（报告出品方/作者：东证期货，孙伟东）
1、工业硅产业链：生产环节清晰，下游应用丰富
工业硅生产的上游原料清晰，生产工艺较为固定。上游生产原料包括硅石和碳质还原剂，以上原料在矿热炉内发生高温还原反应，从而将硅石中的二氧化硅还原生成工业硅液体，经过浇铸、冷却、破碎等步骤生成块状或粒状工业硅。以此生成的工业硅中硅元素的含量大于 98.7%，含少量铁、铝、钙等杂质。生产工艺上主要采用矿热炉法，又称电弧炉法，其原理是利用电极之间电弧的能量对金属进行熔炼，是目前我国工业硅生产的主要工艺。
工业硅的下游产品主要聚集于三大应用领域，在国民生活中得以广泛应用。工业硅的三大用途分别是生产有机硅、制取高纯度的晶体硅材料，以及配置有特殊用途的硅铝合金。其中，有机硅产品涵盖了硅油、硅橡胶、硅树脂、硅烷偶联剂及气象白炭黑，涉及到建筑材料、电子电器和日化纺织等常见领域；晶体硅产品主要包括太阳能电池片、芯片，主要用于光伏和半导体产业；而铝合金产品是指添加了少量工业硅的铝产品，最重要的用途是汽车制造业。
2、分类：成分决定牌号，各自流向不同领域
工业硅的性质与锗、铅、锡相近，导电率介于金属和非金属之间，因此工业硅又称金属硅。工业硅通常呈暗灰色，有金属色泽，形态为块状或粒状。工业硅的主要成分是硅单质，其含量在 98.7%以上，此外含少量铁、铝、钙等杂质。市场中成分不同的工业硅具有不同用途，因此工业硅主要有两种分类方式，一是按成分分类，二是按用途分类。
按照工业硅中硅含量以及主要杂质的含量，可将工业硅划分为不同牌号。根据国家标准，工业硅可分为 8 个牌号，其中市场上比较常见的有 Si5530、Si4410、Si4210、Si4110 等，日常中可将 Si5530 写作 553#。牌号的后四位数字依次分别代表产品中主要杂质元素铁、铝、钙的最高含量要求，比如 Si4210 中的“4”代表工业硅中的铁含量小于0.4%，“2”代表铝含量小于 0.2%，“10”代表钙含量小于 0.10%。以华东工业硅价格为例，553#价格低于 441#、421#，后者与 3303#价格较为接近，截至 2022 年5 月，2202#价格最高，比 3303#高 12400 元/吨，可见杂质含量越低的工业硅价格越高，且不同品质的工业硅价差较大。此外，市场上出现了国家标准所规定范畴外的等外硅，如97 硅、再生硅。97 硅的硅含量在 98％左右，用途类似于 Si5530；再生硅在 99%左右，可替代 Si4410、Si3303 等规格，两者仅占我国工业硅总产量的 9.35%。
各牌号的工业硅分别流向不同领域，由此可分为冶金级和化学级两类。冶金级工业硅主要用于制造铝合金，作为添加剂以增加合金的强度和韧性，主要牌号是553#、551#、441#和 3303#，其中铸造铝合金对工业硅的需求量明显高于变形铝合金。化学级工业硅可用于生产有机硅及多晶硅，前者所用牌号为 421#、411#、 521#及2202#，后者主要使用 421#、521#。目前部分多晶硅的原料也可采用 553#、441#，这是由于晶体硅提纯技术的进步与企业降本增效的考虑。此外，不同用途均对工业硅的微量元素含量有要求。
3、成本：工艺路线成熟，电力成本占据核心
目前全球工业硅的生产工艺较为成熟，主流工艺为电弧炉法。工业硅冶炼过程的实质是高温还原反应，首先对硅石进行破碎、筛分、干燥处理，将其与木炭、煤、石油焦等还原剂按照一定比例进行配比，混匀后加入电弧炉冶炼。在 2000℃的高温条件下，硅石中的二氧化硅被碳质还原剂还原生成工业硅液体。为进一步降低工业硅中铝、钙等易与氧气结合的杂质含量，通常在工业硅液体底部通入氧气。最后将硅锭冷却脱模，进行破碎、分级、包装、称量、入库等工序。我国生产工业硅的电弧炉主要有12500kva、25000kva 和 33000kva 三个型号，随着生产技术的进步以及淘汰落后产能政策的实施，我国电弧炉逐渐向大型化方向发展。2022 年我国 116 个工业硅冶炼新增项目中，至少 71 个项目的炉型为 33000kva，新增大型炉占比高于往年。
