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1、目 录第一章 钒电池定义及行业属性分析5第一节 钒电池定义5第二节 钒电池分类5第三节 钒电池用途7第四节 钒电池行业属性分析11第二章 钒电池的应用状况13第一节 钒电池工作原理13第二节 钒电池优劣势14第三节 钒电池产业链各环节分布15第四节 钒电池在国外的应用情况16第五节 钒电池在国内的应用情况20第三章 钒电池行业发展环境22第一节 中国的能源问题22第二节 中国的电池环保问题25第三节 中国钒电池上游配套产业发展状况29一、全球钒矿资源分布29二、中国钒矿资源分布30三、国内外金属钒供应状况及前景30四、国内外五氧化二钒供应状况及前景35第四节 国内外钒电池下游产业发展状况40一
2、、国内外风电产业发展状况及前景分析40二、国内外光电产业发展状况及前景分析53三、国内外电网产业发展状况及前景分析60四、国内外交通市场发展状况及前景分析63五、国内外通讯基站市场发展状况及前景分析64六、国内外UPS电源市场发展状况及前景分析71七、国内外分布电站市场发展状况及前景分析86第四章 国内外钒电池市场状况及发展前景93第一节 中国钒电池产业发展动态分析93一、陕西商洛借势做强现代材料产业93二、河北承德获得300亿元投资大单94三、陕西成为中国最大的优质沉积型钒生产基地95四、攀枝花超计划完成重大项目投资95五、万利通集团助推钒电池项目建设96六、首台完全国产化商业钒电池亮相97
3、第二节 钒电池生产技术和投入分析97一、钒电池的生产技术情况介绍97二、钒电池生产所需资金投入分析109三、钒电池生产所需设备投入分析111四、钒电池投资回报利润分析114第三节 钒电池生产成本分析115一、钒电池生产原料市场分析115二、钒电池生产硬性投入分析116第四节 2009-2011钒电池价格走势分析116一、钒原料2009-2011年价格分析116二、钒电池2009-2011年价格分析117第五节 全球钒电池市场状况及发展前景118一、全球钒电池应用发展历程118二、全球钒电池市场规模119三、全球钒电池下游行业发展前景119四、全球钒电池市场前景121第六节 中国钒电池市场状况及
4、发展前景123一、中国钒电池发展历史123二、中国钒电池市场规模123三、中国钒电池下游行业发展前景124四、中国钒电池市场前景126第五章 钒电池市场竞争分析129第一节 北京普能世纪科技有限公司129第二节 承德钒钛131第三节 攀钢钢钒136第四节 天兴仪表147第五节 银轮股份153第六节 万利通集团158第七节 北京金能燃料电池有限公司162第六章 钒电池行业投资机会及风险分析163第一节 钒电池投资优势分析163第二节 钒电池投资劣势分析165第三节 钒电池投资机会分析165第四节 钒电池投资风险分析170第七章 钒电池生产工艺技术研究单位介绍172第一节 国内钒电池技术研究机构介
5、绍172第二节 国外钒电池技术研究机构介绍176第三节 钒电池技术研究机构联系方式177第四节 钒电池生产企业名录及联系方式179图表目录图表 1 全钒液流储能电池工作原理图13图表 2 钒电池基本工作原理图13图表 3 中国钒矿矿产资源分布图30图表 4 2005-2008年我国钒产品进出口贸易情况34图表 5 世界主要钒制品厂家及生产能力36图表 6 2008-2020年世界风力发电市场发展39图表 7 2008-2020年中国风力发电市场发展40图表 8 2008年全球风电累计装机容量前10位国家49图表 9 2008及2007年全国部分省（市、区）风电装机情况对比49图表 10 199
6、3-1008年全国风电近年新增装机及年增长率50图表 11 1992-2008年全国风电装机及其占全国发电装机的比重51图表 12 2003-2008年全国风电机组的平均单机容量水平52图表 13 2008-2020年世界光伏发电市场发展59图表 14 2008-2020年中国光伏发电市场发展60图表 15 UPS电源系统分类与主要应用行业领域75图表 16 UPS电源系统与信息设备和工业动力设备的关系示意图76图表 17 UPS电源企业总体规模与销售额分布77图表 18 VRB-ESS系统原理结构106图表 19 钒电池投资收益115图表 20 2009-2011年我国钒矿价格走势分析117
