碳中和背景下,新能源行業迎來新機遇

迴首2021年,全球新能源市場蓬勃發展,如新能源主戰場的光伏領域,各國新增裝機得到明顯的同比增長,中國、印度、美國及日本等國家地區為全球光伏主要增量市場,新增裝機占比達全球40%以上。

而就新能源汽車領域而言,2021 年全球各國所發佈雙碳政策趨勢下,全球新能源汽車行業蓬勃發展,世界三大經濟體齊發力,中國、歐洲、美國分別實現新能源車銷量352、182、65萬輛,全球新能源車累計銷量近650萬,同比增長108%。由於氣候及能源危機前所未有的嚴峻,越來越多的國家政府已經把應對氣候及能源危機轉化為國家戰略,全球範圍內正在加速形成“碳中和”以及“新能源發展“的共識。

2020年9月,中國明確提出了2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”的目標。目前,中國每年的二氧化碳排放量達100億噸以上,位於全球第一位,高於第二、三、四位國家碳排放量的總和。據統計,我國二氧化碳的主要排放來源,第一是工業領域,即終端用能和生產過程用能領域,年排放量在50億噸以上;其次是發電領域,年排放量在40億噸以上;建築領域和交通領域,年排放量都在10億噸左右。

隨著工業生產的進一步發展,預計2030年中國二氧化碳排放量將在130億噸以上。實現“雙碳”目標,主要有兩條路徑:一是轉變終端用能的生產工藝,從技術上、源頭上減少甚至消除二氧化碳的排放;二是大幅提高可再生能源在一次能源中的占比。

在碳中和背景下,光伏、風電、新能源車作為可再生能源的主力軍,已經成為我國戰略新興產業,是實現我國能源安全與綠色發展的重要保障。近年來隨著成本端快速下降、產業巨頭和金融資本的加碼,風電、光伏發電近乎擺脫補貼進入平價時代,對傳統火力發電的替代進一步加速;新能源車滲透率也在加速提升。

圖表 1:我國部分省份公佈的“十四五“期間風電光伏新增裝機目標(GW):

數據來源:全國新能源消納監測預警中心 各省政府文書 廣州期貨研究中心

碳中和時代逐步到來,銅需求將打開新的成長空間。相比傳統發電方式和汽車燃料,電能是所有能源中最好的中介載體,在輸入、儲存、輸出的便利性和效率上優勢明顯,而電的輸入、儲存、輸出均繞不開最成熟也是性價比最高的導體材料——銅。

全球清潔電站進入密集建設期,光伏、風電、儲能領域用銅分析

(一)光伏領域

太陽能光伏發電系統簡稱光伏,是利用太陽電池半導體材料的光伏效應,將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統,一定意義上可以將光伏看成基於半導體技術和新能源需求而衍生出的泛半導體行業。

太陽能用銅帶是太陽能重要的導電導熱原材料,主要有光熱銅帶和光伏銅帶兩種,分別用於製作太陽能集熱器板芯、太陽能電池的互聯條和匯流帶。光伏組件,逆變器和並網開關之間要用電纜連接,而組件MC4接頭,光伏逆變器輸出接線端子,並網開關的接線端子都是用銅芯做的。

銅對於太陽能的收集,存儲和分配至關重要,銅良好的導電性和耐用性可提高光伏電池和模塊的效率以及性能。國際銅業協會(ICA)的研究數據顯示,可再生能源系統中銅的平均用量是傳統發電系統的8-12倍,其中太陽能光伏發電用銅量為4噸/MW。

國內市場來看,光伏在我國能源結構占比大幅提升將直接帶動市場需求,2021年 4 月,國家能源局發佈《2021能源工作指導意見》,指出2021年風電、光伏發電量占全社會用電量的比重從2020年的9.5%提升至11%左右,在此前《中國2050年光伏發展展望》提出,我國能源發展目標預計2050年光伏能源在我國電力占比將由1.7%提升至21.5%。

當前我國光伏市場快速增長,據中國光伏行業協會的統計,2021年我國光伏製造端產值突破7500億元,新增裝機量54.93GW,同比增長約14%,連續9年穩居世界首位。若在保守情況下進行預測,2025年我國新增光伏裝機容量將達到90GW,未來五年複合增速為13.3%;若在樂觀情況下進行預測,2025年我國新增光伏裝機容量將達到110GW,複合增速將達到17.9%,未來發展前景廣闊。

