建筑建材行业“新基建”系列之五：光热储能：光热玻璃与陶瓷纤维的增量市场

2022年8月20日 行业研究 光热储能：光热玻璃与陶瓷纤维的增量市场 ——建筑建材行业“新基建”系列之五 ；要点 光热储能电站的原理：以热能为核心 光热储能的路径为：光能->热能->机械能->电能；其原理是通过反射镜、聚光镜等聚热器将采集的太阳辐射热能汇聚到集热装置以加热装置内的导热油、熔融盐等传热介质；传热介质经过换热装置将水加热到高温高压蒸汽，进而驱动汽轮机带动发电机发电。除发电所用热源不同，其后端技术路径与火力发电并无较大差异；光热电站产生交流电，亦可直接实现并网。此外，光热储能电站可直接为工商业企业提供工业蒸汽、供暖等。 光热储能电站作为清洁能源，可以扮演火电在电网中稳定器的角色 目前，光热储能电站度电成本仍然远高于光伏、风电等新能源，主要由于其成本隐含发电及储能两个部分；但正因其储发一体的优势，可在西北风光大基地中扮演调峰调频等作用：电力规划设计总院以目前新疆电网为例进行过模拟计算，若建设1GW~5GW不同规模的光热储能电站，可减少弃风弃光电量10%~38%。西北地区地理条件因限制，抽水蓄能、压缩空气储能较难应用；电化学储能由于其容量、充放电次数、工况环境等诸多限制因素亦难以大规模推广；光热储能或是最优解。 光热储能电站产业链梳理 光热储能电站主要可分为聚光、吸热、储换热、发电四大系统。其中，聚光系统包 建筑和工程买入（维持） 非金属类建材增持（维持） 作者分析师：孙伟风 执业证书编号：S0930516110003 021-52523822 sunwf@ebscn.com 分析师：冯孟乾 执业证书编号：S0930521050001 010-58452063 fengmq@ebscn.com 联系人：陈奇凡 021-52523819 chenqf@ebscn.com 联系人：高鑫 含超白玻璃、反射镜/定日镜、支架、跟踪装置；吸热系统包含吸热管、管道连接、021-52523872 导热油、熔融盐、吸热钢管；储换热系统包含熔融盐、熔盐储罐、熔盐泵、熔盐阀、xingao@ebscn.com化盐设备、电伴热/加热器、换热器、保温材料等。从已有项目梳理，聚光、吸热、 储热子系统为光热电站的核心，三者合计成本占比超70%。随着光热储能的规模 增大及储能时间延长，定日镜（聚光）/熔融盐（储热）的用量会相应增加。光热储能电站将为超白玻璃、保温材料带来增量市场 虽然光热储能电站投资成本已有较为明显下降（2010年~2020年，全球光热投资 成本下降68%），但整体造价依旧偏高。统计我国已有8个示范项目，每MW投资强度约为0.3亿元；随着规模化推广，理想情景下光热储能仍有18.4%~27.6%的成本下降空间。西北风光大基地对光热储能配套需求的增长，目前在建的光热储能电站项目达19个，对应装机容量2695MW，折投资金额808.5亿元（暂不考虑成本下降情况）。据测算，每GW投资将拉动光热玻璃需求约12.5亿元；拉动保温材料（陶瓷纤维等）需求约为8亿元。其中，光热玻璃目前主要的供应商主要为艾旭杰（大连），未来安彩高科有望实现国产替代；保温材料主要供应商有鲁阳节能，目前已布局相关光热保温产品。 投资建议：在新能源装机大幅增长的背景下，光热储能电站迎来快速发展；其应用场景不仅限于电力场景，亦可为工商业提供工业蒸汽、供暖等。随着风光大基地的 持续推进，以及双碳约束下北方采暖路径的变化，光热储能市场有较大扩容潜力。光热玻璃、保温材料市场有望迎来扩容。建议关注：安彩高科（光热玻璃有望率先实现国产替代、其光伏压延产能加速扩张、成本环节具备自供管道天然气等优势），鲁阳节能（陶瓷纤维龙头，其产品已广泛应用于国内外光热储能场景；外资股东发起要约收购，与外资股东后续市场及产品协同值得期待）。 风险分析：国内光热发电项目招投标推进不及预期，其他储能方式挤占市场风险，技术迭代风险，新能源发电投资不及预期风险。 