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杏彩平台app【招银研究行业深度】化工新材料研究之光伏胶膜——技术变革引发材料升

  • 发布时间:2023-10-17
  • 发布者: 杏彩体育管理员
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  杏彩平台app【招银研究行业深度】化工新材料研究之光伏胶膜——技术变革引发材料升级POE树脂国产化前景可期在光伏组件当中上下两层封装胶膜将晶硅电池片与光伏玻璃及背板进行粘结,起到保护电池片的作用。为确保组件性能在使用寿命期间保持稳定,封装胶膜通常需要具备高透光率、高水汽阻隔率、高体积电阻率、抗PID性能、优秀的耐候性等特征。目前EVA胶膜是主流材料,而随着双面组件渗透率的提升,POE胶膜的应用也将日益广泛。

  ■  整体需求随光伏高景气上行,技术迭代引结构变化。预计2025年全球光伏实际新增装机规模有望达到450~500 GW,对应的光伏胶膜需求量有望增至54~60亿平米。当前光伏组件正处于技术迭代期,转换效率更高的N型双面组件放量在即,有望在未来两年内成为市场主流。光伏组件的技术变革推动封装材料产品升级。POE胶膜性能优异但目前成本高企,短期内EPE胶膜或成折中之选。树脂方面,虽然N型双面组件的封装方案尚未完全定型,但POE树脂需求的爆发式增长将成确定性趋势,EVA树脂需求同样保持平稳增长。

  ■  胶膜:供需有望延续紧平衡,竞争格局相对稳固。全球光伏胶膜供需基本平衡,产能主要集中于国内9家企业,其中福斯特是行业领导者。近年来二三线厂商加速崛起,供给格局从“一骑绝尘”转向“一超多强”。虽然未来三年在建或规划项目较多,但考虑到转化为实际有效产能的时间,预计未来两年供需仍有望维持紧平衡状态。新增产能投放后预计行业集中度将有所下降,但龙头企业具备技术先发优势和更强的资金筹措能力,有望保持领先优势。

  ■  树脂:石化行业延伸发展新热点,国产化进程提速。EVA及POE树脂是国内亟待发展的高端聚烯烃。EVA树脂已基本实现国产化,但光伏料短期内新增产能有限,杏彩注册难以满足组件出货量的需求,预计仍将维持供不应求的状态。POE树脂供应被海外巨头垄断,需求爆发或引发短缺风险。国内石化企业已陆续入局,但仍需攻克茂金属催化剂、α-烯烃及溶液聚合三大技术壁垒,国产突破存在较大不确定性。万华化学进度相对领先,有望于2024年下半年投产。

  ■  业务建议。(本部分有删减,招商银行各行部如需报告原文,请参考文末联系方式联系研究院)。

  ■  风险分析。行业数据及供需预测存在偏差的风险,全球光伏新增装机量不及预期的风险,短期POE树脂供给紧缺的风险,国产POE树脂量产进度不及预期的风险,远期EVA树脂面临产能过剩的风险。

  光伏组件是太阳能发电系统的核心装置。典型的光伏组件为平板式封装结构,自上而下分别为边框、光伏玻璃、封装胶膜、晶硅电池片、封装胶膜、背板(或光伏玻璃)、接线盒。其中,上下两层封装胶膜将晶硅电池片与光伏玻璃及背板进行粘结,起到保护电池片的作用,是光伏组件的核心辅材。

  虽然封装胶膜在光伏组件的成本占比较低(5%~8%左右),但其对组件的使用寿命、发电效率影响极大。为确保组件性能在使用寿命期间(一般要求25年)保持稳定,封装胶膜通常需要具备高透光率、高水汽阻隔率、高体积电阻率、抗PID性能(抗电势诱导衰减)、优秀的耐候性等特征。目前市场上最为主流的封装胶膜材料为EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)胶膜,而随着双面组件渗透率的提升,POE(聚烯烃弹性体)胶膜的应用也将日益广泛。

