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中信證券的產業研報作為股市風向標,總是能及時把握新業態的發展動向。中短期看光伏,中長期看氫能,但當前國內氫能制備、儲運和應用均不完善。
從儲能的功率和存儲時間看,電池是中小功率、短周期,氫是大規模、長周期的載體,所以電池儲能和氫能兩個必須組 合才能構成一個總的儲能業態。氫燃料汽車作為氫能的應用之一,目前商業模式和技術儲備仍在積極探索之中。氫氣作為工業領域的燃料,還原劑以及儲能載體仍未大規模普及。未來隨著氫能應用技術的成熟和大規模應用,瓶頸技術的突破,利用氫能的經濟型問題有望得到解決。
以下為核心觀點和報告節選
1.碳中和下的能源安全,起筆能源革命新篇章
1.1 2030碳達峰,2060碳中和
供應安全:2019年原油、天然氣進口占比分別達約70%、40%,對外依存度極高。
生態環境安全:2019年我國化石能源消費比重約84.7%,占一次性能源消費比重較高。
解決能源安全問題的根本之道在于推進以光伏、氫能為代表的可再生能源本土化、多元化發展。
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1.2 中短期看光伏,中長期看氫能
從技術水平看,光伏各環節技術已經成熟,可實現全面平價;但當前國內氫能制備、儲運和應用均不完善。從儲能的功率和存儲時間看,電池是中小功率、短周期,氫是大規模、長周期的載體,所以電池儲能和氫能兩個必須組 合才能構成一個總的儲能業態。氫燃料汽車作為氫能的應用之一,目前商業模式和技術儲備仍在積極探索之中。氫氣作為工業領域的燃料,還原劑以及儲能載體仍未大規模普及。未來隨著氫能應用技術的成熟和大規模應用,瓶頸技術的突破,利用氫能的經濟型問題有望得到解決。
2.光伏:平價元年擴需求,支架儲能待掘金
2.1 光伏平價時代來臨,支架、儲能環節更具爆發潛力
平價時代來臨,碳中和目標支撐光伏裝機量高增長。隨著各國可再生能源規劃的戰略地位上升,預計光伏新增裝機量有望進一步提速。根據CPIA數據,樂觀情形下預計2021-2025年全球光 伏新增裝機量為170/225/270/300/330GW;國內新增裝機量為65/75/90/100/110GW,對應2021-2015年CAGR分別為18%、14% 。保守 情形下,全球新增裝機量預計為150/180/210/240/270GW,國內新增裝機量預計為55/60/70/80/90GW,對應2021-2015年CAGR分別為 16%、13%。
光伏成為中國著名產業之一。從裝機量來看,我國光伏發電新增裝機連續6年全球第一,累計裝機規模連續4年位居全球第一。從市場份額角度來看,國內光伏主輔材、組件及逆變器領域在全球范圍內產能及產量市場份額領先優勢明顯。
產業鏈格局:主輔材格局清晰穩定,支架、儲能環節更具爆發潛力。主輔材(硅料、光伏玻璃、膠膜)、中游制造(硅片、電池片、組件)、逆變器等環節競爭格局穩定。目前跟蹤支架全球國產占比不足10%,伴隨著國內跟蹤支架市場逐步起步,國內領先企業具備爆發的潛質。各地方政府在政策端持續加碼“光伏+儲能”項目,引導光伏項目按5%-20%的比例配置儲能,有望帶動儲能裝機快速增長。
2.2 光伏支架:享受跟蹤支架滲透率提升及國產化替代雙重紅利
跟蹤支架系統組成較為復雜,技術壁壘較高。按能否跟蹤太陽轉動區分,光伏支架可分為固定支架及跟蹤支架兩類產品。固定支架以機械結構為主,技術門檻相對較低,對應的優點為穩定性較強,初期投入成本較低。跟蹤支架構成包括結構系統(可旋轉支架)、驅動系統、控制系統(通訊控制箱、傳感器、云平臺、電控箱等部件)三大系統,控制系 統涉及算法優化設計。
跟蹤支架可有效提高發電效率、降低度電成本。跟蹤支架可根據光照情況進行自動調整組件方向,可減少組件與太陽直射光之間的夾角,獲取更多的太陽輻照,從而有效提高光伏電站 發電量。按旋轉支架數量劃分,跟蹤支架可細分為單軸及雙軸跟蹤支架,雙軸跟蹤支架理論發電量增厚效益更高,但受制于成本因素,目前單軸 跟蹤支架為市場主流選擇。
影響跟蹤支架接受度的因素
環境因素:在緯度低、太陽直射比高的地方,跟蹤支架接受度更高。
成本因素:在系統成本高、度電價格低的地方,跟蹤支架接受度更高。中國作為光伏產業大國,跟蹤支架2019年滲透率僅16%,
主要原因:國內系統成本較低;前幾年國內光伏度電補貼水平較高,跟蹤支架技 術不夠成熟,穩定性和可靠性不高,性價比不足。
