云悦资本先进制造系列研究（一）：两万字长文拆解新能源材料产业链（中篇）

  阅读提示：本篇研究大概2.4万字（包括上中下三篇），全文阅读完大致需要2个小时，内容主要包括：

  上篇：重点介绍发电端中的光伏发电材料、光热发电材料产业情况，包括产业价值链、产业生命周期、产业竞争格局、产业变革力量以及代表公司。

  中篇：重点介绍发电端中的风力发电材料产业情况，同样包括产业价值链，产业竞争格局以及代表公司等。

  下篇：从储电端用电端介绍电化学储能及动力电池材料、储氢及氢燃料电池材料。

  云悦观点1：随着我们国家国家能源安全的战略实施，以及全世界对便宜和无尽能源的不懈追求，在很长一段时间内，新能源材料都将会是一个万亿级的大市场。

  云悦观点2：无论是在发电端、储能端、用能端，都在追求更便宜，更安全，更轻便的方式，工艺创新，材料创新是这个行业永恒的主题，不断带来新的机会点。

  云悦观点3：发电端，钙钛矿太阳能电池，光热发电，将会带来更廉价和稳定的能源。在储能端，氢能源将逐步得到重视。随着固态电池技术的逐步成熟，更多的正极负极材料的应用，在动力电池方面也会创造更多的机会。

  风电是中国战略性新兴起的产业，装机量快速地增长。在产业政策引导和市场需求驱动双重作用下，风电产业已成为中国可参与国际竞争并取得一马当先的优势的产业，全力发展风电产业，对调整能源结构、推进能源生产和消费革命具备极其重大意义。2010- 2021 年，中国每年新增风电装机量持续增长，预计到2025年将达到85GW。

  风电叶片存在大型化、轻量化趋势。叶片大型化不仅有助于提高风机发电效率，更有助于缓解开发风场的成本压力。国家发改委和国家能源局提出，要把高效叶片气弹、轻量化结构、新材料相结合的一体化设计技术列为未来的重点突破目标。根据国际风力发电网援引《中国风电产业地图 2021》数据，2021年平均风轮直径为151米，较2020年增长了15米。2021年直径在150米以上的风轮占比从2020年的12%增长至66.1%。大型化、轻量化发展的新趋势助推叶片材料升级。在叶片尺寸迅速增加的背后，还 包含着有关技术的创新。随着风电叶片的大型化发展，叶片的制造难度和运输难度随之增加，厂房规划也需要随之而变更。由于大尺寸叶片需要减重，碳纤维等重量 更轻、强度更高材料在风电叶片中的渗透率也在持续提升。风电叶片主要的组成原材料包括树脂基体材料、增强材料、夹芯材料以及结构胶等。根据《复合材料在大型风电叶片上的应用与发展》，原材料费用占风电叶片总成本的 75%，在原材料成本中占比较大的主要是基体材料、增强材料和夹芯材料。其中树脂基体材料在风电叶片原材料成本中占比 33%，夹芯材料占比 25%，增强材料占比 21%。

  基体树脂是整个叶片材料的“包裹体”。在叶片中，基体树脂包裹着纤维材料和夹芯材料，起着粘结、支持、保护增强材料和传递载荷的作用，还可提供韧性和耐久性，是成本占比最大的风电材料。

  环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、尼龙66和生物基尼龙 56 是目前用来生产风电叶片的基体材料。目前兆瓦级以上的风机大多数都是使用环氧树脂作为基体，有少数厂商采用乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂，近年来 氨酯也逐渐被应用到基体材料领域。