  当前光伏胶膜产业链的内部分工较为明确。产业链上游为石油化工行业。胶膜核心原料EVA及POE树脂属于高端聚烯烃材料,过去主要由海外化工巨头(如陶氏化学、埃克森美孚)提供,也是国内大炼化企业近年来的重点布局方向。中游胶膜生产制造属于塑料制品业。胶膜厂商以EVA及POE树脂为主要原料,通过添加适当的助剂(交联剂、光稳定剂、抗老化剂等),利用设备流延挤出成型,制得薄膜成品供下游组件厂封装时使用。

  加快推广以太阳能光伏发电为代表的可再生能源是全球实现2050年净零排放的关键技术手段。近年来,全球光伏行业维持高速发展态势。2022年全球光伏新增装机量约230 GW,同比增长35%。其中,国内新增装机87.4 GW,同比增长59%。展望来看,在度电成本持续下降以及各国纷纷上调可再生能源装机规划目标的背景下,全球光伏市场的发展前景长期向好。中国光伏行业协会(CPIA)预计,2025年全球光伏新增装机预计将达到324~386 GW,2030年则有望提升至436~516 GW。

  不过近期硅料产能过剩导致组件成本下行,光伏发电的经济性进一步凸显,我们认为未来3年需求有望超预期增长。而且从历史数据来看,CPIA对2025年的新增装机预测数据也基本呈现逐年调增的情况。考虑到硅料过剩趋势仍将持续,我们判断2025年全球光伏实际新增装机规模有望达到450~500 GW。作为光伏组件的必备辅材,封装胶膜需求量也将伴随装机量提升而同步增长。若按照容配比1:1.2估算组件出货量、每1GW组件胶膜用量为1000万平米的比例进行换算,则光伏胶膜需求量将从2022年的27.6亿平米增至2025年的54~60亿平米,未来3年年均复合增速在25%~30%之间。

  电池技术升级是提高光伏组件转换效率的关键。现阶段传统P型PERC电池的量产效率已基本接近理论极限,未来提升空间有限。以TOPCon、HJT为代表的N型电池具有更高的转换效率潜力、更低的光衰减率和温度系数,已成为下一代电池技术的主流发展方向。其中,TOPCon技术路线已步入大规模量产阶段。2022年下半年,随着TOPCon电池产能陆续释放,N型电池合计市场占比已提升至9.1%(其中TOPCon市场占比为8.6%),同比大幅增长6个百分点。在主流组件厂的持续推动下,未来几年光伏行业有望迎来N型时代。根据CPIA预测,到2025年N型电池的合计市场占比将接近60%。

  N型电池放量的同时,双面组件也成为下阶段的确定性趋势。相比于单面组件,双面组件的背面采用透明材料(玻璃或透明背板)替代传统背板,能够利用背面接收的反射光进行发电,有着更高的发电效率。目前双面组件的发电增益和经济性已受到下游应用市场的广泛认可,2022年双面组件市占率已达到40.4%。对于双面率更高的N型电池,双面组件则是封装方案的主流之选。随着N型电池渗透率的提升,CPIA预计2024年双面组件份额将超过单面组件,2030年市占率有望达到60%以上。

  光伏组件的技术变革同样推动着封装材料的产品升级。EVA胶膜与PERC电池适配性较好、成本较低,一直是主流的胶膜材料。PERC组件通常采用透明EVA胶膜进行封装。为了提高组件效率,近年来下层封装已普遍升级为光反射率更高的白色增效EVA胶膜。不过EVA胶膜透水率较高,在高水汽环境下容易水解产生醋酸根,造成组件发黄和PID现象,难以满足N型组件的性能要求。这是由于TOPCon电池片正面栅线使用了银铝浆,在高水汽环境下容易被老化腐蚀导致组件效率降低。因此,高水汽阻隔率、抗PID性能优势明显的POE胶膜是N型组件封装材料的首选。

  过去限制POE胶膜在光伏组件中广泛应用的因素主要有两点。首先,POE胶膜的加工难度比EVA大,过程中容易出现助剂析出、层压偏移等问题导致不良率高。不过随着材料配方、核心设备和层压工艺的持续改良,各家胶膜厂商已基本克服上述难题。因此,当下主要的痛点在于原料供给受限导致的成本高企影响了胶膜厂商及下游组件厂的接受意愿。