行业与沪深300指数对比图 25% 12% 0% -13% -26% 07/2110/2101/2204/22 建筑和工程沪深300 资料来源：Wind 目录 1、光热储能原理：以热能为核心5 1.1、光伏&光热：同根生的两兄弟5 1.2、光热储能电站的四大系统组成7 1.3、光热系统：槽式现为主流，塔式前景广阔8 1.4、我国光热储能电站发展历程10 2、光热储能电站将进入发展快车道11 2.1、政策鼓励，光热储能绽放11 2.2、光热储能电站成本已有显著下降11 2.3、光热储能电站：稳定发电为其核心优势13 2.4、光热储能还可应用于供暖及工业蒸汽等场景16 3、光热储能产业链梳理17 3.1、光热储能产业链梳理17 3.2、光热储能市场空间分析20 3.3、光热储能对光热玻璃及保温材料增量贡献21 4、投资建议23 5、风险分析23 图目录 图1：光伏发电5 图2：塔式光热发电5 图3：2012-2021年中国光伏累计装机量及同比增速6 图4：2012-2021年中国光热发电累计装机量及同比增速6 图5：光热储能电站原理图7 图6：光热储能电站主要结构展示7 图7：2021年全球各类光热电站分布9 图8：2021年中国已建成光热项目分类占比9 图9：中国光热行业发展历程图10 图10：2010-2020年全球各类新能源发电成本变化情况12 图11：新能源发电与居民用电存在季节性偏差13 图12：新能源发电与居民用电存在日偏差13 图13：储能系统的“削峰填谷”作用14 图14：储能设备降低火电装机容量原理图（以孤岛电站为例）14 图15：全球已投运储能项目分类占比（截至2020年）15 图16：2021年中国各类储能新增装机规模占比15 图17：2017年至今中国动力煤、LNG现货价格变动情况16 图18：全球最大的太阳能EOR项目——阿曼Mirrah项目16 图19：光热发电产业链及相关企业17 图20：7小时储热50MW塔式光热储能电站投资组成19 图21：12小时储热100MW塔式光热储能电站投资组成19 表目录 表1：光伏、光热发电对比一览6 表2：光热发电系统分类及其原理8 表3：各类光热发电系统对比一览9 表4：我国已投运光热发电项目一览10 表5：2021年以来我国光热发电相关政策11 表6：光热发电设备购置部分成本下降途径12 表7：部分主流储能方式对比一览15 表8：110MW塔式电站各类材料制造清单一览17 表9：我国光热储能电站示范项目概况19 表10：我国已并网发电的8座商业化光热储能电站关键设备使用情况19 表11：我国当前在建光热电站项目情况一览20 表12：鲁阳节能赛阳系列产品一览21 表13：光热发电行业重点上市公司盈利预测、估值与评级23 1、光热储能原理：以热能为核心 1.1、光伏&光热：同根生的两兄弟 光伏发电和光热发电是太阳能发电最主要的两种形式。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能的技术；而光热发电则是通过利用大规模的集热镜和传统的蒸汽发电机热力循环做功，将光能先转化为热能，再转化为机械能，并最终产生电能的技术。 图1：光伏发电图2：塔式光热发电 资料来源：电池网，光大证券研究所资料来源：CSTA，光大证券研究所 光伏发电：光伏效应，光能直接转化为直流电。光伏发电系统的核心为光伏组件，其由多个单晶/多晶硅成分的光伏电池片串联构成。当太阳光照射在高纯硅上，使电子跃迁，形成电位差，光能直接转变为电能，产生直流电，并在逆变器、升 压系统的作用下转变成高压交流电，最终实现用电、并网功能1。 光热发电：经过“光能-热能-机械能-电能”这一转化过程，产生交流电。光热发电通过反射镜、聚光镜等聚热器将采集的太阳辐射热能汇聚到集热装置，加热装置内的导热油、熔融盐等传热介质，传热介质经过换热装置将水加热到高温高压 蒸汽，进而驱动汽轮机带动发电机发电。除发电所用热源不同，其后端技术路径与火力发电并无较大差异，且产生电流为交流电，可直接实现并网2。 