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【银叶权益笔记】新能源及储能材料介绍系列之一

  2022-05-24

新能源是相对于常规能源,特别是传统油气煤炭化石能源而言的。在广义上通常应具有以下特征:

  1. 尚未大规模作为能源开发利用
  2.  资源赋存条件和物理化学特征与传统能源有明显区别
  3. 可以再生与可持续发展,但开发利用或转化技术比较复杂
  4. 清洁环保,可实现碳零排放或低排放的节约型能源
  5. 资源量大、分部广泛,但大多具有能量密度低和发热量小的缺点。

因此,广义上新能源(一次能源)包括太阳能、风能、生物质能、水能、地热能、海洋能、氢能、核能等。

新能源产业发展从发达国家开始,通过对新能源的开发利用,打破了以石油、煤炭为主体的传统能源观念。

目前新能源在一次能源中的比例总体上仍然偏低,一方面与不同国家的重视程度与政策有关,另一方面与新能源技术的成本偏高有关,尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等。根据IEA的预测研究,在未来30年新能源发电的成本将大幅度下降,这其中也将得益于新能源材料的开发与降本。

BP2022年能源展望同样对未来30年全球能源市场可能的演变方式进行了预测,主要描述了3个主要情景,分别是净零(Net Zero)、加速转型(Accelerated)和新动力(New Momentum)。净零和加速转型情境均假设气候政策的大幅收紧,导致二氧化碳当量(eCO2)排放量的明显和持续下降, 新动力情景的目的是捕捉全球能源系统目前发展所遵循的轨迹。即使在新动力情景下,新能源在一次能源中的占比也将大幅增加。

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资料来源:BP Energy Outlook 2022

BP预测在未来三十年间,低碳能源和技术增速的领域最快的可能主要包括太阳能、风能、氢能、电动汽车等。

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资料来源:BP Energy Outlook2022

每一种不同新能源的开发和利用,都需要搭配新的材料和技术,也都可能带来新的领域爆发。过去新兴领域的关键材料多数受到海外寡头跨国公司垄断,技术壁垒相对比较高,国内企业一方面技术突破需要时间,另一方面也难以进入高新产业的产业链体系中。而随着国内企业的快速成长,以及国产化替代进程的加快,在新能源及储能行业深耕的材料公司也将获得自己的一席之地,同样带来新的投资机会。

2021年风、光、电产业掀起了投资热潮,上游的各种材料五花八门,进入投资者的视野。作为30年长期发展的领域,我们将在新能源及储能材料系列中,分不同的板块为大家梳理。

 

一、太阳能

根据BP能源展望的预测,未来30年风能和太阳能装机量较当前的增速可能达到5-10倍左右,而相比2019年的成本也将大幅下降,尤其是太阳能。

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资料来源:BP Energy Outlook2022

对太阳能的利用主要包括光热利用和光伏发电两个大的方面。太阳能热利用包括太阳能热水器、太阳房、太阳灶、太阳能干燥等。光伏发电主要是太阳能电池利用光生伏打效应(简称为光伏效应)将太阳辐射直接转变成电能。

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资料来源:《新能源概论》

现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,即单晶硅与多晶硅电池板。由于他们原材料的广泛性、较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受,其中多晶硅太阳能电池性价比最高,市场份额占比最大。

太阳能电池板从上至下分别由白玻璃、粘接膜(EVA为主,也有POE等其他高分子材料)、减反射涂层、太阳能电池板芯片、粘接膜、TPT(聚氟乙烯复合膜)与外边框组成。

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资料来源:《新能源概论》 

因此,太阳能电池中最重要的材料包括:硅,玻璃,EVA/POE,及聚氟乙烯。由于聚氟乙烯同样是动力电池的重要组成材料,将在动力电池板块再做详细介绍。玻璃作为通用建材,也不再赘述,主要介绍硅及粘接膜材料。

 