  由于上游POE树脂及其关键原料被海外化工巨头垄断,原料价格长期居高不下,POE胶膜的市场售价通常较EVA高20%左右。今年以来,随着国内光伏级EVA树脂的稳步投产以及下游组件价格的快速下行,两者的价差幅度拉大到了60%左右。为实现组件的降本增效、降低对海外POE树脂的供应依赖,多层共挤EPE胶膜成了当下的折中之选。EPE胶膜是由POE和EVA树脂通过共挤工艺而生产出来的交联型胶膜(常见结构为EVA+POE+EVA),在一定程度上兼具POE材料的高阻水性和高抗PID性能以及EVA材料良好的层压工艺特性。目前,EPE胶膜不仅应用于N型组件,也已被不少组件厂作为双面PERC组件的下层封装材料。不过,由于EVA和POE性能差异明显,EPE胶膜仍存在较多的品控难点。一方面是厚度控制难度大,另一方面则是助剂迁移风险和脱层风险。上述问题都会导致组件效率损失或老化速度加快。

  展望来看,传统P型组件的封装方案基本定型,即单面PERC从双透明EVA胶膜全面替换为透明EVA+白色增效EVA,双面PERC的下层封装则有望进一步升级为EPE胶膜。但以TOPCon为代表的N型组件尚处于量产前期,电池效率的优化路径以及相应的封装方案各有差异。因此各组件厂商的封装胶膜选型呈现定制化、差异化的特点。基于前期的调研,我们对下阶段不同电池组件的封装方案进行了情景假设(详见表2)。

  情形一:N型电池放量前期EPE胶膜性能基本满足要求,后期POE树脂国产化进程加速,POE渗透率有所提升。在这种情形下,我们预计双玻TOPCon电池中2023年将主要采用EPE+POE、双POE两种方案,部分采用EPE+EVA;2024年EPE胶膜比例进一步提升;2025年国产POE树脂开始供货后,双POE方案比例有所回升。单玻TOPCon电池则将沿用POE+白色EVA的组合,预计出货比例为10%左右。HJT电池以EPE+POE及双POE为主,2023年两者比例基本相当,2024年前者比例有所增加,同样2025年双POE比例回升。至于xBC电池,考虑到出货量相对较低,我们简化为一直采用透明EVA+POE的封装方案,不再赘述。

  情形二:N型电池放量前期EPE胶膜性能基本满足要求,后期POE树脂国产化进程不及预期,POE渗透率提升幅度不大。在这种情形下,我们预计2023年各类N型电池的封装方案与情形一基本一致。2024年采用EPE+EVA胶膜的比例则将较情形一有所增加。2025年考虑到组件出货量持续上涨、POE树脂增量有限,双POE比例将进一步下降。

  情形三:N型电池放量前期EPE胶膜性能较难满足要求,后期POE树脂国产化进程加速,POE渗透率快速提升。在这种情形下,双POE方案的比例将比前面两种情形更多。但考虑到POE树脂供给将日渐紧张,我们预计2024年EPE+POE的比例将较2023年有所增加,待2025年树脂国产化率提升后,双POE方案有望再次成为主流。

  基于CPIA对各类电池技术市占率的预测(即图5)以及封装方案的情景假设,我们测算了未来三年封装胶膜及上游EVA、POE树脂的需求量(详见表3)。

  情形一:到2025年,POE胶膜市占率有望稳步提升到36%,EPE胶膜经过两年的快速增长市占率保持在27%,而EVA胶膜(含白色EVA)的市场份额则逐步下降至38%;对应上游EVA、POE树脂需求量分别为131~146万吨、107~119万吨,未来三年的年均复合增速分别为5~9%、79~85%。

  情形二:到2025年,EPE胶膜市占率有望稳步提升到32%,POE胶膜市占率相对较低,为26%,而EVA胶膜(含白色EVA)的市场份额则逐步下降至43%;对应上游EVA、POE树脂需求量分别为152~169万吨、86~95万吨,未来三年的年均复合增速分别为10~14%、66~72%。

  情形三:到2025年,POE胶膜市占率有望快速提升到45%,EPE胶膜增幅相对较慢,市占率约19%,而EVA胶膜(含白色EVA)的市场份额则逐步下降至36%;对应上游EVA、POE树脂需求量分别为116~128万吨、122~136万吨,未来三年的年均复合增速分别为1~4%、87~93%。