7、图表 21 钒电池的基本工作原理示意图118图表 22 2008-2020年世界钒电池市场规模119图表 23 2009-2013年全球风电累计装机容量预测120图表 24 2009-2013年全球风电新增装机容量预测120图表 25 2010-2050年世界风电发展展望120图表 26 2008-2020年光伏发电市场需求前景121图表 27 2008-2020年风力发电市场需求前景122图表 28 2008-2020年中国钒电池市场规模123图表 29 内外国重因素推动了风电产业的持续高速发展124图表 30 2008-2013年中国风力及新能源发电行业产值预测125图表 31 2008-
8、2020年光伏发电市场需求前景预测126图表 32 2008-2020年风力发电市场需求前景预测127图表 33 2008-2020年储能调峰市场需求前景预测128图表 34 2005-2009年承德钒钛主营收入及营业利润统计132图表 35 2005-2009年承德钒钛净利润及每股收益统计132图表 36 2005-2009年承德钒钛股东权益及未分配利润统计132图表 37 2005-2009年承德钒钛总资产及负债统计133图表 38 2008-2009年3季度承德新新钒钛股份有限公司利润分配表133图表 39 2008-2009年3季度承德新新钒钛股份有限公司资产负债表133图表 40 2
9、008-2009年3季度承德新新钒钛股份有限公司偿债能力分析133图表 41 2008-2009年3季度承德新新钒钛股份有限公司经营效率分析134图表 42 2008-2009年3季度承德新新钒钛股份有限公司盈利能力分析134图表 43 2008-2009年3季度承德新新钒钛股份有限公司成长能力分析134图表 44 2008-2009年3季度承德新新钒钛股份有限公司财务结构分析134图表 45 2008-2009年3季度承德新新钒钛股份有限公司现金流量比率135图表 46 2008-2009年3季度承德新新钒钛股份有限公司现金流量表 单位：元135图表 47 攀钢钢钒组织结构图139图表 48
10、 攀钢钢钒产品销售网络图139图表 49 攀钢钢钒技术优势139图表 50 攀钢钢钒市场优势141图表 51 2005-2009年攀钢钢钒主营收入及营业利润财务数据统计142图表 52 2005-2009年攀钢钢钒净利润及每股收益财务数据统计142图表 53 2005-2009年攀钢钢股东权益及未分配利润财务数据统计142图表 54 2005年-2009年总资产及负债财务数据统计142图表 55 2008-2009年3季度攀钢集团攀枝花钢钒有限公司利润分配表143图表 56 2008-2009年3季度攀钢集团攀枝花钢钒有限公司资产负债表143图表 57 2008-2009年3季度攀钢集团攀枝花
11、钢钒有限公司偿债能力分析143图表 58 2008-2009年3季度攀钢集团攀枝花钢钒有限公司经营效率分析143图表 59 2008-2009年3季度攀钢集团攀枝花钢钒有限公司盈利能力分析144图表 60 2008-2009年3季度攀钢集团攀枝花钢钒有限公司成长能力分析144图表 61 2008-2009年3季度攀钢集团攀枝花钢钒有限公司财务结构分析144图表 62 2008-2009年3季度攀钢集团攀枝花钢钒有限公司现金流量比率145图表 63 2008-2009年3季度攀钢集团攀枝花钢钒有限公司现金流量表145图表 64 天兴仪表组织结构图148图表 65 2005-2009年天兴仪表主营
12、收入及营业利润财务数据统计148图表 66 2005-2009年天兴仪表净利润及每股收益财务数据统计149图表 67 2005-2009年天兴仪表股东权益及未分配利润财务数据统计149图表 68 2005-2009年天兴仪表总资产及负债财务数据统计149图表 69 2008-2009年3季度成都天兴仪表股份有限公司利润分配表150图表 70 2008-2009年3季度成都天兴仪表股份有限公司资产负债表150图表 71 2008-2009年3季度成都天兴仪表股份有限公司偿债能力分析150图表 72 2008-2009年3季度成都天兴仪表股份有限公司经营效率分析150图表 73 2008-2009