  （1）环氧树脂由基础环氧树脂与固化剂、助剂、稀释剂等深加工制成，其优点是对玻璃纤维和碳纤维的浸润性优良、力学性能和耐疲劳性能优异等。

  （2）乙烯基酯树脂是环保高性能耐腐蚀的主力产品，在重防腐领域有其无法替代的优势，因此其在海水环境中也能够发挥良好的耐腐蚀性。

  （3）不饱和聚酯树脂的力学性能低于环氧树脂和乙烯基酯树脂，且其固化收 缩率较大，贮存过程中易发生粘度和凝胶时间的漂移。

  （4）聚氨酯相较于环氧树脂，其灌注时间缩短了一半，韧性也很好，未来有望制作出性能远高于环氧树脂复合材料的高性能聚氨酯复合材料。

  （6）生物基尼龙56的生产有望做到零碳甚至负碳，对降低碳排放有显著作用。总体而言，环氧树脂仍为主流，聚氨酯树脂、尼龙66和生物基尼龙56未来可期。

  中国环氧树脂产能、产量较稳定。2019-2021年，国内环氧树脂产能保持在 230 万吨左右，2022 年增长至 283 万吨。环氧树脂产量保持在 140- 160 万吨之间，行业整体较稳定。

  2021-2025 年中国风电环氧树脂市场有望翻倍。根据国际风力发电网，1GW风电叶片能消耗4250吨环氧树脂，据此测算风电环氧树脂需求。从2010年至2021年，中国风电用环氧树脂的市场需求从5.09万吨增长至19.90 万吨，CAGR为13.20%，结合立鼎产业研究网引用的CWEA对2025年风电装机量的预测，预计2025年风电环氧树脂需求将达到36.13万吨， 2021 年 11 月-2022 年 11 月，环氧树脂均价为 22470.86 元/吨，预计 2025 年将达到 81.18 亿元。

  风电专用环氧树脂市场集中度较高。根据上纬新材招股说明书，2019 年，在中 国风电叶片专用环氧树脂市场中，美国瀚森的产量占 18.02%，道生天合占 14.45%， 上纬新材占 13.40%，欧林占 9.79%，惠柏新材占 7.19%，亨斯迈占了 4.20%，CR6 达 到了 67.05%。

  环氧氯丙烷和双酚A是环氧树脂主要原材料。环氧氯丙烷和双酚A都属于大宗品，受国际原油价格影响较大。2022年，每吨环氧树脂对双酚A单耗为0.69吨，在环氧树脂的成本中占43.90%；对环氧氯丙烷单耗为0.56吨，在环氧树脂的成本中占34.56%。中国环氧氯丙烷可基本保证自给自足。2019-2021年，中国环氧氯丙烷产量和表观消费量均保持在50-75万吨。2022年1-11月，中国环氧氯丙烷产量68.93万吨，进口量0.17万吨，出口量6.9万吨，表观消费量为62.2万吨。双酚A：根据《双酚A生产技术进展及市场分析》贾玉庆等，中国是全世界最大的双酚A生产国家，2020年，国内双酚A产量为156.3万吨，进口59.5万吨，出口1.3万吨，自给率为72.9%。由于主要供应厂商部分产量仅供自身生产聚碳酸酯或环氧树脂使用，国产双酚A无法完全满足国内环氧树脂厂商的生产需求，部分仍需进口，因此受国际市场行情报价波动的影响较大。

  聚氨酯复合材料的性能有望超过环氧树脂复合材料。聚氨酯具有粘度低、韧性好、灌注和固化速度快等优点，有利于缩短成型周期，且聚氨酯的强度高于环氧树脂。但聚氨酯的电阻率较高，综合电性能较差，仍需要继续优化配方体系。聚氨酯对水分也较为敏感，所以在风电叶片生产的全部过程中，增强纤维和夹芯材料的烘干以及灌注时对水的控制是聚氨酯批量应用的技术关键。根据《聚氨酯和环氧树脂及其复合材料性能对比研究》孙晓光等，未来有望制备出性能高于环氧树脂复合材料的高性能聚氨酯复合材料。尼龙66原材料卡脖子瓶颈有望突破。尼龙66因其耐高温、耐水解、耐磨、阻燃性好、密度适中等综合性能被大范围的应用于所有的领域，但其关键原料“己二腈”属于中国的“卡脖子”产品，进而限制了整体产业的发展。根据凯赛生物2021年度报告，2020年以来，数家公司宣布新建己二腈装置，规划建设产能达到100万吨，建成后可能可以在某些特定的程度上缓解中国地区己二腈供应紧张的问题。尼龙56是尼龙66替代品，布局企业较多。尼龙56是尼龙66的替代新材料产品，有利于突破目前尼龙66在供给端所受的限制。生物基材料生产的全部过程绿色环保，对实现“碳中和”有重要意义。目前参与生产生物基尼龙56的企业较多，根据凯赛生物2021年度报告，凯赛生物、阳煤化工、伊品生物等企业均有布局。