  根据产业链上下游的公开信息及调研情况,在N型组件放量前夕,各主流厂商正不断优化EPE胶膜性能。在全球POE树脂供给相对紧张以及组件降本增效的大背景下,组件厂商的导入意愿同样强烈。因此,我们认为情形三的出现概率相对较小,故预计到2025年光伏级EVA树脂需求量在130~170万吨之间,POE树脂需求量则将呈现爆发式增长,有望达到90~120万吨左右。

  作为光伏组件的核心辅材,近两年封装胶膜产能伴随着下游需求的增长而同步扩张。据PV InfoLink的统计,2022年底全球光伏胶膜名义产能为51.7亿平米,当年有效产能32.2亿平米,同比增长30%。结合我们根据全球组件出货量估算的胶膜需求量(27.6亿平米)来看,供需总体呈现紧平衡状态。与光伏产业链其他环节类似,中国企业已是封装胶膜行业绝对的主导力量。目前国内胶膜产能主要集中于9家上市或拟上市公司,2022年底合计名义产能达46.7亿平米,占据了全球90%以上的市场份额。

  注:(1)斯威克产量和百佳年代产销量为测算数据,根据企业披露的2022上半年实际数据与全国组件上半年产量占全年的比例进行测算;

  其中,福斯特是无可争议的行业领导者,过去几年市场份额始终保持在50%左右。斯威克、海优新材处于第二梯队,市场份额超过10%。百佳年代、祥邦科技、赛伍技术等企业则处于第三梯队。近两年二三线厂商纷纷IPO上市,资金实力显著增强,产能规模及出货量迅速提升。2022年福斯特的市场份额被稀释至43%,行业供给格局开始从“一骑绝尘”朝向“一超多强”发展。

  展望来看,各家厂商未来三年仍有25个在建或规划项目,合计56.1亿平米的潜在产能。我们预计2023、2024年底的名义产能分别将达到67.2亿平米、82.8亿平米,对应光伏组件容量672GW、828GW。考虑到现阶段新项目普遍以配套N型双面组件为主,性能调试和验收周期的不确定性相对更大,我们认为年底名义产能转化为实际有效产能的时间可能要一年以上,未来两年封装胶膜的供需仍有望维持紧平衡状态。

  注:23、24年预计产能根据年报、可转债/定增说明书及问询函回复等公告,并结合项目预期进度整理,可能与实际产能存在偏差

  过去几年,成本控制一直是封装胶膜行业的核心竞争要素。这是由于传统P型组件的封装方案基本定型,加之电池片对胶膜的容忍度相对较高,各家厂商提供的EVA胶膜产品应用差异并不大。因此凭借着规模优势和优异的成本管控能力,行业龙头福斯特的毛利率在过去几年始终处于领先水平。

  当前N型组件正处于量产前期,不仅封装方案尚未定型,而且电池架构在未来几年仍将经历优化升级,这就要求胶膜厂商具备持续配合下游组件厂商进行技术迭代及产品验证的能力。针对不同的电池技术路线、不同客户的封装方案,胶膜厂商需要对原料及助剂配方进行反复调试,并适时调整生产工艺,以便快速响应组件厂商的需求变化。随着定制化程度的提高,技术创新将逐步成为除了产能规模与成本控制之外的又一竞争焦点。

  在这方面,我们认为生产经验丰富的龙头企业具备了一定的先发优势。因为与上游基础化工领域利用相对成熟的成套技术工艺包进行标准化生产不同,封装胶膜的生产制造与下游应用需求高度绑定,更依赖于厂商在材料、配方及工艺等方面的技术理解和经验积累,各个环节都存在大量的Know-How。为了对核心技术进行保密,厂商不仅会申请专利保护,而且还自主设计并定制开发产线,较高的技术门槛以及产业链深度协同的特点共同构筑了行业的进入壁垒。而在可预见的未来,配方改良和工艺优化仍将是封装胶膜产品升级的主要方式,这与当前电池技术的颠覆性创新有着本质区别,后来者弯道超车的难度较大。

