(报告出品方:国泰君安证券)
1.1.大国博弈、逆全球化、地缘风险和经济转型四大趋势演绎对国家安全提出必然要求
中国经济发展成效显著,中美大国博弈升温,近年来受美国贸易、科技 等脱钩政策影响摩擦不断。近年来,中国的发展取得卓越成效,成为世 界第二大国之后,中国 GDP 占美国 GDP 比例仍在持续上升,从 2012 年的 52%上升至 2021 年的 75%,中美之间的差距正在逐步缩小。而美 国对中美关系的定义也开始从合作为主转为更强的竞争,近年来双方在 贸易、高新制造、技术、能源矿产、金融等领域摩擦冲突不断。
从国家安全角度看对外贸易,我国出口依存度依然较高。从国家安全角 度看,我国目前已一定程度上缓解了贸易依存度,我国在 1990-2008 年 贸易依存度增速显著高于世界平均水平,对外贸易依存度快速攀升,对 外依赖显著高于其他国家。2008 年国际金融危机之后,我国开始有意识 降低对外依赖,近年来我国不断刺激内需,加强国内经济循环,因此近 10 年来我国对外贸易依存度迎来了较大幅度的下降。但是我国经济对出 口的依赖程度依然较高,截至 2021 年,我国出口依存度达到 19.0%,同 期美国出口依存度为 11.0%,中国对外依赖依然较高,在国际产业链分 工中,中国属于制造国,美国属于消费国,未来需进一步实施扩大内需 战略。
逆全球化趋势抬头,世界外贸价格中枢有所抬升,商品贸易、要素流动 下降,叠加地区地缘政治风险上升,国际安全风险系数上升。从近年来 的国际形势看,国际安全风险程度有所上升,1985 年以来的全球 GPR (地缘政治风险)指数波动主要反映了核战争威胁和国家之间的地缘政 治紧张局势;21 世纪以来则主要反映了恐怖主义、伊拉克战争和日益紧 张的双边关系。自 2000 年以来,全球共经历了 11 次代表性的地缘政治 风波:2001 年的马其顿武装冲突、2002 年的阿富汗战争、2003 年的伊 拉克战争、2006 年的黎巴嫩战争、2008 年的俄罗斯格鲁吉亚战争、2010 年的科特迪瓦内战、2011 年的利比亚战争和叙利亚内战、2014 年的克里 米亚冲突、2020 年的第二次卡拉巴赫战争和 2022 年初开始的俄乌冲突。 在 GPR 指数提高年份,全球经济增速也会相应出现下降。
2022 年发生 的俄乌战争,历史经验再一次得到验证,根据国际货币基金组织(IMF) 10 月份的最新预测,2022 年全球经济增速将在 3.2%的水平,预计 2023 年将放缓至 2.7%,比 7 月预测低 0.2 个百分点。逆全球化和地缘风险均 在挑战全球经济增长,在中国对外依赖度相对较高的情况下,中国经济 也会受到其持续影响。
1.2.国家安全相关政策频出,未来关注三方面投资机会
国家安全重要性逐步提升,相关政策频出。近年来,国家安全与国家发 展在各环节中的联系越来越紧密,在中央和部委政策中也越来越频繁地 被提到。2022 年 4 月 26 日,中央财经委员会第十一次会议中提出,“要 适度超前,布局有利于引领产业发展和维护国家安全的基础设施,同时 把握好超前建设的度”。7 月 1 日,央行提出要将政策性、开发性金融 工具投资重点投向包括国家安全基础设施在内的三类项目。8 月 22 日, 中国人民银行再次强调,政策性开发性银行要用好政策性开发性金融工 具,加大对国家安全基础设施建设等重点领域相关项目的支持力度,并 带动贷款投放。各部委文件中对国家安全的重视也十分明显,其政策地 位不言而喻。
在具体领域的方向引领上,国家安全强调的重点领域和投资机会可以从 以下三个角度进行理解: (1)粮食和能源安全领域。粮食安全受到冲击,需要加强内循环,能 源对外仍有较高依存度。目前国际形势复杂严峻,2022 年上半年以来的 俄乌冲突已经导致了粮食生产对全球的影响加大。不少国家出台了限制 粮食出口的措施,进一步加剧了供求矛盾,全球粮食价格持续高位运行。
从国家统计局数据来看,我国已经连续 7 年粮食产量稳定在 6.58 亿吨以 上,粮食库存比较充裕,但由于消费基数大、粮食品种不够齐全等原因, 我国仍存在大量农产品缺口,且 2019 年以来缺口金额有所上升。从能 源领域来看,我国重要能源对外有较高依赖度,且呈逐年缓慢上升趋势。 其中原油依赖度由 2005 年 35%上升至 2022 年上半年的 71%,截至上半 年的天然气依赖度也大约在 37%左右。未来地缘冲突或国际安全风险上 升可能导致我国的粮食和能源安全受到威胁。
(2)产业链供应链安全。强链补链成为重要关口,多政策多手段力保产业链供应链安全。
(3)科技自主可控和信息安全。未来科技自主、国产替代、信创等或 成为热门趋势。
电子、通信:2013-2021 年,电子及通信设备制造业增加值年均增长 13.6%,增速高于规模以上工业 6.8 个百分点。从半导体国产化率上看, 我国半导体设备的国产化率有所提高,但核心设备及晶圆制造材料国产 化率仍有待提升。根据中国电子专用设备工业协会、国际半导体产业协 会(SEMI)数据,2021 年国产半导体设备销售额达到 2016 年的 6.72 倍,国内半导体市场的国产化率从 13.3%上升至 20.2%。该领域是国家 着重关注的存在“卡脖子”风险的领域。另外,电子行业芯片供应链和 芯片自身安全等,都是未来可能威胁国家安全的重要风险。未来要从重 要技术的攻关和前瞻性的创新领域战略部署进行持续性发展。