工业硅的生产成本主要包括原料、电极和电力消耗，其中电力成本占据核心位置。原料可分为硅石和还原剂，硅石经破碎筛选后符合入炉粒度要求，还原剂则包括石油焦、精煤、木炭，再加入适量木块对炉料进行疏松。企业在实际生产中通过调整还原剂的种类与配比，以实现不同规格工业硅的生产，并有效降低生产成本。根据还原剂种类，我国工业硅生产可分为全煤工艺与非全煤工艺，前者还原剂仅包含精煤和木块，而后者还原剂为精煤、石油焦、木炭、木块。目前我国新疆等煤炭资源丰富的地区主要采用全煤生产，在保证正常生产的同时具备成本优势。对我国工业硅生产在两种工艺下的成本进行估计，全煤生产的总成本约为 14627.5 元/吨，非全煤生产的总成本约为 15449 元/吨，比前者高出 821.5 元/吨。超出部分大多源自还原剂损耗，全煤生产中的还原剂成本约为 5107.5 元/吨，较非全煤生产低 986.5 元/吨，且全煤生产中还原剂占比约为 34.92%，较非全煤生产低 4.53%。
此外，两种生产工艺情况下电力成本占比分别达到了 42.45%、38.71%，均在总成本中占据核心地位，其次是硅石、电极和各类还原剂。其中，硅石和电极的占比较为固定，前者约为 12%-13%，后者约为 9%-10%；各类还原剂的占比则因工艺而异，用于全煤生产的还原剂中成本最高的精煤占比接近31.72%，用于非全煤生产的还原剂中成本最高的木炭占比约为 17.28%，石油焦、精煤分别占比 10.36%、9.39%。电价的影响至关重要，此处假定电价为 2022 年 5 月新疆、云南、四川的平均电价 0.46 元/千瓦时，若只考虑新疆地区生产情况，则更低的电价0.31 元/千瓦时会导致约 2025 元/吨的成本下降；反之，云南、四川相对较高的电价0.50-0.58 元/千瓦时，将带来云南四川约 520-1650 元/吨的成本增量。
回顾我国三大主产区的工业硅生产成本， 2021 年 8 月-2022 年 4 月国内工业硅生产成本普遍大涨，三大主产区的生产成本均由 10500 元/吨左右上升至 17000 元/吨以上，主要原因是精煤、石油焦、木炭以及石墨电极等原材料价格的上升； 2022 年 5 月份，四川、云南的生产成本随着丰水期的来临而各自小幅回落至 17281 元/吨、16682 元/吨，新疆的生产成本继续升至 17332 元/吨。此外，新疆的工业硅生产成本普遍低于四川及云南，但成本之差在丰水期显著减小，说明丰水期四川、云南的低电价能够弥补大部分的成本劣势，但与新疆生产成本的差距仍然存在。
我国工业硅生产厂商在成本端面临三个重要问题，一是电力成本随季节变动幅度大，尤其是云南四川等水电依赖度高的地区，每年丰水期（6 月-11 月）的电价基本低于 0.35 元/千瓦时，枯水期（12 月-次年 5 月）的电价则高于前者约 0.25 元/千瓦时；新疆电力成本较为稳定，2021 年新疆全年电价稳定在0.275 元/千瓦时左右。二是近期精煤价格上升，2021 年下半年我国精煤价格曾经历大幅上涨，涨幅达 286%，2022 年调整后仍稳定在 2800-2900 元/吨的较高水平。三是高质量硅石难寻觅，我国中低质量硅石多，高质量硅石紧缺，国内保有储量以质量较低的石英砂岩为主。（报告来源：未来智库）
4、供给： 我国一枝独秀，各主产区各具优势
