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至-钒价暴涨,全钒液流储能电池商业化开发面临严峻挑战-

2021年11月23日

钒价暴涨,全钒液流储能电池商业化开发面临严峻挑战

受诸多因素影响,进入7月份以后,仅仅1个月的时间, 98%片状5氧化2钒价格从7月初的9.3⑼.5万/吨迅速飙升到19⑵0万/吨,钒的市场价格实现了成倍增长。与2016年年初相比,钒的市场价格更是上涨了6⑺倍,创造了2008年经济危机以来最高价格水平。

犹如当下的高温天气1样,火热行情之下,钒市场的未来趋势走向和对钒电池商业化本钱所带来的影响备受关注。

1. 钒产业格局

1、钒的资源:

钒是1种雪白色的金属,在地壳中的丰度约为0.02%,比铜、镍、锌、铬等都高。按地壳中元素丰度排列居13位。钒在自然界的散布很分散,不能构成单独的钒矿床,通常以含钒矿物或类质同象的情势存在,存在于65种矿物中。

钒目前的主要来源是南非、中国、俄罗斯、新西兰、澳大利亚的磁铁矿,和废催化剂、石油残渣、磷矿和石煤等。具有潜伏供应能力的还有巴西、智利、芬兰等地的磁铁矿,加拿大艾伯塔和澳大利亚昆士兰含钒丰富的油页岩。

根据美国地质调查局(usgs)不完全统计,2015年全球钒资源量已超6300万吨,全球钒储量约1500万吨,中国占全球总量的34%,居世界第1。目前国际市场上主要的钒供应国为中国、南非和俄罗斯。

中国是钒资源比较丰富的国家,国家统计局数据,2015年钒矿基础储量为887.3万吨,4川553.8万吨,且集中散布在4川的攀枝花市、河北承德市。据了解,攀钢团体的钒产品产量占到全国的50%以上。

2、钒的供应:

从全球来看,世界钒产品原料主要来自钒钛磁铁矿,且最近几年来的比例逐渐上升。据统计 2015 年世界约71%的钒来自于钢铁冶金工业加工钒钛磁铁矿得到的富钒钢渣,约 17%的钒产量直接来自于含钒原矿生产,约 12%的钒是由回收的含钒副产品及石煤矿物生产。

根据国际钒技术委员会(vanitec)统计, 2016 年全球钒产品产量为76530吨(钒含量),同比降落了 9.3%。

中国钒的供应主要来源与3种途径:

第1类是钒渣提钒,钒渣(国内含5氧化2钒品位在12⑴8%不等)是以钒钛磁铁矿为原料炼钢时的1种副产品。代表性的厂家是攀钢、承钢、承德建龙、4川川威等钢厂,目前以该方式供应的钒产品占总产量的将近90%。

第2类是通过石煤提钒,污染严重、本钱高。从石煤中提取钒的工艺相对来讲还比较落后,已具范围的焙烧-浸出工艺存在比较严重的大气和水污染,没有到达绿色工艺的要求。代表性的厂家是陕西5洲、华源矿业等。

第3类是从石油残渣和含钒废催化剂中提钒,进行综合回收利用。代表性的厂家是从石油飞灰或炉渣中提钒的大连博融和从含钒废催化剂中提钒的辽宁虹京团体。

目前, 世界钒生产企业主要集中在南非、 俄罗斯、 巴西、 新西兰和中国。 截止到 2015 年底,全球钒生产能力25.16 万吨(折v2o5),其中中国攀钢团体产能4 万吨,承钢团体产能 2.2 万吨,除此之外,建龙、德胜、 川威等也是主要的钒制品生产企业。

3、钒的消费:

钒是1种重要的合金元素,可以细化晶粒,在炼钢中用作合金添加剂,主要用于工业。含钒的高强度合金钢广泛利用于输油/气管道、建筑、桥梁、钢轨等生产建设中。含钒高强度合金钢主要有:高强度低合金hsla钢、建筑用罗纹钢筋、高碳钢线材、钢轨、工具和模具钢等。含钒钢具有强度高,韧性大,耐磨性好等良好特性,因此广泛利用于机械、汽车、造船、铁路、航空、桥梁、电子技术、国防工业等行业,其用量约占钒消耗量的90%。行业的用量在钒的用处中占最大比重,行业的需求直接影响到钒市场行情。

钒在钛合金中可以作为稳定剂和强化剂,使钛合金具有很好的延展性和可塑性,大约有5%的钒用于生产航天工业所需的钛合金。例如飞机发动机、宇航船舱骨架、导弹、蒸汽轮机叶片、火箭发动机壳等方面。另外含钒合金还利用于磁性材料、硬质合金、超导材料及核反应堆材料等领域。

钒在化学工业中也体现出重要的作用,在钒的利用比例中约占4%。主要用作制造硫酸和硫化橡胶的催化剂,颜料、缓蚀剂、显影剂、干燥剂等。

另外,钒还可以用于生产全钒液流氧化还原电池,用于储能领域。最近几年来,钒在电池领域的利用前景被普遍看好,有望为钒行业带来成倍的需求空间。

由于钒主要利用于领域,中国是世界最大的生产和消费国,因此中国也是世界最大的钒消费国。据统计,2016年全球钒消费量为82299吨(v),其中中国消费35685吨(v),占全球的43.36%。2017年预计全球钒消费量将有望增长到88495吨(v)。

2. 钒产业供需失衡及价格飙升缘由分析

1、供给侧

(1)、前几年延续的价格低迷致使部份钒企业退诞生产领域。自2008年经济危机以来,钒市场1路下滑,到2015年底,钒价格进入谷底,国内98%片状5氧化2钒价格1度跌破3万元/吨。低迷的价格造成几近所有的钒企业出现亏损,因此大量的钒企业退诞生产领域,造成供应减少。

比较具有代表性的是南非highveld破产致使全球市场减少了约2万吨5氧化2钒的供应,澳大利亚windmurra因融资及本钱缘由,1直没法投产,其他国际矿山除巴西的largo外,并没有1家实现矿山投运生产。同时,中国国内众多的中小生产企业因本钱缘由退出了钒的生产领域。

(2)、中国近几年环保监管力度不断加大造成众多中小企业关停。除地方不断加码的环保要求外,国家自2016年以来更是展开了4轮中央环保督查行动。众多中小生产企业因环保压力,不能不主动或被动关停,特别是石煤提钒企业。

(3)、原料供应延续降落,产品社会库存不断下降。遭到最近几年钒产品和钢材价格低迷的影响,南非highveld破产致使无钒渣供应,俄罗斯钒渣产量也出现1定程度削减。为了响应国家的去产能政策, 2016年攀钢团体前后关停了西昌新钢业、成都钢钒等下属子公司,致使钒渣产量降落约21%。承德钒钛2016年度钒产品产量 1.44 万吨,销量 1.18 万吨,钒渣产量比 2014 年降落了 30.5%。黑龙江建龙由于得不到俄罗斯的钒渣供应,致使市场减少了7000吨5氧化2钒供应。与此同时,在市场低迷阶段积累的产品社会库存,随着时间推移,不断消耗并减少。

(4)、中国全面制止钒渣进口成为引燃钒价格飙升的导火索。环保部在2017年7月18日向wto提交制止进口洋垃圾的文件显示,中国将制止4类24种固体废物的进口,其中就包括了冶炼等所产生的含钒浮渣,熔渣,5氧化2钒。此政策实行预计将每一年最少减少3万吨钒渣供应,对应将减少5000吨以上的5氧化2钒供应。这1政策公布,瞬间引燃本已脆弱的市场,价格闻风而动,在不到1个月的时间价格翻倍飙升。

