Несмотря на это, объем установок для стационарных систем хранения энергии остается минимальным по сравнению с литий-ионными батареями, а экономические барьеры сдерживают рост их рынка. Однако, как указывается в отчете IDTechEx «Рынок проточных редокс-батарей 2024-2034: прогнозы, технологии, рынки», сочетание факторов, включая развитие рынков ванадия, разработку более дешевых химических составов для проточных редокс-батарей и будущий спрос на технологии хранения энергии с длительным сроком службы (LDES), может увеличить проникновение проточных редокс-батарей на рынок стационарных систем хранения энергии в ближайшие годы. Эти события будут способствовать росту рынка ванадиевых проточных редокс-батарей, и IDTechEx прогнозирует, что к 2034 году этот рынок будет оцениваться в 2,8 миллиарда долларов.

Экономические барьеры для VRFB

Ванадиевые проточные батареи (VRFB) страдают от высоких первоначальных затрат из-за используемого ванадиевого электролита и мембран. Ванадийный электролит составляет от 30 до 50% от стоимости единицы VRFB и зависит от общего размера системы и требуемой продолжительности хранения. В VRFB обычно используются дорогостоящие катионообменные мембраны, такие как Nafion™ от компании The Chemours Company. Значительное снижение стоимости мембран маловероятно, поскольку более дешевые версии могут негативно повлиять на производительность VRFB. Это может включать снижение ионообменной емкости или ионной проводимости, повышение проницаемости для активных частиц или снижение химической стойкости к агрессивным веществам. Однако разработка новых ванадиевых месторождений может способствовать снижению первоначальных затрат на электролит, тем самым увеличивая его поставки или позволяя внедрять модели лизинга ванадиевого электролита.

Модели поставок и аренды ванадиевого электролита

В 2021 году горнодобывающие компании поставили 120 000 тонн ванадия по всему миру, включая таких крупных игроков, как Glencore, Largo и Bushveld. Из этого количества 92% пошло на производство стали, а 2% — на рынок ванадиевых проточных аккумуляторов (VRFB). В сталелитейной промышленности ванадий используется в качестве армирующего материала в арматуре, зданиях и другой промышленной инфраструктуре. Поэтому производители VRFB будут конкурировать с производителями стали за поставки ванадия. Ограниченный рост предложения ванадия, постоянно растущий спрос и концентрация предложения в Китае и России будут поддерживать высокие цены на ванадий в среднесрочной перспективе. Однако небольшие горнодобывающие компании изучают возможности создания новых ванадиевых рудников, сосредоточившись в основном на Канаде и Австралии. Успешная эксплуатация этих ресурсов может привести к увеличению предложения ванадия, потенциально снизив его стоимость и, таким образом, способствуя сокращению капитальных затрат на VRFB и повышению их рентабельности.

Разработчики VRFB также могут арендовать электролит у поставщика ванадия на весь срок службы VRFB. Например, компания Invinity Energy Systems, ведущий разработчик VRFB, создала компанию Vanadium Electrolyte Rental Limited (VERL) совместно с Bushveld Minerals. VERL предлагает своим клиентам возможность аренды электролита. Это помогает снизить капитальные затраты на VRFB, делая его более конкурентоспособным по сравнению с литий-ионными батареями для стационарных систем хранения энергии. Однако очевидно, что клиент, арендующий электролит, понесет более высокие затраты за весь срок службы проекта VRFB, чем если бы он оплатил поставщику электролита авансом. Электролит также может быть извлечен по окончании срока службы VRFB с помощью ультрафильтрации или других более сложных этапов переработки. Арендованный электролит затем может быть собран производителем электролита и переработан для получения пентоксида ванадия. Таким образом, стороны, арендующие электролит, могут вернуть большую часть арендованного электролита, что повышает привлекательность этой бизнес-модели с их точки зрения.

Активность акторов VRFB

Несмотря на экономические барьеры, которые необходимо преодолеть для более широкого коммерческого внедрения VRFB, признаки продолжающейся активности крупных игроков указывают на то, что эта технология будет и дальше использоваться, хотя и в меньших объемах, чем литий-ионные батареи для стационарных систем хранения энергии. По оценкам IDTechEx, к 2022 году в мире было установлено более 800 МВт·ч VRFB. Эта цифра искажена установкой в ​​400 МВт·ч китайской компанией Dalian Rongke Power в 2022 году. Это система хранения энергии с 4-часовым циклом работы, которая поддерживает подключение новых возобновляемых источников энергии к сети Даляня и снижает пиковые нагрузки на электросети региона. Ожидается, что вторая фаза проекта достигнет 200 МВт/800 МВт·ч. Рыночная активность других игроков на рынке VRFB включает установки таких ключевых игроков, как Sumitomo Electric Industries (Sumitomo), Invinity Energy Systems, H2 Inc. и CellCube. Кроме того, в феврале 2023 года компания Sumitomo объявила о расширении своего бизнеса по производству RFB-панелей, инвестировав первоначально 7,6 млн долларов США в подготовку к локальному производству и установке RFB-панелей в Соединенных Штатах. Эти компании стремятся к дальнейшему расширению своего портфеля проектов и коммерческой деятельности.

