新能源行业深度研究报告.docx
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新能源行业深度研究报告
新能源行业深度研究报告
一、硬科技所富含的时代要义
由工业革命到电气革命，再到数字革命，技术进步的车轮已转过了三个多世纪，此间全球产业的格局由割裂到融合，又由全球化向属地化方向变化，我们看到21世纪尤其是贸易争端、疫情反复以来，确保供应链的稳定性成为了各国的当务之急，无论是疫苗、芯片还是资源，都是风波不断。
乌云终会散去，重要的是当如何作为，能够转危为机。
全球的产业分工有原料、制造和研发设计，对应着科技含量不断提升，2001年中国加入世贸组织后，迅速发展成为全球的制造工厂，这其间原创突破性的技术革新仍不多，更多的是国际先进技术/产线的引入，结合本土人工能源市场等优势，所打造的强强模式。
其所产生的虹吸效应已经引得海外加税等举措，对应力拼成本的模式愈发难以为继，如何“补足短板、占得先机、去芜存菁“，将是国内未来发展的时代要义，而这都剑指硬科技。
过去数十年，全球的主基调之一是发展，体现为推动GDP的持续增长，而未来则会更多着眼于稳定，诸如气候环境、医疗健康、社会就业等方面，这其中“碳中和”、“制造业”是两大抓手。
近年来工业化对应的能源消耗加剧了全球温升，2017-2018年全球平均气温已比工业革命前高出1℃，按照当前的排放趋势和各国现有行动力度，2040年左右将达到1.5℃，2065年左右将达到甚至超过2℃，可能引发更多的生态灾难和公共卫生事件等。
为应对气候变化，我国推出“碳达峰、碳中和”发展战略。
海外诸多国家也制定了碳中和时间表。
2019年12月，新一届欧盟委员会发布《欧洲绿色协议》（EuropeanGreenDeal），明确2030年碳减排目标从40%提高到50%-55%，将2050年的80%-90%减排目标上调为碳中和；日本、韩国、美国等国家计划在2050年实现碳中和。
气候环境的考量之外，另一主线则是关键技术的突破，2021年3月，国务院发布《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，提出到2035年我国关键核心技术实现重大突破，进入创新型国家前列：
以国家战略性需求为导向推进创新体系优化组合，加快构建以国家实验室为引领的战略科技力量；聚焦量子信息、光子与微纳电子、网络通信、人工智能、生物医药、现代能源系统等重大创新领域组建一批国家实验室；
深入实施制造强国战略，实施产业基础再造工程，加快补齐基础零部件及元器件、基础软件、基础材料、基础工艺和产业技术基础等瓶颈短板，推动首台（套）装备、首批次材料、首版次软件示范应用；
立足产业规模优势、配套优势和部分领域先发优势，巩固提升高铁、电力装备、新能源、船舶等领域全产业链竞争力，从符合未来产业变革方向的整机产品入手打造战略性全局性产业链。
实施领航企业培育工程，培育一批具有生态主导力和核心竞争力的龙头企业。
推动中小企业提升专业化优势，培育专精特新“小巨人”企业和制造业单项冠军企业；
发展壮大战略性新兴产业，着眼于抢占未来产业发展先机，培育先导性和支柱性产业，推动战略性新兴产业融合化、集群化、生态化发展，战略性新兴产业增加值占GDP比重超过17%。
聚焦新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等战略性新兴产业，加快关键核心技术创新应用，增强要素保障能力，培育壮大产业发展新动能。
电力设备新能源行业承载了达成国家“制造强国”和“碳达峰、碳中和”战略的双重使命，无论是已竞逐全球市场的新能源汽车、风光新能源，还是在奋力追赶的工业自动化领域，都在技术迭代中不断夯实“硬科技”。
二、电动车：
领跑硬科技
经过多年发展，中国形成了全球最完善、最具竞争力的锂电产业链，主要体现在两个方面：