军工、机械:强大的国防军工实力是一切经济社会发展的前提。近年 来国际形势复杂多变,世界上的主要国家的国防开支基本都有不同程度 的增加。我国的国防预算开支总量较高,但在细分领域还与一些大国有 着明显差距。面对复杂多变的国际形势,大力发展国防军工和高端制造 业已是刻不容缓,未来在飞机制造、军工电子、导弹研制、工业母机等 领域或将迎来投资布局机会。
计算机:网络安全规模增速高,未来或大力发展信创产业。从网络信 息安全市场规模上看,根据艾媒咨询数据,2021 年国内网络信息安全市场规模达到 926.8 亿元,连续五年保持 20%-25%的高增速。近年来信息 安全和数据安全逐渐成为全球性挑战,泄露个人隐私、侵犯知识产权、 网络窃听和网络犯罪等问题频发,我国需要在相关产业链的建设和发展 上继续发力。未来要着力发展信创产业,一方面让党政信创从电子公文 向电子政务替换、从省市级向区县级下沉的需求释放,另一方面行业信 创要从八大行业向 N 个行业渗透、应用场景从非核心向核心业务系统不 断推进,叠加央国企国产替代的全面落实,力争在国产操作系统、中间 件、数据库等领域早日实现自主可控。
电新:相较于我国车企在传统燃油车市场上相对弱势的竞争格局,在 新能源汽车领域我国拥有较明显的上游动力电池产业链的领先竞争力。 根据 CleanTechnic 数据,2022 年全球动力电池领域的主要厂商中,宁德 时代以 34%的份额成为市占率第一名,比亚迪为 12%,仅以 2%的差距 位居第三。在全球十大电动汽车电池生产商中,国产厂商合计市占率约 占 56%。而下游的国产品牌与全球车企也基本保持了较为同步的产品推 出节奏。未来在政策驱动下能源结构将进一步转型,细分的光伏、储能、 汽车智能化等领域,将迎来持续的发展和投资机会。
2.1.全球宏观风险持续抬升,A股投资应在内需中“找机会”
各类风险事件频发,全球宏观风险或将维持高位。三季度以来,俄乌冲 突不断加剧、欧佩克+超预期减产、美国频繁实施科技霸权等地缘、能 源和科技风险事件频发,全球宏观风险预期升温。北溪输气管道被炸, 克里米亚大桥爆炸中断等事件的发生使得俄乌地缘冲突持续升温,叠加 沙特等产油国与美国等消费国的立场分化,市场对高通胀下的能源保供 担忧持续升温;美国 BIS 加码科技封锁,发布新的半导体产业限制规则, 科技霸权下实现核心技术领域的自立自强迫在眉睫。美欧持续高通胀 下,美联储和欧央行加息力度短期难以减弱,全球跨资产隐含风险预期 和全球资本流动风险指标维持高位。
加息周期下欧美风险资产波动率上行,高风险溢价水平下 A 股投资应在 内需中“找机会”。美联储 11 月 FOMC 会议再度加息 75BP,联邦基金 目标利率范围提升至 3.75%-4.0%,高通胀下欧美央行加息力度难减,美 联储多次加息后,美国 9 月 CPI 仍同比增长 8.2%,预计美联储加息力度 短期内难缓和,12 月大概率加息 50BP,且终端利率将达到 5.1%左右; 10 月欧元区 CPI 同比增长 10.7%,欧央行在 7 月一改延续多年的零利率 政策,加息 50PB,9 月、10 月分别加息 75PB,基准利率水平达到 2%。 A 股市场当前风险溢价水平处于 1 倍标准差水平,考虑近期宏观环境及 地缘政治冲突再度升级的可能,A 股市场风险溢价水平或将持续维持高 位,投资方向的选择应聚焦内需,紧跟政策发力方向,围绕科创强国和 扩大内需市场找机会。
2.2.逆全球化趋势叠加地缘冲突加剧,发展的安全性愈发重要
风险事件频发仅是表象,其背后是逆全球化和大国博弈加剧的中长期趋 势。全球贸易额占 GDP 比重高位震荡,逆全球化下更应重视发展的安 全性。上世纪 20 年代,全球贸易额占 GDP 比重达到阶段性高点,随后 经历近 40 年的持续回落,上世纪 60 年代以来,全球贸易额占 GDP 比重持续提升,本世纪初达到阶段高点。世界需要多极化格局,但当前国 际形势复杂严峻,某大国推行逆全球化战略,世界经济发展的政经环境 持续恶化。中国作为高度依赖全球化分工的制造业枢纽,对外开放是基 本国策,但经济发展面临的全球供应链压力有所提升,保障发展安全有 望成为重要的政策主线。
美国对华科技封锁不断升级,科技领域自立自强能力亟待提升。2020 年以来,美国对华科技领域的封锁政策愈发密集,美国商务部工业和安 全局(BIS)多次发布实体清单,对相关中国科技企业实施出口管制措 施。2022 年 10 月 7 日,美国 BIS 发布了针对先进计算及半导体以及半 导体制造业的新订限制规则,对华科技封锁措施进一步升级,将对华出 口限制的对象,扩大至 16nm 及以下的逻辑芯片、18nm 及以下的内存芯 片、128 层及以上的闪存芯片;并将在美国国境之外生产的、由美国企 业经手对华出口的超级计算机和先进芯片纳入出口管制;且限制美国公 民在未获得许可的情况下参与中国的半导体设计、制造、生产等业务。
中国是全球最大的集成电路消费国,但长期以来我国集成电路产量增速 远落后与需求的提升。据 IC Insights 数据,2021 年我国 IC 市场需求 1865 亿美元,而产量规模仅 312 亿美元,自给率为 16.7%。预计 2026 年,我 国 IC 市场需求量超 2740 亿美元,而产量规模达 582 亿美元,自给率达 21.2%,与此同时,全球 IC 市场总额将在 2026 年达到 7177 亿美元,我 国生产规模仅占全球规模的 8.1%。
2.3.科技安全是政策发力方向,科创强国具备体系性主题机会