2、需求侧

(1)、行业:作为钒利用最大的消费领域,行业1直保持高位运行,产量仍在增长。

7月28日召开的中国工业协会5届6次常务理事(扩大)会议传出信息,2016年钢材价格单边上扬,去年我国退生产能超过6500万吨,但全年粗钢产量增长了1.2%。

2017年1⑹月份我国粗钢、生铁和钢材产量分别为41975万吨、36256万吨和55155万吨,同比分别增长4.6%、3.4%和1.1%。其中6月份粗钢、生铁和钢材产量分别为7323万吨、6168万吨和9757万吨,同比分别增长5.7%、2.2%和0.7%。6月份粗钢、生铁和钢材日均产量分别为244.1万吨、205.6万吨和325.23万吨,较5月份日均产量分别增长4.72%、3.25%和5.26%,粗钢日均产量创下历史新高。

数据显示,上半年中钢协会员企业利润总额532.42亿元,较上年同期增加418.44亿元,同比增幅高达367.12%。从利润总额构成看,上半年主营业务利润为428.19亿元,同比增长746.23%,利润结构得到了显著改良。

作为钒消耗量较大的品种罗纹钢,6月份产量到达1885万吨,价格突破3700元/吨,社会库存下降至420万吨,吨钢盈利超过1000元/吨。

(2)、国家展开打击地条钢行动,替换的钢材产品对钒合金的需求增加。

地条钢是用中频炉把废融化,再倒入简易铸铁模具内冷却而成。其间,既不进行任何分析化验,也无温度等质量控制,用这类方法炼出的钢,产品直径、抗拉强度等均难以符合国家标准,大部份产品存在脆断的情况,质量存在严重隐患。

的冶炼是在融化的状态下,对其由在成份含量进行提纯和调剂的进程。通过对炉内钢水进行控制温度、排除杂质、调剂成份等进程的操作,使之到达冶炼所需要的范围。在到达这个范围时,方可出因此有各自不同的问题钢进行浇注。但是在冶金行业,使用废为原料的冶炼工艺中1般不使用感应炉为冶炼装备,由于装备本身的条件所限,没法较理想的完成上述3项任务。

由于地条钢生产销售存在严重的环境污染和质量安全隐患,党中央、国务院再三告诫坚决打击地条钢非法生产,并要求于今年6月30日前完全取消。7月29日,国务院总理李克强作出指示强调,完全取消地条钢,化解多余产能要坚定不移推动,避免死灰复燃。据估算,全国地条钢产能很多于1.2亿吨,产量很多于7000万吨/年。

(3)、国家行将淘汰钢筋生产穿水工艺,带动钒需求大幅增加

钒作为行业的味精在钢中起到细化晶粒,从而提高强度的作用。3级罗纹钢20mnsivnb 20mnsivnb是典型的低碳微合金高强度建筑工程结构用钢,其屈服强度高于400mpa,是典型的hrb4003级罗纹钢,用处极其广泛。3级罗纹钢筋是在20mnsi钢基础上添加微合金元素钒或铌而来。3级罗纹钢具有强度高,性能稳定,安全储备量大,抗震性能好,节省钢材,施工方便等优越性,因此其更适用于高层,大跨度和抗震建筑结构用钢。

但是,由于部份罗纹钢生产企业通过穿水工艺提高罗纹钢的强度,从而减少了合金的加入量。根据国标gb1499⑵007要求,hrb400 罗纹钢中mn含量要在1.6%左右,同时根据需要钢中可以添加v、nb、ti等合金以提高强度。部份企业通过穿水工艺直接将q235的钢材变成 hrb400使用,这类钢材容易致使罗纹钢表面生锈严重,穿水后罗纹钢强度提高,但韧性降落。