海外市場來看,由於我國產業鏈和供應鏈體系完整性和先進性在全球領先,出口額維持高位,2021年我國光伏產品(硅片、電池片、組件)出口額創歷史新高,達到280億美元左右, 同比增速達35%,組件出口額的占比最高。近期,歐盟公佈 REPowerEU方案細則,計劃將在未來5年額外投資2100億歐元於可再生能源,同時將2030年可再生能源占比從40%提高至45%,預計2025年光伏累計裝機提升至320GW,到2030年累計裝機600GW,帶動需求進一步增長。

圖表 2:2007-2021全球光伏新增裝機量(GW)

圖表 3:全球光伏裝機容量預測 

數據來源:CPIA 廣州期貨研究中心

圖表 4:2011-2021中國光伏新增裝機量(GW)

圖表5:中國光伏電池出口累計值(萬個)

數據來源:Mysteel 廣州期貨研究中心

在各國產業扶持政策的驅動以及發電成本快速下降的推動下,光伏發電新增裝機規模持續保持增長,2021年全球光伏市場仍同比增長約31%,達到170GW左右,累計裝機規模達到926GW。

中國光伏行業協會預測,2025年全球新增光伏裝機容量為270GW,複合增速為15.7%,樂觀情況下,全球新增光伏裝機容量將達到330GW,複合增速將達到20.5%。

我們按中國光伏協會樂觀預測值來測算,2025年我國新增光伏安裝量將達到110GW;全球新增光伏安裝量將達到330GW,全球2025年對應的年度光伏裝機耗銅量將達到132萬噸,較2020年全球光伏耗銅量的52萬噸上升154%。

圖表 6:中國及全球光伏新裝機量(GW)及銅需求(萬噸)

數據來源:CPIA廣州期貨研究中心

(二)風電領域

風力發電主要用銅環節為發電機、變壓器、齒輪箱和塔筒電纜,應用範圍較廣。陸上風機通過集電器電纜相連至變電站後,再連接到電氣和輸電網。海上風機通過集電器電纜相連至海上升壓站後,通過配電電纜連接至地面變壓站,再到輸電網絡。

根據Woodmac數據,風電項目中58%的銅消耗來自於電纜設備。根據ICA數據,1Mw風電裝機量平均耗銅量4.7噸,其中陸上風電1Mw耗銅量為3.5噸,海上風電1Mw耗銅量9.6噸。

據政府相關報告得知,我國如今的風電產業鏈完整,國內有7家風電整機製造企業位列全球前十,陸上低風速風電技術國際一流,海上大容量風電機組技術保持國際同步。從官方規劃來看,根據《“十四五”可再生能源發展規劃》指出,到2030年中國風光裝機總量不低於12億千瓦,截至2020 年底二者合計累計裝機量為5.35億千瓦,對應2021-2030年均新增裝機量不低於6650萬千瓦。

2020年10月14日,全球400餘家風能企業一致通過的《風能北京宣言》提出在“十四五”規劃中,保證年均新增風電裝機50GW 以上;2025 年後年均新增裝機不低於60GW;到2030年累計裝機至少達到800GW,到2060年累計裝機至少達到3000GW。

圖表 7:我國風電新增裝機量(GW)

數據來源:GWEC IEA 廣州期貨研究中心

全球範圍內來看,我國已成為第一大風電裝機市場。截至2020 年底,我國風電占總裝機的比重達到12.79%,僅次於火電和水電,已成為主要清潔能源,2020年我國風力發電量全球占比達到29.32%,穩居全球第一;就新增裝機量方面,2020年我國實現風電新增裝機74.8GW,全球占比高達56%,成為全球風電行業的主要增長點,2021年我國風電新增裝機47.57GW,在2020 年搶裝的背景下依然維持較高的裝機水平。

同時,根據全球能源互聯網發展組織的預測,風電的發展速度有望遠超官方規劃,到 2025年風電裝機達到 15.4億千瓦。

圖表 8:全球陸上風電新增裝機分佈情況

圖表 9:全球海上風電新增裝機分佈情況

數據來源:GWEC廣州期貨研究中心

圖表 10:中國及全球風電新裝機量(GW)及銅需求(萬噸)

數據來源:CWEC IEA 廣州期貨研究中心

(三)儲能領域

在儲能系統中,鋰電池儲能系統是將能量以電的形式吸收、儲存、釋放的一款產品,其效率最高,運用最廣。電池儲能系統主要由蓄電池系統、PCS變流器系統、電池管理系統BMS、能量管理系統EMS、監控系統等組成。而其中,鋰電池由於其重量輕、能量密度高、循環壽命長且充電時間短等特性,在電化學儲能中占比高達90%。