围绕研发投入、自主化率提升和产业高景气三个维度寻找自主安全投资 机会。研发投入是掌握核心科技和实现自主化的必由之路,从研发投入 增速角度看,半导体、电池、通信服务、光伏/风电设备和军工电子等行 业研发支出的边际增量最为显著;自主化率是衡量自主安全能力的直观 指标,自主化空间大且具备快速提升能力的领域更具配置价值,能源装 备中的风机主轴承、军工装备和材料中的高温合金/钛合金、半导体装备/材料中的刻蚀机/大硅片/靶材等、国产软件中的数据库/工业软件等,均 具备自主化率提升的强劲驱动力;产业高景气是实现自主安全的基本面 保障,新能源、军工、半导体等行业具备需求高增和技术不断迭代的多 重催化,具备较强的产业发展动能。
科技安全是自主安全的主要方向, 看好半导体装备/材料、军工装备/材料、能源装备、计算机信创和通信 设备的投资机会。
3.1.我国数字经济的发展必须基于自主可控的基础软硬件架构
美国政府推出对华芯片出口管制新规,试图切断我国的 CPU/GPU 自主 化能力。2022 年 10 月 7 日,美国商务部工业和安全局推出了对华芯片 出口管制新规,针对包括海光信息、天津飞腾、成都申威、景嘉微在内 的 28 家超算及 AI 相关的实体清单企业实施外国直接产品规则,严格限 制在含有美国技术与产品的产线上进行流片,并且针对中国境内晶圆厂 16nm 或 14nm 及以下制程的非平面晶体管结构(FinFET 或 GAAFET) 逻辑芯片、半间距不超过 18nm 的 DRAM 存储芯片、128 层及更高层数 的 NAND 闪存芯片产线上使用美国技术与产品施加管制措施。目前我国 六大信创 CPU 厂商华为鲲鹏、天津飞腾、海光信息、上海兆芯、龙芯中 科、成都申威以及 GPU 厂商景嘉微在售的主力芯片制程均在 16nm 及以 内,美国试图通过相关限制措施切断我国的 CPU/GPU 自主化能力。
大国 IT 架构的独立自主势在必行,我国数字经济的发展必须基于自主 可控的基础软硬件架构。无论是俄乌冲突爆发后美欧将其掌握的基础软 硬件对俄罗斯断供,还是美国政府推出对华芯片出口管制新规以切断我国CPU/GPU的自主化能力,都充分表明在大国竞争中将 IT 基础软硬件 建立在“全球化”的根基上是不可靠的,大国 IT 架构必须坚持独立自主 的发展道路。2022 年国务院政府工作报告中强调,“促进数字经济发展… 加快发展工业互联网,培育壮大集成电路、人工智能等数字产业,提升关键软硬件技术创新和供给能力”。我们认为此次美国芯片出口管制新 规会进一步提高全社会对IT架构自主可控紧迫性的认知,加速信创产业 的推进和国产基础软硬件的普及推广,为我国数字经济的长久稳定发展打下坚实基础。
3.2.从党政、金融到行业信创,2023年信创业绩有望显著反弹
目前党政和金融行业的信创落地最快,到 2023 年信创有望在关键行业 全面展开。从信创在各行业的落地情况来看,党政部门和金融行业的信 创渗透率处于第一梯队,二者早在 2014 年便都开始系统性的进行基础 软硬件国产化试点。其中党政部门是信创产业的培育者和先行示范者, 在中央财政支持下在 2020 年最早进入规模化采购阶段,金融行业的 IT 自研能力强,通过将信创与自身 IT 架构分布式转型紧密结合,在信创推 进中仅次于党政。
电信、交通、电力、石油、航空航天等行业处于信创 渗透率的第二梯队,教育、医疗行业的信创渗透率最低,处于第三梯队。 2020 年以来党政和金融行业信创实现了快速推进,信创应用场景持续丰 富,应用规模快速扩容,推动信创产品的成熟度和好用性有显著提高, 信创产品供应链的多元化和韧性也在不断强化,供给能力持续提高。我 们预计到 2023 年,信创有望进入到全新的规模化、常态化采购阶段, 将在关系到国计民生、公共利益的各大关键行业实现全面推广,产业规中性情况下,预计至 2027 年我国信创 PC 的年出货量将达到 1000 万台。 信创 PC 的潜在替换场景为党政机关及核心事业单位、国防特殊行业、 公立教育及医疗行业、央国企等。
根据 IDC 数据,2017 年我国政府、 教育及大型企业商用电脑出货量分别为 360 万台、510 万台、560 万台, 考虑到商用电脑 6 年的生命周期,年出货量乘以 6 可以作为电脑存量的 近似参考值,并适当考虑涉密电脑数量,我们预计前述相关行业的 PC 存量合计达到 8650 万台,考虑到不同行业未来信创 PC 的渗透率有所区 别,我们预计中性情况下,至 2027 年信创 PC 的年出货量将达到 1000 万台。
中性情况下,预计至 2027 年我国信创服务器的年出货量将达到 200 万 台以上。根据 IDC 数据,2020 年我国 x86 服务器出货量 344 万台,其 中互联网、电信、政府、金融行业 x86 服务器采购量分别为 146.5、39.8、 39.7、31.9 万台,合计占比达到 74.9%。根据 IDC 预测,我国服务器整 体出货量在未来将保持每年约 10%-5%增速,我们将各行业服务器出货 量参考行业增速,并考虑不同行业信创渗透率,测算得到中性情况下, 至 2027 年信创服务器的年出货量将达到 200 万台以上。
2023 年开始行业信创有望接棒,成为信创板块增长的核心驱动力。2020 年至 2022 年间,党政信创的推进带动了信创 PC 出货量,从 2023 年开 始,我们预计存量空间更大的行业信创将正式启动,将推动信创 PC 的 出货量实现持续的增长。服务器出货方面,随着 2023 年党政信创从电 子公文信创向电子政务信创深入,行业信创逐渐开始推进从办公系统、 到经营管理系统、再到一般业务系统及核心业务系统的替换,对信创服 务器的需求都将保持快速增长,推动服务器出货量在未来迎来更大的弹 性。