1）产业链最完善：
从上游的金属开采冶炼和化工原料、中游的锂电材料和三电系统、下游的整车和充电桩，国内每个环节都有大量的企业从事专门的研发和生产，专业化分工使得各环节具备较强的技术敏感性和成本控制能力；而国外从事锂电行业的企业一般是体量较大的金属或者化工集团，从事多元化经营，锂电业务占比相对较小。
2）中国企业具备最高的全球份额：
全球锂电产业链经历了日本一家独大、韩国抢占份额再到中国后来居上的发展历程，目前中国企业在大部分细分环节都具有最高的全球份额。
具体来看，三元前驱体和负极的全球市占份额近80%，为产业链中最高的两大环节（不考虑磷酸铁锂）；电解液、动力电池和隔膜的全球市占率在60%-70%，三元正极材料的份额低于60%。
2.1产业技术业态创新更劲
技术催动变革，量能的积累将引发质的突破。
从绝对数量来看，经过数年的发展，全球新能源汽车的产销量已突破300万台/年，产值突破3000亿元，产业规模蔚为可观，且造就出如Tesla、宁德时代一众的明星上市公司。
然而，相比于已发展了一百多年的燃油汽车，新能源汽车技术业态的革新仍远未停息，无论是造车新势力、固态/燃料电池、SiC器件、大功率/无线充电等都尚处于起步阶段，新技术的萌生到茁壮将一次次颠覆产业格局，新的赛道即意味着新的可能。
技术发展趋势：
材料与工艺并进
新能源汽车的发展需要解决续航里程、充电速度和成本较高等痛点，动力电池作为关键零部件，长期承担着能量密度提升以及成本下降的重任，主要包括两个方面：
1）材料体系的升级，如高镍正极、快充负极、硅基负极、固态电池、钠离子电池等；2）工艺的改进和升级，如大容量电芯、CTP技术、CTC技术、刀片电池等，主要涉及物理层面的变化。
高镍正
高镍为正极材料主流发展方向之一。
镍含量的提高能够提升正极材料的克容量，从而提升电池能量密度。
目前量产NCM811的电芯能量密度普遍在240-260Wh/kg之间，成组后系统能量密度超过170Wh/kg，而NCM523的能量密度一般在200-210Wh/kg，随着镍含量的增减，能量密度还有进一步提升的空间。
但高镍低钴化降低了电池的倍率性能和稳定性，电池企业需要在高能量密度和安全稳定性之间做出取舍、兼顾和平衡。
另一方面，高镍体系由于降低价格昂贵的钴金属用量，可以降低电池生产成本。
车企加快高镍电池装机。
尽管目前国内市场磷酸铁锂有回潮趋势，但在高端车型和海外市场方面，高镍三元仍然是主流的发展趋势。
海外车企在高镍电池方面的装机较早。
特斯拉从Model系列开始便采用松下的NCA电池，随着供应商的多元化，NCM811和NCMA等其他高镍路线也相继被采用；现代KonaEV早在18年便发布了搭载LG8系电池的版本；国内蔚来等造车新势力从19年开始搭载国内大厂的8系电池；之后大众、奔驰等欧洲车企以及福特、通用等美系车企也相继推出采用高镍电池的新车型。
从车企动向来看，高镍已是大势所趋。
电池厂材料厂跟进，头部企业率先受益。
日本企业在高镍方面布局较早，松下主要采用NCA体系；国内宁德时代、比亚迪等头部企业则采用NCM811路线；韩国企业相对多样化，SKI以NCM为主并持续提升镍含量，三星SDI研发NCA和NCM，LG化学则采取NCM和NCMA两条路线。
在较为关键的正极材料方面，中日韩企业都选择先与本土的正极材料厂商合作，并且电池厂本身也具备一定的技术积累和量产能力，这也导致全球正极行业在短期内仍将维持相对分散的格局。
硅基负极
当前普遍采用的人造石墨/天然石墨材料能量密度已经接近理论上限372mAh/g，提升空间不大，理论上限能量密度达4200mAh/g的硅材料产业化进程进入提速期。
纯硅作为负极材料时体积膨胀大，多次充放电会引起颗粒粉化、SEI膜重复生长消耗电解液，最终影响电池的循环稳定性，行业内一般采取纳米化、复合化和体系匹配改进等改良方案。
