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    碳中和深度研究報告:大重構與六大碳減排路線

    2021-07-16
    ?碳中和深度研究報告:大重構與六大碳減排路線
    碳中和與大重構:供給側改革、能源革命與產業升級
    “碳中和”是我國能源安全和經濟轉型的內在需求,也是世界各國利益對立和統 一。其中對立體現在“碳排放權”背后發展權的博弈,統一體現在全球應對氣候 變化政策的一致。相比發達國家,我國實現“碳中和”的年限更短,碳排放下降 的斜率更大?;谔寂欧艁碓吹娜紵?、非燃燒過程,我們構建了“碳中和”的實 現路徑:1)供給側提高可再生能源比例,構建零碳電力為主、氫能為輔的能源 結構,同時大力發展儲能以保障電網平衡;2)需求側從工業、交通、建筑三個 部門著手,全面推廣終端電氣化、源頭減量、節能提效;3)改良工業過程,針 對工業原料的氧化還原、分解采取針對性的原料替換。
    六大路線:源頭減量、能源替代、節能提效、回收利用、工藝改造、碳捕集
    1)源頭減量:短期減排壓力下,政府可能通過“能耗”等措施進行供給側改革, 需要關注是否發生階段性沖刺,引發大宗商品價格進一步上漲。噸產品能耗大戶: 電解鋁、硅鐵(鋼鐵)、石墨電極、水泥、銅加工、燒堿、滌綸、黃磷、鋅等;
    2)能源替代:以風光、儲能、氫能、新能源汽車為代表的的新能源行業,包括 供應鏈上下游、制造端、運營端在內的全產業鏈都將受益于碳中和對投資的拉動;
    3)節能提效:工業節能、建筑節能及節能設備將受益;
    4)回收利用:再生資源的回收利用可以有效減少初次生產過程中的碳排放,如 廢鋼、電池回收、垃圾分類及固廢處理;
    5)工藝改造:主要集中在電池技術升級、智慧電網、分布式電源、特高壓、能 源互聯網、裝配式等方面;
    6)碳捕集:部分路徑碳減排的難度較大,二氧化碳捕集、利用與封存可能作為 “兜底”技術存在。目前來看成本處于高位,不同路線成本在 700-1500 元/噸。
    1、 碳中和:大重構
    1.1、 發展的權利:大國博弈與利益統一
    站在全球視角,我們認為中國加快“碳達峰、碳中和”主要基于以下三方面推動:
    (1)“碳中和”是中國經濟的內在需求——能源保障、產業轉型
    在能源保障方面:2020 年底,我國原油進口依賴度達 73%,天然氣進口依賴度 也在 40%以上;基于能源保障考慮,發展新能源具有必要性。與此同時,我國 已在新能源領域建立起全球優勢。根據麥肯錫測算,我國在太陽能電池板領域的 國家表現遠超美國,在所有行業對比中位列第一。
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    在產業轉型方面:雖然“新冠疫情”對全球經濟的負面影響正在逐步消除,但是 仍有流動性泛濫、債務問題等未來潛在的風險點;中國經濟已經取得了長足的進 度,然而面對比如貿易摩擦、技術封鎖等復雜的國際形勢,做好自己顯得尤為重 要,科技創新和產業升級將是未來重要的發展方向,加快新產業的戰略布局,產 業結構調整的力度前所未有,步伐明顯加快,在能源與資源領域、網絡信息領域、 先進材料與制造領域、農業領域、人口健康領域等出現科技革命的可能性較大。
    “碳減排”作為重要的抓手,通過“碳成本”這一要素的流動,推動我國產業結 構性改革。
    2)“碳中和”的對立性——大國博弈、貿易摩擦
    部分發達國家其實此前已多次討論過包括對中國在內的不實施碳減排限額國家 的進口產品征收“碳關稅”,但因經濟與貿易依賴性、碳市場不成熟等原因而擱 淺。
    根據 OECD 數據,2015 年我國對外出口約 6 億噸 CO2,其中對美出口 2.26 億 噸,占比約 35%。假設國際對我國按 40 美元/噸征收碳稅,增加開支約 260 億 美元;按 100 美元/噸,增加 650 億美元。假設我國碳排放成本全部內部化,2019 年我國碳排放 98.26 億噸,按碳價 100 美元/噸測算,需 9826 億美元。
