我国光伏产业称霸全球,光伏胶膜原材料却被卡脖子?国产替代前景如何

材料每日新鲜报 2021-12-21

新世纪福音战士光伏产业eva树脂

5231 字丨阅读本文需 11 分钟

“碳中和”的全球共识下,光伏已经成为最“热门”的赛道,甚至有机构预测,光伏行业的市场空间有望在未来十年迎来十倍上涨。尤其随着技术成熟,光伏的度电成本已经从十年前的2.47元/度下降至0.37元/度,降幅高达85%,全面进入光伏“平价时代”。

目前整个光伏产业链产品的核心产能几乎都来自于中国:硅片占全球97%的产量、硅料占全球75%的产量、组件占全球71%的产量、逆变器占全球60%的产量。光伏胶膜原材料这一环节却只能依靠海外进口,短时间内依然无法完成全面自主替代。如何化解可能出现的“卡脖子”断供呢?

决定性的4.25%

一套交付给电站的完整光伏组件包括:焊带、光伏玻璃、电池片、胶膜、背板五部分。其中,电池片和光伏玻璃是成本占比较高的部分。

光伏胶膜是组件中的一环,约占光伏产业链条总成本的5%,而在光伏胶膜中,核心原材料占比约85%,因此光伏胶膜原材料的占比约为总成本的4.25%,直接决定光伏组件产品质量、寿命的关键性因素。

EVA 光伏料供给:有效产能不足,竞争格局极好

1.核心技术受制于人,进口替代仍待推进

EVA 树脂的生产工艺包发展至今已经较为成熟,但在强技术垄断性下国内 企业增产扩产的自由度较低。目前由于 EVA 生产的相关工艺技术专利大多为海外大型石化企业 所属,国内企业想要涉足这一领域首先需获得技术授权,授权许可虽然无 期限限制但合同和费用一般以产能为基准计算,这也使得已经取得技术许 可的企业后续增产扩产仍然受制于人。此外,企业获得的技术许可往往只 保障产品的成功生产,而对于后续的经济化量产和产品质量提升(尤其是 高 VA 含量产品的生产)则需依靠自身的工艺积累和对设备的摸索调试来 实现,这对企业相关专业人员的技术消化吸收能力、运营管理能力和应用 开发能力都提出了很高的要求。

从产能分布来看:尽管当前 EVA 树脂的产能主要集中在亚洲地区,但高技 术壁垒下海外大企业的市占率较高,国内企业产能相对分散,产品结构仍 待优化。2019 年全球 EVA 树脂总产能为 521 万吨,中日韩三地累计产能 占比达到 58%,其中我国总产能为 148 万吨,占比高达 28%。尽管我国总产能位居全球首位,但是产能分布集中度不及海外且结 构上主要以低端产品为主,因而从生产厂商来看名列前茅的仍然以海外企 业为主,前八大企业总产能达到 279 万吨,占世界总产能的 54% ,其中 国内企业中仅有中国石化和斯尔邦上榜。

一直以来,EVA 树脂对海外产品的依赖度都处于较高水平,进口替代市场 规模在百亿以上。我国为 EVA 树脂的消费大国且近几年需求量呈现持续稳 步增长的态势,近五年整体表观消费量复合增速为 9.4%,与此同时我国有 效产能却相对不足,尤其是高端产品如光伏料等对进口的依赖度较高,进 口依存度接近 70%。整体上看虽然近几年我国的进口替代在持续推进, EVA 树脂的进口依存度从 15 年的 74.8%降到了 20 年的 62.8%,但随着需 求的提升进口量的绝对值也在持续增长,2020 年 EVA 树脂的进口量高达 117.7 万吨,这一产品的国产化进程未来仍待推进。

依托地域优势贴近下游客户,高端领域未来进口替代趋势明显。EVA 树脂 的下游应用十分广泛,在细分产品板块中,EVA 光伏料需求依托于光伏行 业的长期景气可实现持续高速增长。从下游客户来看,光伏胶膜行业的核 心厂商均集中在我国,2020 年福斯特、斯威克和海优新材三大企业市占率 合计达到 82%,行业呈现出寡头垄断的格局。而作为光伏胶膜生产原料的 EVA 粒子的行业格局却截然不同,当前该产品的主要供应商仍然集中在海外地区,截至 2020 年国产化率不足三分之一。考虑到国内原料配套的便 利性和经济性,EVA 树脂作为光伏行业的上游核心原料产业预计会跟随下 游的脚步持续向国内转移。