13、年3季度成都天兴仪表股份有限公司盈利能力分析151图表 74 2008-2009年3季度成都天兴仪表股份有限公司成长能力分析151图表 75 2008-2009年3季度成都天兴仪表股份有限公司财务结构分析151图表 76 2008-2009年3季度成都天兴仪表股份有限公司现金流量比率151图表 77 2008-2009年3季度成都天兴仪表股份有限公司现金流量表 单位：元152图表 78 2005-2009年银轮股份主营收入及营业利润财务数据统计154图表 79 2005-2009年银轮股份净利润及每股收益财务数据统计154图表 80 2005-2009年银轮股份股东权益及未分配利润财务数据统计
14、155图表 81 2005-2009年银轮股份总资产及负债财务数据统计155图表 82 2008-2009年3季度银轮股份利润分配表155图表 83 2008-2009年3季度银轮股份资产负债表156图表 84 2008-2009年3季度银轮股份偿债能力分析156图表 85 2008-2009年3季度银轮股份经营效率分析156图表 86 2008-2009年3季度银轮股份盈利能力分析156图表 87 2008-2009年3季度银轮股份成长能力分析157图表 88 2008-2009年3季度银轮股份财务结构分析157图表 89 2008-2009年3季度银轮股份现金流量比率157图表 90 20
15、08-2009年3季度银轮股份现金流量表 单位：元157图表 91 主要钒电池生产企业179第一章 钒电池定义及行业属性分析第一节 钒电池定义钒电池全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery，缩写为VRB)，是一种基于金属钒元素的氧化还原可再生燃料电池储能系统钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。这个可
16、逆的反应过程使钒电池顺利完成充电、放电和再充电。(1)能量以电解液的形式储存，增加储液罐的体积或者提高溶液的浓度均可增加电池容量；(2)电堆与活性物质相分离，功率密度和容量密度关系不大且活性物质可长期使用；(3)充、放电过程不包括复杂的固相反应，不存在一般电池体系中经常发生的活性物质脱落和短路现象；(4)深充放电对电池寿命影响不大；(5)电池组中的各个单位电池状态基本一致，维护简单方便；(6)可以通过更换电解液达到迅速充电的目的，类似于汽车加油。它可被广泛应用于太阳能、风能发电装置配套储能设备，电动汽车供电，亦可用于应急电源系统，电站储能调峰及电动汽车用电源。所以钒电池具有其它电池所无法比拟的
17、优越性，是未来电池发展的重要方向，其推广使用将使钒产品的需求上升三倍左右，潜力极其巨大。 第二节 钒电池分类钒电池的电流电压可以根据用户需求任意调节，电池功率通过对电堆的串并联可以从几瓦到几十兆瓦，电池通过增加电解液的容量，放电时间可以增加到几天，甚至几个月，从而可以满足军用、海岛等特殊领域的要求。钒电池系统组件控制系统钒电池能量存储系统（VRB-ESS）由可编程逻辑控制器（PLC）和人机界面（HMI）进行控制。PLC系统的关键功能之一是控制VRB-ESS的充电时间和速率。例如：PLC可以接收用电价格的真实时间数据，并且根据允许的最大用电需求、充电状态以及用电高峰/非高峰时的价格对比，决定怎样
18、快速地给电池系统重新充电。这个决策是动态的而且能够根据具体情况优化。通过标准化的通信输入、控制信号和电力供应，它与系统其余部分集成在一起。它可以通过拨号或因特网进行访问。它有多重防卫层以限制对它的不同功能的访问，并且为远程监控提供定制的报告和报警功能。电力转换系统（PCS）电力转换系统的功能是对电池进行充电和放电，并且为本地电网提供改善的供电质量、电压支持和频率控制。它有一个能进行复杂而快速地动作、多象限、动态的控制器（DSP），带有专用控制算法，能够在设备的整个范围内转换输出，即循环地从全功率吸收到全功率输出。对无功功率以及有功与无功功率的任意需求组合，它都能正常工作。钒电解液和储液罐在氧化