    “排碳限制”的本質,是一種發展權的限制;而“碳關稅”的本質,是應對貿易 劣勢的一種手段,而這種劣勢,可能一部分是由實施碳減排后成本增加而造成的。 站在我國的角度:“碳關稅”既是貿易壁壘“壓力”,也是產業結構升級的“動 力”。
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    為什么“新冠疫情”后,我國推動“碳中和”更加迅速?——增加國際聲譽和話 語權。2019 年我國碳排放量達 98.26 億噸位列全球第一(人均碳排放和碳排放 量/GDP 均相對較低),自 2005 年以來為全球碳排放總量最高的國家(加入世 貿組織后,全球產業鏈分工變化所致)。近年來我國碳排放增速已有所放緩,但 較為龐大的人口基數使得我國碳排放全球占比仍在持續提升,2019 年達 28.76%。
    而針對“新冠疫情”源頭問題,經常有部分西方國家和人員因政治原因公開抹黑 中國。而加速推動“碳中和”將助力我國樹立負責任的大國形象,在國際氣候法 律秩序構建中爭取獲得“話語權”,并掌握未來全球“游戲規則”的主動權和制 定權。
    目前,全人類氣候目標競賽已經開啟,根據 EnergyClimate 機構推出的凈零排 放競賽計分卡,目前我國已處于第四梯隊,位列全球第 28 位。
    3)“碳中和”的統一性:全球難得的政策與利益一致點
    從全球來看,多數國家已更新 NDC(國家自主貢獻)目標?!疤贾泻汀币殉蔀?全球大趨勢。
    拜登上臺后,美國重新加入《巴黎協定》,應對氣候變化是拜登此次總統競選的 核心承諾之一,未來美國將在全球氣候變化、新能源發展方面采取更多的措施。
    雖然前期中美在貿易和技術層面有著種種的不愉快,但是在應對全球氣候變化方 面,無論是中美還是全球,在碳中和方面,具有相同的利益和方向。
    1.2、 我國的碳減排將是一段艱苦的歷程
    盡管全球越來越多的政府正在將碳中和目標納入國家戰略,但就具體目標而言, 仍有區別。如歐盟在 2020 年 3 月提交《氣候中性法》,旨在從法律層面確保歐洲到2050 年成為首個“氣候中性”大陸。美國加州和中國分別制定了 2045 年 和 2060 年“碳中和”目標。加州的目標包括削減所有溫室氣體排放,包括二氧 化碳、甲烷等,并抵消其無法削減的排放量,而中國的目標僅針對二氧化碳。
    我國碳排放下降斜率更大。由于發展階段的不同,發達國家已普遍經歷“碳達峰”, 為達到 2050 年“碳中和”,更大程度上只是延續以往的減排斜率。而我國碳排 放總量仍在增加,需要經歷 2030 年前“碳達峰”,然后走向 2060 年前“碳中 和”。從實現“碳中和”的年限來看,比發達國家時間更緊迫,碳排放下降的斜 率更大。
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    在陡峭的碳排放量下降曲線背后,是規?;慕洕Y構轉型。這意味著我國當前 經濟結構下相當規模的存量資產將失去原有功能。
    煤電資產擱淺的問題,表明了轉型需經歷陣痛。一方面,從能源結構和自身稟賦 來看,我國的能源消耗以煤為主,煤電發電量在 2019 年占總發電量的 65%,遠 超發達國家;另一方面,我國煤電機組的平均服役年限僅 12 年,而發達國家普 遍達到 40 年以上。更快的碳排放量下降斜率,意味著將會有大量的未達到退役 年限的煤電資產提前“擱淺”。
    根據牛津大學 2017 年研究,在不同的情景假設下,我國煤電擱淺資產規模估算 可能高達 30,860-72,010 億元(合 4,490-10,470 億美元),相當于中國 2015 年 GDP 的 4.1-9.5%。由于近年來我國仍在新建煤電機組,實際擱淺規??赡芨?大。
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    1.3、 “碳中和”對我國意味著什么?
