产业名家 | 冶金和储能“双轮驱动”重塑钒资源消费新格局

全球碳中和共识与地缘冲突加剧的背景下，各国越来越重视能源安全与能源转型，推动能源革命、构建以新能源为主体的新型电力系统成为全球共识。然而，风能、太阳能等可再生新能源发电所固有的间歇性、波动性及不稳定性，需要配置相应的储能才能实现大规模、可持续的开发利用。新型储能作为建设新能源体系和新型电力系统的关键技术，因其响应快、配置灵活、建设周期短和规避传统抽水蓄能的地理限制等优势，为实现全球双碳目标提供了重要支撑。钒被称为“新型储能金属”，受到越来越多国家的重视，美国、加拿大、日本和欧洲等国家地区相继将钒列入关键矿产清单。预计未来随着全球“双碳”目标推进，新型储能产业快速发展，钒资源需求有望形成新的增长极，实现较快增长。

新型储能市场快速发展，钒电池受到市场青睐

随着全球碳中和目标持续推进，新型储能市场快速发展。2023年，全球新增投运电力储能项目装机规模突破50GW，达到52GW，同比增长69.5%。其中，新型储能新增投运规模创历史新高，达到45.6GW，占比87.7%。新型储能累计装机规模由2016年的1.8GW增长到2023年的91.3GW，年均增速高达77.4%，2023年新型储能市场份额占整个储能市场的31.6%，相比2020年市场份额增加近3倍，抽水储能累计装机规模占比大幅下降，首次低于70%。中国、欧洲和美国引领全球新型储能市场发展，新增装机规模合计占全球市场的88%，中国占比接近50%。在能源危机、政策支持等因素影响下，未来新型储能市场份额还将不断扩大。

图1：新型储能市场装机规模快速增长

资料来源：中国地质调查局

图2：全球储能市场份额

资料来源：中国地质调查局

长时储能（持续放电4小时以上）是实现“双碳”目标关键技术之一。目前长时储能技术路线主要为抽水蓄能，受选制条件限制，抽水蓄能市场占比逐渐下降。全钒氧化还原液流电池（以下简称“钒电池”）作为新型储能液流电池中一种，其电解液为钒离子的稀硫酸水溶液，以液体形态电解发电，不会发生热失控、过热、燃烧和爆炸，安全性大大提高。同时，钒电池因正负极都是钒，可通过周期性金属钒离子电解液共混实现对可逆容量的恢复，循环次数可达到12000-18000次，约为锂离子电池的2倍，使用寿命可达20年以上。随着未来储能安全性要求升级和储能时长的增加，钒电池受益于高安全性和全生命周期成本低的特点，具有易扩容、能量转换率高、环保和易回收等优势，会越来越受到新型储能市场的青睐。

表1：不同新型储能技术的优缺点

数据来源：陈仁凤、龙涛、陈其慎等《新型储能金属钒资源需求预测与供应分析》

全球钒资源储量丰富但高度集中

——钒资源类型多样，以岩浆型和沉积型为主

钒是一种重要的稀有金属元素，自然界中钒资源丰富，在地壳中的丰度约为0.02%，比铜、锌、镍、铬都高，按照地壳中金属的总含量排在第22位。虽然地壳中含量多，但是没有发现单独的钒矿，钒主要以含钒矿物的形式存在，通常与铁、钛、铀、钼、铜、铅、锌、铝等金属矿以及碳质矿、磷矿共生，已发现含钒矿物65种。钒矿主要赋存在钒钛磁铁矿、含钒磷酸盐页岩矿、铀钾钒矿、硫钒矿与铝土矿等；碳质的石煤、原油、沥青矿物中也含有钒。

钒矿床按照成因主要分为岩浆型（70%）和沉积型（30%）。其中，岩浆型钒矿床是与岩浆型铁矿相伴生的钒矿床，主要指铁-钛-钒氧化物矿床（即钒钛磁铁矿床），分布往往与全球大规模镁铁-超镁铁质大火成岩岩浆岩活动密切相关，主要分布在中国川西和承德、俄罗斯乌拉尔和科拉半岛、南非布什维尔得、澳大利亚西部等地区。沉积型钒矿床包括黑色岩系（页岩）型和砂岩型，黑色岩系钒矿床以富钒黑色碳质泥岩、碳酸盐岩、硅质岩以及浅变质岩为特征，因类似于煤矿，又称之为石煤，是我国独特的含钒矿产资源，广泛分布在我国湖南、湖北、贵州、江西和浙江等地区。砂岩型钒矿床较少，多作为砂岩型铀矿氧化带的伴生矿产出，主要分布于美国犹他州和科罗拉多州等地区。除此之外，还存在火山岩-侵入岩型、表生风化型等钒矿床，火山岩-侵入岩型是指与火山-侵入岩有关的玢岩型磁铁矿相伴生的钒矿床，主要分布在挪威、芬兰和巴西东部等地区。表生风化型钒矿床主要是指与风化型铝土矿、钛磁铁矿相伴生的钒矿床，其资源量相对较少。

