2021年碳中和约束下的龙头企业选择-solarbe文库

资源描述：

请务必阅读正文之后的免责条款部分 [Table_Main] [Table_Title] 产业研究月报 2021.06.07 ，碳中和约束下的龙头企业选择 [Table_Summary] 电力用电量和GDP强相关，仍为正增长。按照 IEA指引测算，2025年光伏风电发电量占比超过 25，2030 年光伏风电发电量占比近 50，对电网的运行造成了巨大的冲击，是否能实现的核心并不在于电站资产的运营和经济性，而在于电网的消纳和用电、发电、电网各个环节的储能配套。即便按照新增装机谨慎的配置20的储能，2025年可以达到50GW的量级。与之相匹配的发电端、电网端、用电端的资本开支远超想象。水泥工业过程排放占比60，减排难度最高。以10-20年的周期来看，参考日本的水泥产业史，CR3达到70-80的竞争格局。随着免费配额发放量的大幅缩水，企业碳排成本不断提升，以海螺和行业平均成本差距30-50元/吨作为公司长期盈利能力来实现行业的产能出清，仍有4亿左右的碳排放量需要CCUS来解决。同时，海螺也深耕水泥窑协同处置垃圾焚烧技术，成为水泥龙头加速减排的另一途径。钢铁电炉替代高炉的核心在于废钢回收。以10年的设备折旧周期和 20 年的房屋折旧周期来看，累计废钢量的拐点是不是在2030年以前到来更换电炉单设备投资仅为100 元/吨，按照长达20-30年的设备替换周期（行业投资强度17.5亿元/年），电炉对于高炉的替代并不会给龙头企业带来过重负担。化工碳排总量有限，但强度突出。发挥煤化工龙头长期积累的成本优势和工艺端的核心竞争力，更换碳排强度较低的天然气工艺路线，提升精细化工率都是减少国内化工碳排放强度的方式。碳中和约束下十年的产业投资机会。储能是解决电网消纳问题的必然选择。铁锂电池路线的成本大幅下降（设备、原料创新）、新能源车加速放量后动力电池的梯次利用于储能（回收、检测），BMS、EMS、逆变器都有着巨大的创新机会；工业电气化过程（包括钢铁改电炉、灵活电网系统重建、水泥有色化工节能减排设备再投入）催生设备端的机会，需要依靠电力设备和机械设备龙头的研发创新能力；工业过程减排主要通过CCUS来实现，其次为氢能。保守估计国内情况，水泥仍有 4 亿吨碳排、石化化工 2-3 亿吨碳排、天然气3.6亿吨碳排，合计10亿吨碳排要靠CCUS来实现中和。光伏锂电的产业历史值得所有涉及碳中和约束的行业学习。资本的协同和稳定的政策预期对于龙头企业和产业的发展来讲至关重要；技术路线之争的结果往往是优秀的产品性能而非当下的经济性；而资本的选择永远是更优秀的性能，不确定的只是爆发的时点。 [Table_Author] 产业研究中心作者肖洁电话021-38674660 邮箱xiaojiegtjas.com 资格证书编号S0880513080002 作者鲍雁辛电话0755-23976830 邮箱baoyanxingtjas.com 资格证书编号S0880513070005 [Table_DocReport] 往期回顾产业深度产业深度请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 31 目录 1. 国内碳排放历史化石能源占比高 . 5 1.1. 八大行业占比90 5 1.2. 化石能源的下游依然集中于钢铁水泥化工 5 2. 减排路径推演和龙头战略选择 . 6 2.1. 电力用电量和GDP强相关，仍为正增长 6 2.2. 水泥工业过程排放占比60，减排难度最高 9 2.2.1. 碳中和约束下水泥龙头的未来 . 10 2.3. 钢铁电炉替代高炉的核心在于废钢回收 10 2.3.1. 