相比于晶体硅材料，氧化亚硅材料在嵌锂过程中的体积膨胀大大减小，因此循环性能也得到了极大的提升，是目前行业内较为成熟的应用方案。
日韩技术较为领先，中国已实现量产。
硅基负极材料于1996年由日立化成首次发明，目前技术较为领先的厂家多集中在日韩，包括日本日立化成、日本信越化学、韩国加德士、韩国大洲、美国安普瑞斯等。
贝特瑞是国内最早量产硅基负极的企业，其他公司如杉杉股份也具备较强的技术积累和量产能力。
钠离子电池
钠离子电池有望成为新能源领域补充的技术路线。
钠离子电池具有以下特性：
1）能量密度弱于锂电，强于铅酸。
钠离子电池的电芯能量密度为100-150Wh/kg，远高于铅酸电池的30-50Wh/kg，与磷酸铁锂电池的120-200Wh/kg有重叠的范围，与三元锂200-300Wh/kg的水平有较大差距。
仅从能量密度考虑，钠电池有望首先替代低速电动车、储能等市场，但较难应用于电动汽车和消费电子等领域。
2）安全性高，高低温性能优异。
钠离子电池热失控温度高于锂电池，具备更高的安全性，高低温性能优于其他二次电池。
3）倍率性能好，快充具备优势。
依赖于开放式3D结构，钠离子电池具有较好的倍率性能，能够适应响应型储能和规模供电；在快充能力方面，钠离子电池容量20%-80%的充电时间只需要10分钟左右，快于锂电池。
4）资源丰富，材料成本较低。
钠资源地壳丰度是锂资源的440倍，并且分布相对广泛；钠离子电池不使用锂、钴等价格较昂贵的金属，钠盐价格远低于锂盐，负极集流体用铝箔代替铜箔，材料成本具有较大优势。
钠离子电池产业化应用有望加速。
2010年之后，由于大规模储能市场的场景逐渐清晰以及产业界对未来锂资源可能面临供给瓶颈的担忧，钠离子电池重新进入人们的视野。
之后十年时间，全球顶尖的国家实验室和大学先后大力开展钠离子电池的研发，部分企业也开始跟进。
包括国际代表Faradion公司、国内代表机构中科海钠和钠创新能源以及锂电池代表企业宁德时代等。
近期宁德时代发布旗下第一代钠离子电池，电芯能量密度达到160Wh/kg，低温和快充性能优异，并计划2023年形成基本的产业链。
在钠离子电池方面，国内企业和机构相比海外竞争对手有研发和专利方面的优势。
CTP与大电芯
结构创新层出不穷，CTP和大电芯成为研发方向。
除了材料本身的化学升级以外，通过做大电芯、做大模组尺寸乃至完全去除模组的物理变化也是主要方法之一。
比亚迪刀片电池通过将单体电芯尺寸做大且在有限的空间内放置尽可能多的电芯单体、压缩多余连接件和结构件的数量的方式，提高整个电池包的容量、电压、空间利用率，最终兼顾高体积能量密度、高安全性和低成本。
宁德时代采用高电压镍55+大模组/CTP的方式将系统能量密度提升至超过180Wh/kg，同时降低成本，成为高镍电池技术完全成熟之前的短期替代方案。
LG化学已经完成了一种全新的"模块包集成平台"的开发，可以在没有模块的情况下构建电池组，蜂巢能源推出了自己的CTP技术和产品，大众也计划研发和使用CTP和CTC技术。
特斯拉计划自产4680电芯，也是继1865切换成为2170之后，电芯体系和容量的又一次提升，有利于提升能量密度，降低结构件成本。
2.2动力电池规模加速扩容，国内企业竞相出海
全球动力电池装机量处于快速增长的阶段。
在全球新能源汽车渗透率持续提升的背景下，动力电池装机量迎来快速增长。
2016年全球动力电池装机量仅为43GWh，2020年增长至136GWh，期间复合增速约33%。
2019和2020年由于中国新能源汽车市场放缓导致动力电池需求增速较低，从2021年开始全球电动车市场共振带来需求的强势回暖，上半年装机量达到114GWh，同比增长154%；预计2025年全球动力电池装机量将超过1TWh。
中日韩瓜分全球市场。
从2017年开始，宁德时代已经连续四年成为全球动力电池销量冠军，2020年市场份额达到25%，21年上半年进一步提升至30%。
