基础化工行业深度：如何看本轮制冷剂的景气周期240416

本轮制冷剂行情有望超越历史两轮。我国二代制冷剂曾于2009-2011年、2017-2018年经历高景气，核心品种R22分别实现涨幅300%、144%。我们认为，本轮三代制冷剂景气有望超越历史两轮二代行情。参考欧洲在四代受专利保护售价高昂且尚未放量的背景下，2017-2018年削减配额后欧洲三代制冷剂涨幅曾高达6-9倍。本轮景气中，在三代已开始执行配额、四代专利尚未全面到期、三代占下游成本比重极低（约1%-2%）的背景下，三代制冷剂有望演绎出超越历史两轮二代表现的超级景气。 安全、环保、低成本是制冷剂的“不可能三角”。国内主流二/三代制冷剂售价偏低、安全性较好，但对环境危害大，均将在《蒙特利尔协定》约束下逐步淘汰。替代品方面，无氟制冷剂成本低廉，但或易燃易爆、或毒性大、或大幅提升空调压缩机成本。含氟四代制冷剂环保性优异、相对安全但售价高昂。故我们认为环保、安全、成本是现阶段制冷剂的“不可能三角”。在先于我国执行配额的欧洲，四代汽车冷媒份额高达50%。参照欧洲经验，若R290等无氟制冷剂不能成为主流，四代含氟制冷剂有望在我国持续渗透。 受专利保护四代供给受限、售价高昂，三代制冷剂空间巨大。四代制冷剂由全球氟化工龙头霍尼韦尔、科慕共同研发，截至2016年已有超过426个R1234yf相关专利（包括中间体专利、应用专利），因此售价高昂。目前主流四代制冷剂R1234yf售价超过40万元/吨，而充注量、制冷效率与三代接近。因此我们认为在四代制冷剂放量并大幅降价前，三代制冷剂的价格存在大幅超预期的空间。专利全面到期后，由于主流工艺路线的物料单耗高，四代价格有望长期倍数级高于三代现价（经我们测算现金成本约7万元/吨）。 若四代含氟制冷剂持续渗透，三代有望实现定价中枢的长期上移。 供给大幅收缩、格局集中，三代制冷剂景气加速。看供给，本轮景气中三代主流品种有效产能在2024年执行配额后实质上已削去40%以上；看竞争格局，三代制冷剂配额相比二代更为集中，龙头巨化份额高达37%，远高于二代龙头东岳份额26%；看需求，制冷剂终端需求约七成来自海外。直接出口方面，三代制冷剂出口比例约50%，主要位于东南亚、印度、中东等地区，受欧美等发达国家削减三代配额影响小。间接出口方面，我国空调出口62%位于一带一路沿线国，受益于空调渗透率提升持续增长。 投资建议：当前价格下，核心标的巨化股份、三美股份、东岳集团、永和股份的每单位市值配额分别为404/443/567/584吨，标的盈利随制冷剂行业景气上行持续增厚，空间可期。 风险提示：空调需求低于预期，产品价格波动，配额政策变化，测算风险。 重点标的 股票代码 1.本轮制冷剂景气有望超越历史两轮 我们历经两轮二代制冷剂行情，R22最大涨幅分别为+300%、+144%。第一轮出现在2009年7月-2011年3月，期间第二代制冷剂核心品种R22最高涨幅达到300%。 第二轮出现在2017-2018年，期间R22最大涨幅为144%。在产品价格对盈利拉动的刺激下，期间制冷剂板块龙头巨化股份、东岳集团的市值也迅速上行。2010年，东岳集团年内累计涨幅达236%、区间最大涨幅为456%，位列基础化工板块第一，巨化股份则以年内累计涨幅169%、区间最大涨幅245%位列基础化工板块第二。第二轮行情中，2017年东岳集团实现了316%的区间涨跌幅，位列板块第二。在第一轮行情中，核心标的市值和制冷剂价格有较强同步性。第二轮行情中标的市值表现开始领先于产品价格，我们认为市场对制冷剂价格上涨的前瞻性预期在持续增强。 图表1：第二代制冷剂价格和行业龙头股价复盘（左轴R22价格，右轴为标的） 欧洲配额三代高景气期间最大涨幅达6-9倍，本轮三代景气或大幅超越历史两轮。以配额执行前的2014年为基数，2017年时欧洲市场上几类关键制冷剂的价格涨幅普遍达到了6倍以上，其中R404A价格上涨约9倍、R134a上涨超过6倍、R410a、R407C价格上涨接近8倍。