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风光储氢相继变火热,碳纤维材料长成新能源行业新黑马

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风光储氢相继变火热,碳纤维材料长成新能源行业新黑马

发布日期:2022-04-21 作者:网络 点击:

随着各省级行政区“十四五”相关规划陆续出台,各地新能源发展目标也浮出水面。据不完全统计,在目前已发布的20余个省级规划中,“十四五”期间新增风电、光伏装机规模将超过500GW,各地也在积极打造新能源产业集群。


与此同时,制造端的产能也在扩张,以光伏为例,去年,硅料、硅片、电池、组件四大制造环节的产量增长了28.8%——46.9%不等,硅片、硅料等赛道均涌入了众多新玩家;风电行业的塔筒、叶片也有类似的扩产迹象。


据测算,为支撑2030年前碳达峰,“十四五”、“十五五”非化石能源增量在能源消费增量中的占比,要从“十三五”期间的44%增长到100%;而要实现2060年碳中和,那么2060年非化石能源消费比重达到80%以上,风电、光伏发电装机容量预计将达到50亿千瓦左右。



风电光伏产能频频加码


不久前,晶澳科技披露了关于投资建设公司一体化产能的公告,涉及越南2.5GW拉晶及切片项目、宁晋1.3GW高效电池项目、义乌10GW组件辅材配套项目以及突泉200MW光伏储能发电项目。这是自2020年8月以来,公司发布的第三份一体化产能扩建公告。


针对新的扩产计划,晶澳科技表示,本次新建硅片、电池项目投产后,能够有效提高高效产品的产能,满足市场对高效产品的需求,不断提高市场份额和一体化盈利能力;另外,本次辅材项目投产后,能够满足部分需求,有利于保障公司原材料的稳定供应。


去年,晶澳科技全球组件出货量排名并列第二,公司的扩产计划只是全行业的一个缩影。1月份,东方日升披露了50亿元的定增方案,募投项目包括5GWN型超低碳高效异质结电池片与1GW高效太阳能组件项目。


“当前,光伏扩产潮中涌现了一批新进入者,同时,现有企业也在加强垂直一体化产能布局。”一位不愿具名的光伏行业专家在接受证券时报·e公司记者采访时谈及行业扩产的两个特征。


据记者不完全统计,跨界布局方面,硅料可谓香饽饽,宝丰能源规划了60万吨产能,青海丽豪、合盛硅业均规划了20万吨产能,江苏润阳、新疆晶诺也规划了10万吨产能;双良节能、京运通等硅片赛道新进入者早已被资本市场熟知。


垂直一体化布局方面,江苏润阳入局硅料,通威股份切入硅片领域,其他诸如隆基、晶科、天合、晶澳等则在扩充电池产能。值得一提的是,一体化厂商扩充电池产能的背景下,2021年,前五大专业电池厂商出货量虽有增长,但增速已经从前一年的81%降至36%。


美畅股份主营电镀金刚石线,是硅片切割环节的主要耗材,近期也有扩产动作。公司董秘周湘向记者表示,公司计划十二线机效能提升项目与富隆扩产项目同时进行,预计到今年年底年化产能达12000万公里,“启动该项目是因为一季度下游产能释放,金刚线需求增长”。


中国光伏行业协会提供的数据显示,2021年,国内多晶硅产量50.5万吨,硅片产量227GW,电池产量198GW,组件产量182GW,同比分别增长28.8%、40.7%、46.9%和46.1%,四大制造环节产值超过7500亿元。这组数据反映出的扩产结果更为直观。


谈及产能布局情况,隆基股份相关负责人告诉记者,公司单晶硅总部位于西安,覆盖陕西、宁夏、云南、江苏、浙江、马来西亚、越南等生产布局。宁夏及马来西亚为拉棒、切片、电池、组件全产业链;云南主要为拉棒、切片、电池。江浙地区主要为电池、组件产能,越南基地为组件。“对于隆基股份经营目标而言,硅片产业希望维持45%的市场份额,组件环节希望实现30%的市场份额。”


然而,扩产也有可能造成供应链的失衡。上述行业专家向记者表示,光伏制造端各环节扩产周期不匹配是导致供应链失衡的原因之一,例如,硅片、电池、组件扩产周期短,但多晶硅、光伏玻璃扩产周期长,再有就是供应链各环节的产能不匹配。“相比扩产,供应链协调发展的问题更值得关注。”


