双碳下的“双新”趋势.docx
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1、2020年9月22日,中国政府在第七十五届联合国大会上提出中国会采取 更加有力的政策和措施,力争于2030年前到达二氧化碳排放量峰值,2060年 前实现碳中和。事实上,2020年并非是中国的“碳中和行动元年”,早在 2014年的中美气候变化联合宣言中,中国就首次提出2030年实现“碳达 峰”的目标。回顾历史,早在1978年,我国的单位GDP二氧化碳排放量即到达了峰值 (3.77 kg CO2/美元);自2000年以来,随着我国GDP的逐年激增,虽然此 时我国的单位GDP碳排量已呈逐年下降趋势,但实际上全国碳排放量净值仍 在陡峭上升。图1 :我国单位GDP碳排放早已于1978年达峰资料来源:公开
2、资料整理,需要明确的是,本次提出的“碳达峰与碳中和并不是针对具体某一 个行业的政策,也有别于以往治理型的环保行动;在这颗布满碳基生物的 星球上,几乎一切生产与生活行为都与碳消耗与碳排放相关,因此“双碳”行 动所产生的穿透性影响也将覆盖全社会的全行业。由于“碳排放”的普遍性与 广泛性,对于2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”行动的解读,市场上出 现了各类或激进乐观、或消极悲观的复杂情绪。我们认为,从生态文明建设、制造产业升级、甚至国际政治格局变化等长 远角度考虑,本轮“双碳”行动势在必行;根据分析,我们认为整个双碳行动 将会沿着“新能源与新电气化革命”两条轨道有序推进,同时伴随着新型 节能
3、技术的开展,与森林碳汇的不断建设,“碳中和”的终极目标或可如期甚 至提前实现,期间或将伴生出百万亿规模的市场投资需求。长达40年的“双碳”行动可依此轨迹循序渐进,不必急功近利,也不需焦 躁悲观;何妨吟啸且徐行,山头斜照却相迎。电背景下,以电力供热显然不如直接以化石能源供热效率更高,在此能源结构 逻辑下各工业行业也较为缺乏电气化改造的动力。伴随着新能源发电时代的到 来,发电的一次能源损耗与间接碳排放的逻辑将不复存在,继续沿用化石能源 供热也或需考虑增加的碳额本钱,这也为传统工业生产电气化改造带来了环保 角度与本钱角度的双合理性,未来影响行业升级改造进程的核心或为用电本钱。 对于相关趋势的跟踪,我
4、们认为重点需要关注以下三点:1 .未来电能供给规模的变化;.工业用电价格的趋势;2 .新技术对工业生产中热能利用效率的影响。2.3 【动力端】“双碳”或将提速全交运行业新能源化趋势交通运输行业在全国碳排放结构中占比约为7.5%,中国2018年交通运输 碳排放量高达9.17亿吨,其中公路运输(即汽车运输行业)碳排放占比高达 77%。除碳排放外,汽车尾气排放等交通类碳排放源同样也是硫、硝等污染物 的主要排放源,因此早在“双碳”行动开始前,汽车行业的新能源化改造(电 动汽车替代传统燃油车为主)就已经开始。根据前章分析,此前限制交通类行业的电气化开展的核心因素之一是电池 技术的开展。近年来随着动力电池
5、技术的不断开展,电动汽车在市场销量的渗 透率明显提升,与之协同开展的电驱、电控等配套技术也从中受益,获得了更 多的开展资源倾斜,而作为配套的充电桩、加氢站等新型基础设施建设投资也 将加速释放。图10 :交通行业历年碳排放总量资料来源:公开资料整理,图11 :交通类各子行业碳排放占比(2018 )资料来源:公开资料整理,从远期场景考虑,自动驾驶技术在租赁汽车领域的应用或将在一定程度 上降低私人乘用车的实际购买需求,也将间接降低相关的生产排放,因此5G、 物联网、自动驾驶等相关行业也将获益;而随着公路运输领域的全面电气化改 造,燃料供给结构也或将发生巨大变化,此影响或将向其他石化燃料相关行业 蔓延
6、,如航空运输(航空煤油)海洋运输(燃料油)等,其燃料产能的变化 也或将倒逼其进行新能源化迭代开展及动力技术升级。2.4 【热力端】钢铁、水泥等行业或有大量电热系统改造空间从制造业领域的相关政策来看(详见附录4),当前国家层面的政策主要 集中在钢铁、煤炭等传统工业产能的压缩上,而这些也正是此前“超低排放” 所聚焦的七大“非电行业”(钢铁、焦化、水泥、平板玻璃、陶瓷、电解铝及 碳素行业)。此次两轮阵地重合,主要原因或在于“超低排放”的推行不畅。“超低排放”与前期指标相比,最突出的即是在“脱硝”指标上的大幅收 严,甚至已远高于欧盟等兴旺地区的现行标准。目前主流工业企业所采用的脱 硝技术,多为SCR或