近年来全球工业硅产能小幅增加，我国工业硅产能与产量占比均遥遥领先。2017-2021 年，全球工业硅产能以不高于 4%的速度小幅增长，除我国以外的海外产能较为稳定，因此增长量主要来自于我国工业硅产能的扩张。2021 年，全球工业硅产能 662 万吨，其中我国工业硅产能 529 万吨，全球占比高达 79.91%，且呈增长趋势。产量方面，全球工业硅产量在 2018 年达到极值而后连续两年下跌，并在 2021 年实现了 23.88%的增长，其中我国贡献了 77.5%的增长量。2021 年，全球工业硅产量 415 万吨，其中我国产量占比达 76.39%，远高于排在第二、第三名的巴西和挪威。我国工业硅产能及产量在国际中遥遥领先，一方面是由于我国工业硅生产原料及电力成本具备明显优势，另一方面则是由于我国存在旺盛的下游需求，能够消耗约 73.3%的国内产量。但是我国产量占比低于产能占比，反映为我国较低的产能利用率，这是由于我国的落后产能占比较高，说明我国在淘汰落后产能方面还有一段路要走。未来我国工业硅供给将进一步扩张，据 SMM 数据，2022 年投产的新增项目产能合计至少为 89 万吨，预计 2022 年全球工业硅产能扩张至 680 万吨，我国工业硅产能可达 547 万吨。
近五年我国工业硅生产总体呈上升态势，但产能与产量增速有所分化，主要原因是下游需求变动。2017-2021 年，我国工业硅产能以低于 5%的速度稳步增长，而产量增长率与其相差较大。2019 年我国工业硅产量增长率明显低于产能增长率，这是由于国内原料成本增加导致生产利润下降，叠加海外消费疲弱带来的出口下降，导致我国工业硅产量增速显著下滑。2019 年后，我国工业硅产能及产量增速继续分化，产能利用率不断提升，主要由于工业硅产量受下游需求带动不断拉升，且工业硅属于高能耗、高污染行业，新增产能受到政策严格控制。
我国工业硅生产基地主要位于新疆、云南、四川，分别具有各自的优劣势。2021 年我国工业硅总产能 538.5 万吨，新疆、云南、四川分别占 34%、22%和 16%；产量方面，以上三个省份也均占据重要地位，新疆、云南、四川分占 43%、18%和 17%，三者加总约占全国总产量的 78%。对比后发现新疆产能利用率明显高于云南、四川，同时高于全国平均水平 49.53%，主要原因是新疆采取“火-电-硅”的生产模式，火力发电的电力供给较为稳定。此外，新疆煤炭资源丰富，可供大型工业硅企业用于全煤工艺生产及自备电厂发电。而云南四川采取“水-电-硅”的生产模式，十分依赖丰水期期间的低电价，2021 年丰水期电价较枯水期低 0.1-0.25 元/吨，合计每吨工业硅成本降低 1300-3250 元，因此枯水期存在大规模减产，生产季节性较强。这点可以从开工率看出，云南四川的开工率通常在 12 月至次年 5 月位于低点，在 6 月至 11 月位于相对高点，而新疆的开工率始终保持高位，对应新疆的产能利用率远高于其他省份。新疆较云南、四川具备用电优势，但新疆缺乏优质硅石，约 40%的工业硅生产所用硅石需从外地采购。
我国不同型号的工业硅产量不同，不同省份的主产型号也各不相同。我国 421#、553# 工业硅下游用途广泛且成分要求较低，是我国主要的工业硅型号。2021 年两者产量为81.1 万吨、71.0 万吨，在我国工业硅总产量中分别占到 28%和 24%。除国家标准内的工业硅以外，2021 年 97 硅、再生硅的产量为 21.7 万吨与 8.4 万吨，合计占比约为9.37%。因此相对国标工业硅，等外硅产量很小，只能对国标工业硅进行部分替代。此外，不同省份主打不同规格工业硅，新疆以生产通氧 553#、421#为主，国内 74.86%的通氧553#和 36.08%的 421#源自新疆，而云南、四川主打生产 421#。未来高质量硅石紧缺状况可能延续或加深，高纯度工业硅（如 2202#、3303#）有减产可能，进而高纯度与低纯度工业硅之间的价差将进一步拉大。
