投资价值分析报告之二：FBR颗粒硅工艺，光伏多晶硅料的下一代核心技术

FBR颗粒硅为更加理想的光伏多晶硅料工艺：光伏多晶硅料的生产工艺，当前以改良西门子法为主。改良西门子法工艺，占据了全球光伏多晶硅料生产的97%以上，但是存在着高耗能、工艺繁杂等缺点。FBR颗粒状多晶硅为工业研发追求的更加理想的工艺，不仅生产工序简单，还具备低耗能、连续生产、无需破碎三大优势。颗粒硅还可助力光伏产业碳减排，根据2021年10月公司取得法国能源署颁发的碳足迹认证证书，保利协鑫颗粒硅功能单位的碳足迹数值仅为37千克二氧化碳含量。 保利协鑫自主研发＋海外并购，颗粒硅技术革命产业链优势凸显：公司于2010年依靠改良西门子工艺成为光伏硅料全球龙头时，勇于革新，全力推动新一代颗粒硅技术研发。在自主研发+海外并购的双重推动下，公司于2019年最终实现了颗粒硅产品的稳定量产。目前，公司光伏颗粒硅料产能提升至3万吨，先发优势遥遥领先。颗粒硅产品各项品质指标已达到西门子法致密料的指标，部分指标更是优于致密料，且每万吨投资为7亿余元、综合电耗为约18kWh/kg。颗粒硅的使用还进一步降低下游客户单晶产品生产成本，长晶环节成本最高可降低20%左右。市场拓展效果显著，2021年公司累积的多晶硅产品（含颗粒硅）订单量接近60万吨。在未来全球“碳达峰、碳中和”的趋势下，颗粒硅产品将会更具国际竞争实力。 积极解决产能瓶颈，打开CCZ商业化新空间：2020年光伏扩产潮背景下，硅料扩产严重滞后，硅料供应紧张，进而推动了下游客户对新技术颗粒硅的接纳。产能瓶颈为当前发展的核心矛盾，公司全力加快徐州、乐山、包头三地产能建设。 在硅料供应紧张问题解决后，颗粒硅产品的优势将会凸显，公司在光伏硅料的市场份额有望随之得到快速提升。另外，颗粒硅是CCZ技术（终极直拉单晶技术）的关键环节。公司在CCZ商业化上积极自主研发，通过收购获得了第五代CCZ连续直拉单晶技术及资产，未来有望进一步打开CCZ商业化想象空间。 盈利预测、估值与评级：我们维持预测公司2021-2023年净利润分别为52.86、62.90、70.25亿元，对应EPS为0.20、0.23、0.26元。根据相对估值和绝对法结果，我们提高保利协鑫能源目标价至4.50港元（2022年PE为16x）。基于硅料产业当前供给紧平衡状态，以及公司在颗粒硅技术上的突破，我们看好公司2021年业绩扭转过去颓势，步入新一轮的成长周期，维持“买入”评级。 风险提示：行业波动风险；订单履行风险；核心技术人员流失的风险；技术替代、募投项目达产不及预期等风险。 公司盈利预测与估值简表 投资聚焦 关键假设 公司目前收入主要由硅片销售、电力销售、多晶硅业务、加工费用、其它收入等五项业务构成，我们对于各项业务2021-2023年收入预测如下： 1、多晶硅业务：公司重新聚焦光伏多晶硅业务。硅料供给2021年全年维持紧缺状态，同时公司布局多年的颗粒硅技术也取得突破，并在2021年实现大规模量产。2020年公司硅料收入为22.06亿元；2021年，徐州颗粒硅不断扩产，下半年总产能提升至3万吨，新疆棒状硅产能在二季度末提升至6万吨。基于硅料2021年全年的价格数据，我们假设2021年公司硅料销售均价为150元/KG（税后），预计公司收入为86.80亿元；2022年，公司在徐州、乐山、包头三地颗粒硅产能均实现释放，按照全年均价140元/KG（税后）测算，预计公司收入为125.41亿元；伴随着行业产能的集中释放，我们预期2023年销售价格下降为96元/KG（税后），此时公司颗粒硅的产能实现全年大规模运营，预计全年营收会进一步攀升至180.01亿元。 2、硅片销售业务：公司硅片总产能约为40GW，其中单晶拉棒为9GW。近年来在技术更新迭代的推动下，硅片价格持续下降。我们假设2021-2023年公司硅片销量保持不变，价格每年下降10%，预计对应收入分别为51.23、46.11、41.49亿元。 3、电力销售业务：通过对公司出售电站的公告统计，我们得出2020年初公司总计持有光伏发电站为5GW，未来公司将会继续推动持有电站的出售，因此公司电力销售业务收入呈现不断下滑的态势。