随着欧洲市场的崛起，韩系厂商近年来增长迅速，LG化学市场份额已超过20%，全球动力电池市场呈现出“两超多强”的格局。
除了宁德和比亚迪之外，21年上半年中航锂电、国轩高科、远景AESC等国内企业也进入行业前十，5家中国企业的市场份额合计达到43.2%，而韩国3家合计占比34.9%。
动力电池行业资金壁垒高，技术迭代快，龙头优势明显。
在资本开支方面，1GWh电池产线需要投资3-4亿元，一般需要建设5GWh以上的产能才能达到较好的规模效应，全球主流电池企业的产能规划都已经达到了100GWh以上的规模。
电池的技术迭代较快，意味着需要不断地投入研发才能保持技术的领先性和前瞻性，中小企业在技术研发和资金方面存在劣势，龙头的先发优势有望长期维持。
国内企业宁德时代在产能和出货规模、盈利能力、客户群体方面已经比肩甚至超越竞争对手，在技术研发和专利方面也在加快布局。
海外主机厂争夺优质电池资源，国内二线厂商迎来发展良机。
为保障大规模电动化计划顺利实施和供应链的安全稳定以及提升议价权，海外主流车企率先打破原有的单点或AB点的供应格局，逐渐向多点供应拓展，并通过合资、入股、签订长协等方式与国内的二线电池厂商进行更加深入的绑定。
全球车企对优质资源的争夺为二线电池厂商带来了良好的发展机会，具备技术研发以及产能规模优势的企业有望得到海外客户的认可和订单机会，例如国轩和大众、孚能和戴姆勒之间都有较深入的股权绑定关系；欣旺达、蜂巢能源、远景AESC等企业也开始供货海外主机厂。
经过过去十年的战略培育，国内电动车产业已在产业链体系、产能规模、成本客群上积累了较强的竞争实力，在下一个十年，来自欧美日韩等技术强国的追赶亦将愈演愈烈，在行业的高景气增长下，建议更多关注以技术研发见长，具备科技硬实力的成长型企业。
三、光伏跟踪支架：
国内企业加快抢占全球份额
3.1跟踪支架快速增长，欧美企业主导
跟踪系统具有更好的发电效率，助力度电成本下降
光伏支架可主要分为固定支架及跟踪支架，固定支架主要包括最佳倾斜角固定式以及固定可调式，跟踪支架主要包括平单轴、斜单轴和双轴支架。
相对固定支架，跟踪支架能够根据太阳位置，间歇驱动电机带动机械机构，使光伏组件全天跟随太阳位置运动，从而减小太阳光的入射角度，提高光伏组件对太阳能的吸收率。
跟踪支架具体选型与项目所在地维度和地形等密切相关，平单轴跟踪光伏支架因性价比较高，得到了广泛的应用，尤其在中低纬度地区，平单轴跟踪光伏支架能够显著提高光伏发电系统的发电量。
跟踪支架更多地应用于集中式地面电站，分布式光伏电站项目地往往存在项目场地有限、光照条件一般等问题，安装跟踪支架的经济性偏弱。
和传统的固定式光伏系统相比，通常平单轴跟踪技术能为光伏电站带来15%~20%的发电量提升，在一些光照资源丰富的低纬度地区，甚至能带来20%以上的发电量提升。
从成本端看，与固定支架相比，跟踪支架系统的结构更为复杂，投资成本相对更高。
据统计，2020年美国100MW的光伏地面电站的单瓦投资约1.01美元，较固定支架系统高7%；具体到结构平衡系统（StructuralBOS），跟踪支架成本较固定支架高约4美分/W。
以中信博的跟踪支架和固定支架的单瓦收入为例，2017-2020年，跟踪支架单瓦价格约固定支架的2倍及以上。
除了投资成本相对较高以外，后期的运费成本也相对略高；据统计，2020年美国100MW地面电站采用跟踪系统的运维成本较固定支架系统高1美分/W。
采用跟踪支架虽然会增加初始投资和运维成本，但由于具有明显的发电增益，能够实现更低的度电成本。
参考中信博参编的发表在能源期刊《Joule》的论文研究结论，对全球大部分地区的光伏开发商而言，双面组件+单轴跟踪器的组合能够有效的降低度电成本，是经济性较优的策略。
根据彭博新能源的统计，2021上半年采用跟踪支架系统的光伏电站项目的全球平均度电成本约38美元/MWh，明显低于采用固定支架的光伏项目。