图3：全球主要钒矿床及主要国家储量分布

数据来源：杨立飞、李增华、欧阳永棚等《钒矿床研究进展与展望》

——全球钒资源丰富，分布高度集中

根据美国地质调查局不完全统计，截至2023年底，全球钒储量超过6300万吨（金属量，下同），其中已认定的钒资源中符合当前采掘和生产要求的钒矿储量约为1882万吨，主要分布于澳大利亚、俄罗斯、中国和南非四国，其中澳大利亚850万吨（占比45.2%）、俄罗斯500万吨（占比26.6%）、中国440万吨（占比23.4%）、南非75万吨（占比4%），四国合计占全球的99.2%。另外，巴西和美国的钒矿储量分别为12万吨和4.5万吨。由于钒通常作为伴生资源或者副产品回收，因此世界上已探明的该元素储量并不能完全表明现有的资源供应情况。

图4：全球钒资源储量

资料来源：中国地质调查局

——钒资源生产原料广泛，以炼钢得到的钒渣为主

含钒原料主要包括钒渣、高品位钒钛磁铁矿、回收的含钒副产品、石煤等。目前，世界上98%钒产品的生产原料来自于钒钛磁铁矿（中国约为63%）。据统计，2022年全球约73%的钒来自于钒钛磁铁矿经钢铁冶金加工得到的钒渣（中国约为84.5%），以中国和俄罗斯企业为主；约13.1%的钒（15448吨）来自于钒钛磁铁矿直接提钒（中国为0.90%），以南非的布什维尔德矿业公司和Rhovan公司，以及巴西的Largo资源公司为代表；约13.9%的钒来自于二次回收的含钒副产品（含钒燃油灰渣、废化学催化剂等）及石煤等，以美国、日本及韩国等企业为主。

图5：钒资源来源占比

资料来源：中国地质调查局

图6：2022年世界主要资源型钒生产企业及产量(折金属钒－吨)分布

资料来源：陈仁凤、龙涛、陈其慎等《新型储能金属钒资源需求预测与供应分析》

全球钒资源供需集中在中国

——钒资源供给集中在中国、俄罗斯、南非和巴西四国

近年来，全球钒资源供给整体呈现波动上涨的趋势。2014-2023年，全球钒资源产量同比增长均在2.8%左右，其中2019年同比增速达21.9%；2021-2022年，全球钒产量受中国粗钢产能政策限制及结构调整等因素影响略有下滑。根据USGS（2024）数据，2023年全球钒矿产量约为10.35万吨，同比增长1.5%。

从钒资源产量分布来看，全球钒资源产量主要来自于中国、俄罗斯、南非和巴西四国，2014年至2023年，四国钒资源产量合计占全球总产量比例均在99%以上。澳大利亚作为全球钒资源最丰富的国家，由于该国钒资源需求下游钢铁行业薄弱，导致其钒资源产量相对较低。自2012年以来，中国钒资源产量占全球比重均在50%以上，作为全球最大的钒资源产量大国，全球钒资源产量受中国钒资源相关政策影响比较大。2016年，中国全面取缔“地条钢”环保政策禁止石煤提钒，许多企业因此关停，从而导致全球钒资源产量出现明显下滑。

图7：全球钒资源产量（“e”代表评估矿产量）

资料来源：中国地质调查局

从钒资源生产商来看，全球钒资源生产商主要集中在中国，排名前十大产能生产商中中国企业5家、南非2家、俄罗斯1家、奥地利1家、巴西1家，前十大生产商产能约占全球总产能的74.9%，前五大生产商产能占比约43.8%，生产集中度高。国外大约有20余家钒制品生产企业，除利用钒钛磁铁矿为原料生产的企业外，其余都是利用废催化剂、石油残渣等含钒废物为原料，或者利用氧化钒深加工生产钒铁、钒电解液、催化剂及其他钒功能材料等。2022年，全球钒产量超过6000吨/年（以V2O5计算）的企业有10家，中国鞍钢集团攀钢公司钒渣产量以49800吨（以V2O5计算）排名第一，俄罗斯EVRAZ集团的钒产能和产量均排第二，没有因乌克兰危机和国际制裁受到影响。此外，还有北京建龙、河钢承德、德胜钒钛和川威成渝钒钛。