预计至 2027 年,信创产业年市场空间将超过 2000 亿元。信创产业主要 包括基础硬件、基础软件、应用软件、云服务、系统集成等环节,我们 测算至 2027 年,信创 PC 及服务器年市场空间合计将达到 1600 亿元以 上,其中信创 CPU 的年市场空间将达到 400 亿元以上;以操作系统、数 据库、中间件为代表的的基础软件年市场空间合计将达到 300 亿元以上; 办公软件、保密软硬件、OA、ERP 等信创应用软件也将迎来快速发展。
通信:看好光芯片国产替代逻辑在国家自主可控背景下持续演绎;同时 推荐能源领域景气预期明确扭转向上的海风海缆环节。光芯片层面,1) 激光器芯片:高速率芯片长期海外垄断,25G 速率以上芯片市占率低于 10%,当前背景下国产替代需求、动力强劲。推荐国内专业光芯片厂商 仕佳光子,以及一体化厂商光迅科技;2)调制器芯片:铌酸锂调制器 是电信网络最核心的应用部件,长期90%份额为海外垄断。当前该领域 迎薄膜化升级,升级后可实现自主可控,面向 2025年市场空间有望超 过60亿,推荐光库科技。海缆层面,十四五规划宏大,2023-2025年景气预期在Q3承压后快速回升。预料十四五期间竞争格局稳固,单位容 量海缆价值量有望持续提升,头部厂商同时布局海风工程,受益面将持 续扩大。
4.1.光芯片:下游模块份额提升,但高端芯片海外垄断
4.1.1.激光器芯片:高速率海外垄断,国内厂商待突破
激光器芯片(光发射芯片)位于光通信系统的发射端,是最为核心的重 要元件。激光器芯片的功能是将电信号转换为光信号,是光通信系统平 稳运行最不可或缺的元件之一。当前,激光器芯片主要封装在光收发模 块中的发射端组件中,为其工作提供一个保护和适宜的环境。 同时,当前光通信系统走向更高的端口速率,高速率的激光器芯片的国 内供应便成为重中之重。我国光芯片的市场来自于强劲的需求侧和份额提升。对我国光芯片市场 增长结构进行拆解,可以发现主要有三要素组成。对于全球模块市场,主要预测机构 Yole、Ovum、Lightcounting 等分别预测 2020-2025 复合增 长率从 12%-15%不等,而我国光芯片能实现超越全球平均光模块增速的 增长,主要是来源于下游份额的持续提升和价值量的不断提升。
下游我国光模块份额持续提升确定性强。从我国发展历史看,三大红利 持续驱动,分别为市场红利,人口红利和工程师红利。市场红利从过去 到现在一直持续。电信网络包括固定接入网,无线接入网,传输网。在 固定接入网,我国有全球最大 FTTH网络;在骨干传输网,我国有全球 最大 100G 光网络,而在无线接入网,我国 5G 建设规模全球领先。另外, 长远看,我国数据中心领域的建设将持续超前全球,有望在全球体量排 名前列。人口红利方面,光通信器件产业是技术密集型+劳动密集型, 绝大部分上市企业主要员工占比为生产员工;工程师红利:围绕高校、 科研院所,及新飞通、索尔思知识外溢效应,形成武汉、四川、江苏浙 江、广东等四大产业聚集地。
在三大红利的驱动下,我国模块厂商已经 辐射到终端海内外主要设备商、运营商客户,下游本土国际化趋势不断 加深,使得上游光芯片厂商辐射范围更加广泛。
价值量要素看,各场景高速率模块逐渐应用,高端光芯片成本占比不断 提升。在全球流量持续增长的背景下,光模块不同的应用场景均逐渐迎 来向更高速率升级浪潮。数通市场当前正经历 100G->400G 升级浪潮, 而电信领域的无线接入网、PON 则正分别经历 10G->25G 和 10G->50G PON 等的升级,传输网则 100G 以上模块将结合各种调制、解调技术进 行更高速率的应用。25G 及以上的单通道速率使用逐渐广泛,高速光芯 片应用空间不断扩大。传统的 40/100G 光芯片成本占比约 25%,而 400G 及以上的模块光芯片成本可达 40%以上。
我国 25G及以下已经实现自给,更高速率和集成度上仍为海外垄断。根 据 ICC 预测,2019-2024 年,中国光芯片占全球市场总体在持续提升。 其中2.5G以下我国厂商已经有超过90%的占有率,而10G和25G在2022 年市占率分别将达到 60%和 40%,但 25G 以上的光芯片市占率还很低, 2022 年大约为 10%。但考虑到高速率的光模块占全球光模块市场绝大部 分的份额,也意味着高速率的芯片也占光芯片市场绝大部分份额。国内 光芯片厂商 2020-2021 年已经陆续在 25G 速率上实现突破,而随着国内 对 50G、100G 的产品进行研发和试样,未来国产空间发展巨大。
4.1.2.调制器芯片:骨干网核心元件,应用空间宽广
铌酸锂调制器是高速光通讯网络发射端对信号调制的关键器件。电光调 制技术主要是借助晶体材料的线性或非线性效应将光信号加载在光波 上进行远距离、大容量传播,是所有光通讯系统发射光信号前必不可少 的步骤。而承载这一功能的器件即电光调制器。由于铌酸锂晶体在光损 耗、工作带宽、电光效应等综合表现效果最好,因此目前现网绝大多数 核心骨干网的电光调制器是最成熟的铌酸锂材料。
电信网络扩容升级,带动高速率调制器需求高速增长。随着 5G 网络和 数据通信的高速发展,带动核心光网络向超高速和超远距离传输升级, 同时城域网也逐渐从 100G 向 200G、400G 线路侧端口升级,带动全球 通信设备商 100G、200G、400G 及 400G+端口出货量快速提升,高速率 调制器市场不断扩大。知名光电产业调研机构 Ovum 预测,2024 年高速 率 100G 以上调制器出货量将超过 140 万只,而 2019 年这个数字为 90 万只。