我国工业硅生产属于低集中度行业，2021 年国内工业硅产量的 CR4 值为 38.21%，呈现一超多强的局面。据百川盈孚数据，2021 年我国工业硅生产企业超 250 家，其中前四家企业产量占比达 38.21%，仅第一名合盛硅业产量占比就达 27%，远超排在其后的企业。从产能看，2021 年国内工业硅生产的 CR4 值为 22.21%，显著低于基于产量计算的结果，原因是规模较大企业的产能利用率较高。云南、四川和新疆的工业硅企业数量分别为 53 家、50 家和 26 家，从各企业产能规模看，云南、四川多以小厂为主，产能较为分散，而新疆企业的平均产能相对较高，尤其是合盛硅业、昌吉吉盛的产能处于行业内领先地位。从 2022 年我国工业硅新建产能看，我国约 62.5 万吨的新增产能来自前四名企业，约占总新增产能的 70.22%，预计 2022 年行业供给集中度进一步上升，CR4值将高于 2021 年。
5、需求： 全球消费增加，鼎足三分格局稳定
全球工业硅消费量变动由负转正，主要得益于多晶硅增产。2019-2020 年，受下游需求疲软及疫情直接冲击，全球工业硅消费走弱；2021 年工业硅消费量增长率转负为正，由 325 万吨增至 339 万吨，原因是在全球有机硅和铝合金产量较为稳定的前提下，全球多晶硅产业的快速发展提振了原料需求。2021 年全球多晶硅产量约 63.1 万吨，较上一年增长 11 万吨，对应工业硅需求增长为 11.55-12.65 万吨，贡献了大部分的全球工业硅消费增量。我国是全球最大的工业硅消费国，2021 年我国工业硅消费全球占比57%，远超欧盟、美国，这主要是由于我国具有旺盛的下游需求。考虑到国内工业硅下游产业发展态势良好，预计 2022 年我国工业硅消费量及全球占比将进一步提升。
从下游细分领域看，工业硅主要可用于生产铝合金、有机硅和多晶硅，呈鼎足三分之势。工业硅在铝合金行业通常作为添加剂，应用领域主要为汽车制造和建筑业，需求基数大。以多晶硅为原料的光伏、半导体等新兴产业正处在蓬勃发展阶段，未来需求增量可观。而有机硅的下游产品主要包括硅树脂、硅油、硅橡胶，广泛应用于建筑材料、电子电器和日化纺织等多个行业，因此有机硅是我国工业硅最大的消费领域，2021 年我国工业硅表观消费量中，用于有机硅生产的工业硅占比为 37%，其次为铝合金和多晶硅，分别为 27%、25%。近五年我国用于多晶硅生产的工业硅消费占比呈稳步上升趋势，得益于全球双碳目标带动下光伏产业的快速扩张，未来有望达到铝合金用途工业硅的消费比重。总的来看，2021 年我国多晶硅、铝合金、有机硅产量全球占比均超 50%，且呈上涨趋势，未来我国工业硅消费的全球占比将进一步提升，用于多晶硅领域的工业硅消费占比或继续提升至 30%，达到或超过用于铝合金生产的工业硅消费量。（报告来源：未来智库）
6、进出口： 贸易顺差显著，出口格局持续稳定
我国是工业硅生产大国，出口规模较为可观，存在显著的贸易顺差。2021 年我国工业硅出口量达 77.62 万吨，约占我国总产量的 22.23%。相比之下我国工业硅进口量较小，2021 年进口量仅为 0.42 万吨，净出口量超 77 万吨。2017-2020 年我国工业硅出口持续下降，原因是全球工业硅下游产业不景气叠加疫情影响，导致海外工业硅需求疲弱。2021 年国内疫情对工业硅产量的影响逐渐修复，国内产量提升约 25%，而海外产量恢复有限。在海外工业硅需求大涨的情况下，我国工业硅出口呈现量价齐升的现象。从出口量与国内总产量的比重来看，2017-2019 年我国的工业硅产量中用于出口的比重由34.35%下降至 23.81%，2021 年小幅回升到 24.48%，2022 年国内工业硅产业链下游需求旺盛，预计 2022 年这一比例下降至 24%左右。2022 年国内工业硅产能或扩张至547 万吨，产量扩张至 328.2 万吨，因此估计国内工业硅出口量或接近 80 万吨。
