专研报告:如何判断光伏、氢能两大赛道的成长空间?

2021-05-04 18:58:40 太阳能发电网
碳中和目标下,推动以光伏、氢能为代表的清洁能源革命是保障我国能源安全 的根本之道,料其中亦将诞生中长期的主题投资机会。我们围绕光伏、氢能两 大能源安全赛道,结合细分领域景气度、竞争格局等方面,优选四个细分方向:光伏支架、光伏储能、储氢、氢燃料电池,赛道拓宽带来领先企业成长空间。光伏支架:享受跟踪支架渗透率提升及国
碳中和目标下,推动以光伏、氢能为代表的清洁能源革命是保障我国能源安全 的根本之道,料其中亦将诞生中长期的主题投资机会。我们围绕光伏、氢能两 大能源安全赛道,结合细分领域景气度、竞争格局等方面,优选四个细分方向:光伏支架、光伏储能、储氢、氢燃料电池,赛道拓宽带来领先企业成长空间。

光伏支架:享受跟踪支架渗透率提升及国产化替代双重红利。跟踪支架替代固 定支架的浪潮正高速推进,当前全球渗透率估计达 30%,GTM 预计 2023 提升 至 42%;国内渗透率仅 16%,后续提升空间巨大。我们测算 2021-2023 年跟踪 支架市场空间分别为366/439/535亿元,YOY分别为27%/20%/22%。根据Wood Mackenzie 数据,全球跟踪支架 CR4 约 62%,以海外企业为主,国内龙头市场 份额仅 5%左右,较光伏其余领域差距甚远,国产化占比提升空间较大。结构性 优化叠加国产化替代红利下,国内“隐形冠军”迎来脱颖而出的机遇。

光伏储能:政策加码,平价时代下装机规模有望爆发。储能环节的发展是光伏 实现大规模并网的必要前置条件,各地政府接连出台相关政策引导新增光伏项目 按 5-20%比例进行储能配置。我们测算国内未来 3 年光伏储能容量需求可达 17.55GWh,存量改造长期将释放更大空间。储能系统核心环节中,储能电池系 统与动力电池技术同源,储能逆变器与光伏逆变器技术同源,业内锂电龙头及逆 变器龙头有望凭借技术、制造及渠道等优势顺势延伸布局,占据先机。

储氢:关键设备国产化亟待突破,液氢存储技术未来可期。储氢贯穿氢能产业 链各环节,是制约氢能源实现实用化、规模化的关键所在。目前国内储氢模式以 高压气态氢为主,参考天然气产业发展历史及海外应用情况,液氢预计将是未来 主要技术。储氢核心设备包括储氢罐、氢阀门等部件,目前 20-35 兆帕气态储 氢设备已实现国产化量产,70 兆帕以上气态储氢设备及液氢设备高度依赖进口。随着氢能产业化的持续推进,储氢设备环节具备较强的需求放量及国产化替代逻 辑。

氢燃料电池:技术链逐层解耦,上游技术突破进行时。我国燃料电池产业链采 取自下而上发展模式,下游政策补贴商用车,带动中游燃料电池系统厂商蓬勃发 展,而上游电堆及其核心材料国产化率偏低,技术亟待突破。随着政策持续加码, 燃料电池正迎来产业化快速突破阶段。短期来看,绑定下游优质客户,具备较强 渠道资源的燃料电池系统供应商具备较快放量的逻辑。长期来看,掌握产业链内 电堆、膜电极等核心环节关键技术的企业料将具备更高的话语权和议价能力。

新时代下的能源安全,起笔能源革命新篇章

能源安全是国家总体安全在能源领域的落实,是政治、经济、外交、军事等国际环境 安全问题的折射。现阶段我国能源安全的问题包括连续供应安全及生态环境安全两大类问 题。其中,连续供应安全问题主要体现在我国油气资源对外依存度较高,根据国家统计局 数据,2019 年原油、天然气进口占比分别达约 70%、40%,随着当前国际地缘政治格局 愈发复杂,潜在的阻供风险不容忽视。生态环境安全问题反映在我国煤油气等化石燃料占 一次性能源消费比重较高,2019 年我国化石能源消费比重约 84.7%,其排放的局部地区 污染物及全球性二氧化碳排放物影响长期战略性生态安全。

长期来看,解决能源安全问题的根本之道在于推进以光伏、氢能为代表的可再生能源 本土化、多元化发展。2020 年 9 月,在第七十五届联合国大会一般性辩论上 宣布,中国二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和。2020 年 12 月,国务院新闻办公室发布《新时代的中国能源发展》白皮书,再次强调“四 个革命,一个合作”为我国新时期的能源安全战略。结合碳中和目标,能源革命的核心一 方面在于推动以光伏、氢能为代表的清洁能源体系的搭建和发展,调整能源供给结构,在 碳中和的目标背景之下保障我国能源的供应;另外一方面在于新能源应用上的多元化,探 索更多场景下新能源的使用。