7、SNCR法,在更高效的替代技术出现之前,大幅收严脱 硝指标,迫使局部企业使用过量氨水去中和尾气中的硝,在增加治理本钱的同 时,还会出现“氨逃逸”等二次污染现象。而氨气在大气中二次反响的生成物 硫酸钱与硝酸镂,占比PM2.5污染物高达2040%。换而言之,不合理的 脱硝所导致的氨逃逸,正是造成雾霾天气的元凶之一。图12 :氨逃逸是造成雾霾天气的“元凶之一so2so2PM2.5资料来源:对于传统工业大气排放污染而言,“双碳”行动是一种跳出常规解题思路 的减排方式:在末端治理收效不佳的情况下,将减排措施前置化,通过将老旧 产能压退或升级等方式,从基数上降低排放污染,在碳减排的同时自然也降低 了硫与硝
8、等污染物的排放。因此我们认为,钢铁 水泥等七大非电行业”或 将成为“双碳行动在传统工业领域率先登陆的诺曼底。随着我国经济由高速开展向高质量开展过渡,钢铁、水泥等传统工业产品 的需求与能耗结构也在不断调整中。其中工业生产热源的电气化,长期来看或 将是工业生产电气化改造的最后一片拼图。图13 :传统工业生产的煤炭消耗或随着电热源的普及而大幅下降随着工业去产能行 动,以及经济开展换挡期的到来,传 统工业产品的需求 量增速或逐步放缓工业生产电气化 改造的第二轮的 核心或为工业热 源的电气化改造随着热源电气化 改造的进展,工 业生产对煤炭等 化石燃料的依赖 或将大幅下降资料来源:2018我国能源消费结构
9、中化石能源的碳排放量为100亿吨左右,煤炭消费 产生的排放量占比在75%;而其中钢铁行业的煤炭排放占比高达14.4% ,是 继火电之后的碳排放第二大户。电炉炼钢,即电弧热熔炼废钢,或可为实 现钢铁行业减碳目标提供助力。目前主流炼钢工艺为“高炉-转炉”炼钢方法, 而其中“高炉”的碳排放占比高达73.6%,是碳排放的“重灾区”;如未来大 规模替换为电炉炼钢法可有效降低燃煤产生的碳排放。但该逻辑存在三点因素 限制,一是需要等待电力系统新能源替代;二是目前电炉炼钢的原材料(废钢) 与目前我国主流炼钢法的原材料(铁矿石)有所差异,现有原材料或需预处理 工艺;三是行业扩张或依赖未来电费本钱及进一步下降。水
10、泥产业是我国即钢铁之后的又一碳排放大户,占比全国碳排放总量高达 13%o中国是世界上水泥第一大生产国,产量、产能均居世界首位,在中国向 全球承诺实现“碳中和”的背景下,水泥行业的低碳改造势在必行。水泥生产的碳排放主要来源于熟料煨烧过程,其中石灰石燃烧的碳排放量 可占全流程55-70%,高温煨烧的碳排放量可占全流程25-40%。目前约95%的水泥煨烧供热以煤炭作为主要燃料源,因此未来水泥行业的减碳生产大概率 将从熟料燃烧技术低碳化改造层面入手。图14 :全国煤炭排放按行业分布图15 :钢铁行业各工序碳排放比重钢铁与水泥只是我国工业生产中的局部要素,当电气化改造在全行业进行 大规模推广以后,我国工
11、业用电需求或将陡峭上升。此外,机械化设备大规模 被电气化设备替代,势必会增加电控系统的需求,工业软件、半导体芯片等相 关行业也或将萌生新的市场需求。图16 : 2012-2020我国水泥产量及增速图17: 2019年全球水泥产量占比中国水泥产量(亿吨)增速2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020资料来源:Wind,资料来源:Wind,3. “双碳”行动或将催生百万亿规模投资需求在前一章节的产能升级改造逻辑下,自当前时刻至2060年碳中和实 现期间,我国或将出现超百万亿元的投资需求。具体来看:1 .新能源发电新增投资规模或达万亿元(风电投资需求或为
