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電池 | 液流電池行業研究之(zhī)(三(sān)): 全釩液(yè)流電池,行(háng)業前(qián)景展望

帕(pà)卓管路 2024-03-05 15:28:58 584次 返回

一、全釩液流(liú)電池:降本是當前行業發展的(de)首要工作

目前全釩液流電池中成本中,43%是電解液,27%是(shì)膜,其他零部件合計(jì)占比約30%。因此電解液和膜的降本是全釩液流電池降本的重點(diǎn)方向。

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電解液的降本途徑主要包括①降低單(dān)位千瓦時五氧化二釩的用量②減少加工費用③電解液(yè)租賃

(1)電解(jiě)液單位用量的(de)降低取決於配方(fāng)的研發。降低(dī)五氧化二釩成(chéng)本的路徑首先是降低單位千瓦時五氧化(huà)二釩(fán)的用量,理論上儲存1kWh的電能需要5.6kg五氧化二釩,當前行業平(píng)均水平,電解液的利用(yòng)率為70%,即實際上儲存1kWh的電能大約需要8kg五氧化二釩。

(2)規模效應和生產流程縮短能夠降低加工費用。加工費用上,目(mù)前全釩液流電池(chí)行業仍然在發展,規模仍然較小,若後(hòu)續需求擴大帶動產能和產量增加,單kW加工費用將因規模效應減少。此外,如果直接由釩渣/石煤製作電解液,生產流程將會縮短(duǎn),成本也會因此(cǐ)而下降。

(3)電解液(yè)租賃可降低項目初始投資成本。即由租賃(lìn)公司出資(zī)購買電解液,液流電池出資方與租賃公司簽訂(dìng)租賃合同,向(xiàng)租賃公司(sī)支付租金。出(chū)資方初始投資的前期投資壓力(lì)降低,項目現金流得到優化,電解液租賃公司也能夠獲得穩定的(de)現金流。該模式已經在(zài)大連(lián)融科和海螺融華(huá)的“樅陽海螺水泥6MW36MWh項目”得到首次應用。

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膜成本的降低主要來自於(yú)國產替代以及其他品種膜的開(kāi)發

目前全球範圍內全(quán)釩液(yè)流電池主要采用的膜是美國Nafion膜,國(guó)產替代方麵,江蘇科潤的Nempem-11係列膜產品采用全新流延法工藝(yì)製造,並加入了阻釩(fán)性能好的新型氟樹脂混合配(pèi)方,產品的彈性模量、斷裂伸長率、電導率(lǜ)等部分(fèn)技術指標已經優於杜邦(bāng)的Nafion膜,機械強度和含水率(lǜ)也相差無幾。

其他品(pǐn)種膜方麵,中科院大連化物所的張(zhāng)華民團隊成功研發出了一種非氟多孔膜,該膜的化學(電化學)性能(néng)及機械(xiè)強度等物理性能都非常優異,實際測試效果也優於Nafion膜。目前多孔膜的研究重點是平衡(héng)其離(lí)子選(xuǎn)擇性和離子傳導性之間的矛盾,同時提高其穩定性並降低成本。

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如果未來電(diàn)解(jiě)液利(lì)用率在產業持續研發的過程中由70%提升至80%,電(diàn)解液材(cái)料成本下降12.5%,規模化和加工鏈條縮短(duǎn)使得電解液成本(běn)下降20%,國(guó)產替代和(hé)新型膜材料研發應用使得膜成本下降(jiàng)50%,產業規模生產使得其他部件成本均下降5%,預計全釩液流電池整體成本的下(xià)降空(kōng)間在20%以上,以3000元/kWh作為成本基準,未來整體成本有望下降至約2357元/kWh。

二、釩液流電池是當前主流,其他路線尚存技術難點

01

當前液流電(diàn)池體係內商業(yè)化進度靠前的技術路線(xiàn)分(fèn)別是全釩液流電池、鐵鉻液(yè)流電池以(yǐ)及鋅溴液流電池(chí),全釩液流電池(chí)因為(wéi)在技術(shù)方案(àn)上更具有優勢(shì)起步更快,產品在MW級別、百MW級別示範項目中長時間穩定運行,技術得到充分(fèn)驗證,因此是目前*有放(fàng)量(liàng)潛力的技術路線。

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新型液流電池技術路線尚處於實驗階段,可以分為水係和非水係兩大類,水係(xì)液(yè)流電池以水為支持(chí)電解質,非水係則(zé)使用有機物作(zuò)為支持電解質。對非水係液流電池的研究主要是利用其高(gāo)電位,能量密度高(gāo)的特點;對水係液流電池研究旨在降(jiàng)低(dī)原材料成本,提高電池能量(liàng)密度從而降低電(diàn)池成本。