光伏:平价元年扩需求,支架储能待掘金

平价时代来临,碳中和目标支撑装机量高增长

预计 2021-2025 年光伏装机量维持高增长。2021 年国内光伏行业正式进入平价上网 阶段,在“30·60”碳中和目标下,光伏作为应用较为成熟的可再生能源,在能源构成比 例的占比预计将进一步提升。同时,伴随着全球光伏市场持续多元化发展,各国可再生能 源规划的战略地位上升,预计整体的光伏行业需求端景气度高涨,新增装机量有望进一步 提速。根据 CPIA 数据,乐观情形下预计 2021-2025 年全球光伏新增装机量为170/225/270/300/330GW,对应 CAGR 约 18%;国内新增装机量为 65/75/90/100/110GW, 对应 CAGR 接近 14%。保守情形下,全球新增装机量预计为 150/180/210/240/270GW, 国内新增装机量预计为55/60/70/80/90GW,对应2021-2015年CAGR分别为16%、13%。

光伏已经成为中国的著名产业名片之一。经过多年的发展,中国光伏产业链依托本土 制造业优势在全球范围内已具备较强竞争优势,上下游配套发展较为完善。从装机量来看, 我国光伏发电新增装机连续 6 年全球第一,累计装机规模连续 4 年位居全球第一。从市场 份额角度来看,国内光伏主辅材、组件及逆变器领域在全球范围内产能及产量市场份额领 先优势明显。根据 CPIA 数据,2019 年国内多晶硅、硅片、电池片、组件在全球产能及产 量占比分别达 69%/67%、94%/97%、78%/79%、69%/71%,主导全球光伏行业发展。

产业链梳理:主辅材格局清晰稳定,支架、储能环节具备爆发潜力

光伏产业链包括上游主辅材、中游制造、逆变器、光伏支架、储能等核心环节。从竞 争格局的角度出发:(1)主辅材(硅料、光伏玻璃、胶膜)、中游制造(硅片、电池片、 组件)、逆变器等环节竞争格局稳定,呈现寡头或一超多强竞争态势,头部企业市场份额 较大,领先优势明显,受益于下游需求高景气度带来的增长确定性较为明确。(2)光伏支 架领域竞争格局相对分散,2019 年龙头企业出货量市场份额仅 5%左右。目前跟踪支架对 固定支架形成部分替代的趋势已显现,由于跟踪支架技术壁垒较高,分散的市场格局有望 发生转变。同时,根据 Wood Mackenzie 数据,目前跟踪支架全球国产占比不足 10%,与 光伏其余领域国产化占比差距较大。伴随着国内跟踪支架市场逐步起步,国内领先企业具 备爆发的潜质。(3)光伏储能主要受制于成本性价比等因素,处于相对早期发展阶段。近 年来,各地方政府在政策端持续加码“光伏+储能”项目,引导光伏项目按 5-20%的比例 配置储能,有望带动储能装机快速增长。对于电化学储能系统而言,储能电池组技术与动 力电池技术同源,储能逆变器与光伏逆变器技术同源,锂电龙头及逆变器龙头有望凭借技 术、制造、渠道等优势顺势布局,抢占先发优势。

伏支架:享受跟踪支架渗透率提升及国产化替代双重红利

光伏支架可分为固定支架及跟踪支架,后者技术壁垒较高。光伏支架是太阳能光伏发 电系统中为了支撑、固定、转动光伏组件而设计安装的特殊设备。按能否跟踪太阳转动区 分,光伏支架可分为固定支架及跟踪支架两类产品。固定支架以机械结构为主,技术门槛 相对较低,对应的优点为稳定性较强,初期投入成本较低。而跟踪支架构成包括结构系统 (可旋转支架)、驱动系统、控制系统(通讯控制箱、传感器、云平台、电控箱等部件) 三大系统,除机械结构更为复杂外,其控制系统还涉及算法层面的优化设计。对于一个跟 踪支架系统项目而言,厂商需要针对项目地的具体情况,综合考虑风/雪载荷、结构设计及 排布等因素,辅以对应跟踪算法的配合,形成一个完整的跟踪支架系统解决方案,制造工 艺、设计流程较之固定支架更为复杂,初始投资成本也相对较高。