硅料作为太阳能电池的核心组成部分,也是成本中最为重要的部分。近年来国内多晶硅企业技术突飞猛进、生产成本大幅下降,全球多晶硅产业都在向中国转移,国内行业竞争格局持续优化。

据中国有色金属工业协会硅业分会、百川盈孚数据显示,截止2021年底,国内多晶硅产能为55.65万吨/年,产能全球占比从2010年的29.8%提升至2021年的77.3%;2021年产量为48.7万吨,产量全球占比从2010年的25.6%提升至2021年的77.7%。

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资料来源:Solarzoom,招商证券

金属硅(即工业硅)是多晶硅的核心原材料,直接决定多晶硅的生产成本。多晶硅制备主要以金属硅粉为原材料,经过三氯氢硅合成、精馏提纯、还原、产品整理、冷氢化等流程生产。金属硅及多晶硅的生产都是高耗能的,电力能源成本占比较大。

 
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资料来源:百川盈孚,广州期货研究中心
 

根据百川盈孚与各公司公告数据,截至2022年4月国内工业硅产能前五名企业分别为合盛硅业、东方希望、宏盛锦盟、四川鑫和与新疆晶鑫硅业,行业产能CR5为24.6%。

国内多晶硅企业前10家企业产能为60.30万吨,占全部产能的80.89%,行业的集中度高。主要企业有乐山永祥、新疆大全、新特能源、江苏中能、东方希望(光伏)、亚洲硅业(青海)等。

 

  • EVA/POE

当前胶膜市场头部三家企业福斯特、海优新材、斯威克市场占有率超过80%,其中福斯特常年稳居龙头,深耕产业布局和技术研发,占全球胶膜市场超过50%。

胶膜主要的原材料是EVA和POE,以及两者混合形成的EPE。

乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的英文名为ethylene-vinylacetate copolymer resin,简称EVA,是乙烯系列共聚物之一,主要来源是油气。通常EVA中乙酸乙酯(VA)的含量一般在5%-40%wt之间,分子量一般在10000-30000之间。

由EVA化学结构式可以看出,随着VA含量的增加,最终聚合物中作为功能性官能团的酯基含量将会增加,最终表现为粘度及机械性能的不同。

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VA含量(%)

应用

1-6

用膜(烘烤食品袋、冷冻食品袋、冰袋、尿布包装袋等)

6-15

膜、吹塑挤出、层压、泡沫模塑成型、注塑、拉伸包装、电线电缆

15-20

粘合剂、涂层、挤出、发泡鞋材

20-35

热熔胶、地毯背衬、蜡基涂料

35-45

聚合物掺混/接枝、涂料、热熔胶、油墨

资料来源:《中国石化市场预警报告》

能够用于太阳能电池的光伏EVA要求28%的VA含量,且对其他指标有额外的要求。因此,虽然作为乙烯聚合物材料,虽然国内有较多企业能够生产,但是能够达到光伏料品质要求的却并不多。目前大陆企业仅有斯尔邦石化(东方盛虹)、联泓新科及浙江石化(荣盛石化)能够连续生产。

除了EVA外,胶膜的另外一种高分子材料组分是POE,POE塑料是采用茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体。目前国内暂时没有企业能够规模量产这种材料,但是在研发过程中的不少,其中进度最快的是万华化学。

实际上,石化烯烃深加工产品品类繁多,对于工艺、催化剂等各方面的提升也是国内企业一直在努力的方向。虽然国内炼化产能并不少,但是高端乙烯聚合物依然依赖进口。2017年以前国内石化行业主要由大型国有企业主导,而近五年随着民营大炼化的崛起,石化行业注入新的力量,效率及技术显著提升,也倒逼大型国企改革进步,行业格局不断改善,对高端深加工产品的掌握程度也越来越高。相信国产替代化道路将越走越好,中国也将很快诞生集规模和技术于一身的优秀全球龙头企业。


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