化工新材料助力新能源行業(yè)發(fā)展機(jī)遇

張松臣，張 成，張 帆

（中國化工信息中心，中國石油化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院，北京 100029）

1 新能源行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

1.1 中國新能源行業(yè)快速發(fā)展，成為全球新能源行業(yè)供應(yīng)鏈的穩(wěn)定力量

中國已成為全球最大的可再生能源市場和裝備制造國。據(jù)國際能源署發(fā)布的《世界能源展望2023》，中國目前已經(jīng)成為清潔能源技術(shù)的最大使用國，2022 年占據(jù)了全球60%的電動(dòng)車市場，50%以上的風(fēng)電新裝裝機(jī)量，45%的光伏新增裝機(jī)量和30%的核能新增裝機(jī)量。據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，2023 年前三季度，全國可再生能源新增裝機(jī)量1.72 億kW，同比增長93%，占新增裝機(jī)的76%。其中，水電新增裝機(jī)788 萬kW，風(fēng)電新增裝機(jī)3 348萬kW，光伏發(fā)電新增裝機(jī)12 894萬kW，生物質(zhì)發(fā)電新增裝機(jī)207 萬kW。截至2023 年9 月底，全國可再生能源裝機(jī)約13.84億kW，同比增長20%，約占我國總裝機(jī)的49.6%，已超過火電裝機(jī)。同時(shí)，在裝備制造領(lǐng)域，中國是光伏面板、風(fēng)電機(jī)組、電池、熱泵和制氫電解槽的最大生產(chǎn)國，預(yù)計(jì)未來規(guī)模還將繼續(xù)增長。

新型儲(chǔ)能快速發(fā)展，成本持續(xù)優(yōu)化。據(jù)工信部數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年1—8月全國鋰電池總產(chǎn)量超過580 GWh，同比增長37%，其中，儲(chǔ)能用鋰電池產(chǎn)量為110 GWh，已超過2022年全年產(chǎn)量。從規(guī)?？矗刂?023年6月底，全國已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模超過17.33 GW；其中，2023年1—6月，我國新投運(yùn)裝機(jī)規(guī)模約8.63 GW。2023年以來，在上游原材料價(jià)格回落、產(chǎn)能快速釋放以及技術(shù)迭代加速等多重因素影響下，我國儲(chǔ)能電池系統(tǒng)和EPC 中標(biāo)價(jià)格持續(xù)下降。2022年，0.5C鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的中標(biāo)價(jià)接近2.0 元/Wh，現(xiàn)已跌至約0.8 元/Wh，0.25C 鋰電池系統(tǒng)價(jià)格跌至約0.7 元/Wh，同比下降2.5 倍。據(jù)遠(yuǎn)景科技集團(tuán)測試，鋰電池儲(chǔ)能的度電成本已接近0.2元，低于抽水蓄能，成為成本最低的儲(chǔ)能技術(shù)，且成本還會(huì)繼續(xù)下降。

中國在電解槽部署方面處于全球領(lǐng)先。據(jù)國際能源署發(fā)布的《全球氫能評論2023》，2022年，中國電解槽裝機(jī)量占全球比重從2020 年的不足1%迅速增長為30%，達(dá)到200 MW以上。預(yù)計(jì)到2023年底將提高至50%，達(dá)到1.1 GW，截至2023年9月，約一半以上的電解槽處于運(yùn)營狀態(tài)，另外一半仍在建設(shè)中。預(yù)計(jì)2024年，中國電解槽裝機(jī)量將達(dá)到2023年的3倍，為3.3 GW，2025年達(dá)到5.4 GW。此外，綠氫項(xiàng)目平均規(guī)?？焖僭鲩L，2023年公開項(xiàng)目中，約60%的項(xiàng)目為100～500 MW。預(yù)計(jì)到2025年，將有20%以上的規(guī)劃投資項(xiàng)目規(guī)模達(dá)到吉瓦級(jí)別。