我们预计公司电力销售业务2021-2023年收入分别有望达到30.00、10.00、5.00亿元。 我们区别于市场的观点 市场部分投资者认为棒状硅为最佳的硅料技术。生产棒状多晶硅的改良西门子法已成为行业主流工艺，占全球份额的97%以上。此西门子法经过改良后，基本实现无排放，生产安全性得到大幅提升，此工艺下生产出的硅料产品具有质量好、致密度高等特点。 我们认为颗粒硅技术有望成为下一代主流的硅料技术。公司自2010年开始，历时多年自主研发颗粒硅技术，已在下游客户实现了质量验证。2021年下半年公司颗粒硅总产能提升至3万吨。颗粒硅有望助力未来CCZ技术大规模普及成为可能。 股价上涨的催化因素 1、光伏多晶硅料价格上行； 2、颗粒硅产能持续释放。 估值与目标价 我们维持预测公司2021-2023年净利润分别为52.86、62.90、70.25亿元，对应EPS为0.20、0.23、0.26元。根据相对估值法和绝对估值法，我们提高保利协鑫能源目标价至4.50港元（2022年PE为16x）。基于未来硅料供给紧平衡状态，以及公司在颗粒硅技术上的突破，我们看好公司2021年业绩扭转过去颓势，步入新一轮的成长周期，维持“买入”评级。 1、光伏多晶硅料的生产工艺概况 1.1、多晶硅为光伏产业的基础材料 多晶硅——微电子大厦的基石。多晶硅为单质硅的一种形态，晶面上晶粒取向不同，则结晶形成多晶硅。由干燥硅粉和干燥氯化氢气体，在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，两者的差异主要体现在物理性质方面，例如电学性质方面，多晶硅晶体的导电性远不如单晶硅显著。 多晶硅具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，微量的杂质即可大大影响其导电性。多晶硅为半导体器件的电子信息基础材料，被称为“微电子大厦的基石”。 图1：公司改良西门子工艺下的棒状硅料 图2：公司FBR流化床工艺下的颗粒硅料 多晶硅的下游需求增长动力主要来自于太阳能电池。按照纯度要求不同，分为金属级、电子级和太阳能级。按照硅含量纯度可分为太阳能级硅（6N）和电子级硅（11N）。随着光伏产业的快速发展，太阳能电池对于多晶硅的需求量增速显著高于半导体领域的需求。 生产工艺方面，行业以改良西门子法为主。目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法，另外还有冶金法、气液沉积法。改良西门子法凭借工艺成熟、投资风险小、易扩建等诸多优势，在行业内实现了普及推广，目前改良西门子法占据了全球光伏多晶硅料生产的97%以上。 表1：多晶硅生产主要工艺 1.2、改良西门子法为主流生产工艺 1955年西门子公司成功开发了利用氢气还原三氯硅烷（SiHCl）在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是西门子法工艺。在此基础上，通过增加还原尾气干法回收系统、SiCl氢气工艺，实现了闭路循环，从而形成了改良西门子法。改良西门子法主要分为合成、提纯、还原、尾气回收、冷氢化、后处理六大工序。 表2：改良西门子法的六大工艺流程 改良西门子法为传统西门子法的改进，实现生产过程的闭路循环，产品为棒状多晶硅。改良西门子法工艺的特点为加强了尾气的干法回收，对尾气进行加压多级冷凝分离处理。尾气分离出的三氯氢硅、氯化氢、氢气可返回系统利用，分离出的四氯化硅加氢反应转化为三氯氢硅后返回还原炉，从而使得氯化氢、氢气得到循环使用，只需要补充生产中的损耗量即可，从而大大降低了物料消耗，“三废”量减少到了最低程度。 图3：改良西门子法生产多晶硅的工艺流程图 改良西门子法已成为行业主流工艺，占全球份额的97%以上。西门子法经过改良后，基本实现无排放，生产安全性得到大幅提升，并成为多晶硅生产中最为成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺，此工艺下生产出的硅料产品具有质量好、致密度高等特点。