经逐步 实现国产化，实现成本的快速下降， 打破国外的原材料和加工技术垄断。 这些材料已经不是行业发展的瓶颈问 题。9/12/202212产业链已逐渐完善“卡”关键材料正在国产化中国的大型资源：富钒“石煤”矿床中约1亿1800万吨V2O5钒资源不是稀有的，也没有地理上的限制；中国是钒的主要。70%以上的钒于钢铁行业；90%以上的钒又用回钢铁行业。Source:TTPSquared,Inc.钢铁生产副产品（73%）原矿开采（

10、17%）电厂灰、焦炭回收China 56%- Pangang V&T; stone coal mines中国是钒的储量大国和最大生产国139/12/2022钒的垂直整合才能保证低成本资源供应钒资源与电池技术的结合 更加趋热；现有的技术和资源结合的 模式还未解决两个核心问 题，低成本和钒的增量供 给；为钒电池行业的增量供给、 再加上垂直整合的低成本 生产未来才可能解决钒电 池产业规模化发展的需求；在没有彻底解决低成本供 应问题时，电解液租赁模 式或许也是促进项目落地 及产业发展的一条途径。2020-2024年钒液流电池成本下降路线图26002000220018002500200016005001

11、00015002000250035003500300030002020202220244小时产品6小时产品8小时产品年190016001300700元/KWh 40001500110010%10%10% 5%20%20%20%10%20%四川攀枝花市东区光伏项目一期100MW丰宁风储示范项目一期2MW/8MWh张家口国家风光储输示范工程2MW/8MWh张家口VRB ESSTM MW-Class储能项500kW/1MWh新疆阿瓦提储能电站 7.5MW/22.5MWh中国液流电池储能项目规模正快速扩大10%湖北第一阶段湖北10MW/40MWh全钒液流电池储能项目配合光伏发 电第二阶段湖北100MW

12、/500MWh全钒液流储能调峰电站中广核全钒液流储能电站项目100MW/200MWh枣阳10兆瓦光储用项目(一期)3MW/12MWh法库县卧牛石乡5MW/10MWhNote:18of34provincesinChinahasrequiredthatallnewsolarandwindg1en6erationprojectsneedtoinstallenergystoragesystem.Commissioned已交付辽宁大唐国际瓦房店镇海风电场项目10MW/40MWh辽宁国电投驼山风电场10MW/40MWh全钒液流储能电站工程大连200MW/800MWh液流电池储能调峰电站青海共和风电液流储能

13、项目2MW/10MWhLegend:Planning/Underconstruction在建中江苏国网盐城射阳港20MW/100MWh浙江杭锅集团崇贤厂区智慧储能电站项1MW/4MWh山东1MW/2MWh国家电投海阳储能电站项目1MW/2MWh阳光台儿庄储能项目国电投黄河公司 国家光伏、储能实证实验平台（大庆基地）一期工程项目据CNESA统计，2022年1-5月中旬全国共享储能拟在建及招投标项目达到109个，其中陕西25个、河南24个、宁夏14个、山东11个，其他省市均在个位数。全钒液流储能技术市场分析9/12/202217注释：市场吸引力综合考虑市场容 量、增长趋势、投资回报、进入难 度等；

14、可行性综合考虑技术匹配和 项目经验北京普能大容量长时全钒液流电池储能解决方案的全球领先者18成立于2007年1月, 总部位于北京。拥有全球钒电池领域众多核心专利，在全球12个国家安装了近70个储 能项目，累计容量接近100MWh，正在开发待建、项目达到2GWh。通过收购VRB Power Systems公司专利、商标、技术、设备材料等， 成长为全球钒液流储能技术领域的领军企业。拥有低稳定可靠、加工成本远低于同行的钒资源。公司概览制造基地 北京、襄阳企业荣誉十二五国家863计划先进能源技术领域项目课题牵头单位。2010年8月国家工信部立项，承担重大装备技术改造钒电池产业化项目。中国燃料电池与液流

15、电池标准化技术委员会副主任委员单位。中关村储能产业联盟副理事长、全国电力储能标准化技术委员会首届委员。国家高新技术企业。中关村“瞪羚计划”企业。清科-中国最具投资潜力50强。北京制造基地襄阳制造基地北京生产基地具备100MW/500MWh年产能。湖北襄阳生产基地立足于建成全球首个GW级钒液流电池生产 基地及产业集群；襄阳生产基地目前已建成100MW产能；未来35年将分期升 级建成GW级产能；襄阳生产基地将打造成普能的核心智能制造基地，为国内外其他地区的组装工厂提供核心部件电堆。19交付加州奥克纳斯德市600kW/3.6MWh储能系统。Gen 2 VRB MW-ESS规模化生产。签署国家风光储输

16、MW 级液流电池储能项目。收购加拿大VRB Power Systems。湖北枣阳10MW光储用项目一期成功投运。2010201420182016201220092007公司正式成立。Gen 1 VRB MW-ESS 规模化生产。牵头承担“十二五”国 家863项目。规模化生产。100MW级储能项目开发 启动20212022100MW级Gen 3 VRB MW-ESS 储能项目实施普能发展大事记20VRB KW-ESSVRB kW级产品10kW/40kWh标准模块化储能单元VRB MW-ESSVRB MW级产品100MW级独立储能调峰电站VRB-ESS, 安全、环保、全生命周期低成本、配置灵活的储

17、能解决方案10kW 100kW1MW 50MW50MW以上多个模块化储能单元组合，可搭建10KWGW级储能项目1MW/4MWh标准模块化储能单元一代电堆二代电堆三代电堆外观普能公司电堆技术的升级演变额定功率10kW25kW75kW输出效率78%DC80%DC83%DC投产日期201020162021外形尺寸950mm*760mm*640mm1440mm*750mm*625mm1300mm*820mm*650mm2022年获得UL1973证书标准化模组构建不同时长的集装箱型式产品系列和布局例：1MW*4h（4MWh）标准化模组4小时6小时8小时额定功率1MW额定容量4MWh（可调）直流电压480

18、-810Vdc绝缘电阻700M最大电流2500Adc总重量30t（不含电解液）响应时间80ms标准和认证CNAS，UL1973集装箱尺寸标准40尺高箱环境温度-4050空间要求预留维护空间运行温度0-45运行环境湿 度5%-95%功率容量封装规模1MW4MWh10.395mx12.192m=1271MW6MWh10.395mx18m=1871MW8MWh20.79mx12.192m=25410MW40MWh127010MW60MWh187010MW80MWh2540行业经验：+25年的液流电池技术全球行业知识及项目经验积累；核心电池材料的自主研发：自主研发钒电池专用低成本、高性能离子交换膜技术；自主研发低成本、 高性能双极板；具有超长寿命的电解液专用配方；高可靠性的电堆设计：核心部件电堆内部流场设计；无O-圈密封；高效可靠的电池管理系统：自主知识产权的电池管理系统及独特的系统平衡管理设计；低成本钒资源渠道：自有低成本的钒资源生