  增强材料是叶片结构刚度和强度保证。增强材料是用于加强制品力学性能或者其他性能的材料，其增强效应取决于被增强材料的相容性。高强度，常选择高模量和耐热的纤维状材料及织物，有利于提高制品性能。

  （1）玻璃纤维是一种性能优异的新型无机非金属材料，绝缘性好，机械强度高，具有轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀等特性，是目前使用最广泛的增强材料。根据《复合材料在大型风电叶片上的应用与发展》李成良等援引的中国玻纤协会统计数据，风电用玻璃纤维占玻璃纤维总产能的20%-25%左右。玻璃纤维市场需求的增长本质上是由技术驱动的，一方面技术进步使得玻璃纤维的成本下降，使用玻璃纤维的性价比得到了提升，另一方面技术进步使得玻璃纤维的性能不断的提高，应用场景也不断拓展，使得行业需求兼具总量增长和结构优化的双重特性。

  （2）碳纤维是一种丝状碳素材料，被称为材料领域的“黑色黄金”，是具有多种优异性能并拥有广泛应用前景的基础性新材料。高比强度、高比模量、低比重的性能特点使得以碳纤维为增强体的复合材料具有非常出色的增强、减重效果。另外耐腐蚀、耐高温、低线胀系数、导电等良好的化学稳定性、耐热性和电性能特点使得碳纤维可以在诸如高压、高温、高湿、高寒、高腐蚀等恶劣工况环境中使用。

  叶蜡石是制造玻璃纤维的主要原材料，占据了制造成本的50%以上。中国拥有丰富的叶蜡石矿储量，排名仅次于日韩，主要分布于浙江和福建的中生代火山岩区。

  据前瞻产业研究院和华经产业研究院等多个方面数据显示，2021年国内玻璃纤维产量达到624万吨，表观消费量为471.3万吨。自2012年至2021年，中国玻璃纤维的产量和消费量一直增长，产量从288万吨增长至624万吨，CAGR为8.97%；消费量从187万吨增长至471.3万吨，CAGR为10.82%.

  玻璃纤维行业呈现市场占有率集中的寡头竞争格局。据悉，中国巨石、泰山玻纤和国际复材三家企业占据了中国玻纤市场超过60%的份额，中国巨石一家公司占据了市场占有率的33%。随着环保要求日益严格，行业领军企业的竞争优势将越来越明显，市场集中度有望进一步提升。

  玻璃纤维是主流增强材料，市场增长迅速。在过去十年中，全世界内风电用玻璃纤维的需求和规模逐步扩大。根据中国巨石2021年度报告，每装GW风电需要1万吨左右的玻纤，乘以风电装机量和玻纤价格，能够获得市场需求和规模。从2010年到2021年，中国玻纤需求量从11.98万吨增长至46.83万吨，并带来了24.39亿元的市场规模，CAGR为13.20%。结合立鼎产业研究网引用的CWEA对2025年风电装机量的预测，预计到2025年市场需求将达到85万吨，市场规模将达到44.27亿元。

  碳纤维的主要原材料为丙烯腈。在生产的全部过程中，首先将丙烯腈聚合并纺丝，得到聚丙烯腈原丝。再经过预氧化、低温和高温炭化等步骤制造碳纤维，并与树脂、陶瓷等材料结合而成碳纤维复合材料，最后通过种种成型工艺应用于各下游产品。