2. 新产能建设周期长,释放速度难达预期

EVA 树脂生产工艺复杂,技术装臵源于海外且设备维护难度大,部分核心 设备组件需从海外订货,交付周期在 1 年以上。目前国内外的 EVA 树脂 生产主要采用高压法连续本体聚合工艺,整套生产流程和设备包含乙烯压 缩、引发剂制备和注入系统、聚合反应器、分离系统和挤出造粒。核心的 聚合反应分为链引发、链增长、链终止和链转移这 4 个基元反应,其中引 发剂分解速率最低,是控制整个聚合反应速率的关键。由于生产流程中涉 及到超高压设备,技术含量高且生产厂家少,一些装臵必须的核心材料需 从海外订货,装臵设备方面的采购限制也导致新增产能的建设周期相对刚 性。

高压装臵和聚合反应器为整体生产流程中的核心设备,根据聚合反应器的 不同,EVA 树脂的生产可分为管式法和釜式法两种工艺路线。从产品情况 来看,釜式法可生产 EVA 树脂的 VA 含量范围更广,在生产高 VA 含量的 产品上更加合适,产品的附加值也相对更高,但同时由于釜式反应器结构 复杂、体积小,维修和安装较困难,对生产设备的要求也更高,因而同等 规模下釜式法的投资成本相对更高。生产成本上考虑到管式法的单线最大 产能为釜式法的两倍以上且单程转化率平均高出 15%,叠加管式法在设备采购上投入也更低,采用管式法生产的规模效应更强、经济性更优。综合 来看,管式法和釜式法两种工艺路线各有所长。

高壁垒下我国 EVA 光伏料行业形成了“一超双强”的竞争格局,受限于工艺 技术,光伏料的产量占比提升存在天花板。截至 2021 年 7 月我国 EVA 树 脂总产能为 149.3 万吨,但其中具备量产 EVA 光伏料能力的厂家仍然仅有斯尔邦、联泓新科和宁波台塑三家,累计可用于生产光伏级 EVA 树脂的产 能不足 40 万吨,考虑到工艺限制和设备调试上的瓶颈,2020 年三家企业 实际能产出的光伏料占比均在 60%以下,合计产量为 18.8 万吨。从技术 角度来看,斯尔邦对于巴塞尔管式的技术掌控最佳,在不影响整体产量的 前提下,预计可实现 100%生产光伏料;采用釜式法工艺的联泓新科和宁 波台塑的光伏料产量占比最多可提升至 50-70%。今年刚投产的几家企业 中榆林能化 8 月初宣布产出光伏料,但是否能连续规模量产还待验证,扬 子石化具备生产 EVA 光伏料的潜力,继今年 5 月产出 EVA 树脂后当前正 在试产光伏料中,但距离实现量产仍存在较大的不确定性。综合来看,尽 管我国的 EVA 树脂产能扩张较快,当前已接近 150 万吨,但预计光伏料的 产量占比仅为 20-36%。

常规 EVA 树脂的扩产周期在 3 年左右,光伏级 EVA 树脂的稳定量产存在 很高的不确定性。从项目的建设周期来看,由于向海外订购核心设备材料 的交付周期一般在一年以上,这也导致整体的建设周期相对刚性,从开工 建设到设备安装完工的周期一般在 2 年以上;项目建设完成后还需经历生 产准备期然后正式投产,并通过设备调试产出合格 EVA 树脂,这一阶段的 周期在 1 年左右。聚焦到光伏级 EVA 树脂的生产上,考虑到各家企业的工 艺技术积累存在差异,能否实现稳定量产的不确定性很大,并且产能的释 放节奏也难以把控。以斯尔邦和联泓新科的生产经验为例,斯尔邦在 2017 年 3 月正式投产并在当年年底首次试生产,但因无法克服晶点问题而被迫 停车,经过后续调试优化才最终实现稳定量产,爬产周期在 1 年左右;联 泓新科实现量产的周期则长达 2-3 年。

