全钒液流电池具有哪些方面的优势？

全钒液流电池具备安全、长寿、灵活等多方面优势。

1. 安全性

相较于锂离子电池，全钒液流电池具有更好的安全性。对于锂离子电池而言，一旦电池内部 出现短路或工作温度过高，电解液就极易发生分解、气化，进而引发电池燃烧或爆炸，造成 极大的安全隐患。而全钒液流电池的电解液为钒离子的酸性水溶液，在常温常压下运行，不 存在热失控风险，具有本征安全性。根据实证结果，在理论 100% SOC 下，即便将正负极 电解液直接互混，温度由 32℃升至 70℃，全钒液流电池系统不会产生燃烧、起火等风险。 因此，对于人员密集、规模比较大、安全性要求较高的储能场景，全钒液流电池是一种更为 安全可靠的技术。

全钒液流电池更高的安全性使其可以采取更为紧密的排布方式，从而在项目层面减少土地的 占用。相较于锂离子电池，全钒液流电池在单体能量密度上存在较大差距，例如大连融科 20 尺储能集装箱产品 TPower 的储能容量为 0.5MWh，而当前主流锂电池储能集成商的 20 尺 集装箱系统储存容量一般超过 3MWh。但是对于大型储能项目，锂离子电池储能系统需要满 足更为严格的消防及安全标准，因此在集装箱的排布上必须留出更大的安全距离。住建部 2022 年 6 月发布的《电化学储能电站设计标准（征求意见稿）》中明确指出锂离子电池预制 舱长边及短边间距均不宜小于 3m，同时锂离子电池设备宜分区布臵，屋外电池预制舱（柜） 布臵分区内储能系统额定能量不宜超过 50MWh，相邻分区的间距不应小于 10m，而对于全 钒液流电池，征求意见稿并未作出相应的规定。表 2 列示了部分建成及在建全钒液流电池储 能电站和锂电池储能电站的占地面积情况，就这些项目而言全钒液流电池储能电站的单位占 地面积明显小于锂电池储能电站。因此，我们认为全钒液流电池的本征安全性可以使其采取 更为紧密的排布方式，从而部分弥补其在能量密度上的劣势，节省储能项目的土地占用。

2. 长寿命、低衰减

全钒液流电池循环次数明显优于锂离子电池，且生命周期内容量可完全恢复，生命周期内度 电容量可利用率高。一方面，全钒液流电池使用不同价态的钒离子作为电池的活性物质，反 应过程仅为钒离子的价态变化，不涉及液固相变，且克服了电解质交叉污染的问题；另一方 面，全钒液流电池的在充放电过程中电极材料不参与电化学反应，属于惰性电极，电极和双 极板等材料稳定性好，不涉及更换；此外，针对全钒液流电池因电解液在正负极之间的迁移 和副反应造成的钒离子价态失衡带来的容量衰减问题，一般可以通过低成本的物理和化学手 段进行恢复。因此，全钒液流电池理论上具备极长的循环寿命，而从早期项目的实证情况来 看，全钒液流电池长寿命的优点亦得到了充分验证。例如住友电工 2005-2007 年实施的 4MW/6MWh 全钒液流电池系统配合风场在三年间进行了 20 多万次的充放电，大连融科与国 电龙源合作投运的 5MW/10MWh 全钒液流电池系统从 2012 年 12 月并网至今已有 9 年多的日历使用时间，效率和容量均未见衰减。相较而言，目前磷酸铁锂电池的循环次数仅为 5000-10000 次，若考虑到储能系统中电芯一致性的问题，则系统层面的循环寿命往往更低， 同时锂离子电池的可用容量亦会随着循环次数的增加而明显下降。因此，我们认为从全生命 周期的角度来看，全钒液流电池具备一定的优势。

3. 灵活性

全钒液流电池功率单元与能量单元相互独立，可根据不同应用场景灵活设计。一套完整的全 钒液流电池储能系统主要由功率单元（电堆）、能量单元（电解液和电解液储罐）、电解液输 送单元（管路、泵阀、传感器等）、电池管理系统等部分组成，其中功率单元决定系统功率 的大小，而能量单元决定系统储能容量的大小，两者相互独立。因此，在系统设计层面，全 钒液流电池储能可实现功率和容量分开设计以及储能时长按需定制，电解液储罐既可独立外 臵，亦可与电堆共同集成至一体化的集装箱产品，整体的方案设计更为灵活。从成本的角度 来看，对于固定功率的全钒液流电池储能系统，储能时长越长则功率单元的单位投资成本越 低，进而整体系统的单位投资成本越低，因此全钒液流电池更适用于中长时储能场景。

4. 资源储量丰富且自主可控

钒是地球上广泛分布的微量元素之一，储量相对丰富。根据美国地质调查局（USGS）的统 计，目前全球钒储量（本段均以钒金属当量计）超过 6300 万吨，2021 年底可开发的资源储 量约为 2400 万吨，当年的全球产量则约为 11 万吨，其中 90%左右以钒合金的形式用于钢 铁行业。按当前的技术水平，1GWh 的全钒液流电池所需的钒金属用量不到 0.5 万吨，且钒 电解液可长期循环使用，因此整体来看我们认为全球的钒资源储量可充分支撑全钒液流电池 的大规模发展。

中国为钒生产与消费大国，钒资源自主可控。根据 USGS 的估算，2021 年底中国钒储量规 模约为 950 万吨（本段均以钒金属当量计），在全球储量中的占比约为 40%，而从产量来看， 2021 年中国钒产量达到 7.3 万吨，在全球产量中的占比接近 2/3，因此无论是从储量还是产 能的角度出发，我国对钒资源均有较强的掌控能力。相较而言，2021 年国内锂资源的全球 储量占比仅为 7%，产量占比不到 15%，锂电产业链对海外矿产资源的依赖较强。

5. 绿色环保、资源可循环利用

全钒液流电池在运行过程中不涉及污染与排放，且电解液可循环利用，是一种绿色环保的储能形式。全钒液流电池中钒元素以离子形式存在于酸性水系溶液中，而不是以钒的氧化物形 式存在（如五氧化二钒），有一定的腐蚀性但无毒性，且工作过程中封闭运行，对环境与人 体基本不会产生危害。此外，从全生命周期的角度来看，锂电池储能系统在寿命到期后各类 材料的回收处理难度较大，而全钒液流电池的钒电解液可在电池领域长期循环使用或进行钒 提取进入钢铁、合金等其他市场领域，电堆关键部件（如碳电极、双极板、离子交换膜等） 以及管路、阀泵等的处理也更为简单，无环境负担，所以无论是从回收成本角度还是污染排 放角度均优于锂电池。根据根特大学的研究，在钒电解液 50%回收的条件下，全钒液流电池 在陆地酸化、人体毒性、细颗粒物形成、矿产资源消耗、化石能源消耗等方面的环境影响几 乎全面低于锂离子电池。