12、 万亿元,光伏投资需求或为8.412万亿元,海上风电投资需 求或为万亿元,核电投资需求或为万亿元);.工业生产低碳化改造新增投资规模或达13.3万亿元(其中钢铁行业新 增投资规模或为5.82万亿元,水泥行业新增投资规模约为0.83万亿 元);2 .新能源汽车相关投资新增规模或达4.4万亿元(整车0.9万亿元,零部 件2.7万亿元,其中动力电池8300亿元,充电桩建设投资需求也或达 2550亿元);.装配式建筑相关投资新增规模或达10万亿元,冬季采暖电气化改造也 或将带来约3.5万亿元规模的投资需求;3 .植树造林或将累计带来3.2万亿元的投资需求。图18 : 双碳背景下或将带来大量新增投资需求
13、水#行业(we#资料来源:3.1【供电增加】新能源发电投资需求或高达45. 3万亿元根据上一章节的趋势预测,受未来用电场景大幅扩充的影响,未来我国用 电需求或将急速上升。根据后文报告预测,从现在起至2060年,我国总装机 容量与总发电量均将大幅上涨,同比目前分别上涨约309%与143%,总规模 分别到达 7950GW 与 17,800TWh。分阶段、分结构来看,煤电总装机容量或将于2030年登顶,随后逐年降 低,至2050年占比缺乏3%,至2060年完全关停。而光伏与风电的装机总量 将快速上升,至2030年或将超过煤电规模,至2050年或将占比总装机容量近 一半,至2060年“碳中和”时期或将
14、超过80%的规模水平。相关产能建设或将带来大规模的新增固定资产投资需求。假设单位风电产 能建设投资为70-80亿元/GW,单位光伏发电产能建设投资为24-34亿元/GW, 单位海上风电产能建设投资为156-179亿元/GW,单位核电产能建设投资为 120140亿元/GW,那么至2060年,风电投资需求或为18220.8万亿元,光伏 投资需求或为8.4-12万亿元,海上风电投资需求或为万亿元,核电投 资需求或为万亿元;新能源发电总装机新增产能对应固定资产投资规 模或将高达万亿元。图19 :中国电力系统总装机容量分布预测(GW )资料来源:Wind,图20 :中国电力系统总装机容量构成预测资料来源
15、:Wind,图21 :中国电力系统总发电量分布预测(TWh)煤电气电光伏风电海上风电水电生物质发电核电资料来源:Wind,图22 :中国电力系统总发电量构成预测资料来源:Wind,在发电量层面,煤电发电量也或将于2030年达顶,随后逐年降低,至 2050年或将占比缺乏1%,至2060年随产能完全关停而全部消失。光伏与风 电的发电总量同样将随着装机容量的上升而上升,至2030年或将逼近煤电规 模,至2050年或将占比总发电量近一半,至2060年“碳中和”时期或将到达 近70%的规模水平。从行业需求层面来看,近1.8TWh的发电规模或足以满足未来工业热源大 规模进行电气化改造的新增用电需求。202
16、0年我国钢铁行业粗钢产量为10.53 亿吨,88家企业平均吨钢耗煤量为545.27千克标煤,那么对应我国钢铁行业每 年大约需要5.74亿吨煤来支撑生产。同理,2020年我国全国规模以上的企业 水泥产量为23.77亿吨,平均每吨煤耗108千克,那么对应水泥行业一年煤耗约 为2.57亿吨。按照等热值法计算,我国现行标准认为一千克标准煤约对应 7000千卡热值,一度电的热值为860.04千卡,那么一千克标准煤的热值约等于 8.14KWh电能;假设钢铁与水泥维持现有产能规模不变,且未来全部改为电热 模式生产,那么对应的新增用电需求或为6764.3TWh,约占2060年发电量预测 水平的38%。3.2
17、【传统工业】低碳化改造投资规模或达13. 3万亿元除可实现“零排放”的电气化改造外,传统产能的低碳化升级也是有效降 低碳排放的手段之一,可以配合碳汇的有效提升实现最终“碳中和”的目标。 在此我们仍以钢铁与水泥为例:在钢铁行业领域,2020年中国高炉产能9.47亿吨,电炉1.78亿吨,转炉 10.08亿吨。取估数2020中国钢铁产能约11.86亿吨。假设考虑2060年钢铁产 能全部改以电炉生产模式,那么对应产能改造规模约为10.67亿吨。假设按单位电 炉产能固定资产投资0.5亿元/万吨计算,那么对应新增投资规模约为5.34万亿 元。氢能炼钢是利用氢气作为煤炭的替代品来进行炼钢的革新性技术。该技术