我国工业硅主要出口国为日本、韩国、泰国和印度等，出口格局较为稳定。2021 年我国工业硅出口国为 72 个，总出口量为 77.62 万吨，其中前六名出口国占比约为67%，集中度较高。2017-2021 年主要出口国为日本、韩国、泰国、印度、阿联酋和马来西亚，大多数分布在东亚及东南亚地区，除了随国内总产量小幅波动外，出口到以上国家的工业硅数量基本较为稳定。据统计，欧盟和美国的工业硅消费量仅次于我国，但我国出口到欧美国家的工业硅较少，其中最高的荷兰的占比也不足 5%，直接原因除了运输成本以外，更重要的是欧美国家长期以来对我国工业硅实现的反倾销和反补贴政策，比如澳大利亚、美国和加拿大均对我国工业硅出口计征反倾销和反补贴税，合并有效税率可超 50%，很大程度上限制了这些国家对我国工业硅产品的进口。长期看我国工业硅出口格局较为稳定，但仍有不确定因素。近日美国总统拜登表示正在考虑取消部分加征的中国大陆商品关税，若涉及到工业硅产品，无疑将扩大美国对我国工业硅的进口量，从而改变我国工业硅出口格局。
7、总结
工业硅生产的工艺较为固定，但生产成本可以通过调整原料的种类、配比来进行调节。工业硅的主流生产方法为电弧炉法，生产原料包括硅石和碳质还原剂，实质是高温还原反应。电弧炉耗电极大，电力成本在工业硅生产总成本中占据核心位置，用煤成本与硅石成本次之。目前新兴的生产方法是全煤工艺，仅使用煤作为还原剂，在新疆等煤炭资源丰富的地区颇受欢迎；另有非全煤工艺，使用煤、木炭、石油焦的混合物作为还原剂，在保证含碳量相同的前提下，企业可以通过调整各还原剂的配比来实现最优产量。
全球工业硅供给方面，近五年工业硅产能保持低速增长，其中我国工业硅产能和产量均处于全球领先地位。我国工业硅供给在国际中遥遥领先，一方面是由于我国工业硅生产原料及电力成本具备明显优势，另一方面则是由于我国下游铝合金、多晶硅及有机硅领域均存在旺盛的需求。国内工业硅供给方面，我国工业硅生产基地主要位于新疆、云南、四川，各具优势。新疆产能利用率明显高于云南、四川，主要原因是新疆采取火力发电的电力供给较为稳定，且丰富的煤炭资源可供全煤工艺生产及自备电厂发电。而云南四川采取“水-电-硅”的生产模式，枯水期电价上升引起大规模减产，整体开工率不高。但相较于新疆，云南的优质硅石储备丰富。
全球工业硅需求方面，全球工业硅的消费增长率由负转正，主要得益于多晶硅增产，未来多晶硅有望进一步拉升工业硅消费量。我国是全球最大的工业硅消费国，全球占比远超欧盟、美国。我国工业硅表观消费量中，有机硅占比最高，其次为铝合金和多晶硅，呈三足鼎立之势。预计未来双碳目标的实现将带动全球光伏产业快速扩张，因此多晶硅领域的消费占比将进一步提升。
我国是工业硅生产大国，出口规模较为可观，远超进口规模。2021 年国内产量率先从疫情中得以恢复，恢复程度强于海外，且海外工业硅需求大涨，因此我国工业硅出口呈现量价齐升的现象。我国工业硅的主要出口国较为稳定，2017-2021 年主要出口国为日本、韩国、泰国和印度等，多位于东亚及东南亚。我国出口欧美的工业硅数量较少，直接原因是部分欧美国家对我国工业硅实行反倾销反补贴政策。
考虑到云南、四川丰水期增产及新增投产产能，预计 2022 年下半年国内工业硅价格呈现先小幅走弱后走强趋势。2021 年 8-9 月我国工业硅价格曾迎来暴涨，通氧 553#在两个月内由 15250 元/吨上涨至 59500 元/吨，421#由 16600 元/吨上涨至 66500 元/吨，原因是双控政策导致企业大量减产，且下游企业出于枯水期原料供给担忧而加快采购步伐，供需错配引起工业硅价格一路高歌。但这种情况在今年较难发生，一是从新建产能看，今年 6-7 月份计划新增投产产能为 47.5 万吨， 12 月份计划新增投产产能为20 万吨，预计下半年产能将加速释放；今年云南、四川丰水期正常到来，6-10 月为主汛期，云南、四川会有大规模增产。二是下游需求总体偏弱，宏观经济下行周期叠加疫情影响，导致有机硅、铝合金企业开工率下降，多晶硅相对火热但难掩整个下游疲弱之势，预计供需偏松格局将持续至第三季度，年底或将随着下游消费复苏而有所改善。
（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】。