我们估算，2020-2024年全球跟踪支架需求的复合增速（按容量）有望达到34%，美国以外地区的跟踪支架需求增速有望达到45%。
美国主导全球跟踪支架需求，新兴市场有望兴起
近年，随着光伏需求的增长以及跟踪支架性价比的提升，全球跟踪支架出货量呈现快速增长。
根据WoodMackenzie统计，2020年全球光伏跟踪支架出货量44.4GW，同比增长26%；跟踪支架市场需求的快速的增长也推动了主要跟踪支架企业出货量的快速增长。
美国是全球最大的跟踪支架市场，按照彭博新能源的统计，2020年全球跟踪支架出货47.5GW（与WoodMackenzie统计口径略有差异），其中美国市场需求23.4GW，占比约50%；据估算，2020年约有11.7GW的跟踪支架以囤货的方式用来锁定投资税收抵免优惠，这部分支架将用在2020年之后的项目建设，推算美国2020年实际应用的跟踪支架约11.7GW，相当于美国2020年地面电站新增装机的80%。
除了美国和中国以外，拉丁美洲、西班牙、澳大利亚、印度、中东等光照条件比较好的地区的跟踪支架需求也较为旺盛，整体看美国以外地区跟踪支架渗透率远低于美国。
根据中国光伏行业协会数据，2018年国内跟踪支架渗透率达20%，较2017年提升12个百分点，主要因为大量领跑者项目使用了跟踪支架；2019年中国光伏电站市场跟踪支架占比为16%，2020年跟踪系统市场占比相较2019年上涨2.7个百分点；未来国内跟踪支架的渗透率有望持续提升。
3.2相比海外竞争对手，国内企业制造能力优势突出
在技术层面具备逐步实现超越的有利条件
与NEXTracker、ARRAYTechnologies等美国跟踪支架巨头相比，国内跟踪支架企业起步相对较晚；近年，国内企业通过加大研发投入，聚焦高端产品，跟踪支架快速迭代，产品质量已能比肩海外龙头，以中信博为代表的国内跟踪支架企业正在快速崛起。
2020年，中信博跟踪支架出货量全球排名第四，在亚太、中东等市场，公司的市占份额处于领先地位，反映了国内企业的产品竞争力。
近年，组件端的技术迭代加快，其中大型化趋势尤为明显。
组件的技术迭代会推动跟踪支架的技术升级，例如，大尺寸组件对跟踪支架而言意味着更重的荷载、更长的支架长度和宽度，需要跟踪支架具有更牢固的结构以及坚固的横截面，以支撑额外的重量并保持对抗风效应的稳定性；由于一排中装配的组串数量变化，支架的电气配置也会受到大尺寸组件的影响。
因此，为应对组件的大型化，需要对跟踪支架进行机械和电气参数进行重新配置，保证最优可靠性和最佳发电量。
由于全球头部的组件企业基本在中国，国内的跟踪支架企业拥有与全球头部组件企业更便利、更深度的互动，从而有望更快捷地响应组件技术迭代，进而有望在跟踪支架技术层面取得领先。
在生产制造优势层面具有明显竞争优势
跟踪支架属于钢材加工制品，其经营模式大致可以分为三种：
研发设计+生产制造；研发设计+委外生产；生产代工。
研发设计+生产制造：
采用此类经营模式的企业集产品研发、设计、生产于一体，该模式有利于企业掌握产品研发、设计的核心技术、生产环节的核心工艺，保证产品质量及产品交付时间，控制生产成本。
研发设计+委外生产：
采用此类经营模式的企业将主要资源集中于企业的研发设计环节，而将生产制造环节委托给外部厂商。
采用此类模式的主要是国外支架供应商，为控制生产成本，在生产成本较低的国家及地区寻找代工厂商。
生产代工：
采用此类经营模式的企业只从事光伏支架的生产制造工作，专门为大型支架供应商提供代工服务，企业的生产附加值较低。
目前，中信博采用“研发设计+生产制造”的经营模式，而海外竞争对手以欧美企业为主，普遍采用“研发设计+委外生产”的经营模式；相对而言，中信博经营模式具有生产成本低、产品质量可控性高、交付能力强等优点。