竞争格局看,铌酸锂调制器芯片以 IDM 模式为主,进入壁垒高,我国 光库科技有望突围。铌酸锂生产线最早应用在 10G/40G 长距离通信端 口,当前长距离端口已经从 100G 逐渐升级到 400G。由于其属于高端利 基市场,主要厂商均使用 IDM 模式,即设计、制造、封测全流程的模式 进行生产,因此进入壁垒较高。海外主要巨头通过多轮资产重组、转让、 兼并在持续动态演绎。当前,在电信骨干网铌酸锂调制器领域主要玩家 有日本的富士通、住友、以及我国厂商光库科技,而目前海外占据我国 90%以上骨干网铌酸锂调制器份额,国产替代空间宽广。
薄膜型铌酸锂可以实现更加小型化,2025年全球市场空间超过 60亿元。 当前,薄膜化是铌酸锂调制器重要技术改进方向,有望在保持原有光学 性能下实现更小尺寸的封装,适应于未来核心网络端口密度不断加大的 需求。我们市场空间简单测算如下:1)我们考虑薄膜铌酸锂调制器主 要在骨干网通信的相干通信端口应用;2)平均价格为 4 美元/Gb。测算 下 2025年全球市场空间超过 8.85亿美元,按汇率 1:7测算全球市场 2025 年将超过 60 亿元。
4.2.海底电缆:规划延续性高,受益单位价值量提升
4.2.1.十四五规划宏大,地市级规划落地超预期
海上风电的发展推动海底电缆的需求,主要包括阵列电缆和送出电缆。 我国海上风电场通常采用二级升压方案升高电压并送出,即风电机组输 出电压经箱变升压至35kV后,分别通过 35kV 海底电缆汇流至110kV或220kV升压站,最终通过110kV或220kV线路接入陆上电网。我国 现有已建海上风电项目大多使用35kV场内阵列电缆+220kV交流送出电 缆的海缆配置。当前送出电缆逐渐向330kV、500kV更高电压等级进发, 而阵列缆陆续向 35kV发展。
海底电缆工程贯穿海上风电场工程的中期到末期。送出电缆的敷设需在 风机吊装之前完成,而场内风机间阵列海缆则在风机吊装后敷设,通常 一个风电场的风机吊装分批完成,阵列海缆的敷设同样分批进行。因此, 海底电缆工程通常贯穿海上风电施工的中期到末期。海缆通常需在项目 计划完工期提前一到两年进行招标,海缆厂商在中标后进行生产备货, 随施工进度分批交货及确认收入。
十四五规划宏大,当前节点 2023-2025 年景气预期开始反映。我们整理 各省份十四五海上风电预计装机和投建的规模,分别达到超过 50GW 和 62GW。考虑到 2021 年大致完成了 16.9GW,2022 年预计完成 4.5GW(当 前市场中性预期),简单推算下,2023-2025 年年均必须完成超过 10GW 以上的装机,才能完成相应的装机要求。我们认为在 2022 年年末的当 前节点,前期行业淡季的承压期预期已经开始被 2023 年起的高景气的 预期逐渐替代,行业板块预期开始反转。
地市级海风规划超预期,深远海规划赋予行业更高持续性。2022 年 10 月底行业 Q3 业绩普遍预期普遍不高。但我们观察到,行业层面地市级 规划超预期,首先是唐山公布 13GW 海风规划目标,后是潮州规划 43GW 海上风电,各地市中远期海风规划超预期,也利好相关地点有所布局的 头部厂商。此外,各地对深远海的规划都远超十四五内的短期规划,赋 予了行业更高的持续性。
4.2.2.竞争格局良好,受益单位价值量提升
海缆行业壁垒明显,竞争格局良好。海缆行业呈现出技术、生产能力、 项目经验多方面壁垒,我们以 2015 年产业开始规模化为统计起点,截 至 2022 年 9 月,我们对可公开搜集的海上风电海缆招标项目进行了统 计,以中标金额计算,中天科技的中标份额分别达到 29.54%、占据业内 第二;东方电缆与亨通光电分别占有 36.32%、20.47%的份额,头部三家 市占率总和达到 85%。单从 2022 年初中标海缆订单份额看,我们预计 十四五期间仍将保持这个态势。
已开标海缆项目中,单 GW 价值量均大幅提升。离岸距离的拉长及高压 直流海缆的应用同样会带来送出海缆价值量的大幅增长。揭阳神泉二方 案为 66kV+220kV,单 GW 海缆价值量为 20 亿元;而射阳项目装机容量 达到 1GW,相关的 220kV和 35kV海缆总金额达到 22 亿元,单 GW 海 缆价值量相比 2015-2020 年相对更近离岸距离的项目平均每 GW 约 16 亿元有所提升。我们预期,未来随着项目走向深远海,单 GW 的价值量 将随着电缆走向更高电压等级、更长离岸距离,持续的抬升。
规划大型海风工程船,面向未来更高价值量项目。当前头部线缆厂商纷 纷布局海风工程领域。长飞光纤与宝胜股份成立宝胜长飞海洋工程,当 前正在建设两艘海洋工程船,分别为一艘 1200T 自升式风电安装平台, 主要用于 12MW 以下的风电机组设备安装,一艘为 4000T 起重船,以海 上风电打桩及安装为主。中天科技与金风科技合资建造新一代海上风电 安装船,在风机大型化时代进一步提升海工能力。亨通光电也在 2022 年 Q3 财报中公告规划建设海上风电工程平台,以应对未来超过 20MW 风机吊装的工程任务。
5.1.钠离子电池产业
5.1.1.钠电池与锂电池具有高度的相似性
钠电池的工作原理与锂电池完全相同。在一定的电势条件下,客体碱金 属离子在宿主材料中的可逆脱出和嵌入,其中嵌入电势较高的作为正 极,嵌入电势较低的作为负极,整个电池的充放电循环过程就是碱金属 离子在正负极之间的往返定向迁移过程,这种工作机制的电池就是 “摇 椅式电池”,钠离子电池和锂离子电池同属此类二次电池。
