作者/星空下的夹心糖
编辑/菠菜的星空
排版/星空下的火龙果
近两年最火的投资板块莫过于新能源，引无数英雄尽折腰。作为一个长坡厚雪的万亿级别大赛道，新能源板块包括万象，常炒常新。这其中既有光伏和锂电的超级巨无霸，也有像固态电池、钠电池、锂电池等新兴产业公司，每个细分行业都有自己的特色。
今天，我们聊聊钒电池。
一、从百草园到三味书屋
钒（化学符号V）来源于北欧神话中一位美丽女神的名字 “Vanadis”（译为凡娜迪斯）。这是因为，钒元素化合物丰富，且大多有着美丽多彩的颜色。钒在地球上储量并不少，其储量甚至高于铜、锡、锌、镍，但由于钒元素实在是太分散了，连个像样的矿物没有，因此钒实在是没有什么存在感。
在工业生产中，钒的应用其实还挺广泛的，钒广泛应用于钢铁工业和化工行业。在钢中加入一点点的钒，可以制成钒钢，就能使钢的弹性、强度大增 ，抗磨损和抗爆裂性极好，既耐高温又抗奇寒，难怪在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门，到处可见到钒的踪迹。此外，钒的氧化物（五氧化二钒）已成为化学工业中最佳催化剂之一，有“化学面包”之称，很多重要化学反应的催化剂。
虽然用途广泛，但钒的用量并不大。一般一吨钢当中仅加入10克的钒。虽然2021年我国钢铁产量虽有10亿吨之巨，但其中的钒用量折算成五氧化二钒也只有大约2万吨，可谓是非常小众的元素。
或许钒会一直会平凡地沉默着，但上世纪八十年代，钒电池诞生了。
二、安全，是其最大的特色
所谓钒电池，其全称为全钒氧化还原液流电池，与锌基液流电池、铁铬液流电池等同属于液流电池的种类之一。钒电池目前最大的用武之地是储能领域，暂不涉及动力电池。
随着光伏、风电等可再生能源的异军突起，电力峰谷差异越来越大，供电和输配电领域波动性大幅提升，电网承受的冲击也与日俱增。因此，输电侧中大性的储能电站的重要性得到了越来越多的重视，下图展示了一天峰谷电价的变化。
资料来源：国家电网
安全性是钒电池最大的特点。
电池的本质是将化学能转化为电能，一般的电池均具有一定的危险性。然而，钒元素本身化学性质不太活泼，且全钒液流电池电解质离子存在于水溶液中，不会发生热失控、燃烧和爆炸；同时，电堆、电解液相独立，可通过增大电堆功率和电解液来提高储电量，可扩展于百兆瓦级储能电站。下图展示了钒电池的充放电原理。
资料来源：International Renewable Energy Agency
我们熟悉的锂电池就具有较高的危险性，不断升级的制造和封装技术虽能降低风险，但锂电池爆炸和燃烧的风险依然存在。消费电子和动力电池还好，但一旦大型储能装置发生爆炸，后果是灾难性的。
鉴于此，2022年6月，国家能源局发布《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》，要求中大型电化学储能电站，不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池。换句话说，重大性储能装置禁用三元锂电池、钠电池和回收电池。在这种情况下，钒电池以其出色的安全性能获得了社会各界的广泛青睐。
除了安全性以外，钒电池模块化管理方便，功率和容量可调，通过将多组储能单元并联接入母线，便可构建起更大规模的储能系统。因此扩容简单，相较于磷酸铁锂电池，在大容量的情形下不会增加额外的安全性风险。
另外，钒电池循环寿命长。目前商用钒电池循环寿命可以达到 16000 次以上，远高于商用磷酸对应使用寿命，超过 20 年，且可靠性也已经过实例验证。另外，钒电池回收方便，充放电损失较小。
由于钒电池循环寿命较长且安全性较高，钒电池在全生命周期的成本上具有明显优势。钒电池几乎完美地契合了中大型储能场景的要求，而磷酸铁锂电池及钠电池的安全性和循环寿命低于钒电池，但能量密度显著更高，故在重量和体积上有优势，更适合于小型化场景，这几种电池彼此之间构成差异化竞争。下表展示了几种电池的性能差异。
资料来源：申万宏源研报
更为重要的是，中国是钒储量大国，钒储量为全球第一。根据美国地质调查局 2021 年的数据，我国钒矿储量占全球的 40%，产量占全球的 66%，中国锂资源捉襟见肘，处处受制于人，但钒资源确实不折不扣的世界老大，具有很强的自给能力。
资料来源：国家电网
三、钒电池也需正视缺点
对于电池而言，天赋远比努力更重要。
钒电池先天就有安全性高、循环寿命长的优点，但其能量密度却是不折不扣的短板。由于钒元素相对分子质量较大，钒电池能量密度仅为12~40Wh/kg，低于锂电池的200~300Wh/kg，仅为后者的1/10，而且这种差距无法通过技术手段弥补，这就大大阻碍了钒电池在消费电子和动力电池上的应用。
同时，钒电池初装成本过高。由于其产业链的不完善，其目前初装成本是锂电池的2倍以上，要等到大规模量产后才可能达到低于锂电池的水平。当前储能系统中，钒液流电池的投资成本高达2.5-3.5元/WH之间，远高于三元储能0.8元/WH左右的成本。
另外，钒电池的技术尚未成熟，降本增效任重而道远。
当前钒电池电解液成本占到40%，电堆成本占到35%，效率尚有很大的提升空间。且其核心原材料长期依赖进口。钒产业链较长，涉及环节很多，但钒产业链保障供给能力很弱，不具备建立弹性供应链的能力。这些都严重制约着钒电池的发展。
四、既然是情怀，就不要炒作
如前所述，钒电池主要用于输电侧的中大型储能电站。而在消费电子、动力电池及消费侧小型储能设备上并无优势。钒电池运行的重点及根本用途在于供电、输配电方面，而非风电、光伏等的发电端，主要参与方是中国电网和南方电网等输配电大央企。电站侧和用户侧的参与意愿并不强烈，不能以功利的短期视角来看待。
另外，钒电池虽然全生命周期成本较低，但这是建立在10-15年及以上的视角上的，其初装成本实在是太高，让很多企业和投资者望而却步，即使拿到补贴也没有经济性，依赖政府和央企的参与。储能电站本质上是基础设施的逻辑，一旦大规模投产使用将利国利民，但国家需要投资的基础设施远不止储能电站一种，国家投资几条高速公路或是研发新型武器也是同一种逻辑，储能电站恐怕不是重要性和紧急性最高的基础设施。
最后，钒电池在产业化过程中还存在一定的放大风险，技术路径也尚不成熟，目前上线运行的钒电池储能系统大多为5-10MW级别。鉴于其高昂的初始投资和漫长的资产回收期，钒电池的投资速度应遵循为先慢后快的规律，与远期实际大规模使用尚有一定距离，体现在资本市场和上市公司业绩上更是如此。
注：本文不构成任何投资建议。股市有风险，入市需谨慎。没有买卖就没有伤害。