19、还原流体电池里，能量是通过称为电解液的工作流体化学变化进行储存的，流体内所包含的可溶性物质可以通过电化学氧化或还原来储存能量。VRB-ESS里的电解液是由硫酸和乳化的钒粒子组成。储液罐用于存放正负极电解液。典型钒电池储液罐是一种双层、独立支撑、玻璃纤维形式的罐子，内部有PVC衬套。它们容易运输和现场安装。每个储液罐都提供辅助性保护壳，目的是为电解液泄漏的管理并实现“最符合实际”的设计。电池电堆电堆是一种独立的密封装置，它由若干单电池组成，每个单电池包含两个由质子交换膜隔开的半电池。在半电池中，电化学反应发生在惰性碳毡、聚合物复合材料与电极板上，从而产生电流用于电池的充放电。总体设计VRB-ES
20、S安装总体设计由诸多PVC管路组成，这些PVC管路将储液罐、电池电堆和泵连接起来，使电解液在系统中循环流动。如有需要，使用HVAC器件确保电气设备不暴露在极端的空气温度下，并使用热交换器来维持电解液的运行温度。在寒冷的气候下，不需要热交换器。第三节 钒电池用途钒电池是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一（它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质），它具有特殊的电池结构，可深度大电流密度放电；充电迅速；比能量高；价格低廉；应用领域十分广阔：如可作为大厦、机场、程控交换站备用电源；可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置；为潜艇、远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等。钒电池成本与铅酸电池相近，它
21、还可制备兆瓦级电池组，大功率长时间提供电能，因此钒电池在大规模储能领域具有锂离子电池、镍氢电池不可比拟的性价比优势。钒电池生产工艺简单，价格经济，电性能优异，与制造复杂、价格昂贵的燃料电池相比，无论是在大规模储能还是电动汽车动力电源的应用前景方面，都更具竞争实力。钒电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。早在60年代，就有铁铬体系的氧化还原电池问世，但是钒系的氧化还原电池是在1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kacos提出，经过十多年的研发，钒电池技术已经趋近成熟。在日本，用于电站调峰和风力储能的固定型（相对于电动车用而言）钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入实
22、用，并全力推进其商业化进程。前期工作：我单位从1995年率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了20W、100W、500W的钒电池样机，在钒电池的关键技术上有所突破，填补了国内空白。成功开发了四价钒溶液制备、导电塑料成型及批量生产、中型电池组装配和调试等技术。1998年，500w的钒电池样机用于电瓶车的驱动。现已研制出800W的产品样机。主要参数如下：单体数：10个电极面积：784cm2；单体电池厚度：13mm；电解液浓度：1.5M VOSO42M H2SO4；电解液量：10L；理论容量：200Ah；最大充电电流：80A（电流密度102mA/cm2）；充电电压（50充电状态）：40A充电电压
23、为15.0V，80A充电电压为16.5V；充电容量：40Ah；最大放电电流：80A（电流密度102mA/cm2）；放电电压（50放电状态）：40A放电电压为11.5V，80A放电电压为10V；放电容量：30Ah；充放电利用率：80；电堆最大功率：800W。钒电池（VRB）是一种可以流动的电池，目前正在逐步进入商用化阶段。VRB作为一种化学的能源存储技术，和传统的铅酸电池、镍镉电池相比，它在设计上有许多独特之处，性能上也适用于多种工业场合，比如可以替代油机、备用电源等。利用VRB技术设计制造的VESS系统（VanadiumEnergy StorageSystem，即钒能源存储系统），其设计和操作