钠电池的组成结构与锂电池完全相同。钠离子电池和锂离子电池一样, 主要都包括正极、负极、电解质、隔膜和集流体等。按照材料主体是否 直接参与电化学反应过程,可将它们分为活性材料与非活性材料。活性 材料包括正极材料、负极材料和电解质材料,它们直接参与电化学反应, 决定了电池的本征特性。非活性材料主要包括隔膜、集流体、导电剂、 黏结剂等,它们并不直接参与电化学反应,但是必不可少的辅助性材料, 其与活性材料的兼容性等因素会对电池性能产生重要影响。
5.1.2.钠电池的比较优势显著
钠电池是对锂电池的补充和延拓,并非完全替代关系。从性能看,现有 钠离子电池体系的能量密度已逼近磷酸铁锂;循环寿命虽不及磷酸铁 锂,但显著优于三元材料和锰酸锂。从安全性看,钠离子电池的热失控 起始温度略高于锂离子电池,电芯层面的安全性有所提升,实际安全性 可能与磷酸铁锂电池相近。从成本看,钠离子电池能有效降低原材料成 本:其一,活性材料(正极、电解质)中的锂化合物整体被钠化合物替 代,铁、锰等廉价金属大量替代了正极中较贵的钴、镍等金属;其二, 金属钠不与金属铝形成低共熔合金,正负极集流体均可采用廉价的铝 箔,替代了原先锂电池中较贵的铜箔;其三,由于钠离子的斯托克斯半 径小于锂离子,因此电解质中溶质用量可大大减少。未来,钠离子电池 可能与锰酸锂、磷酸铁锂电池形成较强的竞争关系,尤其是在高寒地区 的应用。
钠离子电池有望逐步替代传统铅酸电池,倒逼铅炭电池等新技术研发。 铅酸电池产业化应用的时间超过一个半世纪,其“生产-消费-回收”的产 业闭环已高度完备,优点是低成本、易回收、安全性好,缺点是能量密 度小、循环寿命短、充电耗时较长。目前,铅酸电池仍然在不断发展升 级,最具代表性的是融合了超级电容器技术的“铅炭电池”,其循环寿命 高达 3000 次以上,具备快充能力,并且保留了原铅酸电池的安全性等 优点,但能量密度进一步降低,且制造成本也相应升高。相比之下,钠 离子电池的多数性能优于传统铅酸电池,未来随着成本进一步降低,有 望实现对传统铅酸电池的逐步替代。同时,钠离子电池的崛起可能会间 接地加快传统铅酸电池向铅炭电池升级迭代的进程,未来的铅蓄电池可 能将以铅炭电池等形式焕发新生,而非完全退出历史舞台。
5.1.3.钠电产业正在形成,国内企业发展迅猛
钠离子电池产业链与锂离子电池类似,包含上游、中游、下游三个部分。 上游:原材料供给和电极材料合成,主要原材料包括纯碱、铝箔、锰矿 等,以及各类辅材,涉及基础化工和有色金属等产业。中游:电芯封装、 电池系统构建与集成等,涉及各类耗材和电子元器件。下游:终端应用 市场,主要包括储能和低速电动交通工具等。
全球已超二十余家,中国企业独领风骚。国内外的钠离子电池相关企业 都是在 2010 年以后成立(或进入该领域),目前全球已有超过 20 家相 关企业,主要分布在中国、美国、欧洲以及日本,大都为初创型企业, 以技术研发和战略布局为主,尚未形成规模。我国的钠离子电池研究和 产业化世界领先,国内钠离子电池企业可分为两类:一类是科研院所自 研技术转化创建的初创企业,以中科海钠为代表;另一类是锂离子电池 成熟企业,切入钠离子电池赛道参与竞争,以宁德时代为代表。国外的钠离子电池企业主要分布欧美和日本等发达国家,各种材料体系和技术 路线均有公司采用,这些企业大都创立时间较短且生产规模有限,但是 技术前瞻性很强。
5.2.全钒液流电池产业
5.2.1.钒电池技术已成熟,适用于长时大型储能
全钒体系是目前最成熟的双液流电池方案。全钒液流电池,商业简称“钒 电池”,是正负极电解液活性物质全部都采用钒化合物的液流电池。钒 电池正负极氧化还原电对:VO2+/VO2+-V3+/V2+,活性材料为不同价 态的钒硫酸盐,电解液基质为硫酸水溶液,全电池反应:VO2+ + V2+ → VO2+ + V3+,开路电压一般为 1.5~1.6 V。钒电池系统由能量单元、功 率单元、输运系统、控制系统、附加设施等组成,其中能量单元和功率 单元是核心模块。能量单元的核心是电解液,决定整个电池系统的能量 密度和储能容量上限,电解液的热稳定性决定电池工作温区和可靠性。
功率单元的核心是电堆,其内部发生电化学反应,决定系统功率特性, 以压滤机方式叠合紧固,主要构件:电极、双极板、隔膜、端板、密封 件、其他紧固件等。综合考虑活性物质稳定性、溶解度、可逆性、电化 学窗口匹配性等因素,及安全性、成本、效率、寿命、环保等约束条件, 全钒体系是目前最可能率先大规模商业应用的液流电池方案。
钒电池与锂电池的性能特点迥异,二者的应用场景相差甚远,并不在同 一赛道。从能量密度看,目前锂电体系中最低的磷酸铁锂电池是钒电池 最大值的 3 倍以上,因此目前钒电池难以用于动力电池或小型消费电子, 仅适合规模化静态储能等对能量密度要求低、对占地面积容忍性大的应 用场景。从循环寿命看,钒电池循环寿命近 20000 次,可稳定运行 20 年,适合服役年限长且充放电频繁的规模储能设施,目前锂电体系中循 环寿命最长的磷酸铁锂仅为钒电的 1/3 左右。从安全性看,由于锂离子 电池使用高度易燃的有机溶剂,存在热失控爆燃风险,尤其是大规模储 能系统包含大量电芯,系统控制和安全管理困难,而钒电池是水系循环 体系,具有本征安全性,且没有“木桶效应”,容易管理控制。