表2：2022年全球自有资源型钒生产企业概况

数据来源：陈仁凤、龙涛、陈其慎等《新型储能金属钒资源需求预测与供应分析》

表3：2022年全球主要钒生产企业（非加工型）产量

数据来源：陈仁凤,龙涛,陈其慎等《新型储能金属钒资源需求预测与供应分析》

注：南非Bushveld钒产品产量为Vametco及Vanchem产量之和。

——钒资源消费集中在钢铁行业

钒因其熔点（1887℃）和沸点（3337℃）高，常与铌、钽、钨、钼等元素并称为难熔金属，且具有延展性好、质坚硬、无磁性、耐盐酸和硫酸等特性，广泛应用在钢铁、冶金、化工、储能、颜料、环保、医药等国民经济的诸多重要领域，被称为“现代工业的味精”。

据国际钒技术委员会（Vanitec）数据，自2016年起全球钒消费量逐年增加，2019年突破10万吨，2021年达到顶峰12.04万吨，2022年降至11.56万吨，同比减少3.99%；中国钒消费量降至6.56万吨，同比下降4.49%，主要受新冠疫情、中国粗钢产能过剩限产及“能耗双控”的影响导致钢铁产品减产波及钒消费减量。中国是全球最大的钒消费国，从2019年起，中国的钒消费占全球总消费超过50%，2020年更是达到60%。另外两大钒消费区域为欧洲和北美地区。

从消费结构来说，钒作为一种重要的合金添加剂，能提高钢铁的硬度和抗拉强度。钢铁冶金为其主要下游应用领域。2022年，全球约88.83%的钒应用于钢铁冶金领域。

图8：全国和中国钒消费量

资料来源：中国地质调查局

图9：全球钒资源消费结构

资料来源：中国地质调查局

钒资源有望迎来钢铁冶金和钒电池储能“二元消费”格局

——钒电池或将成为钒需求主要增长点

在“双碳”背景下，世界各国为更好促进风能、太阳能等可再生能源开发利用，出台了一系列新型储能利好政策，支持钒电池产业的发展。2020年2月，澳大利亚援助澳大利亚钒业125万美元资金，以促进钒电池全产业链一体化开发。2021年6月，美国能源部启动长时储能攻关计划，以实现十年储能成本降低90%目标。近年来，中国及各省份从总体规划、实施细节、安全规范等多方面积极推出各类细则，加快钒电池产业化进程。2022年6月，国家发改委、国家能源局等九部委发布《“十四五”可再生能源发展规划》，提出重点建设钒液流电池产业。截至2023年底全球液流电池（以钒液流电池为主）累计装机规模为365.2MW，在全球新型储能中占比0.4%。其中中国液流电池累计装机为207MW，在国内新型储能中占比0.6%。总体看，钒电池发展依旧处于早期阶段。

表4：国内外钒电池相关政策

资料来源：国信证券

在全球各国利好政策推动下，钒电池产业化加速推进，近年来钒电池储能对钒的消费持续上涨。根据Vanitec数据，2022年全球钒电池储能用钒占比上升至4.37%，中国钒电池储能用钒占比上升至6.66%，中国钒电池储能用钒的消费增速大于全球增速。2020年，受中国螺纹钢新标的应用、钢筋产量进一步提升、储能用钒停滞、减量等因素影响，中国钢铁领域用钒占比达到96.6%，钒电池储能用钒占比出现大幅下降。未来随着新型储能装机规模的不断扩大和钒电池渗透率提升，钒电池储能对钒需求占比将逐渐提升。据中信证劵预测，未来10年全球钒电池年均复合增长率有望达到40%，2025年和2030年全球钒电池的新增装机量将达到9.6GWh和32.9GWh，基于单位用钒量7000吨/GWh(以V2O5计)，对应储能领域用钒量将增长至3.7万吨和12.9万吨，中国储能领域用钒量将增长至2.3万吨和5.7万吨。预计到2030年钒电池储能对钒需求占全球钒消费结构的比例将有望上升至40%左右，届时将形成以钢铁冶金和钒电池储能为主导的需求“二元消费”格局。

图10：钒在各应用领域消费占比

资料来源：中国地质调查局

——钢铁领域钒求稳步增长，但占比下降

钢铁冶金是钒消费的最主要领域。根据世界钢铁协会统计数据显示，2022年，受中国钢铁产能减产影响，全球粗钢产量减少至18.85亿吨，同比下降3.93%；2023年全球粗钢产量合计18.882亿吨，同比基本持平。主要粗钢生产国家有中国、印度、日本、美国、俄罗斯、韩国，产量占全球比例分别为53.97%、7.43%、4.61%、4.27%、4.01%、3.53%。借鉴发达国家钢铁需求变化的规律性经验——人均钢铁消费量与人均GDP关系呈现“S”形理论模型，中国作为全球第一大钢铁生产国，正在由快速工业化进程转向后工业化时期，人均钢消费量将趋于稳定，但长期看钢铁需求呈现逐渐下降趋势。印度、东南亚等地区国家人口众多，正在逐渐步入快速工业化时期，未来将成为全球钢铁需求的主要增长点。世界钢铁协会预测，随着全球经济复苏和基础设施建设的推动，钢铁需求逐渐增长。