随着国内外主要跟踪支架企业技术水平的拉近，海外主要竞争对手“研发设计”的优势不再明显，制造方面的劣势就会凸显。
2020年，中信博完成常州生产基地四期建设，支架产能达到6.4GW；另外，正在开展IPO募投项目建设，拟在安徽繁昌生产基地投资约5亿元建设2.8GW产能。
2020年，中信博印度公司成立，主营光伏支架的生产与销售，有望在海外设置生产基地，以更好地拓展海外市场。
四、大功率风电机组：
国内企业加速赶超海外
4.1厚积薄发，陆上风机大型化速度加快
风机大型化对应的是零部件制造能力的升级。
风力发电机组发电是利用叶轮接收风能，将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程。
整体来看，叶轮吸收的风能与叶轮扫风面积成正比，与风速的立方成正比，因此，在相同的风速条件下，提升叶轮吸收的风能需要增大叶轮直径，即对叶片的长度提出更高的需求；在风切变较高的区域，通过增加塔筒高度可以提升轮毂处的风速，从而在相同的叶片长度下可以提升叶轮吸收的风能。
叶轮吸收风能增加后，通过传动结构的匹配设计，可以提升风电机组的额定功率，从而实现风机的大型化。
因此，在同样的风资源条件下，风机的大型化往往对应的是更长的叶片以及传动装置（轴承、齿轮箱、发电机等）的功率大型化，也就对应核心零部件更高的制造难度。
风机大型化是风电产业长期以来的发展趋势。
根据中国风能协会的统计，2018年我国新增装机的风电机组平均单机容量为2.18MW，2.0-2.5MW机型是主流机型；2010-2018年，国内单机容量整体处于2-2.5MW机组替代1.5-2MW机组的进程，单机功率逐渐提升；海外也呈现了类似的单机功率逐渐提升的情况。
但是，过去十年，国内风机大型化的速度并不快，参考国内风机龙头金风科技2020年的风机出货情况，2S机组仍然是主力机型。
十四五期间，国内陆上风机单机容量增长曲线将快速陡峭。
一方面，从以金风科技为代表的风机企业在手订单结构可以看出，大兆瓦的产品订单明显提升，截至2020年底金风3MW以上产品订单占比达54%，较2020年交付的大兆瓦产品比例明显提升。
另一方面，从2021年招标情况看，单机容量4MW及以上机组逐步成为三北及西南地区主力机型；国家电投2021年度第十二批集中招标采购的风电机组约2.4GW，其中单机容量4MW以上的容量占比达63%。
可以预期，自2021年起，国内陆上风机的单机容量增长速度将明显加快。
风机招标机型快速大型化是多年技术积累的结果，并非技术的突变。
虽然从应用端看，风机的大型化趋势明显加速，但其中主要原因是2020年抢装的陆上风电项目主要为2018年及以前核准的项目，风机选型往往采用的老机型，2018-2020年风机企业推出的新机型并未在2020年抢装中得到大规模应用。
实际上，近三年风机加快迭代，风机企业加快推出新产品，新的陆上风机单机容量逐年提升，在2020年的北京国际风能展上，明阳等风机企业已经推出单机容量超过6MW的新品，但整体看，风机企业推出大兆瓦机型是一个渐进的过程。
近年风机技术的快速迭代是风电行业去补贴倒逼的结果。
从近年的北京国际风能展上主流风机企业推出的新机型可以看出，风机技术进步的速度在加快，叶轮直径和单机容量快速增长，其中原因包含风电行业去补贴倒逼的影响。
从2010-2014年，风电标杆上网电价保持稳定，2015年小幅降低一至三类地区标杆电价，2017年以来，风电标杆电价快速下降，2019年国家发改委发布《关于完善风电上网电价政策的通知（发改价格〔2019〕882号）》，明确2021年新核准陆上风电项目不予补贴；在此背景下，风机企业不得不加快技术创新的步伐，单机容量的大型化则是风机企业应对行业快速去补贴的结果。
此外，近年光伏行业迅猛发展，也一定程度倒逼
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