24、特性在VRB的基础之上被优化，而且集成了许多自动化的智能控制和用于管理操作的电子装置。简单地说，钒电池将存储在电解波中的能量转换为电能，这是通过两个不同类型的、被一层隔膜隔开的钒离子之间交换电子来实现的。电解液是由硫酸和钒混合而成的，酸性和传统的铅酸电池一样。由于这个电化学反应是可逆的，所以VRB电池既可以充电，也可以放电。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。VRB电池由两个电解液地和一层层的电池单元组成。电解液地用于盛两种不同的电解液。每个电池单元由两个“半单元”组成，中间夹着隔膜和用于收集电流的电极。两个不同的“半单元”中盛放着不同离子形态的钒的电解液。每个电解液池配
25、有一个泵，用于在封闭的管道中为每一个“半单元”输送电解液。当带电的电解液在一层层的电池单元中流动时，电子就流动到外部电路，这就是放电过程。当从外部将电子输送到电池内部时，相反的过程就发生了，这就是给电池单元中的电解液充电，然后再由泵输送回电解液池。在VRB中，电解液在多个电池单元间流动，电压是各单元电压串联形成的。标称电压是1.2V。电流密度由电池单元内电流收集极的表面积决定，但是电流的供应取决于电解液在电池单元间的流动，而不是电池层本身。VRB电池技术的一个最重要的特点是：峰值功率取决于电池层总的表面积，而电池的电量则取决于电解液的多少。在传统的铅酸和镍福电池中，电极和电解液被放置到一块，功
26、率和能量强烈地依赖于极板面积和电解液的容量。但VRB电池不是这样，它的电极和电解液不一定必须放到一块，这就意味着能量的存放可以不受电池外壳的限制。从电力上来讲，不同等级的能量可以为电池层中不同的电池单元或单元组中通过提供足够的电解液来得到。给电池层充电和放电不一定需要相同的电压。例如，VRB电池可以用串联电池层的电压放电，而充电则可以在电池层的另一部分用不同的电压进行。VRB电池用于通信，其优点明显：（1）能量循环效率高；（2）深度放电后寿不会受影响；（3）不会由于电解液的腐蚀而使化学特性受到影响；（4）电解液可以无限期使用（没有处理的问题）；（5）循环寿是无限的（仅受隔膜的限制）；（6）能量
27、的存储量可以精确地测量出来；（7）在使用中对环境的影响很小。这些特性为在各种各样的通信应用中发展直流能源存储系统提供了保障。VESS是把VRB集成起来的、一个实用的能源存储系统。该系统中采用的专家控制技术，可以使操作管理、容量管理、日常维护、纠错处理、系统状态监视和外部通信自动化。 VESS放弃了在传统的备用能源中常用的如充电、放电、线电压等概念，而以能量存储和转移的概念来代替。 VESS在通信中应用的一个主要特征：VESS可以对现有的通信动力基础设施做出更有利的使用，而且可以考虑在新的无污染的通信应用中引入能源存储的基础设施。作为一个单一的能源存储组件， VESS只需安装一次就可以多种不同的
28、电压提供动力。相对于传统的串联型的铅酸或镍镉电池，这种优越性是显着的。从存储的观点看，这是因为：（1）所有存储起来的能量都在电解波中；（2）可以输出的动力取决于电极（层）的尺寸；（3）系统能量的密度可以从物理上和系统存储的能量隔离开来；（4）存储起来的能量很稳定。从系统运行的观点看，这是因为：（1）每一个单元都具有相同的带电状态；（2）系统可以同时充电和放电；（3）充电速度比铅酸电池快；（4）运行时可以有一种或多种电输入，而且可以输出多种电压值；（5）有自动功能，可以自动整流和自动保护。从系统维护的观点，这是因为：（1）可以通过添加电解液来增加系统的独立运行的时间；（2）系统的能量存储可以在任
29、何时间增加，费用只有铅酸电池的20；（3）寿长，510年后只需更换部分零部件；（4）维护量很少。和许多传统的、二次电池技术相比，VRB在成本上很有竞争性，而且以前认为采用铅酸电池技术会很贵或不可能实现的一些应用，现在用VESS就可以很容易实现。因此对于现在的直流电源系统，VESS是一种很理想的替代品。VESS电池的容量只需用油量表就可以知道，并且能量存储的成本很低，所以它在通信应用中的前景是很诱人的。另外，VESS的能量存储轻便，并且存储和使用相互独立，所以可以用在通信应用的特定场合。替代油机。通信动力系统中通常都使用柴油发电机，以便在停电时提供长时间的动力。当油机启动和预热时，通常需要一个电