跟踪支架可有效提高发电效率、降低度电成本。跟踪支架可根据光照情况进行自动调 整组件方向,可减少组件与太阳直射光之间的夹角,获取更多的太阳辐照,从而有效提高 光伏电站发电量。按旋转支架数量划分,跟踪支架可细分为单轴及双轴跟踪支架,双轴跟 踪支架理论发电量增厚效益更高,但受制于成本因素,目前单轴跟踪支架为市场主流选择。根据新加坡太阳能研究所(SERIS)研究数据,由于双轴跟踪系统受制于高成本,利用“单 轴跟踪+双面组件”的组合可在全球 93.1%的区域内实现最低度电成本。其中,单轴跟踪 系统较固定支架发电量增厚达 7%-37%,而成本较之双轴跟踪系统低 8%-29%。此外,业 内企业亦开始研究通过算法的配合来进一步提高跟踪系统的发电增厚效益,如中信博于 2021 年 1 月 20 日发布《中信博新一代人工智能光伏跟踪解决方案白皮书》,通过真实地 形下的跟踪控制策略及基于实时气象数据的云层策略可为光伏电站额外提高 7%的增发收 益。

海外市场跟踪支架渗透率较高,我国 2019 年渗透率仅 16%,提升潜力巨大。

(1)全球市场维度看,跟踪支架在欧美地区应用已相对成熟。根据 GTM 数据,2019 年全球跟踪支架渗透率约 30%,预计到 2023 年将提升至 42%;分区域来看,美国、欧洲 等地跟踪支架应用已经较为成熟,美国渗透率已接近 70%。

(2)我国跟踪支架处于早期应用阶段,渗透率快速提升。长期以来,我国光伏支架 市场中固定支架依然占据了较大市场份额,根据 Bloomberg 统计,2016 年我国所有光伏 项目中安装跟踪支架的项目占比仅为 1.2%,背后原因主要与早期跟踪支架技术成熟度较 低、稳定性不足、成本收益比较低等因素相关。近年来,随着跟踪支架成本降低及技术稳 定性提升,加之平价时代来临背景下催生的光伏电站精细化管理需求,采用跟踪支架成为 提高光伏电站收益的重要措施之一。根据 CPIA 数据,2019 年,中国光伏电站市场跟踪支 架占比为 16%,预计到 2025 年跟踪支架占比将上升至 25%以上。


跟踪支架迎来快速增长期,2023 年市场空间达 535 亿。光伏支架作为光伏电站的“骨 骼”,其规模增长不仅享受全球光伏装机整体规模增长的赛道红利,还将享受跟踪支架渗 透率提升带来的结构性优化红利。我们基于如下假设测算跟踪支架未来市场规模:(1)保 守估计装机容配比为 1 比 1;(2)跟踪支架主要应用于地面电站,其余工商业分布式、户 用光伏以固定支架为主。根据 GTM 数据,2019 年全球地面电站占比约 60%,随着补贴逐 步退坡及优质屋顶资源的释放,地面电站占比后续预计小幅降低;(3)预计全球光伏装机 将在 2021-2023 年维持高增长态势,全球装机达 159GW、189GW、236GW,YOY 分别 为 25%、19%、25%;(4)跟踪支架渗透率维持提升趋势,预计 2023 年可达 42%左右;(5)支架单价基于中信博 2019 年均价做估计,预计未来随技术进步跟踪支架单价会持续 下滑,固定支架价格刚性则会相对较强。

基于上述假设,我们测算 2020 年至 2023 年全球跟踪支架市场空间分别为 288/366/439/535 亿元,YOY 分别为 18%/27%/20%/22%。

全球跟踪支架 CR4 约 62%,国产占比提升潜力较大。从全球跟踪支架市场份额占比 来看,根据 Wood Mackenzie 数据,2019 年 CR4 约 62%,跟踪支架龙头为美国公司 NEXTracker,全球市占率约 29%。国内企业中信博占比 6%,Nclave(天合光能全资子公 司)占比 4%,分列五、六位。目前海外厂商仍在跟踪支架领域占据主导优势,主要系跟 踪支架率先在海外市场普及,而国内应用程度仍处于早期阶段。

国内领先企业有望享受“全球市场国产替代+国内市场份额集中度”提升双重红利。一方面,参考光伏其余领域国产化占比,根据 CPIA 数据,2019 年中国厂商在硅料(多晶 硅)、硅片、电池、组件等领域的产量全球占比分别达 67.3%、97.4%、78.7%、71.3%。随着我国跟踪支架应用普及,国内企业有望凭借产业链协同、技术及成本优势抢占全球市 场份额,进一步提升跟踪支架国产占比。另一方面,过往国内光伏支架市场集中度较低, 核心原因主要系过往国内市场固定支架占比较大,技术壁垒相对较低,参与企业较多。而 随着国内跟踪支架渗透率持续提升,龙头企业在跟踪支架领域的技术、算法、成功项目案 例等层面领先优势明显,未来市场份额集中度提升预期较强。