  在光伏产业链中的配套定位及规模差异决定了封装胶膜环节在产业链上下游议价能力的弱势地位。光伏组件厂商一般采用“账期+票据”的形式结算(通常为3个月的账期+6个月的银行承兑汇票),销售回款周期较长。上游大型石化原料供应商则要求现款或预付款结算,采购付款周期较短。上下游结算模式和周期的差异使得胶膜厂商普遍面临巨大的营运压力。以封装胶膜收入占比较高的两家头部厂商福斯特和海优新材为例,近3年净营业周期均达到105天左右,远高于隆基绿能(47天)、晶科能源(64天)、联泓新科(22天)等上下游企业。在这种情况下,账面利润与经营性现金流净额的反差巨大,十分考验企业的资金筹措能力。

  而随着未来经营规模的提升,企业的营运压力也将不断增加。因此,下阶段众多的潜在产能能否如期投放,不仅取决于企业的技术实力,还要取决于资金筹措能力。近三年各家胶膜厂商都在积极通过信贷和资本市场运作补充流动资金或项目建设。总体来看,一、二线亿元以上,三线亿元左右。在未来的竞争中持续稳定的融资能力将在很大程度上决定市场份额的多少。在这方面,更受银行和资本市场青睐的龙头企业同样具备一定的优势。

  小结:展望来看,这轮因技术升级催化、由三线厂商主导的产能扩张周期将加剧市场竞争。随着三线厂商融资能力的增强和新增产能的投放,行业集中度预计将有所下降,企业间的市场份额差距有望进一步缩小。不过福斯特等龙头企业具备了技术先发优势和更强的资金筹措能力,短期内追赶难度非常大。另外企业在前期积累的产能规模和客户资源优势不仅可以支持其在产品切换期同步配合多家客户的定制开发,而且未来树脂供应相对紧张的情况下保供能力更强。因此,我们认为在本轮产能扩张期内一、二线厂商仍有望保持领先优势,尤其是福斯特的地位依然难以撼动,“一超多强”的竞争格局相对稳固。

  EVA及POE树脂是封装胶膜的核心原料,两者均由乙烯和特殊单体通过共聚反应制备。其中,EVA树脂为乙烯和醋酸乙烯(VA)的共聚物(VA质量分数一般小于40%),POE树脂则是由乙烯和高碳α-烯烃(通常为1-辛烯,质量分数大于20%)利用配位聚合形成的无规共聚物弹性体。相比于传统的通用型聚乙烯,EVA及POE树脂的合成难度更大、应用性能更高、专用性更强,属于国内目前亟待发展的高端聚烯烃材料。近年来随着沿海大型炼化一体化项目的陆续投产,通用型聚乙烯面临产能过剩的风险。为应对日益激烈的同质化竞争、提升产品附加值,EVA及POE树脂已成为炼化企业延伸发展的热点新材料领域,国产化进程不断加速。

  虽然EVA及POE树脂可应用于包装薄膜、发泡鞋材、汽车及塑料改性等领域,但光伏胶膜是当前需求增长最快、市场关注度最高的应用领域。根据《中国化工新材料产业发展报告(2022)》,光伏胶膜已成为全球EVA树脂的第一大下游需求,占比约为25%,在国内市场的需求占比更是达到47%。POE方面,目前全球约一半的POE树脂应用于汽车领域(通常作为增韧改性剂用以提高内外部组件如仪表盘、保险杠的抗冲击强度),其余主要用于发泡鞋材、电线电缆等。随着N型组件出货量的快速增长,未来两年光伏胶膜将成为POE需求增长的主要动力。

  EVA树脂的工业化生产大多采用高压法连续本体聚合工艺,其聚合机理和生产流程与LDPE(低密度聚乙烯,主要制成薄膜产品)基本相同。VA含量越低,EVA的性质越接近LDPE,具备相对良好的耐磨性和电绝缘性,可用于生产农用薄膜、发泡鞋材、包装材料等中低端产品。VA含量越高,EVA的性质越接近橡胶,具备相对良好的弹性和透明性,可用于光伏胶膜、涂覆料等高端产品。其中用于光伏胶膜的EVA树脂VA含量需控制在28%~33%之间,生产难度大,市场价值高。