我们认为，本轮三代制冷剂行情有望对标欧洲2017-2018年超级行情，核心原因在于我国二代制冷剂因限产紧缺时，三代制冷剂正处于扩张期，且彼时三代制冷剂核心产品R32价格顶部仅有3-4万元/吨，对二代制冷剂价格形成较为显著的制约。 而当欧洲第三代制冷剂连续减产时，四代制冷剂价格约达到70万元/吨，价格高昂，也使得欧洲历史上三代制冷剂景气高度远超二代。而四代当前售价不仅超40万元/吨，又受限于专利问题，供给弹性低。因此，我们认为本轮国内“三切四”有望诞生出可对标欧洲的超级景气行情。 图表2：欧洲第三代制冷剂贸易商价格（报价综合自三家大型贸易商） 2.三代制冷剂的天花板在哪里 2.1.安全、环保、成本是制冷剂的“不可能三角” 制冷剂的机会来自迭代，“三切四”前景可期，三代有望迎来极大的涨价空间。制冷剂可划分至四个代系。由于化学构成存在差异，各代含氟冷媒对大气臭氧层的破坏水平（ODP）和造成温室效应的能力（GWP）不同，分别为CFC（R12等，严重破坏臭氧层、温室效应强）、HCFC（R22等，臭氧层破坏性和温室效应较强）、HFC（R32等，不破坏臭氧层，但温室效应强）、HFO（R1234yf等，低臭氧破坏、低温效）。出于环保的要求，第一代制冷剂基本退出历史舞台，二代制冷剂的淘汰也进程过半，而当下作为市场主流产品的三代制冷剂也有着明确的淘汰时间表，但在四代制冷剂渗透率有限的大背景下，三代产品仍将长期垄断应用市场。 图表3：四代制冷剂GWP、ODP对比 三代制冷剂具有缓慢的淘汰进程，在此期间二代基本完成退出，三代配额长期可类比为稀缺资源。海内外制冷剂配额削减存在节奏差，我国作为发展中国家，采取的是在2024年冻结三代配额，2029年削减10%三代配额的方案。展望后续，我国理论上应于2025年完成67.5%的二代制冷剂配额削减，并在2030年时彻底削减至只保留2.5%的维修用配额，二代退出的市场将由三代制冷剂、四代制冷剂共同添补。但四代制冷剂渗透率有限，三代各企业生产配额又存在刚性限制，无法扩产，因此长期内，可以将三代配额视为一种无法再生、持续缩量的稀缺“资源”。 图表4：全球第二代制冷剂淘汰节奏 图表5：全球第三代制冷剂淘汰节奏 三代替换选项可分为含氟和不含氟两类，我们认为四代含氟制冷剂会是未来主流。制冷系统的工作原理是通过压缩机把密封管道中的制冷剂加压使其液化，再由细管进入粗管减压汽化，利用汽化吸热原理达到冷却铜管中空气的效果。沸点越低的制冷剂越容易气化吸热。制冷剂的历史可以追随到1830s年代，而第一代含氟制冷剂CFC直至1930s年代才得到商业化，在长达百年的时间里，冷媒的角色一直由乙基醚、氨（R717）、异丁烷（R600a）、丙烷（R290）、二氧化碳（R744）等不含氟制冷剂充当，直至今天，学界仍有呼吁重返无氟工质的声音。但含氟制冷剂的出现彻底重塑了冷媒市场。得益于结构对称、共价键键能低的特点，含氟制冷剂的分子间作用力弱，因而具有更低的沸点，后来居上的含氟制冷剂可称是冷媒的优选品种，占据了市场主要的份额。 图表6：空调的工作原理 图表7：全球压缩机制冷剂市场结构（2022） 2.1.1：非氟制冷剂：安全性差，前景尚待观察 不含氟制冷剂被安全性掣肘，应用场景有限。直至现在，更廉价、更低全球增温潜势（GWP）的自然工质仍在部分混配品种中得到使用，尝试以前文所述非氟工质取代现有含氟制冷剂的议题也反复被业界提及。若仅以工作压力对制冷剂进行划分，自然工质制冷剂GWP极低，是具有潜力的替代选项，如R600a等与R134a的工作压力相近，用来替代时无需对制冷系统进行大幅改造。但事实上，制冷剂的可燃性与GWP相关，GWP越低的制冷剂可燃性往往也越高。低GWP的自然工质制冷剂多存在安全性问题，如R600a、R290高度可燃，而R717低可燃的同时又具有毒性，均存在较大的安全隐患，当前使用场景仍较为局限。 