钒是重要的稀有金属，广泛应用于钢铁等国民经济的诸多领域，钒又是最具绿色价值的金属元素，研究钒市场消费结构及未来发展具有重要意义。

      巅峰储能基于国际国内钒市场消费现状及特点，基于钢铁、储能等行业详细分析中国市场钒主要应用领域特点及发展趋势，并对未来钢铁工业钒需求、钒电池储能需求等进行预测。

国际钒市场消费现状

（一）消费总量

      全球钒（折金属钒）市场消费量在经历2015-2016年连续两年下降之后，重新步入上升轨道，2017-2021年连续5年实现快速增长。据国际钒技术委员会数据，全球钒消费量从2016年阶段性低点的8.10万吨增加至2021年的12.04万吨，5年间增长了3.94万吨，增幅达到48.6%（见下页图1）。

（二）消费区域

中国是全球钒消费的最大区域市场，钒消费量从2016年的3.5万吨增加至2021年的6.9万吨，增幅为96.1%，占全球消费总量的比重从2016年的43.6%提升至2021年的57.6%（见图2）。很显然，中国钒消费量持续增长带动了全球钒消费量的增长。

（三）消费结构

钒制品主要应用于钢铁工业、有色工业、化工、催化剂、储能等领域，从占比来看，钢铁工业是钒制品消费量最大的领域，占比达到90%以上，应用于有色工业及其他领域合计占比不足10%。2017年至2021年，受全球钢产量增长和钢中钒消费强度上升的带动，钢铁工业的钒制品消费量持续增长。有色金属工业的钒消费量基本保持稳定，年均消费量保持在3000～4000吨，占消费总量的为2%～4%。化工、催化剂、储能等领域钒年消费量从5000吨增长至7000吨，占消费总量的3%～6%（见下页表1）。

中国钒市场消费状况

中国既是全球最大的钒生产国，也是全球最大的钒消费国。同全球钒市场的消费格局一样，中国超过90%的钒以钒合金（钒铁、氮化钒铁、钒氮合金）形式应用于钢铁工业，2020年占比高达96%（见图3）。支撑我国钒消费持续增长的主要因素包括：一是在城镇化快速推进过程中，钢筋是22大类钢材品种中体量最大的品种之一，且钢筋新国标实施促进了钒在钢筋生产中的微合金化应用；二是钢材产品迭代升级，采用钒微合金化/合金化，能够明显提升钢材产品的材料性能及使用性能。

然而，随着我国实施“产能产量双控”和“能耗双控”政策，2021年粗钢产量下降（降幅3.0%），特别是钢筋产量下降幅度更大（降幅4.8%），铌铁价格下降冲击钒在钢中的消费强度，共同导致钢铁工业的钒消费量和占比双双下降。与此同时，国内全钒液流电池产业开始规模化、市场化，储能应用开始成为钒消费新增长点。受此影响，2021年中国钢铁工业钒消费占比下降至92%，储能行业占比则为3.9%（见图4）。

中国钒市场需求展望

（一）钢铁行业

我国钢铁工业钒消费量占总消费量的90%以上，未来钒需求规模将很大程度上取决于钢铁工业的生产规模，以及钒在钢中的消费强度。

1.钢铁生产规模

钢铁材料是生产技术成熟、可大规模生产、原料可大规模获取、可无限循环再生利用、性价比优良的结构材料和功能材料。钢铁材料产量和消费量约占全世界金属材料的95%，随着钢铁材料力学性能（强度、塑性、硬度、韧性等）提升和不断叠加功能性（耐蚀、耐火、耐低温等），不仅难以被其他材料替代，其应用范围还不断扩大。

钢铁材料是经济发展的物质基础。钢铁工业的发展水平在一定程度上决定了一个国家工业制造业的发展水平，是关系到国家经济安全和国土安全的重要行业，是发展实体经济的基石。一个强大、有竞争力的钢铁工业是我国全面建成社会主义现代化强国，向第二个百年奋斗目标迈进的必然要求。

随着中国的城镇化、工业化逐步走向成熟，钢铁需求总量逐渐下降是必然趋势。经济发展，工业化、城镇化进程，人口变化是影响钢铁长期需求的关键因素。

借鉴发达国家钢铁需求变化的规律性经验，以图5所示的人均钢铁消费量与人均GDP的“S”形理论模型为基础，以人均GDP为自变量，结合历史数据，建立钢铁需求预测模型，对中国钢铁需求进行预测。