以这两年供需问题较为突出的多晶硅为例,去年,中国多晶硅产能(不算试生产)达到52万吨,而2022年全球多晶硅产能快速增加至100万吨——120万吨。中国有色金属工业协会硅业分会常务副秘书长马海天向记者表示,多晶硅的高利润是暂时的,到2022年底,多晶硅的价格将回落到相对合理的水平。“中国晶硅光伏产业是巨大的沉没资本堆积起来的,未来产业发展遇到的困难将比想象的大。”


“在碳中和目标的大背景下,整个行业都要以发展的眼光看待光伏产能结构的安全问题。从企业自身来讲,则需用长远的眼光做好战略规划,要准确把握产业发展的趋势和节奏,确保企业生产经营的均衡稳定。”上述隆基股份负责人向记者说道。


全行业扩产的景象同样发生在风电行业,天顺风能拟规划新建设的4处塔筒工厂,分别位于河南濮阳、内蒙古通辽、广西北海、湖北荆门,预计2023年底实现塔筒产能120万吨/年。海工装备方面,德国、射阳海工基地稳步推进,预计2022年底形成60万吨/年海工产能。


储能氢能受市场热捧


根据彭博新能源财经的预测,今年在光伏竞价中增加储能要求的市场数量将新增5个以上;光储电站项目总规模将在今年翻番;同时,在至少4个市场,新增户用光伏系统中的半数以上将配备储能。


近日,两大电网公司宣布了其在储能领域的规划,国家电网力争到2030年公司经营区抽蓄电站装机由目前2630万千瓦提高到1亿千瓦、电化学储能由300万千瓦提高到1亿千瓦。南方电网则表示,“十四五”期间,公司将有序推进抽水蓄能电站建设,探索推进新型储能电站建设运营,调峰调频电源装机容量将突破1500万千瓦,新型储能规模达到200万千瓦。


去年以来,不少省份出台政策要求新开发风、光项目配置一定比例的储能,但从各方反馈来看热情并不高。“对于配置储能的强制要求还存在争议,具体而言,储能的投资成本回收机制尚未完善,目前阶段徒增投资成本,未形成有效收益。”上述行业专家向记者说。



以记者获得的一家钢铁企业情况为例,其午间光伏上网电价比17时——22时的高峰用电电价低0.39元/kWh左右,不够支撑使用0.5元/kWh的储能电池移峰填谷功能,若无其他补贴,则不足以激励该地分布式光伏自发配置储能进行移峰和光伏发电100%自用。


近日,国家发改委、能源局印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》,其中提出,到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件;到2030年,新型储能全面市场化发展。


上述行业专家向记者表示,一系列政策明确了新型储能独立市场主体地位;下一步,应健全新型储能价格机制及“新能源+储能”项目激励机制。


受到热捧的还有氢能,已有多家A股上市公司宣布有氢燃料电池业务或子公司从事氢能产业。另外,1月底,国家能源局发布的《2022年能源行业标准计划立项指南》显示,氢能被列为2022年能源行业标准计划立项重点方向。


广汇能源相关负责人告诉记者,新疆作为我国五大能源综合基地之一,有丰富的煤炭、油气、风、光等自然资源,在制氢方面有天然的优势,同时,高寒地区锂电池性能会出现大幅下降,纯电动汽车优势不在,因此新疆具备发展氢能及氢能汽车的条件。基于此番考虑,公司制定了《氢能产业链发展战略规划纲要(2022-2030年)》


该负责人表示,广汇能源氢能产业链规划将充分利用氢能同时具备能源和储能两重属性的特点,结合在淖毛湖地区用能企业减碳的需求,以现有的化工制氢(灰氢)为基础,把新能源(风间带光伏)发电——电解水制氢(绿氢)作为突破口,培育并带动制氢、输氢、储氢、用氢以及相关业务的快速发展。


此外,粤水电近期公告与内蒙古自治区乌海市政府、江苏兴邦能源科技有限公司签订《战略合作框架协议》,项目总投资168亿——188亿元用于氢能产业链。项目规划设立1个国际院士未来零碳氢能科创中心,建设2个碳中和氢电产业园,打造上中下游3个产业集群。