碳中和约束下的钢铁龙头的未来 11 2.4. 电解铝电气化程度高、减排路径清晰 12 2.5. 化工碳排总量有限，但强度突出 13 2.5.1. 合成氨和甲醇合计约占总化工排放的50 . 14 2.5.2. 碳中和约束下的龙头万华化学 . 16 2.5.3. 提升精细化工率是减少碳排放强度的最佳方式 . 16 3. 碳中和约束下十年的产业投资机会（2020-2030年） . 18 3.1. 储能解决电网消纳问题的必然选择 18 3.2. 工业电气化碳中和的必经之路 19 3.3. 未来工业过程减排依靠CCUS 20 4. 讨论与借鉴 . 22 4.1. 产业发展和企业的战略选择依赖于“政策机制的设计” 22 4.2. 技术路线之争选择优秀的性能而非当下的经济性 25 4.3. 三代半导资本选择更优秀的性能，不确定的只是时间 25 SZmNpRqNsQnMqRpNmOpMmRzR6McMaQnPqQpNqRkPmMsMiNrRyQbRmOpOuOrRmQvPtRsM 产业深度请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 31 图表目录图 1八大行业2017年碳排放占比 5 图 22018年煤炭下游消费结构（亿吨） . 6 图 32018年石油下游消费结构（亿吨） . 6 图 42018年天然气下游消费结构（亿立方米） . 6 图 5中国分部门二氧化碳排放量（千吨） . 6 图 6中国化石能源碳排放量（千吨） . 6 图 7美国GDP增速与用电量增速强相关 . 7 图 8日本GDP增速与用电量增速强相关 . 7 图 9IEA2030年光伏、风电、电动车预测 8 图 10电炉法生产粗钢占比依旧较低（千吨） . 11 图 11美国粗钢产量回落30-40（千公吨） . 12 图 12日本粗钢产量高位震荡（千公吨） . 12 图 13电解环节排放占比约79.4（电解阳极） . 12 图 14全流程电力排放占比约63 12 图 15中国铝电力环节排放量远高于世界其他地区 . 13 图 16化工二氧化碳排放以合成氨、甲醇为主 . 14 图 17 冰箱冰柜占硬泡聚醚下游需求的一半以上 16 图 18万华乙烯一期石化产业链 . 16 图 19新和成以丙酮产业链为根本的庞大生产链 . 17 图 20蛋氨酸产业化成功衍生了氢氰酸和光气产业链 . 18 图 21储能在电力系统中的具体应用场景 . 19 图 22电化学储能系统中，电池组成本占比最高 . 19 图 23历年电网投资额（亿元） . 20 图 242020-2030年光电和风电发电量测算亿度 20 图 25未来电网持续投入在于解决新能源发电的间歇性 . 20 图 26工业生产过程中的碳减排路径 . 21 图 27全球工业生产中碳减排路径（2020年20亿吨） 21 图 28典型CCUS项目成本 21 图 29欧盟碳排放交易每日碳交易价格（欧元/公吨） 22 图 30主要国家碳税水平（美元/吨碳） 22 图 31中国新能源汽车补贴政策历程 . 23 图 32宽禁带半导体的价格（以8英寸的硅晶片作参考） . 29 图 33从材料到器件再到系统，SiC节省的是重量、空间、电耗以及其他材料用量（如电容电阻） 29 图 34Rohm公司使用在赛车中逆变器的全SiC功率模块尺寸减小43 . 