30、池来提供短时间的动力。在通信站还经常使用UPS来提供交流不间断和直流不间断电源，两者都需要一个单独的电池。一些小站口使用一个电池供应不间断的直流电源，不间断交流电源则通过逆变需得到。备用系统的油机在动力系统的投资中占了很大一部分，而且需要持续不断的机械维护以保证其可靠性。在实际应用中，油机的利用率很低，因此其单位时间的使用成本是比较高的。而基于VESS的新系统则有潜力替代动力系统中的油机，为UPS和高可靠性的直流电源提供总的、多功能的能量存储解决方案。替代太阳能电池。一些通信管理部门维护着巨大的、地理分布很广的太阳能电池供电的通信网络。太阳能供电系统的能量存储零件通常是铅酸电池，这需要的维护量
31、很大。VE SS有潜力替代太阳能电池，减少成本，提高生产率。在典型的通信应用中，和铅酸电池相比，VESS有许多优点；（1）自动控制功能提供了自动保护、自动整流和系统控制界面；（2）内部控制单元可以控制其它的系统部件；（3）能量的存储量可以很精确地直接读出；（4）寿长，使用5年左右的时间后，只需更换部分零部件；（5）能量的存储量可以在任何时间添加，成本只有铅酸电池的20，约为200 美元/kWh。第四节 钒电池行业属性分析钒电池是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一（它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质），它具有特殊的电池结构，可深度大电流密度放电；充电迅速；比能量高；价格低廉；在大规模
32、储能领域具有锂离子电池、镍氢电池不可比拟的性价比优势。与制造复杂、价格昂贵的燃料电池相比，无论是在大规模储能还是电动汽车动力电源的应用前景方面，钒电池都更具竞争实力，可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置，为混合动力汽车提供电力等。随着钒电池技术的迅猛发展，钒电池必将为人类带来一场前所未有、意义重大深远的新能源产业革命！风力发电目前风力发电机需要配备功率大约相当于其功率1的铅酸电池用于紧急情况时风机保护收风叶用，另外每一台风机还需要配备功率大约相当于其功率4的后备蓄电池。由于电网已成为风电发展的瓶颈，随着风电的爆炸式发展，风电与电网的矛盾将越来越突出，为了减少对电网的冲击，大幅度提高风电场电
33、力的使用率同时赚取巨额的电网峰谷差价，风电场将需要配备功率相当于其功率1050的动态储能蓄电池。对于风机离网发电，则需要更大比例的动态储能蓄电池。由于风机现在使用的铅酸电池存在容量小、寿命短、稳定性差、维护费时费力、污染大等严重缺陷，风机制造厂家一直在寻找更好的可以替代铅酸电池的产品，相信拥有众多杰出优点的钒电池完全可以取代现有的铅酸电池，进而构建风电场的动态能源储存系统，大幅度提高风电场的效率和效益，推动风电产业更好更快地发展。光伏发电 据权威机构统计，近几年全球光伏组件的年均增长率高达30，光伏产业成为全球发展最快的新兴行业之一。特别是2008年，全球光伏发电装机总量达到3吉瓦。顾名思义，
34、光伏发电需要太阳光，一旦到了晚上和阴雨天就发不了电，因而需要蓄电池为其储存电力，由于铅酸电池功率、容量、寿命均非常有限，相信集众多杰出优点于一身的钒电池将作为光伏发电储能电池的首选。 交通市政随着世界城市化进程的不断加快和汽车保有量的持续增加，汽车尾气污染已经成为城市空气污染的头号污染源。大力发展节能、环保的电动汽车替代传统燃油汽车，已成为了人们的共识。随着钒电池技术的快速发展，可以预期，拥有众多杰出优点的钒电池将在电动汽车（特别是城市公交客车）、电动机车、电动自行车、电动船舶、交通信号、风光互补路灯等广阔领域发挥重要作用。通讯基站通信基站和通信机房需要蓄电池作为后备电源，且时间通常不能少于1
35、0小时。对通讯运营商来讲，安全稳定可靠性和使用寿命是最重要的，在这一领域，钒电池有着铅酸电池无法比拟的先天优势。UPS电源国内UPS市场出现了持续增长的态势，主要原因是中国经济的持续高速发展带来的UPS用户需求分散化，使得更多的行业和更多的企业对UPS产生了持续的需求。未来几年，UPS产品发展的方向是更高的可用性、安全性以及功能的集成化、智能化和人性化。目前中国的UPS市场强烈需求功率大、安全、稳定可靠的蓄电池，钒电池在这一领域，相对于铅酸电池无论在功率、安全稳定性、还是使用寿命上都有着绝对优势。军用蓄电钒电池还可以在军事基地、指挥中心等军事部门的军用蓄电中发挥重要作用。第二章 钒电池的应用状
