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碳达峰和碳中和背景下,铜清洁能源故事正梦幻展开

时间:2021-07-07 浏览量: 字号:
 

碳达峰和碳中和背景


碳达峰是指二氧化碳的排放不再增长,达到峰值之后逐步降低;碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量,通过植物造树造林、节能减排等形式,抵消自身产生的二氧化碳排放量,实现二氧化碳“零排放”。


2020 年 9 月,习近平总书记宣布中国将采取更加有力的政策和措施,力争2030 年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和。在 12 月的气候雄心峰会上,总书记进一步宣布,到 2030 年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比 2005 年下降 65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到 25%左右,森林蓄积量将比 2005 年增加 60 亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到 12 亿千瓦以上。


未来10年清洁能源将迎来高速发展期 


过去 10 年光伏和风电均 出现明显的下降,2009 年 1Mwh 光伏发电成本约为350 美元,2019 年下降到 40 美元,降幅约 86%,风电成本下降约 70%。 IEA 预测未来 10 年全球光伏和风电发电成本将继续下降,光伏将下降 40%左右,全球各主要地区风电成本降幅有所差异,陆上风电发电成本下降约 5-10%,海上风电发电成本将下降约 40-55%。


我们看到越来越多的国家加入到巴黎协定,根据 IEA 统计数据,截止 2021年一季度,全球主要经济体均已经加入巴黎协定,这些经济体占全球 GDP 总量的7 成,二氧化碳排放量占全球的 71%。


随之而来的就是传统化石能源投资逐渐放缓,清洁能源投资将大幅增长。 根据 IEA 的预测,2021-2030 年石油和天然气年均投资为 5170 亿美元,较 2016-2020年下降 27%,低排放的清洁能源技术 2021-2030 年年均投资为 2750 亿元,较2016-2020 年增长 136.5 倍。




为了完成碳达峰和碳中和的目标,IEA 预测 2030 年全球光伏和风电新增装机容量将在 2020 年的基础上增长将近 4 倍,超过 1000GW,同时,新能源汽车销量将在 2020 年的基础上增长 18 倍,接近 5500 万辆,全球销售的汽车近 6 成是电动的。


 



1

光伏




 铜在光伏中的主要应用 

光伏发电系统(PV System)是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。从光伏产业链来看,铜主要应用在下游,逆变器、汇流箱和蓄电池均有用到铜,主要是铜线缆和铜箔等,中游中焊带也有用到铜,主要是跟锡合金。

根据 ICA 统计的数据,1Mw 光伏装机量耗铜约 5.5 吨;国际铜业协会数据,1Mw 光伏装机量耗铜约 4 吨;根据 Navigant 的研究,光伏三大应用场景:集中式、居民用户及零售 1Mw 耗铜量差别较大,分别为 2.5 吨、3.8 吨和 4.5 吨。


我们考虑到集中式和居民用户光伏发电所占比重较大,我们在测算光伏新增装机耗铜量时,1Mw 耗铜量取的数字是 3.7 吨。


光伏新增装机耗铜量测算

受益于光伏发电成本在过去 10 年大幅下降,并且未来 10 年发电成本将继续下降,光伏上网电价相较于煤电已经有较大优势,光伏未来 10 年新增装机前景乐观。2020 年中国光伏新增装机量为 48.2Gw,根据索比光伏的预测,到 2030 年,中国光伏新增装机将攀升到 110-130Gw;2020 年全球光伏新增装机量为 130Gw,索比光伏预测,到 2030 年,全球光伏新增装机将达到 315-375Gw。取 1Mw 光伏装机耗铜量 3.7 吨,我们测算,到 2030 年中国、全球光伏新增装机耗铜量将分别达到 44 万吨和 127.7 万吨。

2

风电



铜在风电中的应用

组成风力发电系统的主要部件是塔架、发电机、齿轮增速器、变桨偏航系统、桨叶、联轴器、电控系统等。从风电产业链来看,发电机、齿轮箱、控制系统及传输过程中均有用到铜线缆等,海上风电用铜量比陆上风电高,主要原因在于海上风电需要更长的线缆输送电力。

根据 ICA 数据,1Mw 风电装机量耗铜量 4.7 吨,其中陆上风电 1Mw 耗铜量为3.5 吨,海上风电 1Mw 耗铜量 9.6 吨。IEA 预测未来 10 年,全球陆上风电发电成本可能下降 5-10%,海上风电发电成本下降 40-55%,考虑到未来 10 年,甚至 30年,海上风电成本下降空间更大,我们认为海上风电新增装机量在风电装机量中的占比有望逐渐抬升,我们认为 1Mw 风电新装装机耗铜量约为 5.2 吨。



风电新增装机耗铜量测算

2020 年中国和全球风电新增装机量分别为 72Gw 和 114Gw,IEA 预测,到 2030年全球风电新增装机将达到 280-390Gw,这说明全球风电前景非常乐观。综合 IEA、GWEC 等机构预测数据,我们预计,到 2030 年中国和全球风电新增装机量将达到107Gw 和 356Gw。取 1Mw 风电装机耗铜量 5 吨,我们测算,到 2030 年中国和全球风电新增装机耗铜量将达到 61 万吨和 202 万吨。

3

储能


铜在储能中的应用

锂电池储能系统是将能量以电的形式吸收、储存、释放的一款产品。电池储能系统主要由蓄电池系统、PCS 变流器系统、电池管理系统 BMS、能量管理系统EMS、监控系统等组成。锂电池由于其重量轻、能量密度高、循环寿命长且充电时间短等特性,在电化学储能中占比高达 90%。