30 产业深度请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 31 表 1钢铁水泥电解铝单位应收碳排放计算（模拟碳强度） 5 表 2煤炭石油天然气的二氧化碳排放系数 6 表 3美国和日本的GDP3500万美元用于向太阳能电池制造的扩展募资合计（亿元） 28.83 天合光能 2014年可转债 11.42 -- 2014年企业债 7.59 -- 2010年增发配股 10.56 -- 2009年增发配股 8.51 -- 2008年增发配股 7.06 -- 2008年可转债 17.03 -- 2007年增发配股 16.04 -- 2006年首发 6.88 -- 募资合计（亿元） 85.09 产业深度请务必阅读正文之后的免责条款部分 25 of 31 数据来源wind（汇率以2018年美元平均汇率6.6计算） 4.2. 技术路线之争选择优秀的性能而非当下的经济性光伏锂电的历史值得所有涉及碳中和约束的行业学习。2012年，隆基坚定不移地选择成本更高地单晶路线，需要对抗的是整条产业链的阻挠。在单晶多晶技术路线之争时，看准行业的方向可能并不困难，但能够持续坚持战略选择，且在遇到下游组件厂商阻力之时，以极高的战略执行力将产业链拓展至下游单晶组件（2014），引领PERC技术成为主流，打败了历史上的“亚洲硅王”保利协鑫，完成了产业链一体化。表 18隆基股份选择单晶路线隆基股份2012年报在全球光伏产业发展初期，各种技术路线的发展前景充满不确定性，隆基股份对各种技术路线进行了缜密调研，深入对比分析了晶硅路线与薄膜路线、晶硅路线中的单晶路线与多晶路线，并研究了聚光电池技术路线发展前景、物理法多晶硅发展前景。经过充分地调研考察和分析，公司得出以下战略判断晶硅路线是未来十年的主流光伏技术路线，相对薄膜路线具有投资成本低、产业基础稳定、产业化前景广阔等优势；单晶路线与多晶路线相比具备可持续发展优势，其生产工艺和技术门槛高，对区域布局要求高，高转化效率所带来的度电成本降低空间大；聚光电池技术路线和物理法多晶硅短期缺乏产业发展前景。在以上分析基础上，隆基股份将单晶路线作为长期发展的技术路线。同时，隆基股份对专业化与垂直一体化进行了比较，认为光伏制造未来一定会迎来充分竞争时代，各环节的短缺现象不可持续，上下游的交易成本在成本中所占比重较低，多领域投资和垂直一体化模式对企业资源能力和风险承担能力要求偏高，鉴于这些分析基础，隆基股份在主要光伏企业进行垂直一体化扩张时仍坚持专业化战略定位，取得了单晶领域技术、成本等多方面的领先优势。隆基股份2013年报目前国内光伏应用市场以多晶产品为主，单晶产品的份额不足10，单晶价值没有得到充分认可，主要原因在于渠道不畅，销售推动力不足。在通往电站的渠道中，组件制造商占据主导地位，其对单晶、多晶的选择推广尤为重要。在光伏产品供应不足的时期（20052008年，20102011年），多晶产品因为工艺简单，产能快速扩张，国内主流电池组件企业均是多晶为主的一体化企业。目前国外光伏应用市场单晶产品比例明显高于国内市场。2013年中国硅片出口共 16.94亿美元，其中单晶硅片出口7.05亿美元，占总出口额的41.6。国外成熟市场光伏制造及应用市场单晶比例提升趋势明显。隆基股份2014年报集中优势资源持续打造成本优势与规模优势型企业。公司依托雄厚的科研实力和精细化管控手段，按计划顺利导入各项专利技术成果，产品品质提升与成本降低的成绩显著。报告期内，研发投入2.54亿元，比2013年增长62.80。多次拉晶技术、金刚线切割技术、细线化和薄片化等技术的应用使公司的非硅成本同比降低12.79，形成了明显的成本优势。产业链整合与新业务的培育取得实质性进展，有望成为新的利润增长点。2014年公司启动产业链整合，收购了浙江乐叶光伏科技有限公司，将产业链拓展至组件业务。数据来源隆基股份年报、国泰君安证券研究动力电池领域，宁德选择高能量密度和高功率密度的三元而非更稳定地铁锂，以及恩捷选择更高能量密度但资本开支强度更大的湿法。