1.2 新能源行業(yè)持續(xù)增長將帶動(dòng)上游關(guān)鍵新材料需求增加

化工企業(yè)布局新能源材料的機(jī)會(huì)較多，前景廣闊。新能源行業(yè)是在復(fù)雜多變的外部環(huán)境下，中少數(shù)增長潛力確定性較高的行業(yè)。對化工和材料企業(yè)來說，提升創(chuàng)新能力、提供符合新能源行業(yè)需求的關(guān)鍵新材料將成為企業(yè)轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。如，開發(fā)耐腐蝕、輕質(zhì)、高強(qiáng)度的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片復(fù)合材料；提供高純度硅材料、薄膜等關(guān)鍵光伏組件；研發(fā)高性能電池材料，如高容量陰極材料和穩(wěn)定電解液；提供電解設(shè)備和燃料電池的關(guān)鍵組件，如高性能膜和催化劑。除了進(jìn)入細(xì)分賽道的關(guān)鍵新材料外，首批光伏電池板、風(fēng)電裝備、動(dòng)力電池退役潮即將到來，重點(diǎn)材料再生利用市場將迎來快速增長。這就要求化工企業(yè)加強(qiáng)跨領(lǐng)域合作，積極與新能源領(lǐng)域企業(yè)合作，共同開發(fā)滿足特定需求的新材料。

2 新能源領(lǐng)域化工新材料行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

2022 年，中國化工新材料市場規(guī)模達(dá)1.2 萬億元，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、電子與通訊、新能源、醫(yī)療健康、航空航天、船舶等終端應(yīng)用領(lǐng)域。多種化工新材料關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)命脈和國防安全，是實(shí)現(xiàn)重要領(lǐng)域自主可控的物質(zhì)基礎(chǔ)。但目前，我國部分產(chǎn)品自給率仍不足70%，推動(dòng)這些材料實(shí)現(xiàn)自主供給，是維護(hù)經(jīng)濟(jì)安全和產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全的必然選擇。

隨著我國“3060”碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的提出，化工新材料行業(yè)也迎來了新機(jī)遇。風(fēng)電、光伏、鋰電、氫能等新能源新產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，帶動(dòng)市場對新能源、新材料的需求持續(xù)提升。

2.1 風(fēng)電

現(xiàn)代化風(fēng)電技術(shù)已發(fā)展40余年，風(fēng)力發(fā)電具有豐富的資源儲(chǔ)備且呈現(xiàn)高度的環(huán)境友好性，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模運(yùn)營在歐美中日地區(qū)已然實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)技術(shù)進(jìn)步帶來風(fēng)機(jī)大型化更迭，度電成本顯著下降。中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了15年的飛躍發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)工藝方面均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

風(fēng)電機(jī)組由輪轂、葉片、發(fā)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、塔筒等組成，這些關(guān)鍵部件所需的對應(yīng)材料也各不相同。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈中涉及的化工新材料主要集中于葉片。葉片是轉(zhuǎn)換風(fēng)能的核心部件，材料性能直接關(guān)乎發(fā)電效率和使用壽命，占風(fēng)機(jī)成本的20%以上。

風(fēng)電葉片主要由基體樹脂、增強(qiáng)材料、夾芯材料、結(jié)構(gòu)膠等構(gòu)成，其中基體樹脂和增強(qiáng)材料合計(jì)占葉片成本的50%以上（見圖1）[1]。目前主要的基體樹脂包括環(huán)氧樹脂、環(huán)氧乙烯基酯樹脂、不飽和聚酯樹脂等，其中環(huán)氧樹脂由于具有良好的力學(xué)性能、絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性以及較低的成本，成為目前風(fēng)電葉片領(lǐng)域最主流的基體樹脂。目前主要的增強(qiáng)材料是玻璃纖維和碳纖維，其中玻璃纖維是目前主流的風(fēng)電增強(qiáng)材料，未來隨著風(fēng)電機(jī)組大型化趨勢導(dǎo)致的風(fēng)電葉片長度增加，強(qiáng)度和剛度更優(yōu)異的碳纖維將獲得更高的成長空間。夾芯材料和結(jié)構(gòu)膠也是風(fēng)電葉片的重要組成部分，分別占葉片成本的12%和11%，目前主要的夾芯材料包括巴沙木、聚氯乙烯（PVC）芯材和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）芯材，結(jié)構(gòu)膠則以環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠為主。