相较于光伏，我国光热发展相对滞后。2021年，我国光伏发电累计装机容量达306.4GW，同比+21%；光热发电累计装机容量仅538MW，同比持平。无论从装机总量还是装机增速来看，光伏发电均远高于光热发电，其主要原因是光热度电成本远高于光伏，在市场化的条件下不具备竞争优势。 1并网：指发电机组的输电线路与输电网接通（开始向外输电） 2光热发电系统后端的发电机组在技术原理层面与火力发电机组基本一致，产生的交流电无需通过逆变器便可直接并网 图3：2012-2021年中国光伏累计装机量及同比增速图4：2012-2021年中国光热发电累计装机量及同比增速 资料来源：Wind，光大证券研究所资料来源：CSTA，光大证券研究所 光伏发电光热发电 表1：光伏、光热发电对比一览 能量转化率 目前市面主流装机为20%-25%，最高可达26.50% （隆基M6全尺寸HTJ电池） 光热转换效率80%-90%，热电转换效率约40%， 综合转换效率30%左右 能量转换过程光能→电能光能→热能→机械能→电能 占地面积25-30㎡/MW35-40㎡/MW 度电成本0.35-0.45元/kWh0.6-0.7元/kWh 输出电力特性直流电，需经过逆变器、升压器转变成高压交流 电后方可并网使用 由于发电系统与火力发电具有相似性，输出为交流电， 可直接并网使用并进行调峰、调频 储能方式电化学储能，造价高、寿命短自带热储能系统，寿命长、能量损耗小且无污染 应用范围按规模分为分布式和集中式，分布式规模小，安装灵活度高， 可用于多种场景；集中式多应用于光照条件充足的戈壁、荒漠等 多用于土地相对平整的戈壁、荒漠 优点 技术、产业已较为成熟，发电成本低 自带储能、调峰能力，供电相对光伏发电更稳定；与风电等 其他发电方式契合度较高 缺点供电能力极易受天气等因素影响，稳定度较差； 生产过程存在污染 资料来源：CSPPLAZA光热发电网，隆基绿能公司公告，国家光热联盟，光大证券研究所整理 技术、供应链成熟度较低，度电成本高；土地占用面积大， 对自然条件要求相对苛刻 1.2、光热储能电站的四大系统组成 光热发电大致可分为四个部分：集热系统、热传输系统、蓄热与热交换系统、发电系统。 集热（聚光）系统：集热系统是光热系统的核心，其主要由聚光装置、接收器、跟踪机构等部件构成。而其中，聚光装置又为集热系统的核心组件，其在中央控制系统操控下，可追踪太阳位置，收集并向接收器反射最大量的阳光。聚光装置中的聚光镜、定日镜的反射率、焦点偏差等均能影响发电效率，对设计、生产、 安装技术要求较高，过去被海外厂家垄断，而目前国产聚光镜效率可以达94%，与进口产品差距较小，具备国产替代潜力。 吸热系统：吸热系统的功能为收集集热装置产生的热能，并利用导热介质将热能传送给蓄热系统。 储换热系统：蓄热装置通常由绝热材料包覆的蓄热器及价格低廉、比热容高的储热介质构成，其主要作用是白天将光热能储存，夜间通过热交换系统将热能释放，并通过发电机最终转化为电能，实现光伏电站的夜间发电及调峰调频。 发电系统：光热发电系统与火力发电系统技术具有一致性，市场成熟度较高，二者均通过高质量过热蒸气推动汽轮机做功，从而将机械能转化为电能。 图5：光热储能电站原理图 资料来源：cnki毛岳珂著《太阳能光热发电系统原理及分类》，光大证券研究所 图6：光热储能电站主要结构展示 资料来源：《2021年中国太阳能热发电行业蓝皮书》，光大证券研究所 表2：光热发电系统分类及其原理 1.3、光热系统：槽式现为主流，塔式前景广阔 按照光能聚集的方式，光热发电系统可分为塔式光热发电、槽式光热发电、碟式光热发电和线性菲涅尔式光热发电四类。 发电原理示意图项目图片 塔式光热发电槽式光热发电碟式光热发电 线性菲涅尔式光热发电 资料来源：陶仕梅等著《太阳能光热发电技术综述》，首航高科官网，光大证券研究所整理 塔式太阳能热发电系统：塔式系统是利用众多定日镜，将太阳热辐射反射到置于高塔