基于对钢铁长期需求的预测结果，以及考虑到钢材净出口因素，预测我国钢产量。到2060年实现“碳中和”我国钢产量将从2020年的10.65亿吨降至5.69亿吨（见下页图6）。钢铁工业减量发展，将对钒消费造成较大冲击。更值得关注的是，我国超过70%的钒是用于建筑钢筋，随着城镇化进入成熟阶段，房地产大开发时代的落幕，基础设施日臻完善，钢筋需求降幅将明显大于整体钢材需求降幅，钢筋用钒消费量也将同步下降。

2.钒在钢中的消费强度

钒在钢冶炼过程中可以起到添加剂的作用，能够增加钢的耐磨性、强度、耐热性以及韧度等。随着我国制造业转型升级，钢铁材料需求由低端转向中高端，带动优特钢产品产量持续增长，钒在钢中的消费强度将出现结构性增加。

近年来，我国钒在钢中的消费强度持续上升，从2016年的0.040kg/t•钢提升至2021年的0.060kg/t•钢，已经超过世界平均水平，但与北美、欧盟等工业发达国家的0.070-0.090 kg/t•钢相比（见图7），还有一定差距，含钒钢发展前景仍然巨大。特别是在“双碳”目标背景下，通过提高钢材产品性能、减薄减重，用更少的钢材满足市场需求，是钢铁工业推进绿色低碳转型的关键举措之一。可见预见，随着中国钢铁工业践行高质量发展，将为钒应用拓展更大的市场空间。

3.钢铁工业钒需求预测

按照冶金工业经济发展研究中心预测的粗钢产量，钒在钢中消费强度按照当前水平、欧盟水平和北美水平，到2025年，中国钢铁工业钒需求量预计为5.79万吨至7.72万吨，2030年则为5.26万吨至8.76万吨（见表2）。

（二）储能行业

1.政策支持

随着我国大力发展新能源，作为支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，储能成为新能源发展的必然要求和刚性需要，其规模化发展是必然趋势。国家已经意识到发展储能的重要性正在加快推进储能市场建设，储能的地位已从边缘型能源逐渐上升为与风力发电光伏发电并列的市场增量主体。

2021年8月，国家发改委、能源局正式发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》。这是国家在政策层面第一次明确新型储能的装机目标，提出了“两步走”战略：到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达30GW以上。到2030年，实现新型储能全面市场化发展，新型储能指的是抽水蓄能以外的储能，以电化学储能为主。

2021年10月，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，提出优化新型基础设施用能结构，采用直流供电、分布式储能、“光伏+储能”等模式，探索多样化能源供应，提高非化石能源消费比重。

近年来，钒电池储能技术得到了较快发展，2021年钒电池产业的商业化进程呈现爆发式发展态势。我国全钒液流电池产业发展全球领先，拥有全球领先的全钒液流电池技术服务企业，形成了包括液流电池批量生产、模块设计制造、系统集成控制在内的全产业链自主知识产权体系。国家政策层面正不断加大对低成本钒电解液制备、关键材料研究、电池结构设计研究等关键性技术的支持，为钒电池储能及其配套关键材料创造新的发展机遇和市场。

2.当前优劣势

短时储能主要针对应急和小时级别调峰调频需求，长时储能在可再生能源发电占比越高的场景下发挥更大发展潜力。风力发电和光伏发电占比越大，为减少弃电、调频调峰，长时储备的需求就越大。相较于短时储能，长时储能可以更好的实现电力平移，削峰填谷平衡电力系统、规模化储存电力和保障电力稳定性。

全钒液流电池优势在于：全钒液流电池储能系统本征安全，运行可靠，全生命周期环境友好；全钒液流电池储能系统的输出功率和储能容量相互独立，设计和安装灵活，适用于大规模、大容量、长时储能；能量转换效率高，启动速度快，无相变化，充放电状态切换响应迅速；采用模块化设计，易于系统集成和规模放大；具有很好的过载能力，充放电没有记忆效应，具有很好的深放电能力。

全钒液流电池不足则主要为：储能系统由多个子系统组成，系统复杂；为使储能系统在稳定状态下连续工作，储能系统需要包括电解质溶液循环泵、电控设备、通风设备、电解液温控设备等支持设备，并给这些储能系统支持设备提供能量，全钒液流电池系统通常不适用于小型储能系统；受钒离子溶解度等的限制，全钒液流电池的能量密度较低，只适用于对体积、重量要求不高的固定储能电站，而不适合用于移动电源和动力电池。

