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记者|周琦 编辑|江昱玢
“锂电池是家里能考清华的孩子,会在外面惹祸;钒电池成绩平平,单听话懂事,就比较放心。”
大力电工董事长接受《21CBR》记者采访时表示,打了个生动的比喻。
储能赛道大火,安全渐成痛点。
2011-2021年,全球共发生32起储能电站起火爆炸事故,其中30起为锂电池储能电站引起;2022年,国家明令禁止三元锂电与钠硫电池用于大型电化学储能电站。
钒电池走到台前,企业加速布局,湖北襄阳的大力电工是其中一家。
“未来五年内,钒电池业务会被剥离出来,单独上市。”高文广说。
储能赛道
建造大型的化学电池储电站,考虑的首要因素从能量密度、成本,变成了安全。
储能电站的安全隐患,来自电池“热管理”环节,使用钒电池的优势有三。
首先,钒电池电解液为不可燃烧的水系体系,本质安全,在电化学反应过程中,电解液与电堆外置,克服了固体储能锂电池原有的热失控、循环寿命差等短板。
钒电池效率超70%,与锂电池效率相差10个百分点左右,胜在“安全”二字。
且钒电池性能吻合大规模储能场景,尤其是规模化长时储能,优势明显。
与锂电池不同,钒电池容量与功率是分开的,根据需要灵活配置,通过改变原有电解液体积和浓度,扩大储能容量,通过增加电堆功率,扩大功率单元。
最后,上游关键原材料钒供给充足。
中国为钒生产与消费大国,钒资源自主可控。
据USGS估算,2021年,中国钒储量规模约为950万吨,全球储量占比约为40%;中国钒产量达7.3万吨,在全球产量中的占比接近三分之二。
相较而言,锂电产业链对海外矿产资源的依赖较强。同期国内锂资源的全球储量占比仅7%,产量占比不到15%。
高文广告诉记者,大力电工在钒电池领域的综合排名处于全球前五,优势在于攻克钒电池电堆、电解液、电控等方面的技术难点。
电堆里的电极、双极板、膜是核心材料,均已实现国产化。以每平方的膜为例,美国5000元左右,日本约3000元,中国则为1000元。
关键是怎么通过技术改进,使国内材料达到电堆理想效率。
“我们做过液体电阻起动器,把软起动技术嫁接到钒电池上。”高文广表示,大力目前定型的电堆单堆35kW,有成本优势。
(大力软起动装备)
2012年,高文广“收编”了一支中南大学培养的科研团队,进行钒电池关键技术开发。其批量化电解液技术制备技术,生产耗能低、价态控制准确、生产流程短,产品出口至韩国、美国、印度、新加坡等地。
“研发团队稳定,钒电池在国家双碳提出之前,市场关注度低,公司给予研发人员宽松环境搞研究;每年技术都在进步,看着成本下去、效果上来,他们也特别有成就感。”高文广表示。
艰苦闯关
高文广敢于冒险、积极求变。
1993年,大力电工以研发、生产软起动起家,辅助大型电机慢慢启动,能保护电网、机械设备,延长使用寿命。
“一直做软起动,到天花板也就10个亿。”15年后,高文广寻找新的发展机遇。
软起动和电打交道,大力常和燃煤发电厂开会,客户也有做液流电池的,储能刚好又是热门赛道。
2008年,大力入局钒电池。这条路并没有想象中那样好走。
高文广原先的计划是,花2-3年研发产品,就能上市销售。“以为和软起动差不多,没想到是一次长线投资。”
第一关是技术。钒电池牵涉专业多,除了电本身,还与化学、材料等学科挂钩,需要复合型人才。
第二关是资金。“(研发钒电池项目)每年约投500万,多则过1000万,差不多现金就投了近1.5个亿。”
最难的还是市场。
“2012年,我们钒电池第一代产品做出来,当时燃煤、水力发电不需要储能,钒电池根本没有市场。”高文广表示。
钒电池成本下降、效率提高,需要大笔资金源源不断的持续投入。
“这项目只花钱不赚钱。除了投资者的钱,也会把软起动营收的钱搭进去。”他回忆道,“2017年压力特别大,投资人、老股东都在劝我放弃,但我始终不甘心,因为方向没问题,然后又不忍心花了这么多钱。”
压力下,大力推出成本更低、效果更好的第二代钒电池产品。只有新加坡国立大学、淡马锡理工学院等科研院所花几十万买一台做研究,没有真正实现商业化。
2018年,高文广一咬牙,决定停止市场开发,在工厂里继续测试研发,打磨产品。
“没有市场,就继续更新产品。”高文广不服输,“我是属牛的,性格比较犟,认定的事情一定要完成。”
功夫不负有心人。2022年年底,大力正式交付了第一个商业化订单。“订单额很小,100来万,但这是我们第一个真正商用的订单。”高文广认为意义重大。
同样是2022年底,大力与华润电力共同投资109亿元的风电钒液流电池产业园正式开工。
该项目计划于2026年全部建成,每年可提供清洁能源发电约220000万kW•h,可减少58.8万吨标煤燃烧。
静待花开
钒电池的初始成本高,约是锂电池的2倍,主要原因是电解液的关键原料钒的价格贵,几乎占整个电池系统50%(4h配置)左右的成本,这也成为制约其发展的一大痛点。
高文广表示,大力未来会持续降低电池制造成本。在钒矿资源采购上,大力与攀钢、川威等国内钒资源优势厂家有合作;
同步与南非、澳大利亚、巴西等钒资源优势国家对接,已和两家钒资源企业签订长供协议,满足年1万吨钒稳定供给,价格不受市场波动影响。
钒电池一次性安装成本高于锂电,但前者的全周期成本远低于后者。
高文广算了一笔账:锂电池寿命平均6-8年,钒电池可到25年甚至更久,锂电池一次性安装成本在1600元/kWh左右,目前1kW容量4小时的钒电池成本为3000元/kWh左右。
随着容量扩充,钒电池的成本会持续下降,容量6小时的钒电池成本2500元/kWh左右。
在25年的全生命周期中,锂电池要换2-3块,钒电池一块就能搞定,且25年后,电解液还可以直接重复使用,锂电池只能额外花钱拆解回收。
(钒电池电解液)
当前,海内外液流电池渗透率仅为1%左右,想象空间较大。据国海化工测算,2026年钒电池新增装机规模将达4.93GW,累计规模达10.24GW。
高文广表示,新能源发电侧,如西北、华北等拥有丰富风光资源的地方会成为主战场,大力已在酒泉注册公司,提前布局。
大力钒电池项目的商业模式很简单——就是卖产品,帮助客户建储能电站赚钱。
(1MWh储能单元)
他充满信心,“软起动一年收入只能做几亿,钒电池一个大项目则能做到几十亿,在我的规划中,未来钒电池会占到大力总营收的90%以上。”
同赛道玩家大连融科、北京普能、四川伟力得等都已拥有“产业化示范工程”。其中,大连融科200MW/4h,2022年10月正式并网,投入运行。
大力在湖北枣阳的100MW/4h储能电站示范工程与年产2GWh的电解液生产线项目,已于去年年底逐步推进,高文广计划2024年年底完成。
据天眼查显示,2022年,大力枣阳新能源开发有限公司成立,注册资本2.3亿。
“我们在制造业做了30年,客户包括石化、石油、宝钢、武钢等大型企业。拥有一整套产品的质量管理体系、工艺管理工艺水平等,时间得到有效控制。”高文广的底气来源于此。
钒电池是一条“难而正确”的路,在高文广的带领下,大力正不留余力狂奔。
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