3. 多重因素叠加限制,有效供给增量有限

尽管行业开始大幅扩产,但具备光伏级 EVA 生产潜力的企业数量仍然有 限。未来 2-3 年内海内外预计将投产的 EVA 树脂产能多达 244.6 万吨,产 能增量基本集中在国内,对于光伏级 EVA 树脂的生产多家企业同样跃跃欲 试。考虑到 EVA 光伏料生产的技术壁垒和需要的工艺积累,目前具备在 2023 年前量产 EVA 光伏料潜力的企业仅有浙江石化。整体看来,EVA 树 脂规划新增产能中确定可用于生产光伏料的产能为 69.6 万吨(浙江石化 30 万吨产能释放具备较高不确定性),考虑到光伏料的切换生产存在上 限,实际可产出的光伏级 EVA 树脂还会低于规划产能。

对经济效益的考量同样为影响光伏料生产的一大因素:从技术角度来看生 产中牌号切换过于频繁会导致残留聚合物污染主流产品,若不停车清除残 留物在长期加热的环境下会形成交联料从而影响产品质量,若停车清理则 会降低装臵运行时间导致整体产能利用率的下滑,因而厂家会避免频繁切 换牌号而是尽可能实行连续生产的模式。

在 EVA 光伏料产品与其他品种价差不大的情况下,厂家切换生产的动力不 足。以联泓新科的产品价格为例,公司自 2017 年以来开始具备量产 EVA 光伏料的能力,2018 年光伏料销量占比提升至 20%,而 2019 年在不同产 品的价差缩小的背景下公司的光伏料产销量占比降低至 14%,2020 年价 差拉开后光伏料占比才重新回升。当前供需格局下若光伏料价格持续上 涨,具备量产能力的厂家会因为逐利而率先切换生产光伏料,但由于目前 我国 EVA 树脂整体有效产能并不充足,产能向光伏料转移后可能造成同样 偏高端但生产相对容易的其他产品供给不足,从而影响电缆料和热熔胶等 细分市场价格的跟涨,进而导致了不同产品价格差距难以拉开,后发厂家 可能因为生产难度过高和利润激励不充分而降低生产光伏料的意愿。

考虑到 EVA 光伏料投产的技术难度大,影响产能释放节奏的因素较多,因 此这里对未来三年我国 EVA 光伏料的产能释放分别在三种不同假设条件下 做出了预测。在乐观假设下,技术上的困难被成功克服,现有厂家光伏料 产量占比可提升至最大值,新进入企业均顺利投产且产能快速释放,预计 21-23 年我国 EVA 光伏料产量可达到 30、47、78 万吨。在中性假设下, 现有企业光伏料产量继续爬坡,具备生产潜力的新厂家参考现有厂家的产 投放周期释放产量,预计 21-23 年总产量分别为 29、39、56 万吨,三年 CAGR 为 44%。在悲观假设下,工艺技术的限制导致新厂家难以实现光伏 料的量产,国内供应仍源于现有三家企业,预计未来 3 年总产量不超过 32 万吨。

一次正在进行的技术迭代

主流胶膜原材料共有EVA树脂和POE树脂两大类。根据具体的性能差异,又可分为透明EVA胶膜、白色EVA胶膜、POE胶膜和共挤POE胶膜四大类。截止目前,EVA材料是主流的材料路线,其中又以技术最为成熟的透明EVA胶膜为主。据CPIA数据,2020年透明EVA胶膜的市场占有率达到56.7%,而POE胶膜和共挤POE胶膜合计占比约为25%。

随着时间的推移,EVA材料的占比将持续降低,取而代之的是共挤POE胶膜市场占有率的持续提升。2030年,共挤POE胶膜市场占有率有望达到25%,极有可能成为下一代主流的胶膜技术。具体来看,EVA树脂性能优良、价格便宜,是当下最最主流的胶膜原材料。在组件技术发展过程中,通过增加电池片下层胶膜反射率的方式,让更多的阳光射到电池片上,因此行业中衍生出白色EVA胶膜。

相关数据显示,将双玻组件中下层的透明 EVA 胶膜更换成白色EVA胶膜,可以让每块组件功率增益达7-10瓦,具备显著的增益效果。

尽管EVA胶膜已经能够满足光伏组件的特性,但却很容易发生PID现象,存在发电效率下降的可能。PID现象是由美国SunPower公司于2005年提出的,指光伏组件市场时间工作所产生的钝化效应,导致组件性能大幅衰减。