圖1 風(fēng)電葉片主要構(gòu)成材料成本占比

從市場規(guī)模上看，環(huán)氧樹脂、碳纖維和玻璃纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的市場規(guī)模位居前3 位，分別為50億元、33億元和30億元，是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈中最值得關(guān)注的化工新材料（見表1）。

表1 中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈主要化工新材料

2.2 光伏

經(jīng)過多輪政策調(diào)整，我國光伏產(chǎn)業(yè)已從高速發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，朝著更加健康穩(wěn)定的方向前進(jìn)，目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)均達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

光伏產(chǎn)業(yè)鏈從上游到下游主要包括硅料、硅片、電池片和光伏組件四大環(huán)節(jié)，以及光伏玻璃、膠膜、背板、邊框、密封膠等輔材及配件，其中涉及的化工新材料主要集中在光伏產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)。光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分，主要由光伏電池片、光伏玻璃、光伏膠膜、背板、邊框及接線盒組成，以545W 單晶單玻組件為例（組件尺寸為2 256 mm×1 133 mm×35 mm），電池片占組件成本的60%以上，鋁邊框和光伏膠膜分別占組件成本的9%和8%（見圖2）[2]。

圖2 光伏組件的主要組成材料成本占比

在光伏全產(chǎn)業(yè)鏈中，涉及的化工新材料主要為高分子材料，用于封裝膠膜，主要材料是乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）和聚烯烴彈性體（POE）、PET基膜、氟膜（各種氟樹脂）、接線盒（PPO）以及聚乙烯（PE）線纜料等（見表2）。

表2 中國光伏產(chǎn)業(yè)鏈主要化工新材料

封裝膠膜是影響光伏組件質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵，主要用于黏結(jié)光伏電池片與光伏玻璃及背板，起到抵抗高溫、潮氣、紫外線等環(huán)境侵蝕等作用，能提高組件的光電轉(zhuǎn)換效率，增加組件輸出功率。目前市場上光伏膠膜主要有透明EVA膠膜、白色EVA 膠膜、POE 膠膜、共擠型EPE 復(fù)合膠膜等，均是以EVA、POE樹脂為主要原料，封裝膠膜也是光伏產(chǎn)業(yè)鏈中對于化工新材料需求最大的環(huán)節(jié)。

2020年之前，我國EVA和POE樹脂長期處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，產(chǎn)能遠(yuǎn)不能滿足需求，對外依存度高于50%。2020—2022 年，隨著技術(shù)突破，我國EVA自給率不斷攀升，2022年達(dá)61%。但目前我國POE在催化劑及工藝技術(shù)等方面存在較高壁壘，仍處于開發(fā)或建設(shè)階段，長期以來國內(nèi)需求完全依賴進(jìn)口，且預(yù)計(jì)在未來5 年難以實(shí)現(xiàn)自給自足，進(jìn)口替代空間較大。

2.3 鋰離子電池（儲(chǔ)能）

在全球儲(chǔ)能和新能源汽車領(lǐng)域，中國企業(yè)具有較強(qiáng)競爭力。作為最大的汽車生產(chǎn)和消費(fèi)國，中國新能源汽車產(chǎn)銷量均位居世界第1。在政策及資本推動(dòng)下，中國已形成完整的新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈，技術(shù)水平和核心競爭力處于世界領(lǐng)先。同時(shí)，作為全球最大的可再生能源市場，中國儲(chǔ)能裝機(jī)容量穩(wěn)步增長。在資源稟賦、市場環(huán)境及產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的有利條件下，中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈日益完善，規(guī)模效應(yīng)明顯，產(chǎn)業(yè)實(shí)力位居全球前列。我國新型儲(chǔ)能和新能源汽車的技術(shù)路線以鋰離子電池為主，涉及到的化工新材料基本一致。

鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上游為原材料與鋰電設(shè)備；產(chǎn)業(yè)鏈中游為鋰電池制造，將正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜加工后形成鋰電芯，對鋰電芯進(jìn)行模組裝配及PACK 形成鋰電池包；下游是鋰電池應(yīng)用，主要有新能源汽車的動(dòng)力鋰電池、儲(chǔ)能鋰電池、消費(fèi)電子產(chǎn)品鋰電池、電動(dòng)工具等領(lǐng)域，最后對鋰電池進(jìn)行回收利用（見圖3）。從市場規(guī)模上看，鋰電產(chǎn)業(yè)鏈中的正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜等四大材料是化工企業(yè)優(yōu)先關(guān)注的產(chǎn)品。