图11：人均钢材消费水平与人均GDP“S”形规律

资料来源：杨轶《简析钒市场需求结构及未来发展趋势》

钒在钢铁中消费强度存在地区差异。北美、欧盟等发达地区消费强度分别为0.089kg/Mt、0.078kg/Mt，中国消费强度约为0.056kg/Mt，印度、东南亚、非洲等地区消费强度远不及世界平均值0.056kg/Mt。虽然中国钒在钢铁中消费强度接近于世界平均值，但是与北美、欧盟等发达地区仍存在0.022-0.33kg/Mt的差距。随着中国钢铁工业绿色低碳转型，高强钢需求增长带动其产量持续增长，钒在钢铁中的消费强度将出现结构性增加。印度、东南亚等地区新兴国家逐渐步入工业化初期，城镇化进程不断加速，人均钢消费量将快速增加，钒在钢铁中消费强度也将持续增加。

图12：钒在钢铁中的消费强度

资料来源：陈仁凤、龙涛、陈其慎等《新型储能金属钒资源需求预测与供应分析》

综上所述，短期全球钒在钢铁领域消费量受中国影响出现下滑。长期来看，全球钢铁需求以及钒在钢铁中消费强度持续增长，钒在钢铁领域的需求仍将保持稳定增长。根据中信证券预测，2025年和2030年全球钢铁行业用钒量将分别增至12.45万吨和13.67万吨；中国单位用钒量提升被粗钢产量下滑抵消，2025年和2030年中国钢铁行业用钒量将达到6.55万吨和6.59万吨。预计到2030年钢铁领域用钒量占比将下降到54.8%。

——钒产业转型发展态势初现

从产业链看，钒产业链上游原料主要为含钒矿产、钒渣以及含钒固废；中游钒制品主要为五氧化二钒、三氧化二钒等氧化钒；下游应用领域包括钢铁冶金、储能、钛合金和化工等领域。近年来，随着全球“碳达峰、碳中和”的推进，各国出台各类政策支持新型储能产业快速发展。钒作为新型储能金属的绿色价值越来越凸显，在风能、太阳能等清洁新能源占比进入快车道发展的情况下，钒电池做为新型储能的首选载体之一，将带动钒产业实现由传统钢铁冶金向新型储能领域的快速发展转型，打破主要在钢铁行业应用的钒产业格局。未来，钒电池储能用钒占比将不断增大，钢铁冶金钒需求占比将呈现下降趋势。

图13：钒产业链梳理

资料来源：中国地质调查局

我国钒资源开发利用建议

一是加强钒资源勘探开发，放开钒渣进口。钒作为一种重要的稀有金属，主要以伴生资源形式产出，需要积极探索新的钒矿资源，加大钒矿的地质勘查力度，扩大钒矿资源储量规模。同时，由于国内钒主要来源于钒钛磁铁矿炼钢生产过程中的钒渣且目前国内仍禁止钒渣进口，钒钛磁铁矿冶炼经济性及钢铁行业收缩可能影响钒渣长期供给。因此，可针对钒渣禁止进口政策作出调整，扩大国内钒资源获取能力。

二是加强石煤中钒资源开发利用。石煤是我国特有的钒矿资源，在我国资源储量丰富。目前，已查明资源量占全国总量的47%，且分布广泛，在我国陕西、湖南、湖北、安徽、浙江、江西、贵州等省份均有分布，资源可获取性好。由于石煤中钒主要以吸附、类质同象赋存在黏土矿物、有机质及硅酸盐矿物中，分选难度大，一直未得到大规模有效利用。建议加大石煤中钒的分选和提取技术研究，解决石煤提钒工艺能耗高、成本高和环境污染等问题，提高石煤钒矿资源综合利用水平。

三是加快推进钒资源循环利用。目前，我国钒资源回收利用份额占比较小。在工业生产过程中会产生大量的含钒废弃物，如不能得到合理应用，对环境造成危害的同时，也会对钒资源造成浪费。未来随着钒电池大规模列装产生大量废旧钒电池，加强钒电池电解液和电极钒资源回收，有利于钒液流电池的可持续发展和钒资源的持续稳定供应。

四是优化钒资源开发布局。我国是钒资源储量和产量最大的国家，长期以来存在开采过量、一矿多采、大矿小开、采富弃贫等现象，生产商集中度不高。建议攀钢集团、河钢集团等大型钒资源生产商组成钒资源联盟，加强钒资源生产规划、产业政策和标准的引导，从全产业链视角推进钒产业合作，保障钒产业链安全和高质量发展。

作者 | 中国地质调查局国际矿业研究中心 陈志勇、朱清

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