龙头的技术路线之争往往不拘泥于当下的性价比和技术突破的困难，更在于长周期的产品性能的领先。 4.3. 三代半导资本选择更优秀的性能，不确定的只是时间第三代半导体在高功率领域的应用成为 2020 年一级市场最为热门的投资方向。表面催化剂在于特斯拉使用碳化硅替代IGBT，深究其原因，在于材料端更优秀的性能，带来 5-10 年后产品在节能降耗层面的性价比，产业深度请务必阅读正文之后的免责条款部分 26 of 31 同目前的碳中和约束下的产业选择有异曲同工之妙。表 192020年第三代半导体一级市场融资概况项目名称业务简介机构方数量融资总额上海瀚薪科技半导体碳化硅技术与产品研发商上海瀚薪科技是一家半导体碳化硅技术与产品研发商，专注于第三代宽禁带半导体功率器件及功率模块研发生产，提供碳化硅二极管、宽能隙功率模组、MOS管等产品，服务于充电桩、光伏逆变器、通信电源、高端服务器电源、储能、工业电源、高铁、航天工业等领域。 9 - 铭镓半导体半导体氧化镓材料开发商北京铭镓半导体有限公司是国内率先专业从事第四代（超宽禁带）半导体氧化镓材料开发及应用产业化的高科技公司。2020年11月20日，注资1000万元成立。铭镓半导体致力于研发和生产基于新型超宽禁带半导体材料氧化镓的高质量单晶与外延衬底、高灵敏度日盲紫外探测器件、高频大功率器件等。经过探索和努力，初步完成氧化单晶衬底、氧化镓异质/同质外延衬底生产和研发平台的构建。申请20 余项专利，为全国 100多家从事氧化镓后端器件开发的研究机构和企业客户提供上游材料保障，急速推进和增强我国在第四代半导体材料的国际产业地位和核心竞争力。 3 - 聚力成 GaN半导体材料制造商聚力成是一家GaN半导体材料制造商，基于GaN核心技术，开发硅基氮化镓（GaN-on-Si）外延片、碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）外延片、GaN功率器件等材料，广泛应用于消费、汽车、工具中心和工业领域。 2 - 氮矽科技氮化镓研发商成都氮矽科技有限公司是一家中外合资企业。旨在实现中国第三代半导体氮化镓（GaN）在电力电子领域的高速发展。将通过国内首款独立研发与制作的GaN Power IC实现氮化镓在电力电子领域的革命。 2 600.00万人民币紫硅半导体碳化硅外延晶片供应商厦门紫硅半导体科技有限公司从事第三代半导体碳化硅外延片及相关设备的研发、生产和销售，致力于成为全球主要的碳化硅外延晶片供应商之一，以先进的碳化硅外延生长和设备技术为客户提供优良产品和服务。 2 - 苏州纳维氮化镓衬底晶片研发商苏州纳维科技有限公司是氮化镓衬底晶片研发商，该公司的产主要包括2英寸氮化镓自支撑晶片、定制尺寸氮化镓自支撑晶片、非极性半极性氮化镓自支撑衬底、氮化铝厚膜晶片等，可应用于半导体、激光器等相关领域。 7 3500.00 万人民币瀚天天成碳化硅外延晶片研发商瀚天天成电子科技（厦门）有限公司是一家集研发、生产、销售碳化硅外延晶片的中美合资高新技术企业。公司于2011年3月在厦门火炬高新区正式成立，已在厦门火炬高新区（翔安）产业区建成现代化生产厂房，含百级超净车间、检测、动力及辅助设施等。公司引进德国Aixtron公司制造的全球先进的碳化硅外延晶片生长炉和各种进口高端检测设备，形成了完整的碳化硅外延晶片生产线。公司已获得ISO9001、ISO14001、 OHSAS18001管理体系认证证书。 8 - 产业深度请务必阅读正文之后的免责条款部分 27 of 31 森尼克化合物半导体IDM服务商森尼克是壹家世界领先化合物半导体IDM公司，专注化合物半导体材料、锑化铟单晶材料、高灵敏度霍尔芯片及光、磁传感器的研发、生产、销售。 