而銅在儲能中,亦即在鋰電池中的應用,主要是看電化學儲能,而電化學儲能看鋰電池,銅在鋰電池的應用以銅箔的形式存在。根據高工鋰電數據,10微米鋰電銅箔用量約為0.83Kg/Kwh,當前主流鋰電銅箔厚度在6-8微米,估計鋰電銅箔用量約為0.63Kg/Kwh。

我國儲能行業正式跨越歷史性節點,邁向高速發展新時期。

鑒於新能源發電的不穩定性,儲能成為了這場能源革命的關鍵支撐技術。今年以來,國家以及各省級能源主管部門密集出台一系列儲能利好政策,國內外大規模儲能項目陸續啟動,越來越多的企業投身儲能,或擴產或跨界合作,儲能產業呈現蓬勃發展的良好局面。

例如,重磅文件《關於加快推動新型儲能發展的指導意見》,明確了儲能產業在“十四五”時期的發展目標,確定了近期儲能發展的重點任務及產業佈局,對儲能政策思路及市場建設給予了指導,標志著我國儲能行業正式跨越歷史性節點,邁向高速發展新時期。

根據CNESA出版的《儲能產業研究白皮書2021》預測,2025年我國儲能市場規模保守場景下將達3550萬千瓦,理想場景下將達5590萬千瓦,這意味著2022年至2025年期間,儲能將保持年均72%以上複合增長率持續高速增長。在政府鼓勵和市場需求的雙重加持下,預計到2025年儲能將形成千億級市場。

圖表 11:中國新型儲能市場累計裝機規模(MW)

數據來源:GNESA 廣州期貨研究中心

技術迭代助力電化學儲能突破成本拐點,電化學儲能迎來爆發期。2020 年底,中國電化學儲能突破了過去數年反覆提及的1500元/kWh系統成本的關鍵拐點,當年新增投運電化學儲能項目規模呈現爆髮式增長,達到1.56GW,首次突破1GW大關。

WoodMac報告稱,在2021年第四季度,美國儲能市場安裝了1613MW/ 4727MWh,這是一個創美國紀錄的安裝季度。總體而言,在2021年,美國電網增加了3.5GW/10.5GWh的新儲能,幫助整合可再生能源並支持健康的電網。在全球,成規模的百兆瓦量級的儲能項目頻繁出現,2020年新增投運項目規模達 4.73GW,電化學儲能的大時代已然開啟。

圖表 12:全球新型儲能市場累計裝機規模(MW)

數據來源:CNESA 廣州期貨研究中心

根據上述數據測算,我們預計,到2025年全球電化學新增儲能耗銅量將達到18.09萬噸。

圖表 13:全球新型儲能市場新增裝機銅需求(萬噸)

數據來源:CNESA CESA WoodMac IEA 廣州期貨研究中心

全球汽車電動化大時代加速到來,新能源汽車領域用銅分析

(一)新能源汽車

2021年全球針對雙碳的政策性趨勢下,全世界的國家在新能源汽車方面給出了讓人驚異的答卷,如本文首段所提及的,中國、歐洲、美國分別實現新能源車銷量352、182、65 萬輛,全球新能源車累計銷量近650萬,同比增長108%。

在此趨勢下,各大品牌車廠紛紛加速電動化,如豐田、現代、福特、大眾等傳統車廠轉型打造電動化平臺,在此驅動下,國內外造車新勢力不斷進化,如小鵬、蔚來等新興企業。優質車型持續發佈,激發市場活力,其中特斯拉全年銷量93萬,再度詮釋新能源汽車霸主地位,預測2023年銷量有望破300萬。

新能源電動汽車的組成包括:電力驅動及控制系統、驅動力傳動等機械系統、完成既定任務的工作裝置等。電力驅動及控制系統是新能源電動汽車的核心,也是區別於內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統由驅動電動機、電源和電動機的調速控制裝置等組成。至於其他裝置基本與內燃機汽車相同。

圖表 14:全球新能源汽車銷量規模(萬輛)

數據來源:wind 中汽協 廣州期貨研究中心

與傳統車相比,新能源汽車多了電源及電力驅動裝置,電池、電機及繞組線使得其對銅需求增加。

根據國際銅業協會和IDTechEx最新的研究數據,目前純電動乘用車平均單車用銅量約為83kg,是傳統燃油車的3~4倍,其中鋰電池、逆變器、電機、高壓連接線均為電動汽車帶來銅增量需求。混合動力汽車耗銅量約為60Kg/輛,大型車輛例如純電動巴士更是需要使用224-369kg銅,明顯高於傳統車的20Kg/輛,而純電汽車電池耗銅量約為整車耗銅量的一半。考慮到純電車和混合動力汽車的銷售比例問題,我們取單輛新能源汽車耗銅量為78.4Kg。