36、况第一节 钒电池工作原理全钒液流储能电池，是可以作为大容量储能电站的电池，其工作原理如下：全钒液流电池是将具有不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中。在对电池进行充、放电实验时，电解液通过泵的作用，由外部贮液罐分别循环流经电池的正极室和负极室，并在电极表面发生氧化和还原反应，实现对电池的充放电。其工作原理图如下图所示。图表 1 全钒液流储能电池工作原理图图表 2 钒电池基本工作原理图钒电池的特性：系统使用寿命长。钒电池充放电次数超过100,000次，使用寿命达到10年以上。系统效率高。钒电池系统循环效率可达65-80%。支持频繁充放电。钒电池支持频繁大电
37、流充放电，每天可实现充放电数百次，而不会造成电池容量下降。支持过充过放。钒电池系统支持深度充放电（DOD 80%），深度放电而不损坏电池。充放电速度比为1.5:1。钒电池系统能够实现快速充放电，满足负载需要。自放电率低。钒电池正负极电解液中的活性物质分别储存在不同的储罐中，在系统关闭模式，储罐中的电解液无自放电现象。启动速度快。钒电池系统运行过程中充放电切换时间小于1毫秒。电池系统设计灵活。钒电池系统的功率与容量可以独立设计，按照客户需求配置，并实现快速升级。维护成本低。钒电池系统实现全自动操作，操作成本低，维护周期长，维护简单。环保无污染。钒电池系统在常温下封闭运行，符合环保要求，可以完全回
38、收，无处置问题。第二节 钒电池优劣势钒电池优点：(1)功率大：通过增加单片电池的数量和电极面积，即可增加钒电池的功率，目前美国利用日本住友电工和加拿大VRB Power Systems的技术建立的商业化示范运行的钒电池的功率已达6MW。(2)容量大：通过任意增加电解液的体积，即可任意增加钒电池的电量，可达GWh以上；通过提高电解液的浓度（目前1.52M,将来可达56M），即可成倍增加钒电池的电量。(3)效率高：由于钒电池的电极催化活性高，且正、负极活性物质分别存储在正、负极电解液储槽中，避免了正、负极活性物质的自放电消耗，钒电池的充放电能量转换效率高达75%以上，远高于铅酸蓄电池的45%。(4
39、)寿命长：由于全钒液流电池正、负极活性物质均为钒，只是价态不同，这样保证了充放电时无其它电池常有的物相变化。正、负极活性物质分别存储在正、负极电解液储槽中，避免了正、负极活性物质通过离子交换膜扩散造成的元素交叉污染及自放电消耗，可深度放电而不损伤电池，电池使用寿命长。目前加拿大VRB Power Systems商业化示范运行时间最长的钒电池模块已正常运行超过8年，充放循环寿命超过16000次，远远高于固定型铅酸蓄电池的1000次（GB 13337.191）。(5)响应速度快：钒电池堆里充满电解液可在瞬间启动，在运行过程中充放电状态切换只需要0.02s，响应速度1ms（VRB Power Sys
40、tems）。(6)可瞬间充电：通过更换电解液可实现钒电池瞬间充电。(7)安全性高：钒电池无潜在的爆炸或着火危险，即使将正、负极电解液混合也无危险。(8)成本低：除离子膜外，钒电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料，材料来源丰富，易回收，不需要贵金属作电极催化剂，成本低。(9)钒电池选址自由度大，可全自动封闭运行，无污染，维护简单，运营成本低。钒电池缺点：(1)体积较大。(2)能量密度低。这意味着储同样的能量，需要10倍甚至数十倍体积或是重量于锂电池；意味着为一个百兆瓦级的风电场配套的钒电池可能需要挖空一座山来提供原料。(3)钒电池造价昂贵。第三节 钒电池产业链各环节分布钒电池和铅酸电池的效用相近，
41、相比之下，它的使用寿命较长，无污染。钒电池产业链的最核心部分是钒矿资源。我国的钒资源非常丰富，尤其是我国的独特钒矿石煤的储量相当大，但由于其品位低，开发利用难度大。我国钒矿主要分布在四川、湖南、安徽、广西、湖北、甘肃；钒钛磁铁矿主要布于四川攀枝花-西昌地区；黑色页岩型钒矿主要分布于湘、鄂、皖、赣一带。钒电池储能技术可广泛应用于可再生能源发电、海岛独立供电、城市电网储能和电力削峰填谷等领域。钒电池在支持再生能源发电、使用绿色能源上具有独特意义。由于太阳能和风力发电常因自然天气等因素，无法保证持续平稳供电，而能够大容量、长时间储能、支持频繁大电流充放电的钒电池可先行储能，再进行持续平衡供电。因此，