去年,隆基股份成立了氢能子公司。当时,隆基股份总裁李振国向证券时报·e公司记者表示,公司早在2018年就开始关注和布局可再生能源电解制氢,在电解制氢装备、光伏制氢等领域形成了技术积累,下一步将进行氢能产业化布局。


上述隆基股份负责人告诉记者,目前,隆基氢能主打大型碱性水电解制氢设备,致力于实现低绿氢LCOH,其产品具有高性能、模块化、智能化、高品质的优势;同时,布局绿电制绿氢解决方案,推动氢能技术进步。“我们认为,光伏+储能是未来人类终极能源,绿氢装备、绿氢生产与应用等领域,将有巨大的发展空间。”


该负责人向记者表示,在当下绿氢的发展过程中,建议关注以下问题,一是行业要定义“绿氢”的标准,明确“十四五”、“十五五”期间“绿氢”占比,提出“绿氢”产业发展路径,提高“绿氢”在工业脱碳中的作用和价值,鼓励用可再生能源水电解制氢。


二是将绿氢管理纳入到能源管理体系,制定绿氢价格政策,给予绿氢适当补贴激励,继续深化完善碳交易市场,探索碳税政策;三是在具备可再生能源发电资源优势并有绿氢消纳的地区建立国家级大型绿氢“领跑者”示范基地,鼓励推广先进的产品技术,打通产业链实现“制储输用”一体化。


风电领航,碳纤维下游应用市场蓬勃发展


随着我国碳纤维生产技术的不断突破,碳纤维国产替代驶入快车道。根据赛奥碳纤维统计数据,2020年中国碳纤维总需求量为4.89万吨,占全球总需求量的45.7%。2020年我国碳纤维需求量同比增长29%,需求增速远高于全球碳纤维需求3%的增速。我国碳纤维的对外依存度较高,2020年我国碳纤维进口量为3.04万吨,约占总需求的62.2%,同比增长17.5%,国产量为1.85万吨,同比增长53.8%。随着下游各应用领域的不断发展壮大,我国碳纤维需求有望进一步增长。根据赛奥碳纤维预测,到2025年,我国碳纤维需求总量将达到14.95万吨,五年CAGR高达25.1%。


碳纤维复合材料凭借其优异性能,在航空航天、武器装备、风电叶片、轨道交通等领域具有无可替代的地位。当前,我国碳纤维的下游应用(销量口径)主要集中在风电叶片和体育休闲领域,其中风电叶片领域发展势头强劲,2020年风电叶片领域的碳纤维需求量首次超过体育休闲领域的需求量。由于新冠疫情冲击,2020年航空航天领域的碳纤维需求增速有较大幅度下降。然而对比我国与全球碳纤维下游需求行业分布可以看到,我国碳纤维在航空航天与汽车领域的应用规模远低于全球相应的规模,因而我国碳纤维在这些领域的应用同样具备较大的发展潜力。


值得注意的是,在碳纤维的各下游应用中,航空航天用碳纤维复合材料技术壁垒高,工艺流程繁琐,需经过碳纤维-预浸料-分切-自动铺放-热压罐检验-机加工-装配等步骤,且需要至少十年的研发周期,因此具备高的附加值。根据赛奥碳纤维数据,2020年我国航空航天领域的碳纤维需求量仅占需求总量的3.5%,但是收入规模占比大,约占碳纤维下游各应用的总收入规模的37.4%。



风电叶片是我国碳纤维第一大应用领域


碳纤维性能优异,被广泛应用于风电叶片。碳纤维具备低密度、高强度、高弹性、耐腐蚀、热膨胀系数低等优良特性。其轻便的特点使得风电叶片在长度增加的同时,重量更轻。轻量化还可以适当降低对涡轮和塔架组件强度的要求,节约其他部件成本,从而对冲碳纤维较高的生产成本。同时,碳纤维能够让风电机组更好地抗击恶劣气候条件。此外,碳纤维还能提高风能转化效率,且由于碳纤维叶片更薄更长更细,同时能够提高叶片动能的输出效率。但由于碳纤维价格目前仍旧较高,考虑到叶片的制造成本,碳纤维目前只应用到叶片主梁帽、蒙皮表面、叶片根部、叶片前后缘防雷系统等关键部位,其中主要的应用部位是主梁帽。