圖3 中國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈主要化工新材料

2022年，中國鋰離子電池正極材料出貨量185萬t，市場規(guī)模約4 400億元。2023年1—8月，正極材料出貨量已達(dá)140萬t。由于性價(jià)比高、工藝成熟，正極產(chǎn)品以磷酸鐵鋰和三元材料為主。但三元材料安全性相對較差，不能應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域。正極材料企業(yè)資源屬性更強(qiáng)，競爭激烈，盈利水平最低，企業(yè)紛紛布局上游礦產(chǎn)資源以增強(qiáng)成本競爭力。

2022年，我國鋰離子電池負(fù)極材料出貨量140萬t，市場規(guī)模約650 億元。2023 年1—8 月，負(fù)極材料出貨量已達(dá)95 萬t。目前負(fù)極材料以人造石墨為主，但硅基負(fù)極由于理論上具有更高的比容量而被普遍看好，成為下一代負(fù)極材料。受能耗雙控政策導(dǎo)致石墨化產(chǎn)能緊張的影響，負(fù)極材料經(jīng)歷了一輪緊缺周期，整體產(chǎn)業(yè)鏈利潤有所提升，但隨著負(fù)極材料大量項(xiàng)目落地，盈利水平或?qū)⒒芈洹?/p>

2022 年，我國電解液出貨量85 萬t，市場規(guī)模約720億元。2023年1—8月，電解液出貨量已達(dá)62 萬t。鋰電電解液由高純度有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、添加劑等原料在一定條件和比例下配制而成，其中鋰鹽電解質(zhì)是最關(guān)鍵原料，目前主流的產(chǎn)品為六氟磷酸鋰。電解液價(jià)格波動(dòng)受溶質(zhì)、溶劑和添加劑價(jià)格影響，其中六氟磷酸鋰在電解液成本占比中有絕對權(quán)重。受益于新能源車放量及供給端長擴(kuò)產(chǎn)周期，短期供需錯(cuò)配導(dǎo)致六氟磷酸鋰價(jià)格升高，電解液企業(yè)盈利水平增加，但在階段性上漲后收益持續(xù)回落，盈利水平逐漸穩(wěn)定。電解液企業(yè)一體化、多元化方向明確，通過布局溶質(zhì)、溶劑、添加劑向上游發(fā)展，以規(guī)避上游原材料周期性漲價(jià)風(fēng)險(xiǎn)。

2022年，中國隔膜出貨量130億m2，市場規(guī)模約120億元。2023年1—8月，隔膜出貨量已達(dá)86億m2。由于主流的電解液為有機(jī)溶劑體系，隔膜的選擇也為耐有機(jī)溶劑的材料，一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜。濕法PE隔膜是行業(yè)主流。隔膜行業(yè)壁壘較高，屬于典型的重資產(chǎn)行業(yè)，行業(yè)毛利率和凈利率水平明顯高于其他材料。隔膜行業(yè)競爭格局穩(wěn)定，攪局者難以出現(xiàn)[3-5]。

未來10年，鋰電池仍是動(dòng)力電池與電化學(xué)儲(chǔ)能的絕對主力。鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中涉及到的化工新材料產(chǎn)品繁多，從行業(yè)毛利潤率和未來5 年的需求增長率來看，硅基負(fù)極、濕法隔膜、碳納米管等化學(xué)品仍具有較高的發(fā)展?jié)摿?，而正極材料和天然石墨等材料由于資源屬性較強(qiáng)，將承受利潤波動(dòng)考驗(yàn)（見圖4）。

圖4 未來5 年鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中的化工新材料行業(yè)毛利潤率與需求增長率

