钒电池投资成本分析

钒液流电池是大功率、大容量和长时储能的理想技术路线，未来有望成为大中型储能的重要方式。

1.钒电池优缺点分析

全钒液流电池，是一种以金属钒离子为活性物质的液态氧化还原可再生电池。全钒液流电池正、负极活性物质，分别储存在独立的电解液储罐中。在对电池进行充、放电时，正负极电解液在离子交换膜两侧进行氧化还原反应。同时，通过电堆外泵的作用，储液罐中的电解液不断送入正极室和负极室内，以维持离子的浓度，实现对电池的充放电。

钒电池工作原理图

优点：

通过增加电极的数量和面积可以有效提高功率，通过增加电解液的体积可以增加钒液流电池的容量，因此钒液流电池可以达到很高的工作功率和容量。与使用非水电解液的锂电池不同，钒液流电池采用钒离子水溶液作为电解液，大大降低发生过热、燃烧、爆炸的可能性，安全性更好。此外，由于钒液流电池正负活性物质分别只存在于正极和负极电解液中，不像其他电池存在充放电过程中电极结构的变化（导致容量衰减），因此电池使用寿命长。

缺点：

钒液流电池的质量和体积庞大，因此其比能量和比功率远低于其他电池系统，导致其不适用于电动汽车等场景。与锂电池相比，钒液流电池最大的劣势是成本，主要来自电解液和电堆，降低两者成本是业内共识。此外，钒液流电池对环境温度的要求苛刻，正极电解液中的五价钒在高温下（高于 45℃）易析出沉淀、堵塞流道，在低温下（低于电解液的冰点）电解液凝固，因此一般的运行温度都要求在0~45℃之间，限制了钒液流电池的应用。

不同储能系统初次建设成本对比（元/千瓦时）

资料来源：《基于全寿命周期成本的储能成本分析》（傅旭等）

2.钒电池投资成本分析

初次投资成本分析

全钒液流电池储能系统的初次投资成本随储能时长的增加而不断降低。

根据张华民在《全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望》一文的分析，以兆瓦级全钒液流电池储能系统为例，在V₂O₅价格为10万元/吨时，钒液流电池所用电解液价格约为1500元/kWh，除电解液外的电池储能系统市场价格为6000元/kW。

当储能时长为1小时的情况下，储能系统的初次投资成本为7500元/kWh，但当储能时长延长到4小时后，不包括电解液部分的价格则被分摊为1500元/kWh，此时全钒液流电池储能系统的总价格为 3000元/kWh。因此，全钒液流电池储能系统工作时间越长，单位kWh价格越便宜。

不同储能时长全钒液流电池储能系统的初次投资成本（单位：元/kWh）

全生命周期成本分析

钒液流电池全生命周期成本更低。

由于全钒液流电池的电解液可再生循环使用，因此其残值很高。同样以储能时长为4小时的钒液流电池储能系统为例，其中废金属的残值估值为300元/kW，折合为75元/kWh，电解液残值约为原有的70%即1050元/kWh，合计残值为1125元/kWh，实际成本为1875元/kWh。

而对于储能时长为10小时的系统来说，废金属残值折合为30元/kWh，合计残值为1080元/kWh，实际成本仅为1020元/kWh。

因此，对于全钒液流电池储能系统来说，储能时间越长，其全生命周期成本越低。

储能时长分别为4小时和10小时的全钒液流电池储能系统生命周期成本估算

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资料来源：《全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望》（张华民）

钒液流电池是大规模长时储能最具前景的发展方向之一。适合长时间、大规模的储能形式主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和钒液流电池三类。

3种长时间储能技术的特性比较

抽水蓄能作为最成熟可靠的储能技术，是国内重点投资建设的储能形式。抽水储能的主要限制是项目的建设选址要求较高且建设周期较长。压缩空气储能也属于成熟技术，但系统的能量转换效率偏低且项目选址也受限。

与这两种储能技术相比，钒液流电池的储能上限低于抽水蓄能，但有着系统安全性高、项目建设周期短、选址灵活等优点，且随着技术进步，钒液流电池的经济性优势将逐渐强化，未来有望成为大规模长时储能的重要技术路线之一。

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参考资料：张华民《全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望》；傅旭等《基于全寿命周期成本的储能成本分析》；中信证券

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