  2017~2020年,国内EVA树脂总产能稳定在97.2万吨,但仅有斯尔邦石化、联泓新科和宁波台塑3家企业具备光伏料生产能力,合计产能仅为30万吨左右,进口依赖度一直维持60%以上。近年来,受下游光伏产业跨越式发展的影响,炼化企业陆续引入技术工艺包(以利安德巴塞尔管式法为主),期望通过转产EVA避开通用型聚乙烯的红海竞争。2021年下半年,中化泉州、浙江石化、延长榆林能化等企业均已顺利产出光伏料。截至2022年底,国内EVA树脂总产能已增至215万吨,能稳定生产光伏料的企业增至9家,合计光伏料产能98万吨。据卓创资讯统计,2022年EVA树脂产量共167.6万吨,其中光伏料累计产量达83.7万吨,全年光伏料排产比例达到50%。结合表3的光伏级EVA树脂需求估算量来看,进口依赖度已降至26%左右,国产光伏料供应能力显著提升。

  展望2023年,虽然EVA新增产能有望达到55万吨,但光伏料的新增供给较为有限,增量需求只能通过海外供给满足,预计2023年进口依赖度将再度上扬。这是由于EVA树脂的产能爬坡周期长,而且光伏料实际产能也具有极大的不确定性。从行业经验来看,新装置从开车成功到批量稳定供应光伏料需至少一年时间。首先,装置需先稳定生产LDPE半年以上才能转产EVA。其次,生产EVA也需从低VA含量的发泡材料开始做起,积累足够的装置运行经验后才能逐步转为工艺难度更高的光伏料。最后,产品交付胶膜厂商验证并导入使用也需要4个月左右的时间。因此,即便是去年三季度实现投料开车的天利高新,其光伏料在2023年实现稳定出货的难度也很大。考虑到产能爬坡及验证周期,我们预计大部分新增产能要在2025年才能实现有效供给。而由于装置光伏料产能上限的存在(管式法一般在80%左右,因为光伏料VA含量高、粘性强,需对设备进行定期维护清洗),即便乐观假设所有厂家都能顺利完成验证并实现光伏料产量最大化,未来两年也很难满足组件出货量快速增长造成的供给缺口,因此预计到2025年大概率将维持供不应求的状态。

  POE(聚烯烃弹性体,Polyolefin Elastomer)是陶氏化学于1993年率先开发的新型热塑性弹性体材料。POE的结构特点决定了其优异的综合性能。首先,分子结构中同时存在聚乙烯主链结晶区和因引入α-烯烃而形成的无定型区,使其兼具良好的热塑性和高弹性。其次,分子链中不存在极性基团和不饱和键,赋予了POE优良的耐候性和水汽阻隔性。最后,茂金属催化剂的加持也使得POE的相对分子量分布窄,从而具有良好的拉伸强度和抗冲击性能。

  目前全球POE树脂的生产技术和工业化装置集中在陶氏化学、LG化学、三井化学、SSNC(SABIC和SK的合资公司)、埃克森美孚、北欧化工6家海外化工巨头。各家企业的生产装置均基于专有的聚合技术和茂金属催化剂搭建,现有产能合计160.5万吨。考虑到实际生产过程中可灵活切换为POP(聚烯烃塑性体)、OBC(烯烃嵌段共聚物)或其他弹性体材料,POE真实产能低于公开资料数据。根据ChemAnalyst的统计,2022年全球POE需求量约150万吨,我们预计实际产量与该数据基本一致。

  陶氏化学是全球生产规模最大、技术最先进的POE生厂商,其装置主要位于美国、泰国、沙特三地,合计产能达76万吨,占全球市场份额的50%左右。LG化学、SSNC和三井化学紧随其后,产能规模均超过20万吨。由于光伏领域可预见的需求增长,上述三家企业均已宣布扩产计划,预计两年内海外POE产能可提升至192.5万吨。结合表3的光伏级POE树脂需求估算量来看,胶膜厂商需要拿到一半左右的订单份额才能满足N型组件的封装需求。不过在汽车轻量化趋势下,传统下游汽车塑料改性需求仍有增长空间,其他领域同样需求起量(据中国化信咨询统计,2021年我国POE净进口量约为59万吨,近3年CAGR达28%),因此未来几年全球POE树脂供给将持续紧张,订单争夺也将左右光伏胶膜的升级进程,树脂国产化破局非常关键。