2.4 氫能

氫能尚處于產(chǎn)業(yè)化落地階段，具有較大發(fā)展空間；但我國氫能產(chǎn)業(yè)未來具體技術(shù)路線、生產(chǎn)工藝和應(yīng)用場景尚未確定，因此存在較大不確定性。目前市場規(guī)模相對較大且發(fā)展相對確定的化工新材料是質(zhì)子交換膜。2022 年中國氫燃料電池領(lǐng)域質(zhì)子交換膜需求量為28 萬m2，同比增長150%。我國質(zhì)子交換膜市場仍為國外品牌主導(dǎo)，但國產(chǎn)品牌滲透率正在逐年提升。由于質(zhì)子交換膜行業(yè)技術(shù)門檻較高，未來市場份額將向具備先進(jìn)研發(fā)水平與大規(guī)模量產(chǎn)能力的頭部企業(yè)集中。

3 化工企業(yè)轉(zhuǎn)型新能源材料的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)及建議

3.1 復(fù)雜的外部環(huán)境和經(jīng)濟(jì)形勢為材料和化工企業(yè)轉(zhuǎn)型帶來不確定性

中國新能源行業(yè)產(chǎn)能面臨過剩風(fēng)險(xiǎn)并迎來價(jià)格戰(zhàn)。以光伏行業(yè)為例，行業(yè)已出現(xiàn)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的問題。據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)硅業(yè)分會(huì)近期數(shù)據(jù)，部分光伏組件一線企業(yè)和一體化企業(yè)的開工率已降至80%，其余企業(yè)開工率降至50%～70%。同時(shí)終端組件中標(biāo)價(jià)格也迎來新低，據(jù)2023 年10 月18 日中國華電集團(tuán)的光伏組件集采開標(biāo)結(jié)果來看，部分標(biāo)段的的價(jià)格首次跌破1.000元/W，為0.993 元/W。10 月30 日，國家能源集團(tuán)的光伏組件集采開標(biāo)，也有企業(yè)報(bào)出低于1.000元/W的價(jià)格。在此背景下，無論是龍頭企業(yè)還是二三線企業(yè)的利潤都會(huì)受到一定影響，甚至面臨大幅下降，部分企業(yè)甚至面臨被淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。

化工和材料行業(yè)受全球經(jīng)濟(jì)放緩和下游需求低迷影響出現(xiàn)下滑。疫情后，全球經(jīng)濟(jì)放緩，化工行業(yè)還面臨著需求下降、供應(yīng)過剩、高通脹、利率上升以及能源成本增加等不利局面。據(jù)日經(jīng)中文網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2023年4—6月全球約11 000家主要上市企業(yè)中，材料能源行業(yè)的利潤同比減少了4成，減幅超過1 200億美元；化工行業(yè)利潤同比減少了6成。

3.2 化工企業(yè)做好戰(zhàn)略研判，強(qiáng)化自身優(yōu)勢并持續(xù)創(chuàng)新

化工企業(yè)需打造戰(zhàn)略研判能力并對內(nèi)外部環(huán)境進(jìn)行客觀分析。鑒于外部環(huán)境和行業(yè)的復(fù)雜性，化工企業(yè)面對快速發(fā)展的新能源領(lǐng)域投資機(jī)會(huì)缺少客觀分析研判。同時(shí)企業(yè)對自身內(nèi)部分析也存在一定盲區(qū)，極少從行業(yè)視角出發(fā)進(jìn)行定位和對標(biāo)，不利于在戰(zhàn)略決策中明確自身優(yōu)勢和不足。應(yīng)對上述風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，企業(yè)需打造敏捷的戰(zhàn)略研判能力并從多維度進(jìn)行戰(zhàn)略方向選擇和路徑規(guī)劃。

化工企業(yè)轉(zhuǎn)型布局新能源材料領(lǐng)域需強(qiáng)化自身優(yōu)勢并持續(xù)創(chuàng)新。新能源材料是一個(gè)創(chuàng)新密集型行業(yè)，下游技術(shù)路線推陳出新，不斷迭代，過程中持續(xù)對上游關(guān)鍵材料的新產(chǎn)品開發(fā)提出新的要求。企業(yè)應(yīng)通過技術(shù)創(chuàng)新，不斷開發(fā)出更具性能優(yōu)勢和成本效益的新能源材料，持續(xù)的研發(fā)投入是保持競爭力和把握市場機(jī)遇的關(guān)鍵。