图表8：主要常用制冷剂的GWP、密度（压力）、可燃性 在各种类型的自然工质中，使用最为广泛的四种商用化产品分别为R600a（异丁烷）、R290（丙烷）、R744（ CO2 ）、R717（NH3），但这些产品实际在家用空调领域的应用多处在起步期，尚未真正形成替代威胁。我们认为，在上述四个品种中，R290相对更有应用前景，但目前R290的行业推广仍面临较大阻力，其后续竞争能力仍有待观察。接下来，我们将对几种产品的利弊进行逐一分析： 图表9：四种自然工质性能使用场景 R600a：充注量受限，应用主要局限在冰箱等小型制冷设备中。R600a（异丁烷）的毒性很低，但属于易燃易爆气体，在ASHRAE分类标准中，属于A3类可燃性最高的一类，在空气中含量达到一定浓度后有明火爆炸风险，也是液化气的主要成分之一，一般只能用在全封闭式小型制冷电器中，常作为冰箱制冷剂得到使用。且R600a对系统的真空度要求较高，在充注量小于50g时发生爆炸的几率为0，故R600a在冰箱中的充注量相对较小，一般仅有数十克，远少于家用空调中几百克的充注量。也正是由于充注量受限，鲜有其用在家用空调领域的相关研究。 R744：对空调压缩机要求高，综合使用成本高昂。 CO2 不可燃且无毒无腐蚀性，价格低廉，加之其优良的流动传热特性、单位容积制冷能力强，使得这种能够显著减小压缩机尺寸的制冷剂非常适用于空间限制大的场景。因此，业内最早尝试将R744用于汽车空调，但由于R744和主流的汽车冷媒R134a运行压力相差5-10倍，容积制冷量也是R134a的8倍，实际使用时必须重新设计汽车空调系统，提高系统耐压性，零部件的加工成本大幅提升，限制了其在汽车空调领域的推广。在家用空调领域，R744同样面临类似的成本问题。由于 CO2 的临界温度接近环境温度，高于31.1℃无法冷凝，必须要进行临界循环，需要更换更承压的仪器仪表和压缩机等设备零部件，目前其应用仍多见于食品和建筑制冷领域，在家用空调领域的应用可谓道阻且长。 R717：具有毒性、有腐蚀性，安全问题凸显，且需重新设计部件。氨是最早的传统制冷剂之一，其当前应用以商用超市冷链为主。实际在家用空调器中的使用壁垒一则在于氨的毒性，必须要解决泄露和燃爆问题；二则在于氨不溶于普通润滑油，低温下易与油分离，且对铜和合金材料有腐蚀性，实际使用时也要开发新的压缩机、膨胀阀、换热器等部件，并且需要研制新型合成润滑油，故而R717目前多见于大中型冷库、化工制冷系统，在民用空调领域的发展面临较大阻力。 图表10：轻型商用制冷产品生产制造企业对不同类型产品的制冷剂选择 R290：同属于A3类易燃制冷剂，前景仍待进一步观察。R290同属于A3类易燃制冷剂，此前受限于对A3类制冷剂充注量限额要求而应用局限。在家用空调领域，R290因主要物理性质与R22非常接近，可考虑采用R22系统而无需改装原机和生产线、采用与R22相同的润滑油、节流阀、管子和密封材料等，具备一定使用前景。 也正因如此，与其他几种自然工质不同，行业内已有使用R290的先例，2011年珠海格力就建立了全球首条碳氢制冷剂R290分体式空调示范生产线。目前，国内外对R290的推广和认证工作尚在进行中，2019年5月，国际电工委员会（IEC）宣布批准将A3制冷剂的充注限值从150克增加到了500克，进一步拓宽了R290的应用范围，国内也有相关政策积极推进R290替代技术的研究。但截止目前，R290尚未完全得到市场化，其实际应用时的安全性有待进一步验证。 2.1.2：含氟四代制冷剂：当前成本较高，渗透率有待提升 现阶段，四代含氟制冷剂受专利限制，供给受限、售价高昂。四代制冷剂专利分为生产专利和应用专利两类，国内生产企业即使突破了生产专利，但也因为应用端受限而无法推广，现阶段国内企业必须向海外巨头支付大额专利费用，为其做贴牌代工，多数利润被海外巨头占据。以霍尼韦尔为例，其于2003年起首次申请了R1234yf相关的应用专利，并于2004年起开始大批量申报明确了制备方法的HFO-1234yf专利，制备专利申请