42、市场前景非常广阔。第四节 钒电池在国外的应用情况全钒液流储能系统因其所具有的无污染、长寿命、高能量效率和维护简单等优点，在太阳能、风能储存和并网，以及电网调峰、偏远地区供电系统、不间断电源等领域具有巨大的应用前景。与其它储能技术相比，全钒氧化还原液流储能系统具有低成本、高效率、可深度放电能力、清洁和高效等独特的优势。目前，它已成为最具有应用前景的储能技术之一。钒的变价较多，因此钒的化合物也种类繁多，而且钒的价格较低，研究表明，全钒氧化还原电池在稳定性、储能效率、成本、充放电性能等方面与一般的电池相比具有明显的开发前景。西方发达国家大容量储能系统发展情况：近年来，世界各国特别是美国、日本、欧盟各
43、国分布式能源的研究和应用均得到了快速的发展。据国际分布式能源联盟（WADE）统计，截止2004年底，世界部分国家的分布式发电占各国发电的比例为：德国18%，日本15.9%，加拿大11%，英国6.4%，美国4.1%，法国4.9%。美国是最早发展分布式发电的国家之一，目前美国已有6000多座分布式能源站，分布式发电的市场已达10多亿美元。美国在2001年颁布了IEEE_P1547/D08 “关于分布式电源与电力系统互联的标准草案”，并通过了有关的法令让分布式发电系统并网运行和向电网售电，据美国分布式电力联盟(DPCA)的研究估计，未来20年中分布式能源将占未来新增发电容量的20%，总量为几十GW，
44、美国的电力研究院(EPRI)估计，2010年分布式能源的市场可达2.5-5GW/年，美国能源部也制订了相应的发展目标。但分布式发电技术在使用过程中同样存在一定的问题，包括：发电设备安装地点的最优化选择，发电控制系统的复杂性，与电网并联的技术性问题等。而电力储能系统（distributed energy storage system (DESS)）与分布式发电技术配合使用将能够有效解决上述问题，有助于电网整体控制，根据区域用户的要求提供更加灵活有效的供电服务。美国加利福尼亚州已经建有发电能力超过2000兆瓦的分布式发电设备，而当地政府还在计划每年增加400兆瓦的分布式发电项目。加州公共事业委员会
45、（California Public Utilities Commission (CPUC)）将分布式电力与存储技术作为智能电网的重要组成部分，目前启动SGIP计划（self-generation incentive program）向分布式发电技术提供财政支持。近期，CPUC将先进储能系统（Advanced Energy Storage (AES) Systems）纳入SGIP计划，对配合风力发电和燃料电池等符合条件的SGIP技术应用的储能系统给予$2/W的财政补贴，用以支持分布式电力与储能技术的大规模应用与推广。典型应用案例：钒电池储能系统已在美国、日本和澳大利亚等多个国家得到应用验证，钒
46、电池技术基本成熟，进入大规模产业化阶段。澳大利亚Kinglsland项目：该项目为2.5MW风力发电机配以200KW-800KWh钒电池系统，用以平缓风能发电机的短时间输出功率变化，并实施“负载转移”以保证最优化的风电与柴油机的结合性能，进而取代柴油发电机保证对岛上用户的用电供应。日本北海道札幌风电项目：该项目为32MW的风电场配以4MW钒电池系统，用以消除风力发电的功率波动性，提高风力发电机的使用效率，减少向电网供电的冲击。美国犹他州Castle Valley项目：该项目在电力线末端配置250KW2MWh钒电池储能系统，用以满足美国犹他州中南部偏远地区用电高峰时的电力需求，起到削峰填谷和平衡负荷的作用。肯尼亚偏远基站项目：该项目为肯尼亚偏远通信基站配备5KW-20KWh钒电池配合风力发电系统为基站供电，以取代柴油发电机与铅酸电池，降低维护与运营成本。国外钒电池技术研究的新进展钒电池（VRB，VanadiumRedoxFlowBattery）是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的高效可逆燃料电池，具有功率大、容量大、效率高、成本低、寿命长、绿色环保等一系列独特优点，在风力发电、光伏发电、电网调峰、分布电站、军用蓄电、交通市政、通讯基站、UPS电源等广阔领域有着极其良好的应用前景，在日本、加拿大、美国、澳大利亚、西欧等国家