今年5月,国家质检4、安检机必须在规定的工作电压下工作局展开严查罗纹钢质量行动,提出对企业的生产工艺、炼钢和轧钢装备务必检查到位,对背法背规者,要立即办理撤消工业产品生产许可证书手续。并于 2017 年 6 月 30日前完成建筑用热轧钢筋生产许可获证企业全面排查,并向总局报送工作总结,总结中要逐家说明企业检查情况、发现问题和处理情况。此前国家铁路局也发布公告称高铁工程必须用不穿水罗纹钢。由此看来,国家行将淘汰钢筋生产进程中的穿水工艺,中小钢厂不能不采取通过加钒的方式来生产罗纹钢,未来钒需求增加。

如果企业合金化进程中将提高钒的用量0.002%-0.005%,预计将提升钒的总需求达11%。

(4)、航空工业用钒稳步增加,全钒液流电池有望成为钒利用热门

美国航空巨头波音公司2017年6月20日发布市场展望年度报告,预计未来20年间全球需要新增41030架飞机,年均复合增长率为3.7%,总价值超过6万亿美元。全球新飞机交付量中,57%将用于航空业发展,43%将用于替换老旧飞机。新型飞机为节省燃油消耗将愈来愈多地使用诸如含钒钛合金材料、复合材料和碳纤维材料等。

全钒液流储能电池具有寿命长、范围大、安全可靠、生命周期性价比高、快速响应、深度充放及环境友好等突出优势,已成为世界范围内实现大范围储能的首选技术之1,利用于可再生能源(风能、太阳能等)并网发电、电网调峰储能、智能微网、离网电力供应、备用电源等领域。由于可再生能源具有间歇性、不稳定性、不可调控等自然属性,致使其并网、消纳和利用等方面存在众多困难和挑战。通过引入全钒液流电池储能技术,将可以有效提高电力系统运行稳定性、调剂频率、补偿负荷波动、下降供电本钱、提高电力装备利用率等,增进可再生能源的并网和使用。全钒液流电池技术将在可再生能源系统设计、计划、调度、控制等方面带来重大变革,推动可再生能源发展,在构建能源互联网的进程中发挥重要作用。

2016年大连融科储能取得200mw/800mwh储能调峰电站项目是全钒液流电池技术利用的标志性事件。该项目预计将增加5氧化2钒的消费到达8000吨。有分析认为,全钒液流电池技术如果在储能市场能够全面走向商业化,未来对致使钒的需求出现成倍增长。

由上可见,在市场和政策的共同作用下,钒产业格局已产生根本性改变,供需失衡已由过去的供大于求状态转向目前的供应短缺局面,这是目前钒价格上涨的主要缘由。同时,国家的行政干预打乱了市场正常的运行规律,加重了市场的波动和预期,造成短时间市场价格的暴涨。

3. 全钒液流电池商业化本钱面临重大挑战

1、钒价飙升对钒电池本钱的影响

(1)钒是构成钒电池的核心基础材料

钒电池,是1种活性物资呈循环活动液态的氧化还原电池。钒电池将存储在电解液中的能量转换为电能,通过两个不同类型的、被1层隔膜隔开的钒离子之间交换电子来实现。电解液是由硫酸和钒混合而成的,酸性和传统的铅酸电池1样。由于这个电化学反应是可逆的,所以vrb电池既可以充电,也能够放电。充放电时随着两种钒离子浓度的变化,电能和化学能能相互转换。

因此,钒电解液、隔膜、电极是钒电池的核心材料。钒作为物资基础,以钒电解液情势存在,钒电解液的性能将直接影响到电池系统的工作效力、使用寿命、运行工况等。为保障钒电解液性能,满足钒电池长时间刻薄的质量要求,从工业级98%片状5氧化2钒到电解液是1个比较复杂而且本钱高昂的生产进程。