2020-2021年全球各經濟體對新能源汽車都提出了補貼和促進政策,其中中國僅2020年就頒佈了近十項政策,主要內容為延長補貼期限,完善財稅支持政策,下鄉促銷等。根據我國汽車技術發展總體目標,到2025年,混動新車占傳統能源乘用車的50%以上,新能源汽車占總銷量20%左右;到2035年,混動新車占傳統能源乘用車的100%,新能源汽車成為主流,占總銷量50%以上。

根據中汽協以及wind數據我推算,我國及全球新能源乘用車銷量預測如下表所示:

圖表 15:中國新能源乘用車銷量預測(萬輛)

數據來源:wind 中汽協 廣州期貨研究中心

圖表 16:中國及全球新能源乘用車銷量預測(萬輛)及銅需求預測

數據來源:wind 中汽協 廣州期貨研究中心

(二)充電樁

新能源汽車的蓬勃發展離不開充電樁等配套設施的建設,充電樁按接口類型可分為交流慢充和直流快充,交流充電功率通常在3~22kw不等,充電時間6-10小時;直流快充功率為30~200KW,充電時間為0.3~1小時;直流快充功率具備進一步提升的態勢,最新的特斯拉V3超級充電樁的峰值充電功率可以達到250KW。

充電樁中主要用銅包括電線電纜、充電機模塊、接插件以及各種開關。據SMM測算,家用充電樁用銅量2~5公斤/個,公共充電站用銅量4~7公斤/個,直流充電樁用銅量約為25~70公斤/個。

我國對充電樁的政策性的支持:2015年10月《關於加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》首次明確充電樁行業政策方向,同時在《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015-2020 年)》中明確到2020年規劃車樁比需基本達到1:1。

2020年11月在《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035 年)的通知》中國務院明確提出加快充換電基礎設施建設,提升充電基礎設施服務水平以及鼓勵充電樁向智能平臺化創新方向發展等要求。充電樁領域政策方向逐步明確,建設標準體系逐漸完善,提供了重要動力支撐,這可促使充電樁領域實現成熟穩步發展。

中國電動充電基礎設施促進聯盟數據顯示,截至2019年12月,全國公共充電樁和私人充電樁總計保有量為121.9萬台,樁車比達到1:3.4;直至2021年,充電基礎設施增量為93萬台,新能源汽車銷量為331萬輛,充電基礎設施與新能源汽車實現爆髮式增長,電動汽車充電需求持續快速增長,充電樁與新能源車的樁車增量比為1:3.6,充電基礎設施建設能夠基本滿足新能源汽車的快速發展。

圖表 17:中國充電基礎設施累計數量統計(萬個)

數據來源:wind IEA 廣州期貨研究中心

中投產業研究院發佈的《2022-2026年中國充電樁行業深度調研及投資前景預測報告》中顯示:全球已建成公共充電樁數在2021年底增長至180萬座。2021年共新建47.4萬座公共充電樁,其中超快速充電樁占比27%,2020年該比例為15%。

圖表 18:全球電動汽車公共充電樁比例變化

數據來源:wind IEA 廣州期貨研究中心

據中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟統計,截至2020年12月,聯盟內成員單位總計上報公共類充電樁80.7萬台。其中,交流充電樁49.8萬台、直流充電樁30.9萬台、交直流一體充電樁481台,占比分別為61.67%、38.27%以及0.06%。因此我們取中國單根充電樁耗銅量分別為14.32Kg,樂觀估計充電樁的發展預測為2025年中國電動汽車充電樁累計需求量將超過1200萬個。

圖表19:我國新能源充電樁累計數量及預測(萬個)

數據來源:wind EVCIPA 廣州期貨研究中心

圖表20:我國新增新能源充電樁數量(萬個)及銅需求(萬噸)

數據來源:wind EVCIPA 廣州期貨研究中心

總結

清潔能源革命背景下,新能源領域將快速發展,結合上文對“十四五”期間中國及全球光伏、風電、儲能、新能源汽車及充電樁等領域用銅需求測算,預計2025年全球銅綠色需求總量將達到約382萬噸,占全球銅需求總量的13.8%,相對於2021年的170萬噸(占比6.7%),將有明顯增長,預計對未來銅需求總量的邊際影響力也將逐步提升。

圖表21:全球新能源領域銅需求預期發展形勢

數據來源:Wind  ICSG  WoodMackenzie 廣州期貨研究中心

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