  面对新兴市场巨大的需求机遇,国内石化企业也在加速布局POE树脂。但由于生产难度大、产品利润率高,目前海外龙头暂无对外进行技术授权转让,因此国内企业只能自行研发,并需陆续攻克茂金属催化剂的制备、α-烯烃的合成、溶液聚合工艺三大技术难题。

  茂金属(Metallocene)是一类有机金属配合物的统称,一般由ⅣB族过渡金属元素(如Ti、Zr、Hf)和环戊二烯基(或其衍生物)通过相互作用形成。以茂金属为主催化剂、烷基铝氧烷(如MAO)或有机硼化物为助催化剂的催化体系,称为茂金属催化剂。相较于传统的齐格勒-纳塔催化剂,茂金属催化剂具有催化活性高、单一活性中心、可精准调控聚合物结构和相对分子量分布等优势,主要应用于制备高端聚烯烃。目前POE的工业化生产主要使用桥联二茂催化剂和限定几何构型催化剂(CGC),这两类催化剂中心金属周围空间更为开放,有利于长链共聚单体插入,更适合于POE的反应体系。

  催化剂是聚合反应的核心,茂金属催化剂在20世纪90年代实现产业化后国外多家大型企业陆续完成开发及应用工作,并对研发成果申请专利保护。除了前述6家企业外,国际上的茂金属催化剂生产商还包括利安德巴塞尔、道达尔、美国Univation(陶氏化学和埃克森美孚合资公司)、Chevron Phillips等企业,不过上述企业的配套工艺以气相法或淤浆法为主,虽然允许技术转让但只能生产茂金属聚烯烃(mPE/mPP),并不适用于POE。

  我国茂金属催化剂研究起步时间晚,如何绕开诸多专利限制并从浩如烟海的茂金属配合物中筛选出合适的新型催化剂体系是研发的难点。中石油、中石化、高等院校及科研院所等国家单位已研发多年,并成功实现了基于自主茂金属催化剂的mPE/mPP的工业化应用,但用于制备POE的催化剂仍尚未取得工业化突破。目前CGC催化剂仍是重点突破方向,而随着下游市场空间的逐步打开、陶氏化学初代CGC技术专利的到期,多家国内上市龙头已加快入局步伐。近年来,万华化学、卫星化学、盛虹斯尔邦等企业陆续积累相关专利,但工业化放大仍在技术摸索期。

  α-烯烃是碳碳双键位于分子链端部的线性长链单烯烃。其中,碳链相对较短的1-丁烯(C4)、1-己烯(C6)和1-辛烯(C8)通常作为共聚单体用于改善聚烯烃的材料性能。目前全球主流的POE产品基本属于乙烯-辛烯共聚弹性体,因此1-辛烯是实现POE国产化的关键原料。

  乙烯齐聚法是全球高碳α-烯烃(C6及以上)的主流生产工艺,主要分为非选择性齐聚和选择性齐聚两大类。其中选择性齐聚(如乙烯三聚制备1-己烯和乙烯四聚制备1-辛烯)目标产物收率更高,是更为先进的技术方向。目前中石化、中石油已基本掌握乙烯三聚法,1-己烯总产能约10万吨。乙烯四聚法则尚未实现工业化,因此我国仍不具备1-辛烯的生产能力。不过在POE等高端聚烯烃需求的催化下,1-辛烯的技术攻关已取得初步成果。目前已有中石油大庆石化、卫星化学连云港石化两家企业建成工业试验装置。

  展望来看,未来2~3年国内α-烯烃装置规划较多(详见表9),基本用于配套生产POE,技术大多来源于自研、科研院所或高校联合开发,暂时均缺乏成熟的规模化生产经验。能否找到兼具高活性和选择性的催化剂、解决副产物堵塞管路等问题,仍需进一步观望。