盡管液流電(diàn)池新體係在研究方麵取得較大進(jìn)步,但這些體係目前仍在理論和實驗階段,滿足(zú)實際應用仍麵臨巨大的挑戰。

三、全釩液流電池未來市場規(guī)模

2023年以來,全釩液流電池備案裝機規模達到1.6GW/6.5GWh。根據國家能源局數據,截至2022年底,我國已投運新(xīn)型儲能項目裝(zhuāng)機規模為8.7GW,液(yè)流電池儲(chǔ)能占比1.6%,因此可以推算得出全釩液流電池已投運規模為139.2MW,相對比例和絕對(duì)規模都較少(shǎo)。

但今年以來液流電池行業發展迅(xùn)速,根據GGII儲能數據庫,2023年以來液流電池備案及中標項目總(zǒng)數達1.6GW/6.5GWh,是目前(qián)已投運規模的十倍(bèi)以(yǐ)上。預計2025年新增(zēng)全釩液流電池裝機規模達到0.53GW,累計裝(zhuāng)機規模1.15GW;到2027年,新增裝機規模將達到1.07GW,累計裝機規模(mó)約2.99GW。

具體的市場規模(mó)上,因為全釩(fán)液流電池的定位是(shì)長時配儲,同時(shí)配儲時間(jiān)越長,單位成(chéng)本更低,因此在計(jì)算市場規(guī)模時,假設(shè)全釩液流(liú)電池均配儲4小時,對應(yīng)價格為3000元/kWh。

在《Research and analysis of performance improvement of vanadium redox flow battery in micro grid: A technology review》(Zebo Huang, Anle Mu)論(lùn)文認為全釩液(yè)流電池單位成本在2018/2025年/2030年分別為500/300/250美元/kWh,2025年至2030年預計累(lèi)計(jì)降幅16.7%。考慮到目前的行業發展趨勢,預計我國全釩液流電池未來若幹年的成本會逐年以個位數降幅下降。

在以(yǐ)上(shàng)假設(shè)下,預測2025年全釩液流電(diàn)池市場規模將達到58.1億元(yuán),2027年將(jiāng)達到109.3億元,2023E-27E複(fù)合增長率為55.51%。

四、相關公司

01上遊原材料企業積極布局電解液環節

原材料環節產能位居前列(liè)的是(shì)釩(fán)鈦股份(fèn)與(yǔ)河鋼股份,釩年(nián)產能分別為(wéi)4萬噸/年和2.2萬噸/年,兩者合計占據國內近(jìn)一半的釩產品(pǐn)市場份額。釩鈦(tài)股份對釩電池的態度較為積極,與大連融科(kē)簽訂了《戰略(luè)合作框架協議》,目前正在(zài)開展釩電解液研發項目,自身也有一定的技(jì)術積累;河鋼股份也成功研發了釩電池電解液產品。安寧股份直接銷售釩鈦鐵精礦(kuàng),但(dàn)在釩電解液製備方麵也有一定技術儲(chǔ)備。

非釩行業的部分公司的(de)釩礦資源以及釩電池產業鏈也表現積極,中(zhōng)核鈦白與電堆廠(chǎng)商四川(chuān)偉力得進行合(hé)作,尋求釩礦資源並準備後續電解液產線建(jiàn)設;煤炭公司永泰(tài)能源對各產(chǎn)業鏈均進行布局,包括(kuò)釩礦、電解液以及電堆產線,項目正在建設之中。

02中(zhōng)遊企業普遍曆史較(jiào)長,經驗豐富

中(zhōng)遊電堆製造與係統集成環節的(de)企業絕大部分成立時間(jiān)在10年以上,有一定的研發積累,技術經驗豐富。發展路線上,大連融科由大連融科儲能集團和中科院大連物化所共同組(zǔ)建,技術(shù)主要來源於科研院所的技術轉化。

北(běi)京普能於2007年成立,2009年(nián)收購(gòu)加拿大(dà)VRB,並在全球(qiú)範圍內(nèi)安裝投運數十個項(xiàng)目。國網英大、上(shàng)海電氣、湖南銀峰、四川偉力得等廠商均多年深耕,同時也有項目成功落地。

03下遊企業(yè)主要為電網和發電企業

目前釩電池產(chǎn)業鏈下遊應用的投資主體主要是電網以及發電企業,包括大唐電力、國投電力、中廣核電力、國家能源集團、華電國際(jì)等,主要原因是當前全釩液流電池初始投資成(chéng)本(běn)較(jiào)高,行業整體又由新能源(yuán)發電側強製配儲要(yào)求推進,而電網和大型電力企業有足夠財力和動機進(jìn)行應用。



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