Перспективы удешевления химических реагентов для проточных аккумуляторов

Однако другие проточные аккумуляторы, использующие более дешевые и доступные активные электролитные материалы, могут представлять угрозу для операторов ванадиевых проточных аккумуляторов в будущем. Разрабатываются и другие химические вещества, такие как чистое железо, цинк-бром, цинк-железо и водород-бром. По оценкам IDTechEx, стоимость электролитов для таких проточных аккумуляторов примерно на порядок ниже, чем для ванадиевых электролитов, что является ключевым преимуществом.

Несмотря на то, что в последние годы было запущено несколько пилотных и коммерческих демонстрационных проектов для многих из этих химических соединений, ключевой игрок CMBlu Energy AG (CMBlu), разрабатывающий технологию органических проточных редокс-аккумуляторов (ORFB), похоже, движется к коммерциализации этой технологии. В октябре 2023 года технологическая группа STRABAG инвестировала в CMBlu 100 миллионов евро (приблизительно 108 миллионов долларов). IDTechEx назвала это одним из крупнейших раундов финансирования для компании, занимающейся проточными редокс-аккумуляторами, за последние годы, уступив только Dalian Rongke Power (разработчик ванадиевых редокс-аккумуляторов), которая привлекла более 145 миллионов долларов, и WeView (разработчик цинково-железных аккумуляторов), которая привлекла более 140 миллионов долларов в период с 2022 по 2023 год соответственно. Кроме того, в марте 2024 года Mercedes-Benz Group AG ввела в эксплуатацию ORFB мощностью 11 МВт·ч от CMBlu, ввод в эксплуатацию которого ожидается во второй половине 2025 года, что станет одним из крупнейших проектов ORFB в мире. Хотя эти разработки свидетельствуют о продолжающейся коммерческой активности в области ORFB, для начала подтверждения любых технических преимуществ этих технологий перед VRFB или другими химическими составами RFB в коммерческих масштабах необходимы испытания на практике.

Перспективы применения проточных аккумуляторов для долговременного хранения энергии

Независимо от химического состава, важно учитывать, когда ожидается рост спроса на технологии проточных редокс-аккумуляторов (RFB). Литий-ионные батареи предлагают конкурентоспособные или более низкие капитальные затраты, чем многие альтернативные химические составы RFB, для кратковременного хранения энергии (1–4 часа). Кроме того, КПД литий-ионных батарей выше, чем у RFB, что является еще одним преимуществом. Литий-ионные батареи используются в гораздо больших масштабах, чем RFB, для стационарных систем хранения энергии, таких как переключение энергии или предоставление вспомогательных услуг сети в течение коротких периодов времени.
Однако по мере увеличения доли возобновляемых источников энергии (VRE) в электросетях ключевых регионов будет расти и потребность в управлении непредсказуемостью и изменчивостью электроснабжения из этих источников. Системы хранения энергии потребуются для распределения энергии в течение более длительных периодов времени, когда энергия из источников VRE недоступна. Проточные редокс-аккумуляторы хорошо подходят в качестве технологии хранения энергии с длительным сроком службы (LDES), учитывая их способность разделять энергетическую емкость и выходную мощность. Это может снизить капитальные затраты (CapEx) на проточные редокс-аккумуляторы (в пересчете на доллары США/кВт·ч) при более длительных сроках хранения, что делает их более экономически выгодными для использования, чем литий-ионные батареи, в течение таких продолжительных периодов. Однако ожидается, что спрос на технологии LDES не увеличится до середины 2030-х годов в ключевых регионах, и именно тогда спрос на проточные редокс-аккумуляторы, независимо от их химического состава, вероятно, резко возрастет.

Перспективы развития проточных редокс-ячеек
: Исторически сложилось так, что ванадиевые проточные батареи (VRFB) были доминирующей, наиболее распространенной и хорошо изученной технологией проточных редокс-ячеек. Однако их высокая первоначальная стоимость стала серьезным препятствием для более широкого внедрения, и литий-ионные батареи продолжают доминировать на рынке стационарных систем хранения энергии. Потенциальное увеличение поставок ванадия за счет разработки новых месторождений и внедрения моделей аренды электролита может снизить первоначальные затраты на VRFB, повысив их экономическую целесообразность. В краткосрочной перспективе VRFB, вероятно, продолжат доминировать на рынке проточных редокс-ячеек благодаря более широкой коммерческой доступности этих технологий и налаженным цепочкам поставок между поставщиками электролитов и компонентов и разработчиками VRFB. Однако компании, разрабатывающие более дешевые химические вещества для проточных редокс-ячеек и использующие более доступные материалы, могут стремиться увеличить свою долю на рынке проточных редокс-ячеек. В конечном итоге ожидается, что спрос на технологии LDES значительно возрастет в течение следующего десятилетия, и проточные редокс-ячейки, вероятно, станут основным кандидатом на этот рост. Поэтому увеличение проникновения технологий проточных редокс-ячеек, независимо от химического состава, вероятно, произойдет только в долгосрочной перспективе.

Автор: Конрад Николс, старший технологический аналитик компании IDTechEx