  国际碳纤维市场目前仍以日美企业为主导，竞争者较少。根据中简科技的招股说明书，日本企业目前在小丝束碳纤维市场拥有全球产能的49%市场占有率，在大丝束碳纤维市场上，日美企业主导地位。

  风电用碳纤维前景广阔，根据《构建“硬科技”优势——2021全球碳纤维复合材料市场报告》，2021年全球风电用碳纤维需求约3.3万吨，2021-2025年，随着碳纤维经济性的提升，风电用碳纤维需求将持续增长，预计到2025年全球需求将达到8.06万吨，2021-2025年复合年增长率为25%。

  夹芯材料是叶片的关键材料，通常用于叶片的蒙皮和腹板上，起到增强结构刚度、防止局部失稳、提高整个叶片抗载能力的作用。叶片用的芯材主要有3种：

  （1）巴沙木，是一种木棉科热带速生树种，常规密度是135~176kg/m3，但成本波动大，受进口限制。

  （3）近年来PET泡沫逐渐替代PVC泡沫，拥有非常良好的耐热性和力学强度，可以替代部分轻木，而且是可回收的环保材料。

  根据技术邻，在风电叶片的夹芯材料中，巴沙木的使用比例为38%、PVC泡沫的使用比例为31%、PET泡沫的使用比例为25%。

  全球90%以上的巴沙木来自厄瓜多尔。巴沙轻木生长需要的自然条件，如肥沃的土壤、年均90英寸的降雨量以及充裕的日照，只有厄瓜多尔具备，别的地方不具备。加之，生长周期长达5-7年，每次风电需求爆发时，供应短缺问题难以解决。风电用巴沙木需求一直增长。每支风电叶片需要耗用3-4立方米巴沙木，而且巴沙木在风电叶片按芯材中的使用比例为38%。根据推算，2010年我国巴沙木需求量为2.73万立方米，全球需求量为8.84万立方米；到2021年，我国巴沙木需求量增长至10.68万立方米，全球需求量增长至21.08万立方米。

  PVC泡沫是已实现国产化、性能优异的重要材料。其基础为乙烯基聚合物，经过投料、共混、模压、后处理、模压等复杂的工序制成，被认为是复合材料夹层结构的理想芯材，综合机械性能优异，化学性质稳定，性能好价格低。目前中国主要供应商为维赛，思瑞安和戴铂也已实现进口技术本地化生产。PVC泡沫的主要原材料为PVC，能够最终靠电石法和乙烯法两种工艺生产。根据中国氯碱工业协会数据，2020年中国电石法制PVC的比例为79%，乙烯法制PVC比例为21%。乙烯法中污染较易控制，能耗也较低，但制造装置比较庞大，投资规模大，易受油价波动影响，目前在中国应用较少。但随着“双碳政策”和绿色制造的逐步深化，未来乙烯法制PVC的比例也有逐步提升的空间。中国的PVC供应相对来说比较稳定，2018-2022年我国PVC产能、产量、表观消费量保持在一定水平。

  其生产原料为PTA和MEG。PET泡沫产业链的源头为石油，经过一系列工艺处理得到PTA和MEG，再所采用的发泡技术获得PET泡沫。此材料具备优异的力学强度、耐热性和可生物降解性能，在环保建材、汽车内饰、屋顶隔热、运动器材、风力发电和航天工业等领域得到普遍应用。国内PET产量较充足，但PET泡沫的生产技术壁垒较高，主要是依靠进口。据智研咨询的数据，2019年中国PET产量为5876万吨，市场规模约为5134亿元。瑞士的3A公司、Armacell公司和Gurit公司为全球PET泡沫的其它主要供应商，三家合计全球市场占有率达80%以上，在中国市场占有率高达90%。

  PET泡沫生产的主要壁垒在于发泡配方、专用设备和发泡工艺。而目前PET泡沫产业化的生产技术主要被国外厂商垄断。中国PET泡沫行业起步较晚，从事产品研制以及生产的公司数较少，整体技术水平较为落后，与欧美发达国家存在比较大的差距。据华润材料招股说明书所述，该公司于2018年开始对有关技术进行了立项研究，并成功完成了关键技术攻关。计划于2020-2021年针对高性能PET泡沫材料来产业化科研以及投产。