3.钒电池储能需求预测

“十四五”期间将是液流电池从定点示范走向推广的重要机遇期，全钒液流电池将成为主流的液流电池技术路线。以2025年电化学储能累计30GW计算，预计2025年钒电池新增装机量达1.7GW，新增占比达20%，累计装机为4.3GW，累计占比达14%。按照1GWh钒电池需要9000吨五氧化二钒（折钒5000吨），储能4小时计算。2025年钒电池装机量1.7GW、容量6.8GWh，钒需求量约3.4万吨。据中关村储能产业联盟预测，2025-2030年电化学储能装机累计规模将达到80GW。按钒电池渗透率20%、储能4小时测算，2030年新增钒电池2.8GW、容量11.2GWh，钒需求量约5.6万吨。

（三）其他行业

钛合金是钒应用的重要领域，全球钛合金行业中的钒消耗占钒总消耗量的3%～4%。据国际钒技术委员会统计数据，2021年，全球钛合金应用领域的钒金属消费量为2536吨（折金属钒），中国为1427吨，占比56.3%。随着我国高端化工、航空航天、船舶和海洋工程等中高端领域钛材需求增长，作为钛合金生产的中间合金，钒铝合金需求也将相应增长。

钒还可用于功能材料，以含钒化合物为活性组分的钒催化剂被广泛用于硫酸工业和有机化工原料合成领域；氧化钒薄膜被广泛应用于太阳能温控装置、光电开关等材料；钒基固溶体贮氢合金广泛应用在燃料电池、电动车、镍氢电池、贮氢和输送氢等方面；钒钛黑瓷作为一种新的功能陶瓷材料，已在建筑装饰、能源利用、远红外等领域得到推广和应用。

巅峰储能综上所述，预计2025年我国钒需求量将增加至10.6万吨，与2021年相比，增加3.3万吨，增幅达到45.2%。届时钒消费结构将发生较大变化，钢中钒需求量占比从2021年的91.8%降至64.2%，而钒电池用钒需求量占比将从2021年的不足4%提升至32.1%。到2030年，我国钒需求量将进一步增加至12.2万吨，占比提升至45.9%，增长主要来自于钒电池用钒量的增长，钢中钒需求量将随钢产量下降而减少，占比将下降至50%。

一、钒电池行业已步入产业化推广阶段

全球钒电池产业发展脉络可以总结为：国外先行，国内赶超。

1）海外：1984年新南威尔士大学（UNSW）首次提出全钒液流电池原理，钒电池技术正式问世；1997年 UNSW 向 Pinnacle出售钒电池专利，后者于1999 年将相关专利授予Vanteck（VRB 前身），借此技术优势 VRB 快速成长为当时全球最大的钒电池公司；2008年受经济危机影响，VRB 停止其所有业务，海外钒电池发展由此陷入停滞。 2）国内：我国钒电池基础研究始于20 世纪 80 年代末，1995 年中国工程物理研究院开启钒电池研制，并于同年成功制出500W、1KW样机；2009 年中国普能收购 VRB，获得其核心技术及研发团队，我国钒电池发展正式进入快车道；2022年我国首个国家级钒储能示范项目“大连融科100MW/400MWh 项目”正式投入商运，标志着我国钒电池行业正由大规模的商用示范阶段向产业化推广阶段转型。

全钒液流电池发展历史沿革

二、技术日益成熟，国内钒电池项目加速落地

技术日益成熟、产业链逐渐完备，国内钒电池储能项目加速落地。目前钒电池核心技术掌握在中国、日本、澳大利亚等少数国家手中，我国液流电池技术位居世界前列，代表企业包括上海电气、大连融科、北京普能、武汉南瑞（国网英大旗下子公司）等，国外领先的钒电池企业主要包括日本住友电工、美国UniEnergy Technologies、德国Voltstorage、英国Invinity等。随着产业链各环节技术发展逐步成熟，我国钒电池储能项目正加速落地。

国内部分钒电池储能电站项目规划情况

三、电化学储能路线之争：安全为核，钒电池“错位竞争”优势显著

钒电池主要由电解液、电极、质子交换膜、双极板和集流体构成，并通过质子交换膜将电池分为正负两个“半单元”。在正、负半电池中，钒离子分别以+4/+5价态、+2/+3 价态存在于正、负极电解液中，充放电时，电解液通过推送泵由外部储液罐流经正、负极室，在电极表面发生氧化还原反应，产生电流。

全钒液流电池结构及反应原理

劣势：定位长时储能市场，钒电池“避短扬长”