(2)钒价格波动对钒电池本钱带来的影响

大多数钒电池厂家使用的钒电解液浓度为1.5⑴.7 mol/l,以1.6 mol/l计算,每立方钒电解液将消耗5氧化2钒为145.61千克。

根据储能利用领域的实际需求,钒电池储能系统容量时间可以从2小时到12小时乃至24小时不等,平均每kwh使用电解液60⑻0升,以70升计算。

备注:暂不斟酌到从工业级98%片状5氧化2钒加工成钒电解液的消耗本钱

因而可知,钒价格的波动直接影响到全钒液流电池的本钱。以2016年年初5氧化2钒3万元/吨计,目前20万元/吨5氧化2钒的价格已给钒电池本钱增加了1732.76元/kwh,电池本钱增幅43.32%。如果仅以7月份5氧该团队正在对凝胶机理及影响抱水量和机械强度的因素进行深入研究化2钒涨幅10万元/吨来计算,则钒电池本钱增加了1019.27元/kwh,单月本钱增幅到达25.48%!

(3)钒电池在储能市场的竞争本钱状态

目前储能技术多种多样,主要分为物理储能(如抽水储能、紧缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)3大类。根据各种储能技术的特点,飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能合适于需要提供短时较大的脉冲功率场合,如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量,抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等;而抽水储能、紧缩空气储能和电化学电池储能合适于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大范围、大容量的利用场合。

作为目前最成熟的液流电池,全钒液流电池循环寿命长、响应快速、本钱较低和部署灵活,可广泛用于电网调峰、新能源并网、离网电力供应等领域。但是其缺点在于能量密度低,使用温度有局限性,复杂的系统结构和与之对应的高昂制造本钱等。目前钒电池的本钱要远高于铅酸/铅碳电池、锂电池、锌溴等储能电池,这也制约了钒电池快速实现商业化的进程。

2、高钒价下钒电池应对之路

(1)、探索合适的钒电池技术利用场景,公道进行差异化市场定位

2017年普遍被认为是储能元年,在国家1系列政策的鼓励和扶持下,各种不同的储能技术百花齐放,蓬勃发展。但是,不同的储能技术都有各自的优缺点,目前还没有任何1种技术可以取代其他所有储能技术。各种储能技术相互竞争、相互依存,乃至相互补充的状态将长时间存在。

因此,在高钒价的背景下,探索合适的钒电池利用场景,充分发挥钒电池技术本身的特点和优势,显得尤其重要。钒电池具有突出的寿命长、范围大、安全可靠、生命周期性价比高、快速响应、深度充放及环境友好等突出优势,钒电池商业化开发首先要充分发掘出合适这些特点的刚性需求。在完成刚性需求的基础上,根据钒电池本钱状态,徐图而进,尝试在竞争性或可替换性的利用领域尝试与其他储能技术进行竞争乃至扩大市场份额。

(2)、通过技术创新和技术改进,不断优化并下降钒电池本钱

钒虽然在钒电池的系统本钱中占有很高比例,但是钒电池依然存在较大的本钱降落空间。隔膜、电极、双极板等电池功能材料可以通过技术突破和范围化量产,延续不断地下降本钱。一样,钒电解液的能量密度提高、配方优化,也会在1定程度上下降本钱。

与此同时,钒电池的系统设计、集成与制造水平的改进和提升也会显著打来本钱的降落。在这方面,大连融科已建成年产300mw全钒液流电池系统生产线,本钱得到了很好地控制。

一样,通过电池性能的改进,效力的提升,也能够提高全钒液流电池在储能市场的综合竞争能力。

(3)、积极探索新型储能商业化模式

目前,储能商业化实践在不断铺开。在商业化利用方面,在用户侧通过峰谷电价差实现套利、在电网侧探索试行容量电价、在发电侧推动建立灵活电源补偿机制等模式的实践逐步增多。

从现有项目看,储能系统的资产1般掌握在储能厂商或系统集成商的手中,收入就是为用户节俭的部份电费。由于投资回收期较长,厂商或集成商的风险较大,同时还要支付项目的先期投入,压力也不小。近期,投融资机构对储能产业的渗透不断加强,从关注逐渐向合作转化;由投融资机构参与的储能电站建设模式不断出现。