    在碳排放量結構方面,目前發電已成為占比最高的部門。2019 年我國碳排放量 115 億噸,其中發電碳排放量 45.69 億噸 CO2,占比 40%;工業燃燒碳排放量 33.12 億噸 CO2,占比 29%。
    各大碳排放重點國家中,除美國外,碳排放占比最高的均為發電部門(美國為交通,占比 45%)。因此,要實現“碳中和”,能源轉型首當其沖。
    廣義的能源板塊包括能源的產生、轉換、消費過程,用途包括驅動、產熱等,是 大多數溫室氣體排放的根源。除此之外,交通、工業過程和農業也是溫室氣體排 放的主要來源。
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    從微觀角度看,工業企業碳核算邊界內主要包含三個方面:
    1)燃料在氧化燃燒過程中產生的溫室氣體排放;
    2)在生產、廢棄物處理處置過程中除燃料燃燒之外的物理或化學變化造成的溫 室氣體排放;
    3)企業輸入/出的電力、熱力所對應的電力、熱力生產環節產生的二氧化碳排放。
    這意味著我們需要從燃料燃燒/非燃燒過程著手,向可再生能源轉變;或通過節 能降耗的措施減少二氧化碳的排放。
    2、 六大碳減排路線:供給側改革、能源革命與產業升級
    我們從“能源碳”和“物質碳”兩方面出發,構建了“碳中和”的實現路徑。
    一、能源碳
    1)能源供給側:提高可再生能源比例,構建零碳電力為主、氫能為輔的能源結 構,同時大力發展儲能以保障電網平衡。
    2)能源需求側:分行業看,主要是工業、交通、建筑三個部門;按實現路徑劃 分,主要有終端電氣化、源頭減量、節能提效三種途徑。
    二、物質碳
    物質碳與工業過程息息相關,因此涉及到大規模的工藝改變和原材料替換。
    2.1、 源頭減量:碳減排驅動的供給側改革
    (1)2021 年 1 月 26 日,國務院新聞發布會披露,工信部與國家發改委等相關 部門正在研究制定新的產能置換辦法和項目備案的指導意見,逐步建立以碳排放、 污染物排放、能耗總量為依據的存量約束機制,確保 2021 年全面實現鋼鐵產量 同比的下降。
    促進鋼鐵產量的壓減主要從以下四個方面:
    一是嚴禁新增鋼鐵產能。對確有必要建設的鋼鐵冶煉項目需要嚴格執行產能置換 的政策,對違法違規新增的冶煉產能行為將加大查處力度,強化負面預警。同時 不斷地強化環保、能耗、安全、質量等要素約束,規范企業生產行為。
    二是完善相關的政策措施。根據產業發展的新情況,工信部和國家發改委等相關 部門正在研究制定新的產能置換辦法和項目備案的指導意見,將進一步指導鞏固 鋼鐵去產能的工作成效。
    三是推進鋼鐵行業的兼并重組,推動提高行業集中度,推動解決行業長期存在的 同質化競爭嚴重,資源配置不合理,研發創新協同能力不強等問題,提高行業的 創新能力和規模效益。
    四是堅決壓縮鋼鐵產量。結合當前行業發展的總體態勢,著眼于實現碳達峰、碳 中和階段性目標,逐步建立以碳排放、污染物排放、能耗總量為依據的存量約束 機制,研究制定相關工作方案,確保 2021 年全面實現鋼鐵產量同比下降。
    回顧上一輪供給側改革,以差別化電價、階梯電價為代表的市場化政策,以及清 查中頻爐(地條鋼)為代表的行政手段(包括后期的環保督查),有效促進了鋼 鐵行業落后產能淘汰,也使鋼鐵價格飆升。 目前,政策尚處于討論中,我們需要進一步進行分析:
    1)雖然碳減排是一場“馬拉松”,但是指標的設定、路徑的選擇具有顯著的政 策因素,而目前在其他減排路徑經濟技術較為一般或時間成本較高的情況下,短 期壓減產能或許是一條行之有效的措施;
    2)目前,生態環境部主管碳減排相關事宜,從環保督察手段來看,歷史已證明 其有效性;
    3)各地、各行業都將制定自己的減排目標和減排路徑,不可避免有排名、比較 的因素。綜上所述,我們對通過壓減落后產能來降低能耗進而減少二氧化碳排放的政策手 段持樂觀態度。當然具體仍需要待政策最終落地,具體評估減排指標與減排路線。
    (2) 2021 年 2 月 4 日,內蒙發布《調整部分行業電價政策和電力市場交易政 策》,對部分行業電價政策和電力市場交易政策進行調整。嚴格按照國家規定對 電解鋁、鐵合金、電石、燒堿、水泥、鋼鐵、黃磷、鋅冶煉 8 個行業實行差別電 價政策,繼續對電解鋁、水泥、鋼鐵行業執行階梯電價政策。