1）运行温度区间较窄。解决方式：钒电池自带“液冷系统”，热管理难度较锂/钠电池更低。

2）能量转换率低。

3）能量密度低，适用于静态储能领域。

安全性弥补能量密度缺陷，兆瓦级以上储能电站中占地面积与锂电相当。

四、钒电池vs 其他长时储能路线：有望率先对抽蓄形成替代

现阶段长时储能技术路线主要为抽水蓄能、熔盐储热、液流储能、压缩空气储能、氢储能五大类。目前各路线中，抽水蓄能市场渗透率最高、经济性最强，但受选址条件限制，预计未来成本将会上升；压缩空气储能在一定程度上仍受自然资源限制，经济性与选址灵活性不可兼得；熔盐储热及氢储能初始投资成本较高、系统转化效率较低，度电成本仍处于相对高位；与其他路线相比，钒电池在应用场景、储能时间尺度及经济性等方面综合优势突出。

五、渗透率加速提升，2025年钒电池需求量预计达13.1GWh

储能规划趋于长时，钒电池对储能市场加速渗透中。据CNESA DataLink 数据，截止2023年 6 月底，我国储能项目累计装机达70.2GW，同比+44%；其中新型储能装机为21.06GW、占比达 30.0%，抽水蓄能装机为 48.51GW、占比为 69.1%，同比下降约 10pct。新型储能装机中，锂电池占据主流，占比达95.9%，液流电池占比为0.8%。目前液流电池在储能市场的渗透率仍然较低，随着政策对储能安全重视度提升及储能规划趋向于长时，钒电池或将在新型储能市场中加速渗透。

六、钒电池产业链：上游资源及电解液制造端布局企业众多，电堆环节国产替代加速

钒电池产业化进程加速，产业链已基本形成。钒电池产业链上游包括钒矿、含钒固废等钒原料供给、电解液制备、离子交换膜/双极板/电极等电堆材料生产；中游包括电池模组装配及循环泵、储液罐等控制系统；下游为用户侧、电网侧、发电侧等各类储能应用市场。

钒电池产业链图谱

6.1 电解液制备端：钒离子浓度为性能关键指标，国内布局企业众多。

制备方法：主要使用化学法和电解法，短流程制备法在多数企业处于中试阶段。钒电解液制备方法主要有物理法（直接将高纯度VOSO4 溶于硫酸，原料成本高，难以大规模制备）、化学法（使用还原剂将高价钒氧化物或钒酸盐还原为低价）、电解法（以纯度较高的V2O5为原料，操作工艺简单，适于大规模生产）和萃取法（又称短流程制备法，直接利用含钒钢渣、废水等含钒物质通过富集、有相萃取等方法生产电解液，该法跳过钒产品制造环节降低成本）。

应用难点：钒离子浓度受限。钒电解液浓度决定电池能量密度，高浓度、高温环境下析晶及低温环境下结晶将导致电解液浓度下降，当前多数商用钒电解液钒离子浓度低于2mol/L（约 1.7mol/L）。提高电解液浓度的方法主要有：①通过更换电解质提升高浓度条件下的钒离子稳定性，如使用甲基磺酸可以使钒离子浓度保持4mol/L；②通过使用含羧基和磺酸基团的添加剂来增加钒离子在高温条件下的稳定性。

主要企业：大连融科、钒钛股份、河钢股份、星明能源、湖南银峰、中核钛白等，其中大连融科为全球最大钒电解液生产企业，全球市占率达80%。

6.2 电堆环节：国产替代进程加速

1）电极：基本可实现国产化，石墨毡为商用主流。

功能：电极本身不参与反应，仅为钒离子提供氧化还原活性点位。

商用主流：石墨毡等碳素类电极。钒电池电极主要包括金属类电极和碳素类电极，其中金属类电极导电性强、电阻低、机械强度高，但价格较贵、难以大规模商用；而碳素类电极（碳毡，石墨毡等）表面不饱和碳原子多、表面活性大，可为钒离子提供给比金属电极更多的活性位点，同时碳素材料耐腐蚀性强、导电性好、成本低，已成为钒电池电极商用主流。

技术进步空间：尽管碳素类电极较金属电极综合优势突出，但仍存在电化学活性较差、对钒离子氧化还原反应催化效果不佳等问题，需通过对材料修饰改性来解决。目前研究热点为使用铋纳米粒子对碳素材料进行改性，以抑制析氢反应（钒电池负极析氢是导致电池电荷不平衡的主要原因），进而增强电池内氧化还原反应，提高电池能量效率。

主要企业：钒电池电极基本可实现国产化，主要布局企业包括润生石墨毡、嘉兴纳科、辽宁金谷等，其中润生石墨毡为国内石墨毡生产领先企业，已建成国内首条储能石墨毡连续化产线，客户包括国内几乎所有液流电池企业，国内市占率达50%。