18、 利用氢气还原铁矿石,代替一氧化碳作为还原剂,其排放物主要为水,做到了 生产排放无碳化;同时氢能炼钢的电耗约为传统电炉的75%,可节省约25% 的电能消耗,或可成为未来钢铁生产的又一条新路径。据中金测算,气基直接还原竖炉工艺吨钢氢气消耗量约为40.5千克,假设 上文中的10.67亿吨的钢铁产能全部升级为氢能炼钢设备,那么对应的氢气消耗 量约为1600标准立方米,对应新增制氢设备的固定资产投资或达4800亿元 规模。图23 :传统工业生产的煤炭消耗或随着电热源的普及而大幅下降资料来源:在水泥行业领域,现有技术条件下,推进水泥低碳生产主要有两类途径, 即生物质燃料联合CCUS技术与等离子技术。生物
19、质燃料联合CCUS技术是指利用生物质、固废等可替代燃料取代化石 能源,结合CCUS技术实现直接碳排放归零。此种方法虽不能从根源上杜绝温 室气体的产生,但可以大幅降低碳排放和能耗水平,多余的碳排放可进一步利 用CCUS技术进行回收。等离子技术在水泥行业的应用能够有效减少化石能源 需求,但相对应地也会随着生产环节升级而大幅增加电耗水平。目前由于缺少等离子技术的行业实验数据,该市场的固定资产投资规模暂 时难以估计。故在此假设未来水泥行业的固定资产改造方向全部为生物质燃料 联合CCUS技术。2019中国规模以上工业水泥产能为33.25亿吨,假设新技 术替换原有全部产能,按行业平均CCUS技术改造固定资
20、产投资本钱250元/ 吨计算,那么对应产能升级的固定资产投资规模约为8312亿元。根据上文两局部预测,钢铁与水泥两行业的低碳化产能改造投资规模或达 6.65万亿元,假设钢铁与水泥行业的改造投资占比整体工业产能低碳化改造 50%,那么对应整体工业产能低碳化改造投资需求或达13.3万亿元。3.3 【交通出行】新能源汽车相关新增投资或近4. 4万亿元随着锂电池技术的快速开展,电动汽车凭借快速上升的产品力,在市场中 的渗透率明显上升。根据预测,至2035年的全国汽车销量数据中,新能源汽 车的占比规模或将突破50%,到达1500万辆的规模。另据预测,至2030年“碳达峰”时期,中国整体汽车行业保有量中新
21、能源 汽车占比约17%,至2060年“碳中和”时期,中国或将实现新能源汽车全覆 盖,其中超过95%的占比为电动汽车,主要为乘用汽车;另有约5%的占比为 氢能源汽车,主要为商用汽车。图24 :中国汽车销量预测(万辆)新能源汽车销量非新能源汽车销量渗透率(%)3, 0002, 5002, 0001,5001,000500 60. 0%150.0%40.0%30. 0%20.0%10.0%图25 :中国氢能汽车销量预测O%1崽02 0O8Z06SZ MOZ Roz 09ZOZ 国ON 0寸 zoz 胃ON szoz IN 20N 8SN 匚ON 9SZ 巴。NO资料来源:Wind,资料来源:Wind
22、,高速扩张的产能建设计划或为市场带来大量投资需求,至2060年我国新 能源汽车相关投资新增规模或达4.4万亿元。具体来看:1 .整车新增产能投资:假设2060年整车年产能量3000万辆,产能单价 3亿元/万辆计算,那么对应新能源整车市场新增投资需求或达9000亿 元;.零部件新增产能投资:截至2017年,汽车零部件行业的固定资产投资 占比全汽车工业约73%;假设零部件产能投资与整车产能投资比例关 系为3:1,那么2060年新增汽车零部件产能投资规模可达2.7万亿元;动力电池局部:根据前期测算每百万辆电动汽车对应的动力电池需求 约为73GW,那么2850万辆电动汽车对应动力电池需求约2080GW
23、h,假设按 动力电池产能单价4亿元/GW计算,那么对应动力电池产能新增投资需求约为8300亿元;.充电桩投资:假设按照电动汽车充电基础设施开展指南(2015- 2020)中提到的车桩比1:1的建设需求,那么对应新增充电桩建设需 求或将高达约1500万个,假设按单个充电桩投资1.7万元计算,新建充 电桩的投资需求或将高达2550亿元。图2 : 碳达峰”与碳中和实现路径示意图图2 : 碳达峰”与碳中和实现路径示意图20202030E2O4OE资料来源:1 .政策背景及“双碳”行动的中长期开展趋势“双碳”行动下,中国政府不仅对绿色生产生活概念进行了引导,也将相 关政策的落实提上议程,在推进过程中区域
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