因此，改良西门子法得以实现推广，目前占据全球光伏多晶硅料生产的97%以上。 图4：改良西门子法工艺多晶硅还原炉（双良节能公司产品） 高温加热及间断生产的特性，导致改良西门子法工艺依然存在高耗能的缺陷。改良西门子法工艺最大的缺点为耗电量大。在生产过程中，还原炉及硅芯均需要加热到1000度的高温，另外炉体需要冷却控温（避免硅沉积到钟罩上），这是需要耗费大量电的主要原因。改良西门子法也是一个间断的批量生产过程，在硅棒在炉内完成生长之后，需要断电断气降温出炉，导致炉内热量全部耗损。最后，一次转换比例低和气体回收，也增加了耗电量。目前西门子法1吨多晶硅料的生产大约需要耗费5-6万度电（每公斤需50-60度电），以高耗电的电解铝生产作为对比，1吨电解铝需要耗电量1.25万度。根据中国光伏行业协会数据，能源消耗将会占到TCS改良西门子法生产成本的31%-42%的比例。 表3：TCS改良西门子法成本结构 改良西门子法还存在着工艺繁杂的缺点，炉内生产完成之后，需要进行破碎，才能够进行后续的单晶拉制或多晶铸造晶体。破碎过程较为复杂，容易混入非金属、灰尘纤维等杂质，从而影响晶体质量。根据中国粉体网数据，破碎成本为1-3元人民币/公斤。 1.3、FBR颗粒硅为更加理想的工艺 颗粒状多晶硅为工业研发追求的重要发展方向。改良西门子法工艺生产出的棒状多晶硅，并不是最终产品，需要破碎成块供下游单晶硅生产商使用。并且，在拉直大直径单晶硅时连续加料、或连续铸锭时，都需要使用颗粒状的多晶硅。发明西门子法的西门子公司，曾经将自己工艺生产的棒状硅熔化成滴从而形成颗粒硅，可见人们很早就意识到颗粒硅的重要性。 FBR硅烷流化床法（颗粒硅技术）与西门子法，同时诞生于上世纪60年代。流化床是指将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征。流化床法运用在光伏硅料生产中，是将细小的硅颗粒种子铺在有气孔的床层上，然后从下面通入三氯化硅气体和其它反应气体，这时硅颗粒种子呈现出流体特征。在加热等反应条件下，硅单质沉积在硅颗粒种子上，生成体积较大的硅粒，通过出料管送出流化床反应器。 图5：颗粒硅流化床反应器结构图 氢化与还原为流化床法中的两个核心步骤。目前流化床法，有基于硅烷和三氯氢硅的两种工艺。在这两种技术工艺中，氢化与还原都是工艺的核心步骤。氢化技术分为两类，即热氢化与冷氢化，冷氢化属于高压中温操作，对于设备材料和加工要求特别高。在硅烷技术工艺中，得到三氯氢硅后再次进行氢化，到正硅烷（silane），最后利用流化床颗粒硅工艺还原得到颗粒硅。 图6：颗粒硅生产工艺原则流程图 FBR颗粒硅技术相较棒状硅的生产工序，大大缩减。与棒状硅的生产工序相比，颗粒硅工艺仅需氢化、FBR流化床还原两个核心工序，省去了原料精馏、尾气回收、清洗烘干等步骤，工序大为简化。 图7：颗粒硅与棒状硅的生产工序对比 FBR颗粒硅技术对比西门子法，还具备低耗能、连续生产、无需破碎三大优势。 虽然也需要高温加热，但是FBR法因其流程较短、无间断生产，导致能耗、物耗较改良西门子法低，综合电耗仅为西门子法的三分之一，无副产物、系统损耗及排放量更少。FBR颗粒硅技术不需要后处理破碎工序，即可直接使用，并能填补硅块间的空隙提高坩埚装填量，提高拉晶产出。除上述三个显著优势外，流化床工艺还具备了投资金额小、建设期短、占地面积小、生产效率高等优点。 图8：颗粒硅与棒状硅的消耗成本对比 FBR颗粒硅技术及装备存在极高的壁垒。颗粒硅工艺主要装置为流化床。大型流化床硅料生产工艺在研发中，面临原理、工艺、材料、装置和运行参数等一系列的高难度挑战，例如装置运行的气动原理、化学反应过程控制、颗粒硅在流化床内的生长态控制等等。另外，还存在流化床原料气硅烷、氢气的安全生产、储存和运输等困难。因此，流化床生产工艺被视为理论上优势显著、但又难以企及的行业技术高峰。 源起美国MEMC公司，MEMC为全球唯一一家实现量产电子级颗粒硅的厂商。 自上