    2021 年 2 月 24 日,甘肅省發布《高耗能行業執行差別電價管理辦法通知》, 要求 2021 年 3 月 31 日前完成本地區首次執行差別電價企業確認工作。針對鋼 鐵、鐵合金、電解鋁、鋅冶煉、電石、燒堿、黃磷、水泥等八個高耗能企業,按 照允許類、限制類、淘汰類,執行差別化電價。
    從近期政策來看,以碳排放、能耗總量、污染物排放為依據的存量約束機制正在 收緊。
    電網企業因實施差別電價政策而增加的加價電費收入全額上繳省級國庫,納入省 級財政預算,實行“收支兩條線”管理,統籌用于支持經濟結構調整和節能減排 工作。對水泥行業、鋼鐵行業因實施差別電價政策增加的電費收入,10%留電網 企業用于彌補執行差別電價增加的成本;90%上繳省級國庫,納入省級財政預算, 統籌用于支持行業技術改造和轉型升級,促進經濟結構調整。
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    在“碳達峰”、“碳中和”目標的倒逼之下,“能耗指標”將成為重要的抓手, 2021 年全球經濟復蘇,大宗商品價格上漲動力較強,疊加“碳中和”目標下的 產能壓降手段,高能耗產品供給側約束后,價格有可能進一步提升。
    我們根據能耗指標,梳理了高耗能類型產品:電解鋁、硅鐵、電爐錳鐵、石墨電 極、燒堿、滌綸、銅等,都有可能成為限制對象。
    2.2、 能源替代:新能源長期發展的盛宴
    現有的能源系統中,煤、石油是主要力量。據統計年鑒數據,2019 年我國能源 消費總量 48.7 億噸標煤,其中煤炭、石油、天然氣、一次電力及其他能源占比 分別為 57.7%、18.9%、8.1%、15.3%。
    從用途來看,石油主要用于終端消費(交通、工業),煤炭主要用于中間消費(火 力發電),天然氣主要用于終端消費(交通、工業、建筑部門)。
    回顧人類對能源利用的探索歷程,實際上是從利用核外電子到利用核內電子的過 程,但這恰是宇宙、物質、能源發展的逆過程。
    二次能源中,對電能的利用是一項偉大的革命,現已成為能源利用的樞紐,從歷 史上看,“電”也引發了多次生產技術革命。而氫能同作為二次能源,具有可存 儲的優勢,但也因制備和使用效率稍遜而經濟性較差,但從能量循環的角度看, 可以有助于碳的減排。
    鋰、氫能同作為可行且具有前景電子存儲載體,其重要的原理特點在于,Li+與 H2 都是小粒子,有助于提升物質/能源轉換便利性。
    碳中和的最重要目的就是減少含碳溫室氣體的排放,采用合適的技術固碳,最終 達到平衡。
    為達到碳中和,我們預計到 2060 年,清潔電力將成為能源系統的配置中樞。供 給側以光伏+風電為主,輔以核電、水電、生物質發電;需求側全面電動化,并 輔以氫能。
    2.2.1、能源供給側:可再生能源主導
    總量層面:
    核心假設:
    (1)我們采用“自上而下”的測算方法,假設未來 GDP 增速和發電量增速從“十 三五”末期的 5%逐步下降到 2.5%;而由于節能降耗的原因,未來單位 GDP 能 耗逐步下降,電力消費彈性系數將小于 1。
    (2)假設未來我國總發電量和 GDP 保持同步增長態勢且增速一致,假設 GDP 和總發電量增速分別為 2021-2030 年 4%、2031-2040 年 3%、2041-2060 年 2.5%。
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    根據我們的上述假設,以 2019 年發電量 7.22 萬億千瓦時為基礎,2030 年發電 量達到 11.9 萬億千瓦時(和部分機構的預測數據基本一致),2060 年發電量進一步達到 32.71 萬億千瓦時。
    結構層面:
    在總發電量預測的基礎上,我們將進一步對不同發電方式未來的發電量及相應的 裝機需求進行拆分。
    核心假設:
    (1)火電:裝機量方面,在 2030 年碳達峰基礎上,在經濟發展的過程中 2020-2030 年仍需要有一定規模的火電裝機支撐發電量增長,因此我們假設火電 裝機在 2020-2030 年間每年仍將維持增長態勢,但增量逐步減少直至 2030 年無 新增火電裝機;2030-2060 年,火電裝機每年將逐步退出電力市場,直至 2060 年碳中和時存量火電裝機清零。利用小時數方面,隨著火電裝機的逐步減少,未 來火電將更多用于調峰平抑發電曲線,因此我們假設火電利用小時數從 2020 年 的 4080 小時逐步降低至 2030 年的 3080 小時,后續則保持平穩。發電量方面, 在裝機量和利用小時數假設的基礎上,火電的發電量占比將從 2020 年的 68%逐 步減少至 2060 年碳達峰時的 0%。
    (2)水+核能+生物質:假設未來水+核能+生物質整體的發電量情況保持穩定, 2020-2060 年,在 1.7 萬億千瓦時的基礎上每年增長 2%。
    (3)光伏+風電:在火電發電量逐步減少,水+核能+生物質發電量保持相對穩 健增長的背景下,光伏和風力發電將逐步成為未來最重要的發電方式。發電量占 比方面,我們假設光伏+風電發電量中光伏發電的占比維持在 40%;利用小時數 方面,假設風電、光伏年利用小時數分別維持在 2400h、1300h;裝機量方面, 在總發電量發展、其他發電方式發電量、光伏發電量占比、以及光伏和風電利用 小時數等預測的基礎上,我們測算得出2030年風電、光伏新增裝機量分別為1.53、 1.88 億千瓦,2060 年風電、光伏新增裝機量進一步達到為 2.19、2.7 億千瓦。
    (4)儲能:由于光伏、風電的不穩定性,必須輔以必要的儲能以平抑發電波動。 假設儲能容配比從 2020 年的 10%逐步提升至 2060 年的 100%,備電時長從 2020 年的 2h 逐步提升至 2060 年的 4h,則儲能每年的新增容量將從 2020 年的 0.24 億千瓦時增長至 2060 年的 19.55 億千瓦時。
    需要注意的是,我們對光伏、風電新增裝機量的預測源自對部分關鍵變量的核心 假設,如果其未來發生變化(如火電利用小時降低超預期、水+核能+生物質發 電量降低、儲能配套設施建設超預期等),則未來光伏、風電每年的新增裝機量 或將超預期增長。
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    投資層面:
    在每年光伏、風電新增裝機量的測算基礎上,我們將進一步測算可再生能源發電 設施建設所需要的投資規模。
    核心假設:
    (1)預測光伏、風電、儲能的單位投資成本保持下降趨勢,到 2030 年分別達 到 0.371 元/瓦、5.63 元/瓦、1.03 元/瓦時,到 2060 年分別達到 1.35 元/瓦、 4.5 元/瓦、0.5 元/瓦時。
    結合我們對光伏、風電、儲能新增裝機預測,可以得到 2021-2060 年每年在可 再生能源發電端所需要的投資規模。我們預測“碳中和”將為可再生能源發電領 域累計增加約 84 萬億元人民幣的新增投資,其中光伏、風電裝機建設投資規模 約 60 萬億元,儲能設施投資規模約 24 萬億元。
    氫能
    在能源供給側脫碳的過程中,氫能與電能同為重要的二次能源,扮演著重要作用, 如重工業(高溫-超高溫環境)、道路交通(氫燃料汽車)、大規模儲能、船運 等。
    目前,電解水制氫的成本仍較高。根據能源轉型委員會的預測,隨著電解槽成本 下降,未來電解水制氫將成為主流方法。要實現“零碳”排放,電解水所需的電 力也必須來自于可再生能源,由此產生的氫氣稱為“綠氫”。
    海上風電制氫(直接在風機附近制氫)是海上風電未來發展的重要方向,主要有 兩個原因:
    1)隨著海上風電離岸越來越遠,外送電纜投資成本也逐步攀升,而利用風機所 發電力將水電解產生氫氣后,通過比電纜便宜得多的管道將氫氣送到岸上,甚至 有些海域有現成的天然氣管道可供使用;
    2)氫氣可以儲存,而電力難以儲存。
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    2.2.2、能源需求側:終端電氣化