2）隔膜：决定电池充放率和使用寿命的关键，国产替代进行中。

功能：分离正负极电解液以防止电池短路，允许电荷载体（H+、HSO4-等）自由通过保证正负两极电荷平衡，构成电池回路。

性能要求：①钒离子与水分子渗透率需低，以降低交叉污染及电池自放电，提高能量效率。②质子或硫酸根离子的透过率需高，以减小膜电阻、降低效率损失。③具备一定机械强度，耐化学腐蚀、耐氧化，使用寿命长，价格低。

分类：分为阳离子/阴离子/两性离子交换膜，阳离子交换膜应用限制主要在于使用成本，而阴离子交换膜则存在安全性短板。市场主流为全氟磺酸膜（属阳离子交换膜），其稳定性强、导电性能好，但对钒离子的选择性较弱，易造成电解液污染、影响电池使用寿命，增加使用成本。阴离子交换膜虽能较好阻隔钒离子渗透，但其电导率低、内阻大，存在热安全隐患。

主要企业：科慕化学、戈尔、东岳未来、科润新材料、大连融科等。目前市场主流产品为美国科慕的Nafion 膜，其产品厚度极低、电阻较低，但价格较贵（NR212约2000~2700元/m2）。尽管低厚度隔膜（如科慕 N117、戈尔的 MX765.08）技术仍主要为国外企业所掌握，但国内企业在隔膜领域的国产替代已在加速进行中，如东岳集团的DMV850 膜产品厚度及性能已接近科慕NR212，且具备明显价格优势（价格仅1000~1500 元/m2）；苏州科润已实现全氟离子膜的批量化生产（液流电池质子膜年产能已达500 万m2/年），其产品在国内市场占有率达90%；大连化物所则在非氟膜方向上投入研究，其生产的可焊接多孔离子传导膜也已投入大连融科的储能系统中使用。

3）双极板：碳素复合双极板为应用主流。

功能：串联相邻单电池的正负极，导通内电路，阻隔两侧电解液，支撑正负极。

性能要求：需具备良好的导电性、一定的机械强度以及良好的耐腐蚀性。

商用主流：碳素复合双极板。钒电池双极板根据材质主要分为石墨双极板、金属双极板、复合材料双极板（由2 种或 2 种以上的材料构成）和一体化电极-双极板（将电极压入石墨板中，最小化接触电阻，提高能量转化效率）等。石墨质脆，金属易腐蚀，目前最常用的双极板为碳素复合材料（以导电填料、热塑性树脂或热固性树脂为原料，通过注塑或模压的方式制备得到，抗腐蚀性和阻液性能较好）。

主要企业：嘉兴纳科、上海弘枫、开封时代、大连化物所等。不同双极板厂家的碳粉和其他聚合物的比例不同，碳含量越高，导电性能越强，但韧性变差，不利于电堆的压紧组装。目前，大连化物所的可焊接碳素复合板已实现批量化生产。

电解液和电堆的有效降本是钒电池实现大规模商业化运用的核心

电解液和电堆的有效降本是钒电池实现大规模商业化运用的核心：根据前文测算，钒电池中电解液及电堆为其成本主要构成，成本占比分别为37.1%和54.4%。

钒电池成本构成（%）

电堆：国产替代为降本关键

电极与双极板国产化进程顺利，隔膜国产化率有待提升。电堆端材料主要为电极、双极板和隔膜，其中电极与双极板国产化进程较快，国内企业润生石墨毡、辽宁金谷等产品已应用于国内下游企业钒电池系统之中，并成功实现出海。隔膜端国产渗透率仍然较低，国内市场主流产品仍为科慕Nafion 膜，市场占有率达75%，未来随着低成本国产膜逐步推向市场，国产膜渗透率有望提升。

液流电池隔膜国产化率（%）

七、钒电池产业链相关企业

1）上游钒矿资源及电解液制造端：主要生产企业多为上市公司，包括钒钛股份、河钢

股份、安宁股份、龙佰集团、西部矿业、中核钛白、永泰能源等。

2）电堆及电池模组端：非上市企业居多，主要有大连融科、国润储能、东岳集团、科润新材料、润生石墨毡、嘉兴纳科、伟力得、北京普能等。

钒电池产业链相关企业布局

来源：【巅峰储能】

【特别声明：哈工储能转载其他网站&平台内容，出于传递更多信息而非盈利之目的，同时并不代表赞成其观点或证实其描述，内容仅供参考。版权归原作者所有，若有侵权，请联系我们删除】