  凯赛生物是世界领先的利用生物制造技术生产新材料的企业之一。以合成生物学等学科为基础，专注于新型生物基材料的研发、生产和销售。目前，公司的商业化生产主要聚焦于聚酰胺产业链，提供生物基聚酰胺以及可用于生物基聚酰胺生产的原料。在生物基聚酰胺行业竞争中，公司具备拥有突出的优势地位。公司的系列生物基聚酰胺产品以原料可再生、产品可回收、成本可竞争和轻量化的特点著称。随公司生物基戊二胺的投产，生物基聚酰胺的产能逐步的提升。这一些产品在新领域(包括风能发电)中具有更广阔的应用潜力。

  中国巨石是玻纤行业的领军企业，是中国建材股份有限公司玻璃纤维业务的核心企业，主要是做玻璃纤维及制品的生产和销售。公司在设计和建造方面具有自主知识产权的大型无碱池窑和环保池窑技术，并研发了国际首创的纯氧燃烧技术并实现工业化应用，从而大幅度降低了单位产能能耗。此外，公司还建有专门的玻纤研发实验基地。公司的主要收入来源为玻纤及其制品。

  中材科技是中国特种纤维复合材料技术的发源地，拥有完整的非金属矿物材料、玻璃纤维和纤维复合材料技术产业链，是国家级高新技术企业，集研发、设计、产品制造与销售、技术装备集成于一体。公司承袭了原南京玻璃纤维研究设计院、北京玻璃钢研究设计院和苏州非金属矿工业设计研究院三个国家级科研院所多年的核心技术资源和人才优势。公司专注于发展风电叶片产业，全资子公司中材叶片是专业的风电叶片设计、研发、制造和服务提供商，以技术创新为先导，拥有独立自主设计研发能力，为客户提供定制化叶片设计和技术服务。公司目前已拥有全系列80余款产品，适合各类运行环境，产品覆盖23个国家和地区，是领先的风电叶片制造商之一。

  中简科技是一家专门干高性能碳纤维及相关这类的产品研发、生产、销售和技术服务的高新技术企业。公司主要生产高端、高性能型碳纤维产品，已达到同类产品国际先进水平。公司致力于成为具有自主知识产权的国产高性能碳纤维及相关产品研制制造商，并在碳纤维业务方面取得良好的业绩表现。通过对新产品的研发投入，公司不断提高碳纤维及其织物产品的品质和产业化水平，并与产业链合作伙伴合作，共同打造自主可控的碳纤维及复合材料产业创新平台，促进高性能碳纤维产品在国民经济领域的全面可持续发展。

  华润材料是全球聚酯材料的领先企业，专注于聚酯材料及新材料的研发、生产和销售。企业主要服务于国内外知名大型饮料品牌如可口可乐、顶津、娃哈哈、怡宝、农夫山泉，赢得高度声誉。公司业绩持续增长，致力于推动PET泡沫的研发工作。自2018年起，公司便开始对PET泡沫进行立项研究，并成功完成了关键技术攻关。到2021年，PET泡沫一期项目已按计划开展产业化建设，产品性能经第三方检测证实可达进口同种类型的产品水平，关键品种CR-HP100和CR-HP150已获得DNV认证声明，获得了在风电行业销售的许可。

  由于篇幅关系，将在《两万字长文拆解新能源材料产业链下》中，继续介绍电化学储能与动力电池材料、氢燃料电池材料。敬请期待。

  本文来自微信公众号“云悦资本”（ID:cloudjoy2017），作者：领先的产业投行，36氪经授权发布。

  文章详细的介绍了新能源材料产业链情况，大概2.4万字（包括上中下三篇），全文阅读完大致需要2个小时，上篇重点介绍发电端中的光伏发电材料、光热发电材料产业情况，包括产业价值链、产业生命周期、产业竞争格局、产业变革力量以及代表公司。