钒电池与钠电池互补显著,前者适用大中型规模储能,后者适用小型灵 活储能。液流电池的最大优势在于其水系的本征安全性,以及超长的循 环寿命,特别适用于中大型的电化学储能设施,但缺点则是能量密度低、 工作温区窄,因此很难小型化或应用于高寒地区。相比之下,钠离子电 池的能量密度约是液流电池的 3 倍以上,可耐-40℃的低温,但由于其基 本原理和结构与锂离子电池完全相同(都属于离子嵌脱型二次电池,都 使用易燃的有机电解液),本征安全性和循环寿命不及液流电池。未来, 钠离子电池和液流电池有望在储能领域分层次优势互补。例如,户用和 移动式小型储能设备对能量密度要求较高,适合使用钠离子电池;大中 型电化学储能电站对安全性的要求较高,适合使用液流电池。
5.2.2.钒电池产业链复杂,规模效应尚未形成
全钒液流电池产业链包含上游、中游、下游三个部分,涉及多个行业。 上游:钒原料供给、电堆材料加工,主要原材料包括五氧化二钒、硫酸、 碳材料、聚合物材料等,以及各类辅材,涉及基础化工、钢铁冶炼、有 色金属等产业,其中钒矿及其加工业处于核心地位,是电解液原料五氧 化二钒的来源。中游:电堆装配、控制系统、其他设备和附件等,其中 电堆装配和控制系统的技术壁垒最高,涉及各类耗材和元器件。下游: 终端应用市场,主要为各类储能用户,包括发电侧、电网侧、用电侧。
我国的钒电池研究和产业化世界领先,技术层面已经完备,但产业链尚 未健全,需求尚未打开,产能正在蓄力发展,规模效应尚未显现。钒电 池产业链复杂度较高,其中核心环节是材料端和设备端,材料端主要包 括电解液材料和电堆材料,设备端主要包括整机装配和控制系统。 钒电池的电解液材料核心是钒化合物。电解液制造分为两个步骤,首先 是核心前驱体钒化学品的生产,拥有相关技术和量产能力的基本为大型 钒提炼及加工企业;尔后是将前驱体转化为电解液,目前掌握钒电解液 制造的全球龙头企业是大连博融新材料公司,全球市场占有率80%以上。 对于钒电池而言,电解液中杂质元素含量会对电池工作电压、实际容量 及循环性能等产生重要影响,尽管不同厂商产出的钒原料属于同质化产 品,但在产品纯度和成本上存在较大差异,因此具有长期技术积累和规模优势的大型生产厂商更有竞争力,而且随着环保要求的日益趋严和产 品质量要求的不断提升,马太效应可能会更加显著。
全钒液流电池的电堆材料与氢燃料电堆相似度很高。当前钒电池还没有 大规模应用,因此几家代表性企业主要依靠自研自产或外协加工的方式 生产电极材料,以供自用。由于电堆材料中的电极、双极板、隔膜等材 料与氢燃料电池的相应构件几乎相同,因此目前从事氢燃料电堆材料研 发和生产的企业,未来较容易转型成为钒电池的电堆材料供货商,应予 以重点关注。国内钒电池设备企业大致有两类:一类是科研院所自研技术转化的初创 企业,多为校企合作模式,以大连融科为代表;另一类是通过吸收合并 或控股方式,获得相应技术,再优化升级参与竞争,以北京普能为代表。 主要企业:武汉南瑞、上海电气、四川伟力得、上海神力科技等,各自 拥有核心技术,普遍研发时间超过 10 年。国外的全钒液流电池相关企 业大都规模较小,主要分布在日本、北美和欧洲。
控制系统的硬件装置是电力电子行业的基本元件,相关产业较成熟。当 前钒电池尚未大规模应用,因此专门提供钒电池控制系统的企业较少, 主要由相关企业自研自用或外协加工生产。未来一旦市场需求放量,可 能会有更多的电控企业转型入场,因此对于主要从事储能电控技术研发 而尚未涉足钒电池的企业,未来较容易转型,为钒电池的控制系统提供 解决方案服务,应予以关注,例如固德威。
5.2.3.钒电池推广的关键在于降本增效
未来钒电池的发展方向主要在于提升电池性能以拓展应用场景,以及降 低系统的初始投资成本。目前阻碍钒电池大规模商用的内因是:性能单 一导致应用场景局限,初始成本过高导致经济性不足,外因是:下游需求未打开,市场认可度不够。事实上,钒电池在全生命周期内平均成本 低于锂电池,长期经济性被低估:其一,钒电池的循环寿命很长,实际 平均成本低;其二,电解液没有元素损耗,退役残值达 70%以上;其三, 电解液仅含单一金属元素钒,电堆构件多为碳基材料,回收处理方便。 目前,钒电池的初始投资成本还有较大下降空间,主要途径是降低可变 成本(廉价材料替代,缩短制造流程等)、摊薄固定成本(增大功率密 度,提高储能时长等)。随着储能需求大幅增加,国家对电化学储能安 全的要求趋严,钒电池的本征安全性、长寿命等优势将更为显著。
目前, 电解液、电堆、隔膜、电控系统等核心材料与部件均有相关企业布局, 钒电池行业蓄势待发。未来 3 年,钒电池产业可能仍将处于导入期向成 长期过渡阶段,预计将在“十四五”末期迎来爆发式增长。
5.3.风力发电机组产业
5.3.1.风电发展迅猛,行业天花板高
我国风电产业走向全面平价时代。2009 年,国家发改委发布《关于完善 风力发电上网电价政策的通知》,由此开始了风电上网电价的标杆化。 5 年后,国家于 2014 年开始对标杆电价进行退坡下调。2019 年,国家 发改委发布《关于完善风电上网电价政策的通知》,将标杆上网电价改 为指导价,并将指导价作为风电项目竞价上限,这体现了全面实施竞争 配置的政策导向。2020-2021 年,陆上风电补贴结束,海上风电补贴接 近尾声,这标志着我国风电平价上网时代的到来。目前,我国陆上风电 的度电成本已低于火电,海上风电尚有较为可观的降本空间。
风电产业是实现“双碳”目标的重要抓手。2020 年,我国在第 75 届联 合国大会上提出了“2030 年实现碳达峰,2060 年实现碳中和”的目标。 风电产业的二氧化碳排放主要集中在前端设备制造环节,全生命周期内 的碳排放强度约为 12-14g/kWh。以一台 1.5MW 的陆上风电机组为例, 年均工作时间 2100h,平均服役时间 20 年,全生命周期内可减少碳排放 约 6.2 万吨。可见,风力发电技术对传统化石能源发电的替代,能大大 降低碳排放,是实现“双碳”目标的重要途径,故而受到国家重视。2022 年 4 月 2 日,国家能源局、科学技术部印发的《“十四五”能源领域科 技创新规划》指出,要构建现代能源体系,推进能源革命,建设清洁低 碳、安全高效的能源体系,为此要加快发展非化石能源,坚持集中式和 分布式并举,大力提升风电、光伏发电规模,加快发展东中部分布式能 源,有序发展海上风电。