7 - 世纪金光半导体材料及器件研发平台北京世纪金光半导体有限公司前身为中原半导体研究所。公司主营宽禁带半导体晶体材料、外延和器件的研发与生产。是国家级高新技术企业、中国宽禁带功率半导体产业联盟理事单位、中国半导体材料协会会员单位。 5 - 百识电子科技第三代宽禁带半导体产业研发商南京百识电子科技有限公司专注第三代宽禁带半导体产业。百识电子科技成立于2019年8月，生产碳化硅及氮化镓相关外延片，包含GaN on Silicon、GaN on Sic以及 SiC on SiC，涵盖功率以及射频微波等应用。核心团队来自亚洲现有第三代半导体外延片领先的供货商，熟悉市场及客户不同产品需求与痛点，产业上游供应链及下游客户渠道畅通，实际量产经验超过5万片晶圆。 7 1.60亿人民币能讯半导体半导体材料与器件开发能讯半导体采用了整合设计与制造（IDM）的商业模式，率先在中国开展了第三代半导体氮化镓高能效功率半导体材料与器件的研发与产业化，其产品应用涵括了射频电子和电力电子两大领域。 16 - 泰科天润碳化硅功率器件制造商泰科天润半导体科技（北京）有限公司，是国内首家致力于第三代半导体“碳化硅”电力电子器件及产品解决方案的领军企业，公司的业务包括碳化硅生产、碳化硅器件研发制造及提供相关技术服务等，产品包括碳化硅肖特基二极管、充电桩电源模块等，可应用于新能源汽车、电脑等领域。 12 - 山东天岳半导体碳化硅材料制造商山东天岳是一家半导体碳化硅材料制造商，主要产品有 4H-导电型碳化硅衬底材料、6英寸-导电型碳化硅衬底材料、4英寸高纯半绝缘衬底材料等，产品具有耐高压耐高频特点，可广泛应用于大功率高频电子器件、半导体发光二极管、通讯、物流网等领域。 25 - 天科合达第三代半导体碳化硅晶片研发生产商天科合达是一家主要从事第三代半导体碳化硅晶片的研发、生产和销售的高新技术企业，天科合达针对微电子、光电子等半导体市场需要，重点开发了第三代半导体碳化硅晶体生长及加工技术，主要产品为导电型碳化硅晶体及晶片、半绝缘型碳化硅晶体及晶片。 9 5.97亿人民币派恩杰功率半导体器件生产销售商派恩杰半导体（杭州）有限公司（以下简称“派恩杰”）是第三代半导体功率器件设计公司，杭州市萧山区5G创新谷。以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体器件是电力电子领域革命性的成果。其广泛应用于新 3 1100.00 万人民币产业深度请务必阅读正文之后的免责条款部分 28 of 31 能源、智能电网、物联网、电力电子等领域。派恩杰产品有碳化硅MOSFET，碳化硅二极管；氮化镓晶体管等，致力于碳化硅与氮化镓功率器件的研发迭代与量产转化，联合代工厂实现开模量产与技术升级，填补国内技术产业空白。 CGD 半导体晶体制造商 Cambridge GaN Devices是一家半导体晶体制造商。 CGD是为了探索和开发电力电子领域的许多独特机会，这是由于该团队将氮化镓专有应用到基于硅的半导体晶体管制造工艺中而得以实现的。众所周知，硅晶体管具有最高的效率，因此CGD的电源设计工程师开发了一系列氮化镓晶体管，它们的速度比现有硅等效产品快100倍以上，功耗降低5至10倍且小4倍。在日益数字化的世界中，这些晶体管的潜在应用范围和可能性几乎是无限的。 8 6690.00 万人民币江苏能华功率器件系统制造商江苏能华的“科能芯“系列由在氮化镓功率外延片、器件设计、工艺流程及封装技术领域有着卓越专业贡献一批同路人开创的，它还拥有世界最顶端水平的氮化镓功率器件系统的研发、生产能力以及制造工艺。