2.3 光伏儲能:政策引導按比例配置,平價時代下裝機規模有望爆發
儲能是可再生能源大規模發展的關鍵支撐技術 。儲能是可再生能源大規模發展的關鍵支撐技術。核心作用在于彌補一般光伏發電系統中所缺失的“儲-放”的功能,緩解光伏大規模接入 電網帶來的波動性,同時減少光伏棄電比率,提高電能利用率。
從儲能的技術路徑來看,電化學儲能占據未來制高點。抽水蓄能是當前最為成熟的電力儲能技術,目前占全球儲能累計裝機規模的90%以上。但受地理選址和建設施工的局 限,抽水蓄能未來發展空間有限。隨著成本持續下降、商業化應用日益成熟,電化學儲能技術優勢愈發明顯,逐漸成為儲能新增裝機的主流。
光伏等可再生能源并網將成為我國電化學儲能市場未來重要增長動力。2018年中國電化學儲能項目在電力系統的新增裝機規模為0.7GW,同比增長465%。從應用分布上看,我國集中式可再生能源并網儲能占比 僅10.7%,與全球25.2%的占比仍存一定差距。占比較低的核心原因在于國內可再生能源儲能商業模式尚未完全打通,儲能收益(調峰補 償收益+棄電儲能收益)無法覆蓋系統建設成本。
3.氫能:產業化拐點將至,氫能蓄勢待發
3.1氫能定位能源革命中重要角色,儲氫、燃料電池為核心突破方向
氫能在全球能源革命中扮演重要角色。與傳統化工燃料相比,氫能具有高含能特性、高能源轉化效率及碳零排放三大優勢。除核燃料外,氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,達142 KJ/KG,約為汽油的三倍。氫燃料電池在產生電能的過 程中不會產生碳排放,可以實現良性循環。
產業鏈梳理:儲氫、燃料電池電堆及核心材料為突破方向 從產業鏈發展的視角出發,儲氫、燃料電池電堆及其核心材料為重要突破方向。從氫能端來看,氫能源作為理想的新型能源和含能體能源,制約其實用化、規模化的關鍵在儲氫環節。從燃料電池端來看,國內燃料電池產業鏈呈現自下而上發展的態勢。
3.2 儲氫:關鍵設備國產化亟待突破,液氫存儲技術未來可期
儲氫技術為氫氣生產到使用過程中的橋梁 。 儲氫技術貫穿產業鏈氫能端至燃料電池端,是控制氫氣成本的重要環節。
高壓氣態儲氫技術目前應用最為廣泛,核心設備為高壓氣態儲氫瓶。儲氫瓶根據其材料不同主要分為四種類型:純鋼制金屬瓶(I型)、鋼 制內膽纖維纏繞瓶(II型)、鋁內膽纖維纏繞瓶(III型)和塑料內膽纖維纏繞瓶(IV型)。
碳纖維復合材料為儲氫瓶核心材料,在III型、IV型瓶中成本占比超75% 。成本構成最大的三項依次為碳纖維復合材料、閥門、調節器,分別占比為77%-78%、8%、6%。國內大部分高壓儲氣瓶生產企業所用碳纖維以國外產品為主,全球市場由東麗、東邦、三菱麗陽三家企業主導
3.3 氫燃料電池:技術鏈逐層解耦,上游技術突破進行時
電堆為整個燃料電池系統的核心部件,膜電極為電堆的核心部件 。質子交換膜燃料電池是燃料電池領域發展最為成熟的方向。按電解質不同,燃料電池可分為質子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、 熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸鹽燃料電池、堿性燃料電池等。燃料電池電堆主要由質子交換膜、催化劑、雙極板、氣體擴散層、電堆的平衡器件等構成,其中質子交換膜、催化劑、氣體擴散層稱為 膜電極,是電堆中最重要的部分,成本占整個電堆成本約60%左右。
質子交換膜燃料電池(PEMFC)系統是燃料電池商業化的主流選擇。 PEMFC 單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成,質子交換膜作為傳遞 H+ 的介質,只允許 H+ 通過。PEMEC主要包括燃料電池電堆及系統配件,系統配件包括壓縮機、加濕器、氫循環氣系統,電堆由多個單體電池以串聯方式組合。單體電 池由質子交換膜、催化劑、氣體擴散層、雙極板以及密封圈構成。單體電池由質子交換膜、催化劑、氣體擴散層、雙極板以及密封圈構 成。
技術鏈逐環解耦,上游核心組件國產化亟待突破。從技術發展路徑來看,我國燃料電池產業鏈呈現典型的自下而上發展模式,沿“燃料電池系統-電堆-膜電極-質子交換膜及催化劑等核心 材料”路徑逐次發展。當前我國正處于第三階段向第四階段演進的區間內。國內大部分系統供應商在電堆及膜電極等關鍵部件主要靠海外進口或技術授權為主,部分領先企業在電堆領域已實現國產化突破,但在 功率、使用壽命等關鍵參數較海外龍頭差距仍較大。