(4)、公道引入金融创新工具

钒电池储能系统由于早期投入大,回报期长等,在商业化推动进程中具有1定的难度。通过金融租赁方式,用户就没必要1次性负债或动用自己的资金来投资。在这1模式中,金融租赁机构将是储能电站的所有权人和出租方,电站的使用者作为承租人向金融机构支付租金和利息,租赁期满,电站的所有权可以转移给出租人。

与光伏等行业类似,储能也是重资产的行业,前期投资较大,但建成后收益是明确可预测的,这就能够做1些融资性的安排,例如资产证券化。

另外,通过bot、boo、boot、blt、ppp等方式,可以引入多样化资本,共同推动储能项目的获得与实行。

(5)、建立钒价预警机制,公道预期项目本钱

由于钒是1种稀有金属,其价格常常波动,这对钒电池商业化开发带来了挑战。储能项目都有明确的项目周期和项目预算,没法承当钒价格剧烈波动所带来的影响。因此建立钒价格预警机制,公道肯定储能项目本钱非常重要。

建立预警机制后,可以在钒价低迷时,加大钒的原料采购并公道建立库存。在钒价高位时,减少或暂停采购。同时提高储能项目预算,保障项目能够顺利得以实行。

(6)、发挥产业链协同效应,锁定钒原料供应

需要与钒原料企业建立紧密的合作火伴关系,通太长期合同、参股或交叉持股等方式深度融会,建立风险共担、利润同享机制,锁定钒原料供应,增进双方共同发展。

4. 探讨与展望

钒市场经历了多年低迷以后,产业结构逐步失衡,有效供给大幅减少,市场面临短缺局面。自2016年以来,钒价格逐步上涨,钒价值重新回归并得到1定程度的修复。当前,国内钒市场在经历了7月份因国家制止钒渣进口政策刺激的飙涨以后,价格走势逐步放缓,各方对此持观望态度。

遭到高价格刺激的影响,部份钒产能有望能够恢复,等到复产后的产能释放到市场后,钒的供应紧张情况将得到减缓,价格微机控制系统等5部份组成将重新回归于理性,固然这1切都需要有1定的时间。同时,还需要密切关注来自于环保和等方面国家政策的变化和影响。

在目前高钒价的背景下,全钒液流电池商业化进程将面临严峻的本钱挑战。部份钒电池项目将不能不推延实行,部份潜伏新项目将不能不妥协与其他储能技术。钒电池商业化开发进程将延缓,利用领域将变窄,市场份额将减少。

从产业上下游角度来看,在目前钒价格情况下,钒矿山企业取得了非常高的盈利水平,而钒电池则面临巨大的本钱压力。但是,钒企业和钒电池企业历来不是1种博弈关系,相反,二者是上下游相互依存的关系。只有钒电池发展成功,才会有望为钒行业带来巨大的钒需求,增进钒行业的健康快速发展。一样,只有钒行业取得公道的盈利水平,钒资源的大范围开采与供应才能成为现实。

作为具有革新性的储能技术,全钒液流电池储能技术自问世以来就收到储能领域的高度关注。2000年开始,日本住友电工开始进行钒电池的示范和验证工作。但是2005年钒价格的暴涨,致使住友电工不能不停止钒电池的继续开发。2008年经济危机以后,由于缺少有效需求也没有新的利用开发,钒价格开始延续大跌。因此住友电工在2011年钒价格回落才重新开始进行钒电池的开发工作,并前后在横滨和北海道建设了1mw/5mwh和15mw/60mwh全钒液流电池储能系统。大连融科更是在2016年取得了200mw/800mwh全钒液流电池储能调峰电站项目,目前正在有序实行。

因此,钒行业与钒电池行业作为上下游关系,二者相互依存,在钒市场的波动眼前,需要协同协作、共同发展,1个良性健康的市场终究将会使所有上下游参与者取得受益。