光伏储能:政策引导按比例配置,平价时代下装机规模有望爆发

储能是可再生能源大规模发展的关键支撑技术。光伏等可再生能源发电波动性、随机 性特征较为明显,波峰高发电量时会对电网的安全稳定造成较大冲击,而随机性带来的供 需匹配错位容易产生严重的电量消纳问题。我国光伏弃光问题虽然在近年来得到一定程度 的缓解,但在部分光伏建设重点省份仍存在弃光率较高的现象。根据国家能源局数据,2020 年全国平均弃光率 2%,光伏消纳问题较为突出的西北地区弃光率达 4.8%。储能系统的核 心作用在于弥补一般光伏发电系统中所缺失的“储-放”的功能,缓解光伏大规模接入电网 带来的波动性,同时减少光伏弃电比率,提高电能利用率。

政策引导下储能渐成标配,平价时代下国内储能装机规模有望爆发。2017 年 9 月, 发改委、财政部、科技部、工信部和能源局联合印发《关于促进储能技术与产业发展的指 导意见》(简称“意见”),这是我国储能行业第一个指导性政策。按《意见》发展阶段规 划,2021 年至 2025 年为储能产业规模化发展阶段,旨在促进储能产业形成较为完整的产 业体系。顶层设计指引下,各省份亦纷纷出台相关配套政策,优先支持“光伏/风电+储能” 项目建设。其中,内蒙古、山东、山西、河北、贵州等省份明确储能配置比例,分布在 5%-20% 之间。新疆明确对根据电力调度结构指令进入充电状态的电量给予 0.55 元/千瓦时的补偿。

从储能的技术路径来看,电化学储能占据未来制高点。抽水蓄能是当前最为成熟的电 力储能技术,根据 CNSA 数据,目前占全球储能累计装机规模的 90%以上。但受地理选 址和建设施工的局限,抽水蓄能未来发展空间有限。相比抽水蓄能,电化学储能受地理条 件影响较小,建设周期短,应用场景更为广泛。随着成本持续下降、商业化应用日益成熟, 电化学储能技术优势愈发明显,逐渐成为储能新增装机的主流。预计未来随着锂电池产业 规模效应进一步显现,成本仍有较大下降空间,发展前景广阔。

光伏等可再生能源并网将成为我国电化学储能市场未来重要增长动力。根据 CNESA 数据,2018 年中国电化学储能项目在电力系统的新增装机规模为 0.7GW,同比增长 465%。从应用分布上看,我国集中式可再生能源并网储能占比仅 10.7%,与全球 25.2%的占比仍 存一定差距。占比较低的核心原因在于国内可再生能源储能商业模式尚未完全打通,储能 收益(调峰补偿收益+弃电储能收益)无法覆盖系统建设成本。当前阶段下,国家主要利 用补贴政策及政策引导储能配比来推进新能源储能配置。未来随着规模化应用后带来的储 能成本下降,可再生能源储能领域将迎来市场化快速发展阶段。

电池组、BMS、PCS 为电化学储能系统三大核心环节。电化学储能产业链主要包括 储能系设备提供商、储能系统集成商及安装商。完整的电化学储能系统主要由电池组、电 池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、储能变流器(PCS)以及其他电气设备构成。从成本构成的角度出发,电池组是储能系统最主要的成本构成部分,成本占比约 67%;PCS 用来控制储能电池组的充电和放电过程,进行交直流的变换,成本占比约 10%;BMS 主 要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等,成本占比约 9%;EMS 及其余电器设备等成 本占比在 2%-6%之间。

竞争格局初步显现,锂电池龙头及逆变器龙头凭借技术、渠道优势占据先机。细分领 域来看,储能电池组及 BMS 与锂电池技术同源,同时由于国内储能电池在新能源并网领 域应用程度仍较低,主要沿用此前动力电池产线为主,行业内锂电大厂凭借技术及产能优 势将布局顺势延伸至电网侧、用户侧等储能领域。从国内竞争格局来看,根据中关村储能 协会(CNESA)统计,2019 国内新增投运的电化学储能项目中,储能技术供应商(主要 为电池组、BMS)出货量前三为宁德时代、海基新能源、国轩高科,其中宁德时代出货量 约 386MWh,领先优势较为明显。储能逆变器与光伏逆变器技术同源,且交直流转化技术 已较为成熟,预计竞争格局将保持稳定状态。根据 CNESA 数据,2019 年国内新增项目中 储能逆变器出货量前三有科华恒盛、恒瑞继保等。储能系统集成商领域,由于目前储能领 域处于相对早期发展阶段,应用领域较广,系统集成专业化程度较低,竞争格局相对分散。根据 CNESA 数据,2019 年国内新增项目中系统集成商出货量前三有科陆电子、海博思创 等。随着新能源侧储能需求逐步爆发,集成专业化程度提升,后续具备差异化渠道、技术 等优势的厂商有望脱颖而出。


作者: 来源:中信证券 责任编辑:jianping

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