铜在储能中的应用,主要是看电化学储能,而电化学储能看锂电池,铜在锂电池的应用以铜箔的形式存在。根据高工锂电数据,10 微米锂电铜箔用量约为0.83Kg/Kwh,当前主流锂电铜箔厚度在 6-8 微米,估计锂电铜箔用量约为0.63Kg/Kwh。

储能新增装机耗铜量测算

受益于技术革新及新能源汽车规模化效应,过去 10 年,锂电池成本下降超 过 8 成,BNEF 预测未来 10 年锂电池成本还将继续下降 40%以上。2020 年中国和全球累计电化学储能装机分别为 3.27Gw 和 27.6Gw,WoodMac 预计,到 2030 年,中国和全球电化学储能累计装机将达到 153Gw 和 741Gw。

根据鑫椤锂电的预测数据,2020 年中国电化学累计储能 16.2Gwh,2025 年将增长到 94.6Gwh。我们假设 2026 年-2030 年中国电化学储能继续按照 30%的增速增长,到 2030 年中国电化学累计储能将达到 351.4Gwh,全球电化学储能将达到1657.3Gwh。


取锂电池耗铜量为 0.63Kg/Kwh,我们测算,到 2030 年中国和全球电化学新增储能耗铜量将达到 5.1 万吨和 24.1 万吨。




4

新能源汽车



铜在新能源汽车中的应用

电动汽车的组成包括:电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。


跟传统车相比,新能源汽车多了电源及电力驱动装置,电池、电机及绕组线使得铜需求增加。新能源纯电汽车耗铜量约为 83Kg/辆,混合动力汽车耗铜量约为 60Kg/辆,明显高于传统车的 20Kg/辆,纯电汽车电池耗铜量约为整车耗铜量的一半。考虑到纯电车和混合动力汽车的销售比例约为 8:2,我们取单辆新能源汽车耗铜量为 78.4Kg。
 


新能源汽车新增销量耗铜量测算

受益于电池成本下降,并且碳达峰和碳中和背景下,地面交通工具需要减少二氧化碳排放,这使得新能源汽车迎来了非常好的发展契机。根据中国政府的远期规划,到 2025 年新能源汽车对传统车销量的替代比例为 20%,到 2030 年将达到 40%以上,我们假设中国汽车销量年均增长 2%,我们预计到 2030 年,中国新能源汽车销量将达到 1200 万辆;根据 HIS 和 Woodmac 的预测数据,我们估算到2030 年,全球新能源汽车销量将达到 3800 万辆。


取中国新能源汽车耗铜量 78.4Kg/辆,取其他地区新能源汽车耗铜量 75Kg/辆,我们测算,到 2030 年中国和全球新能源汽车销量耗铜量分别达到 99.2 万吨和 301.1 万吨。




5

充电桩




铜在充电桩中的应用

在充电桩中,铜主要应用是以线缆形式存在。充电桩大致分三种类型,居民区交流充电桩,公共交流充电桩和直流充电桩。居民区和公共交流充电桩耗铜量分别为 2Kg/根和 8Kg/根,公共直流充电桩耗铜量约为 70Kg/根,其中居民:公共充电桩的比例在 6:4,公共充电桩中,交流:直流的比例为 6:4,我们估算中国 1根充电桩耗铜量约为 14.32Kg。根据 IEA 数据,海外其他地区私人充电桩占比更高,我们估算海外 1 根充电桩耗铜量约为 8.98Kg。

 


充电桩新增量耗铜量测算

由于充电桩的安置涉及到物业、国家电网、消防及 4S 店等,老旧小区的供电设备可能无法承受,物业和消防担心安全问题,协调困难。尽管新能源汽车销量出现了较为快速的增长,但充电桩配套并不完善。2020 年新能源汽车和充电桩比例大致为 3:1。我们假设 2021 年之后新能源汽车和充电桩比例逐年降低 0.1,我们估算到 2030 年,中国和全球充电桩分别增加 683.2 万根和 2113.5 万根。


取中国和其他地区单根充电桩耗铜量分别为 14.32Kg 和 8.98Kg,我们估算到2030 年,中国和全球新增充电桩耗铜量分别为 9.8 万吨和 22.6 万吨。


铜清洁能源故事正梦幻展开 



在风电、光伏发电成本和电池系统成本持续下降,并且预期未来 10 年还将继续下降的背景下,清洁能源投资出现了明显的成本优势。同时,在碳达峰和碳中和的背景下,清洁能源的投资有望加速。


清洁能源故事正梦幻展开

根据 IEA 的预测,2030 年碳中和领域投资额将达到 49830 亿美元,较2016-2020 年年均值增长翻一倍以上。分部门来看,其中发电和交通领域增长迅猛,分别增长 2 倍以上和接近 4 倍;按技术领域来看,电力系统和电气化增长快速,分别增长接近 2 倍和增长 6 倍以上。

清洁能源耗铜量测算

根据我们的测算,到 2030 年,中国和全球光伏、风电、储能、新能源汽车及充电桩带动的铜消费增量分别为 219.1 万吨和 678.5 万吨。2021-2030 年全球清洁能源领域耗铜量将呈现高速增长的态势,年均增速达到 17.5%,带动全球铜年均消费增长 2.7%。

    

总结 

在碳达峰和碳中和背景下,清洁能源领域的大规模投资,这无疑会推动铜长期需求增长,尤其 2021-2030 年,清洁能源领域爆发式的规模扩张,铜需求前景非常乐观。但我们也要看到存在的一些问题,过去十年受益于原材料价格下行及技术革新,光伏、风电和电池系统成本出现明显下降,但自 2020 年以来,钢铁、硅料、铜、铝、锡等清洁能源用到的主要原材料价格普遍出现大幅的上涨,这可能会使得未来降成本更加艰难,甚至成本可能增加,这会影响光伏和风电装机量,进而会影响铜长期需求节奏。




报告来源 |  中信证券


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