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碳达峰碳中和背景下铜清洁能源将迎来高速发展期

发布时间:2021年6月29日 | 文章来源:长江有色金属 | 浏览次数:138 | 访问原文

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。在同年12月的气候雄心峰会上,习近平总书记进一步宣布,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。

过去10年,光伏和风电成本均出现明显的下降,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,光伏成本将下降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%

当前,越来越多的国家加入到巴黎协定,根据IEA统计数据,截至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总量的七成,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2750亿美元,较2016~2020年增长136.5倍。

为了完成碳达峰碳中和的目标,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,全球销售的汽车近六成是电动的。

从光伏产业看,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、汇流箱和蓄电池均须用到铜,主要是铜线缆和铜箔等,中游的焊带也有用到铜,主要是铜锡合金。

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用铜量差别较大,分别为2.5吨、3.8吨和4.5吨。

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用铜量时,1MW用铜量取的数字是3.7吨。

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110GW~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315GW~375GW。
取1MW光伏装机用铜量3.7吨,到2030年中国、全球光伏新增装机用铜量将分别达到44万吨和127.7万吨。

从风电产业看,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风电装机量用铜量4.7吨,其中陆上风电1MW用铜量为3.5吨,海上风电1MW用铜量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,笔者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,1MW风电新装装机用铜量约为5.2吨。

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280GW~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,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风电装机用铜量5吨,到2030年中国和全球风电新增装机用铜量将达到61万吨和202万吨。

从储能方面看,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微米~8微米,估计锂电铜箔用量约为0.63kg/KWh。

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八成,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。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。

取锂电池用铜量为0.63kg/KWh,到2030年中国和全球电化学新增储能用铜量将达到5.1万吨和24.1万吨。

从新能源汽车方面看,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。新能源纯电汽车用铜量约为83kg/辆,混合动力汽车用铜量约为60kg/辆,明显高于传统车的20kg/辆,纯电汽车电池用铜量约为整车用铜量的一半。

受益于电池成本下降,在碳达峰碳中和背景下,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,假设中国汽车销量年均增长2%,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,预计到2030年,全球新能源汽车销量将达到3800万辆。

取中国新能源汽车用铜量78.4kg/辆,取其他地区新能源汽车用铜量75kg/辆,预计到2030年中国和全球新能源汽车销量用铜量分别达到99.2万吨和301.1万吨。

从充电桩方面看,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用铜量分别为2kg/根和8kg/根,公共直流充电桩用铜量约为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根充电桩用铜量约为14.32kg。根据IEA数据,海外其他地区私人充电桩占比更高,预计海外1根充电桩用铜量约为8.98kg。

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,预计到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用铜量分别为14.32kg和8.98kg,预计到2030年,中国和全球新增充电桩用铜量分别为9.8万吨和22.6万吨。

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。

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。

根据测算,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用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%。

综上所述,在碳达峰碳中和背景下,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10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。