风电叶片是国内碳纤维的主要应用领域,也将是“十四五”期间碳纤维下游需求增长快的领域,未来发展空间广阔。近年来,随着风电叶片大型化、风电机组装机量稳步增加,装机方向逐步从陆上小功率机组向海上大功率机组转移,碳纤维在风电领域的用量大幅增长。根据赛奥碳纤维统计数据,2020年中国碳纤维下游应用中,风电叶片需求量占比大,达40.9%;2020年全球风电叶片碳纤维的总需求量为3.06万吨,同比增长20%,我国风电叶片碳纤维需求量约为2万吨,同比增长45%。预计2025年全球风电叶片碳纤维的需求量将增至9.34万吨,2020-2025年间的CAGR为25%,风电叶片市场空间较为广阔。


中国风电装机容量增速显著,根据国家能源局统计,2017-2020年间,我国风电装机规模持续上行,新增风电装机规模逐年提高,利好风电用碳纤维需求提升。2020年我国累计风电装机规模达到281.7GW,同比增长34.1%,新增风电装机规模达71.7GW,同比增长179%。


根据中国可再生能源学会风能专业委员会(CWEA)的统计,我国新增的风电机组的单机容量不断增大,因为大功率风电机组的风能利用率高,且风机的单位发电成本低。我国单机容量为2-2.9MW风电机组装机容量占比从2019年的72.1%下降至2020年的61.1%,而单机容量3.0MW及以上风电机组装机容量从2019年的27.65%增长至2020年的37.9%。


风电叶片大型化是风电的发展趋势,当前风轮直径已突破125m,未来正朝着长度为150m、250m的大型风电叶片前进。传统的风电叶片制造材料为玻璃纤维复合材料,全玻璃钢叶片已经无法满足风电叶片大型化的要求。而碳纤维在实现风电叶片大型化、轻量化时的主要优势是在满足一定强度要求的前提下,具有其他材料不具备的高比模量,因此碳纤维材料是更加理想的选择。例如,3MW的风机的叶片,使用碳纤维替代传统的玻璃纤维,叶片的重量将减少32%,成本下降约16%。


我国风电市场高景气,风电装机规模有望进一步扩大。四百余家风能企业在2020年北京国际风能大会上联合发布的《风能北京宣言》指出:在“十四五”规划中,须为风电设定与“碳中和”国家战略相适应的发展空间,即保证年均新增装机5000万千瓦以上。2025年后,中国风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦,到2030年中国风电累计装机容量至少达到8亿千瓦,到2060年至少达到30亿千瓦。根据GWEC的数据,截至2020年年底我国海上风电装机量为998.99万千瓦。预计2021至2025年,我国新增海上风电装机规模可达3470万千瓦,因此2025年我国海上风电装机量可达4468.99万千瓦,2020-2025年间CAGR为35%。


在这里我们假设2021-2025年我国陆上新增风电装机量的CAGR为10%,假设2021-2025年陆上风电和海上风电的平均单机容量的CAGR与2017-2020年平均单机容量的CAGR一致。目前碳纤维主要应用在风机叶片的主梁结构,而主梁会采用碳纤维/玻璃纤维混合的方式实现性价比大化,因此我们假设碳纤维的重量占主梁总重的60%。风机主梁结构质量超过叶片质量的一半,在这里我们按50%计算,由此得到我国未来风电市场对碳纤维的需求量。预计2025年我国风电领域碳纤维的需求量将达6.06万吨,风电领域碳纤维需求有望持续提升。


氢能是一种良好的可再生能源。氢能来源广泛,海水中的氢热量是地球所有化石燃料热量的9000倍,同时氢能具有零排放、自动再生、热能集中等优势,在全球绿色能源转型的当下有着重要地位。储运环节为氢能应用的关键环节,但是目前氢气储存技术滞后,安全性无法得到保障,严重限制了氢能源的大规模应用。氢气的储存有高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢、碳纳米管吸附储氢、有机液体氢化物储氢等方法。其中,高压气态储氢具有充放氢速度快、容器结构简单等优点,是目前大规模应用中的主流方法。高压储氢气瓶是氢燃料电池系统的关键部件之一,而高压氢气瓶的核心技术在于塑料内衬及碳纤维缠绕,由于高压化和轻量化需求,复合材料高压储氢气瓶为研发与应用的主流技术。目前我国主要采用35MPa的储氢瓶,相较于国际主流的70MPa高压储氢瓶仍存在一定的技术差距。