  目前工业化的POE生产装置基本采用溶液聚合工艺。其核心工艺开发与茂金属催化剂高度,因此技术专利同样掌握在陶氏、LG化学、三井化学等企业手中。海外仅有加拿大NOVA公司的Sclairtech中压溶液聚合工艺可进行对外授权转让,但现有装置以出产聚乙烯为主,暂无POE生产先例。国内方面,由浙江大学及中石化北京化工研究院联合开发的“1000吨/年POE生产技术工艺设计包”已于2015年通过中国化工学会组织的科技成果鉴定。虽然目前尚未有工业化应用工艺包的验收报道,不过预计其仍将成为国内众多企业的主要技术来源。而随着茂金属催化剂研发的逐步深入,基于溶液聚合的成套POE技术工艺包有望同步取得进一步的突破。

  当前全国各地石化企业纷纷上马POE项目,规划总产能达到360万吨。目前万华化学的产业化进度相对领先,公司已于2021年3月成功实现中试装置开车,并成为国内首家可产出光伏应用POE树脂的企业。据我们调研了解,万华化学的两款光伏级POE产品已向主要胶膜厂商送样并开始验证,预计首套20万吨工业化装置有望于2024年下半年投产。除此之外,盛虹斯尔邦、中石化茂名石化也已于2022年完成中试,正在进行工业化项目建设。其他项目则大多处于前期规划阶段,建设周期大约2~3年。

  展望来看,2023及2024年都将是国内POE树脂产能的真空期,供给紧缺程度持续加剧。2024年底至2025年则是各个项目验证的关键阶段,届时真正掌握核心技术的厂商将持续更新项目进展。考虑到三大关键壁垒的攻关难度,我们预计最终能如期实现工业化装置投产的企业不超过5家,其他大多数企业落地进度可能不及预期或最终因无法成功难题而退出竞争。综上所述,未来两年大概率是POE树脂国产化元年,但具体的产能落地规模存在巨大不确定性。从技术难度来看,茂金属催化剂的工业化制备难度最高,因此我们相对看好茂金属催化剂开发处于领先地位的企业。

  封装胶膜作为光伏组件的配套辅材,在光伏产业链当中的关注度并不高、在化工行业当中产值占比也比较低,因此无论是行业协会(包括光伏和化工)还是专业数据服务商披露的基本面数据都相对有限。更重要的是,未来供需两端均迎来关键转折点,导致数据预测存在偏离的可能性上升。需求端方面,当前光伏行业正处于技术变革期,N型双面组件的封装方案尚未成型,各类胶膜的使用比例不确定性很大。虽然我们基于公开信息及客户调研进行了相对合理的情景假设,但再考虑光伏新增装机量、各类组件出货量占比、胶膜克重等因素的叠加影响,数据预测的可靠性依然难以预估。供给端方面,上游粒子同时面临产能爬坡、验证和国产化技术攻关等难题,下游胶膜众多项目也同样需要解决技术、资金及原料供应等障碍,产能释放节奏均存在不确定因素。

  虽然今年上半年国内光伏新增装机量大幅增长,好于市场预期,但电力消纳及电网接入矛盾也更加凸显,短期国内市场需求增速放缓的可能性加大。海外市场方面,虽然预期需求仍将保持旺盛,但贸易摩擦、加征关税、实体清单等逆全球化的政策的影响仍在持续,同样存在装机规模增速不及预期的风险。因此后续仍需及时跟踪全球主要光伏装机市场变化趋势。

  未来两年光伏领域POE树脂需求将呈现爆发式增长,但海外新增供给相对有限、国内产能仍处于真空期,胶膜厂商将陷入非常严峻的原料争夺战。无法获得足够原料进行产品升级的企业可能面临市场份额下降的风险。

  POE树脂生产存在三大技术壁垒,攻关难度大。目前国内进度相对较快的企业仅推进至中试阶段,但从中试到工业化装置跨度较大,基于当前的技术储备能否实现工业化投产仍然存疑。后续需及时跟踪各个项目的进度情况。

  以浙江石化和盛虹斯尔邦为代表的龙头企业远期仍有产能规划,叠加新玩家入局,EVA树脂潜在新增供给较大(附录1)。但EVA树脂正面临POE树脂的替代压力,远期需求增速或将逐步放缓,可能面临产能过剩的风险。

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