清洁能源大基地项目助力风电发展。由于风能的间歇性以及资源分布的 高度不均衡,可通过建设大规模风力发电场提升其利用效率,并且便于 管理调度,同时也有利于规模化降本。2021 年,《“十四五”规划和 2035 年远景目标纲要》正式发布,明确提出了建设“九大清洁能源基地” 和“五大海上风电基地”,这些大基地建设规划均包含风电场,该规划 装机量有望成为“十四五”期间风电新增装机量的重要贡献部分。
5.3.2.风机市场景气度向好,行业格局稳中有变
风电整机行业内部竞争日趋激烈,或将加快行业尾部出清。2021 年,我 国风电整机市场新增装机规模排名前 3 家的市场份额合计为 47.4%,排 名前 5 家的市场份额合计为 69.1%,排名前 10 家的市场份额合计为 95.1%。国内排名前 10 的风电整机企业的新增风电装机市场份额从 2017 年的 85.3%提高到 2021 年的 95.1%,4 年间提高了 9.8 个百分点,行业 整体集中度提升趋势明显。同时,排名前 3 的风电整机企业的新增风电 装机市场份额从 2017 年的 54.5%下降到 2021 年的 47.4%,共降低 7.1 个百分点。
造成 CR3 与 CR10 走势背离的直接原因是 2020 年至 2021 年国家补贴停止之际的“抢装大潮”,二线厂商通过低价策略抢占头部厂 商的份额,这说明:虽然风电整机行业整体的集中度在提升,但行业内 部的竞争显然正在加剧,尤其是行业龙头的市场占有率在逐步降低。因 此市场往往认为该行业的壁垒并不很高,也就意味着未来超额利润的获 取将越来越困难。但我们认为,目前的竞争本质上是行业内的自然筛选, 可能会加速尾部出清,淘汰掉一批研发和经营能力较差的企业,而最终 的胜出者必然具有某些核心优势。
低价竞标争夺市场,陆风价格一度暴跌。2020 年,随着陆上风机的“抢 装大潮”进入尾声,风电机组的市场需求逐渐回落,风机价格开始降温。 进入 2020 年下半年后,部分二线风机企业通过低价竞标的方式,快速 抢占一线风机企业的市场份额,而后者为了巩固其市场地位也采取了相 应的压价竞标策略。由此,展开了一场激烈的价格大战,陆上风机价格 自 2020 年初开始一路走低,并在 2021 年初开始加速下行(主要由于一 线的头部企业也开始参战)。从 2020 年初到 2021 年底,仅仅不足 2 年 的时间,陆上风机(投标)价格已经降低了 40%以上。
陆上风机降价触底,中标价格企稳回升。2022 年第一季度,陆上风机价 格继续大幅下跌,直到 4 月以后下跌趋势开始明显收敛。由于疫情、国 际政治局势等外部因素扰动,导致部分原材料价格高企,使得风电整机 企业的经营压力增大。另一方面,由于目前陆上风电的经济性已经完全 足够,下游的风电运营客户更关心风电机组的可靠性、故障率等质量因 素,而非单一的价格因素。因此,陆上风机行业的“价格战”趋于缓和, 投标价格也逐渐回归理性。从 5 月开始,陆上风电机组价格逐步企稳回升,期间虽有小幅震荡,但总体趋势上行。到 9 月底,陆上风机平均价 格相较于 4 月的最低点上涨了 6%,年化增长率达 15%。
5.3.3.风电机组大型化降本,海风经济性有待提升
风机大型化能有效降低风电场度电成本。未来,风电机组的单机容量还 将继续扩大,进而使发电成本继续降低。第一,风机大型化能够降低单 瓦零部件用量。风电机组大型化带来的单机功率提升幅度明显高于单机零部件用量的增幅,因此能够摊薄单位功率零部件的用量和采购成本。 第二,风机大型化能够摊薄设备外建设成本。风电机组单机功率的大小 决定同等装机规模下项目所需风机台数,使用大功率机组能摊薄塔架、 基础、道路、输电线路等方面的建设投资成本,有效解决装机点位不足 的问题。第三:风机大型化能够提升有效发电小时数。在同等风况下, 大功率风机使用大叶片和高塔筒,扫风面积更大,风切变值更大,因此 风能综合利用率更高,等效发电小时数显著增加。
目前海上风电项目经济性较低,仍存在较大提升空间。在当前的海上风 电机组价格水平下,海上风力发电项目的内部收益率并不高,海上风机 的经济性仍有较大提升空间。以 500MW 装机规模的海上风力发电场为 例,设计以下内部收益率测算模型:假设风电机组价格占项目总成本 40%,项目自有资金占比 25%,贷款利率 4.6%,电价 0.4 元/kWh,还款 周期 15 年(单利先息后本),施工建设周期 1 年,项目运营周期 20 年, 忽略税收、折旧等复杂因素。测算结果显示,当海上风电机组价格下降 至 4000 元/kw 以下时,若年均发电小时数超过 4000h,则项目的资本金 IRR 能够提升至 6% 以上,基本能够满足运营商对海风回报率的要求。
事实上,我国目前海上风电的年均发电小时数为 2500h 左右,仅有极个 别海域能达到 3000h 以上,因此还需要通过增大单机容量等方式进一步 降低风电机组的单瓦成本,以提高其经济效益。
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
精选报告来源:【未来智库】系统发生错误