通常来说,车用气瓶共分为四种类型:全金属气瓶(I型)、金属内胆纤维环向缠绕气瓶(II型)、金属内胆纤维全缠绕气瓶(III型)、非金属内胆纤维全缠绕气瓶(IV型)。Ⅰ型和Ⅱ型气瓶重容比较大,难以满足单位质量储氢密度要求,用于车载供氢系统并不理想。Ⅳ型气瓶在高压下,气体易从非金属内胆向外渗透,且金属阀座与非金属结构的连接强度难以保证。因此,采用铝内胆的Ⅲ型气瓶是主要研究方向。复合材料储氢气瓶由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外保护层、缓冲层。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型储氢气瓶均有纤维缠绕层,且缠绕层选用碳纤维作为增强材料,高强度、高模量的碳纤维材料通过缠绕成型技术制备的复合材料气瓶不仅结构合理、重量轻,且具有良好的工艺性和可设计性,在储氢气瓶制备上具有广阔的应用空间,T700碳纤维材料即可满足储氢气瓶用的要求。


氢燃料电池汽车高速发展,有望大幅提振储氢罐用碳纤维需求。氢燃料电池汽车因其零排放无污染、加氢时间短、续航里程长、效率高等优点成为现代汽车的发展方向之一,也是当前氢能利用的主要方向,氢燃料电池汽车的快速发展有望大幅推动用于制造汽车储氢罐的碳纤维需求。赛奥碳纤维数据显示,2020年全球压力容器的碳纤维需求为8800吨,预计2025年将达2.2万吨,五年CAGR高达20%。


中国碳纤维发展驶入快车道加速进口替代


2020年中国碳纤维行业呈现的景气度较高。市场在强劲增长,叠加8月后日本限制碳纤维对华销售,因此几乎每家主要碳纤维公司均在扩大产能。



2020年国产碳纤维产能3.62万吨,产量1.85万吨,产能利用率约为51%,国产碳纤维约占总需求量的37.87%,初步摆脱了依赖进口碳纤维及原丝等产品的被动局面。在“十四五”开展前后,国内多家碳纤维生产商开启了与碳纤维及原材料等相关产品的生产扩能项目,朝着实现“碳中和”、“碳达标”的愿景目标努力。根据部分项目建设投产期,预计到2025年碳纤维新增产能满足29.86万吨。


2020年,我国碳纤维相关公司产能36150吨,销量是18450吨,销量/产能比为51%。其中以吉林碳谷和绍兴宝旌所生产的原丝和碳纤维为主力军。由于宝旌生产的碳纤维以吉林碳谷生产的原丝为原材料,故一起计算,当年生产原丝40000吨,碳纤维8500吨。中复神鹰作为碳纤维龙头企业,2020年生产原丝21250吨,碳纤维8500吨。生产碳纤维的公司范围逐渐扩张,市场规模同时快速增长,未来我国碳纤维产业将持续蓬勃发展。


2020年国内碳纤维需求中,进口碳纤维供应量为3.04万吨,占需求量的62%;国产碳纤维供应量为1.84万吨,占需求量的38%,国产占比较2019年的32%增长6个百分点,国产替代趋势明显。主要原因一方面是受疫情影响,碳纤维进口难度增加;另一方面为日本、美国等主要碳纤维生产国家缩紧了对国内碳纤维的供给,导致国内需求缺口增加。受此影响,2020年国产碳纤维供应量较2019年的供应量1.20万吨增长53%,国产碳纤维行业保持高速增长。目前进口碳纤维供应量仍然明显高于国产供应量,国产替代空间巨大。


2020年全球碳纤维需求突破10万吨级,达到10.69万吨,预计2025年全球碳纤维市场需求量将达到20万吨,年复合增速超过10%。从国内市场来看,2020年,国内碳纤维需求达4.88万吨,同比增长达29%,高于平均水平,且进口产品依存度较高,主要源自日本、美国等国家的碳纤维龙头企业。随着国内碳纤维企业的产业扩能项目的开展,国产碳纤维的市场占比逐渐攀升,预计2025年国内碳纤维总需求将接近14.95万吨。


文章来源:证券时报,未来智库


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