由于组件直接暴露在室外,经历长时间的岁月侵蚀,组件边缘部分很容易有水汽进入,EVA材料在遭遇水解后会生产醋酸,与光伏玻璃中的Na发生反应,从而腐蚀电池栅线,导致串联电阻的升高,组件性能大幅衰减。

为了解决PID现象,POE胶膜应运而生,目前渗透率正在逐渐提升。与EVA胶膜相比,POE胶膜具有更高的水汽阻隔率、更优秀的耐候性能和更强的抗 PID性能,能够有效的提升组件的使用时长。然而,POE却是非极性材料,助剂析出严重,在生产效率、保存时间和使用便捷性上都要明显弱于EVA材料,因此在使用过程中依然存在很多技术问题。

现实之中,往往采用多层共挤POE胶膜的方案来解决这个问题。共挤POE胶膜通过共挤工艺将POE树脂与EVA树脂挤出制造,保留POE的抗PID性和阻水性优势,同时也具备 EVA 材料的良好工艺匹配特性。从目前来看,共挤POE胶膜是最优的解决方案,但却由于现阶段缺乏规模效应,因此成本较高。共挤POE胶膜被行业一致认为是未来光伏胶膜的下一代主流技术路线。

哪些企业未来有望破局呢?

1.东方盛虹:斯尔邦注入,坐拥国内最大 EVA 光伏料产能

以聚酯化纤产业为起点,持续推进产业链的纵向整合,实现炼油、石化、 化纤和新材料几大板块的协同发展。作为纺织化纤领域的龙头企业,东方盛虹近几年并购重组动作频繁:2018 年购买国望高科 100%股权,在原有业务基础上注入优质民用涤纶长丝业务;2019 年 3 月、4 月分别收购盛虹 炼化、虹港石化 100%股权,并投资建设盛虹炼化一体化项目,逐渐形成了“原油炼化-PX/乙二醇-PTA-聚酯-化纤”全产业链一体化的经营发展架 构;2021 年 5 月披露重组预案拟收购主营特种化学品和化工新材料业务的斯尔邦 100%股权,进一步拓宽产业链并优化产业结构。

2.联泓新科:背靠中科院,一体化新材料产业平台逐渐形成

专注烯烃深加工产业链,在高端差异化的产品定位下 EVA 成为核心驱动, 光伏料占比持续提升。公司前身神达化工成立于 2009 年并于 2020 年在深 圳中小板上市,期间通过并购重组逐渐完善上下游一体化的产业链布局, 主营产品包括 PP 薄壁注塑专用料、EVA 光伏料和电缆料和环氧乙烷及其 衍生物等,在各个细分市场中均名列前茅。目前公司拥有 EVA 产能 12.1 万吨,技改项目在 2022 年上半年建成投产后整体产能可提升至近 14 万 吨,其中光伏料理论产能最大可达到 9.7 万吨。随着具备高附加值的光伏 料产能释放,公司业绩有望步入量价齐升新周期,行业地位也将进一步巩固。

尽管尚未有国内公司实现POE树脂的量产,但以万华化学为首的一批民族化工企业依然在努力寻求技术上的突破。最新资料显示,万华化学的POE项目已经到了中试阶段,有望在2025年实现规模化量产。

同时,中国石化、惠生石化、京博石化也均有针对POE的布局,光伏级POE材料有望在这些公司中产生。光伏胶膜主要用于光伏组件的封装环节,是光伏组件的关键材料。光伏封装胶膜需要保证太阳能组件有25年使用寿命,是光伏行业不可或缺的核心辅材,其需求不受光伏电池技术路线变迁的影响.

2020年受到疫情的影响,我国光伏产业仍凭借全产业链的市场竞争力和坚强的韧性,保持了相对稳定的发展态势。由于产能不足,导致市场光伏胶膜的供应缺口巨大,同时核心原材料光伏树脂的价格也由于市场需求提升而不断上涨,供求关系和原材料成本的变化导致公司的产品价格持续上涨。

截止至2020年底,胶膜行业总产能约为19.2亿平方米。光伏进入平价时代后需求快速增长,胶膜环节由于单位投资成本低,2020年各胶膜厂商均制定了较多扩产计划,预计2023年胶膜产能将达到51.4亿平方米。优良赛道国产替代潜力无限。

文章来源: 聚烯烃人,国金证券

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