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改良西门子法VS流化床法,多晶硅两大技术路线的世纪之争

2021-11-19 11:32
锦缎
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本文系基于公开资料撰写,仅作为信息交流之用,不构成任何投资建议。

随着光伏装机成本的持续下降,光伏装机量迎来快速增长。由此带来多晶硅再度供不应求,年内涨幅超200%,多晶硅的供需失衡甚至已经影响到了下游的装机量。

国内硅料企业纷纷开启新一轮的扩产大潮。对于多晶硅生产的两大技术路线,市场出现两级分化。改良西门子法还是流化床法,又一次成为争论的焦点。由于多晶硅的重要性,技术路线选择,这次路线之争无不牵动广大新能源投资者的神经。

早在上世纪五六十年代,多晶硅生产的两大技术路线相继问世,其中西门子法通过多次技术迭代一直引领行业前行,成为世界的主流路线,而流化床法作为第二技术路线也在持续进步。

在“双碳目标”的背景下,光伏成为可再生能源的主力,这场跨越世纪之争的答案也越发清晰可见。

01

为什么多晶硅的技术路线如此重要?

【1】多晶硅的行业地位

能源革命的浪潮之下,光伏的重要性目前已再无分歧;从产业链的视角来看,多晶硅作为光伏产业的上游原材料,其在整个光伏产业中占有举足轻重的地位。同时多晶硅也是集成电路最为关键的基础原材料。

图1:光伏产业链示意图,资料来源:新疆大全招股说明书

首先,多晶硅的成本与光伏发电系统的成本直接挂钩。早在2014年,国家发改委能源研究所等研究机构发布的《中国可再生能源发展路线图2050》就提出,2025年光伏要能实现全面平价上网,那成本下降就成了光伏产业进步的不竭动力,而其中的大头就是硅料。发展初期,多晶硅的成本曾一度占太阳电池的近50%。

回溯光伏过去十余年的发展,光伏成本从50元/W下降到了4元/W左右,多晶硅环节的持续降本为光伏平价上网做出了巨大的历史贡献。

图2:产业链各环节价格(元/W、元/kg),资料来源:中国有色金属工业协会硅业分会,国信证券

根据BP发布的2020年能源展望数据,到2050年,光伏发电的成本较2018年还能下降70%。这必然要求光伏产业链各个环节共同努力,多晶硅最为材料源头,将长期担当降本增效的重任。

图3:未来30年光伏成本下降曲线,资料来源:BP Energy

其次,多晶硅的质量的提升促进光伏的技术进步和国产替代。自2018年初开始,单晶硅片产能规模快速扩张,成为行业主流,为满足下游需求,国内多晶硅企业在积极扩张的同时,也加速了光伏级硅料品质的提升。目前通威股份、新疆大全的特级料占比均超过90%。

与此同时,我国多晶硅料品质的提升,对于硅料进口依赖的下降功不可没,根据硅业分会的数据,硅料进口占比已经从2016年的42.1%下降至2020年的20.2%。2021年1月,通威股份已实现N型硅料的批量生产。

时至今日,我国多晶硅产业已取得了长足进步,从产业化早期的几乎完全依靠进口到目前产量已占全球的三分之二,国内的产销规模已经位居全球首位。但在太阳能光伏平价上网的倒逼下,多晶硅降本增量之路还在继续。

第三,终端光伏装机需求带来多晶硅的增长

多晶硅也是一将功臣万骨枯的行业,打的头破血流,最终呈现强者恒强,两极分化的局面。头部企业凭借技术和成本优势维持较高水平的产能利用率。如通威股份,2017-2019 年产能利用率分别为93.70%、96.38%、92.46%,2020年上半年达到了116%。而中小企业产能利用率较低,部分企业由于投产较早、设备陈旧、规模较小,已逐步停产。

据《中国能源报》统计,国内在产高纯晶硅企业数量由2018年初的24家,减少至2019年初的18家,再缩减至2019年底的12家。

图4:2008-2019年中国多晶硅产量及占全球产量的比重,资料来源:中国光伏行业协会,新疆大全招股书

【2】多晶硅的生产是门技术活

跟锂电池行业的上游原材料不同,多晶硅料具有高载能、重资产、扩产周期长、技术壁垒高的多重特点。所以多晶硅看似工业标准品,实际上更多的属性是化工品。正因为此,多晶硅的技术能力是衡量多晶硅企业的硬核能力之一。

按纯度要求及用途不同,可以将多晶硅分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅,太阳能级多晶硅主要用于太阳能电池的生产制造,而电子级多晶硅作为主要的半导体电子材料,广泛应用于电子信息领域。

太阳能级多晶硅对杂质有严格的要求,通常要求其中杂质总含量低于10-6,即多晶硅的纯度需达到99.9999%以上。而电子级多晶硅可以说是技术巅峰,其纯度要求高达99.999999999%(不用数了,小数点后面是9个9),相当于1000吨的电子级多晶硅中总的杂质含量不到一粒花生米重量的1%。所以世界范围内能够生产电子级多晶硅产品的企业屈指可数,电子级多晶硅成为行业高地。

总的来说,高纯多晶硅的生产不是煤炭那种简单粗暴只拼产能的行业,它是光伏产业链中技术含量较高的环节,加上投资大,风险高。目前国内隆基、中环等垂直一体化的企业也没有直接下场,而是采取参股的方式参与到多晶硅生产。

图5:下游企业通过参股方式绑定头部多晶硅企业(万吨),资料来源:各公司公告,国金证券

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