的“科能芯“ 系列由在氮化镓功率外延片、器件设计、工艺流程及封装技术领域有着卓越专业贡献一批同路人开创的，它还拥有世界最顶端水平的氮化镓功率器件系统的研发、生产能力以及制造工艺。 15 - 优镓科技 5G通信氮化镓功放芯片研发商优镓科技是一家专注于高性能射频氮化镓功率放大器的芯片设计公司，优镓科技以全球领先的射频功放芯片设计技术为依托，结合国内无线通信行业蓬勃发展的大环境，使用先进第三代半导体氮化镓（GaN）材料，致力于自主研发应用于5G 基站及下一代无线通信基础设施的射频芯片。 8 2200.00 万人民币镓华微电子半导体GaN功率器件研发商镓华微电子是一家半导体GaN功率器件研发商，专注于第三代宽禁带半导体GaN功率器件研发制造，提供氮化镓功率器件设计测试等一站式服务。 2 - 基本半导体碳化硅功率器件研发商深圳基本半导体有限公司（BASiC Semiconductor Ltd.）致力于碳化硅功率器件的研发与产业化。基本半导体建立了一支国际一流的研发和产业化创新团队，对碳化硅器件的材料制备、芯片设计、制造工艺、封装测试等各方面进行研发，覆盖产业链各个环节。 16 1.31亿人民币超芯星第三代半导体研发商超芯星是一家第三代半导体研发商，致力于6英寸碳化硅衬底的研发与产业化，碳化硅可广泛应用于5G 通讯、航空航天、轨道交通、电动汽车、光伏储能、风力发电、智能电网、高压输配电和电能变换、电机控制、节能建筑等重要国防和民用领域，是推动战略性新兴产业的重要支撑。 3 - 数据来源国泰君安证券研究具体来看，GaN-on-Si价格是Si的2倍左右，SiC价格是Si的7倍左右，产业深度请务必阅读正文之后的免责条款部分 29 of 31 GaN-on-GaN 价格是 Si 的 70 倍左右。单从材料本身，我们认为 SiC 和 GaN由于工艺的复杂性，比Si不太可能有成本优势，即便随着技术的进步和规模化生产，我们认为 5 年内，材料端成本下降幅度可能只有 30- 50，以 SiC为例，依然是Si价格的3倍左右。图 32宽禁带半导体的价格（以 8英寸的硅晶片作参考）资料来源YOLE 基于第三代半导体的高性能指标，我们认为在高功率器件和高频率器件下游领域的推广，不单纯基于材料本身的价格优势，更多在于器件和系统的价格以及使用成本。按照英飞凌报告中展示的，2018年125kw功率的SiC系统重量只有77kg，比2008年同等功率的1129kg，重量下降了 93，期间节省的材料成本（包括电容电阻等）和系统运行后的能耗都将大幅下降。图 33从材料到器件再到系统，SiC节省的是重量、空间、电耗以及其他材料用量（如电容电阻）资料来源Infineon、国泰君安证券研究 Rohm 公司 2017 年提供给国际汽联 E 级方程式锦标赛中赛车的逆变器，产业深度请务必阅读正文之后的免责条款部分 30 of 31 使用全功率SiC电源模组，其封装尺寸明显小于Si模组，约43，重量减轻6kg，同时开关损耗降低75。图 34Rohm公司使用在赛车中逆变器的全SiC功率模块尺寸减小43 资料来源Rohm、国泰君安证券研究以5年的维度来看整条产业链，第三代半导体器件和系统的成本（包括运行费用），比 Si 器件和系统将会具备性价比优势，从而快速地推动行业的发展。如果目前功率器件中硅基芯片的成本占比在30左右，我们猜想未来完全替换为碳化硅之后，芯片在系统中的成本占比很可能提升到70-80，与之相伴随的材料占比也会大幅提升。对于材料企业而言，核心能力除了技术之外，更在于下游的技术服务能力，是否可以同下游器件、系统的优秀企业绑定，共同推进终端的产业化和信价比。我们关注，第三代半导体的器件和系统龙头是否具备核心竞争力，像光伏和锂电的隆基、宁德一样，给整个产业链带来活力。