    由于能源供給側向綠色電力轉變,所以需求側的脫碳首先意味著終端電氣化。 根據國網能源研究院 2019 年 12 月的研究成果,終端電氣化率在 2050 年達到 50%以上,其中工業、建筑、交通部門分別達到 52%、65%、35%。
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    工業部門電氣化
    鋼鐵、電解鋁、水泥等行業是能耗大戶,也是碳排放大戶。
    鋼鐵行業的電氣化路徑主要是從高爐轉向電爐,電爐及其設備、耗材仍具有較好 的投資機會。根據鋼協數據,2019 年我國鋼鐵行業 90%以上的產能采用高爐 (BOF)技術,而電爐技術(EAF)僅占生產總量的 9%。特別是以廢鋼為原料 的短流程煉鋼技術,碳排放量僅 0.4 噸二氧化碳/噸鋼,若使用綠色電力為電爐 供能,則碳排放量可降為 0。
    水泥的生產過程中需要將水泥窯加熱到 1600 攝氏度以上,目前電爐的使用尚未 商業化,投資成本較高。目前較為可行的方法是用沼氣、生物質替代化石燃料。
    建筑部門電氣化
    從建筑屬性來看,可以分為公共建筑、城鎮居民建筑和農村居民建筑。從用途來 看,供熱、制冷、烹飪是中國建筑部門的主要能源消費來源。建筑部門的電氣化 率仍較低,2017 年僅為 28%。
    目前,制冷、照明、家電已經實現了 100%電氣化,供暖和烹飪的電氣化推進較 為緩慢。我國北方城鎮普遍實行集中供暖,主要熱源為燃煤熱電聯產和燃煤鍋爐。 自 2017 年以來,我國北方地區推行“煤改氣”、“煤改電”,對建筑部門的電 氣化有一定的推動作用。
    炊事方面,根據清華大學建筑電氣化接受程度調研,一方面,住宅炊事用能逐漸 向公建轉移,應關注公建餐廳電氣化;另一方面,住宅炊事電氣化最大難點在于 改變用戶習慣。
    總之,建筑部門電氣化需綜合考慮公共部門與居民住宅,也要考慮南北方氣候差 異。隨著人民生活水平提高,家用電器的數量和使用強度呈上升趨勢。未來采暖 電氣化應逐步替代燃煤鍋爐,炊事電氣化應重點關注餐廳電氣化和住宅炊事習慣 引導。
    交通部門電氣化
    交通部門的電氣化具有三個方面的含義:
    1)道路交通(小型、輕型):綠色電力為基礎的電動車(電池),配套充電樁、換電站;
    2)道路交通(重型)、鐵路或海運:氫能(或氨氣),配套加氫站;
    3)航空:生物航空柴油為主要方向。
    我們預計,乘用車銷量在 2040 年見頂,電動車的滲透率在 2045 年達到 100%, 則電動車的銷量將在 2045 年達到 3600 萬輛/年。假設單車售價保持下行趨勢, 在 2060 年達到 12 萬元/輛左右。則電動車領域累計將帶來 130 萬億人民幣的累 計新增投資。
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    隨著電動車保有量的提升,假設車樁比在 2030 年達到 1:1,則 2060 年充電樁 總數將超過 5 億個。綜合考慮充電樁的新建需求和更換需求,累計新增投資達到 18.15 萬億元人民幣。
    氫能燃料電池將主要用于重型道路交通(客車、貨車)。假設輕型、中型、大型 貨車的年銷量保持在 150、20、70 萬輛,燃料電池滲透率在 2045 年達到 40%、 60%、80%,而后保持該滲透率;輕型、中型、大型客車的年銷量保持 30、7、 7 萬輛,燃料電池滲透率在 2045 年達到 30%、50%、70%,而后保持該滲透率, 則累計新增投資達到 29 萬億元人民幣。
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    2.3、 回收利用:綠色低碳的循環經濟
    再生資源的回收利用可以有效減少初次生產過程中的碳排放。目前來看,市場潛 力主要集中在三大領域:
    1)高耗能行業(鋼鐵、水泥、鋁和塑料)的產品再生;
    2)廢棄物(秸稈、林業廢棄物、生活垃圾)的能源化利用;
    3)動力電池回收利用。
    廢鋼利用:
    據世界鋼鐵協會預測,從中長期來看,過去二十年中國鋼材消費量的迅速增長, 將帶動中國國內的廢鋼資源快速增長。在未來數年里,中國國內的廢鋼供應量可 滿足中國的煉鋼需求。
    鋼鐵行業的電氣化趨勢(電爐代替高爐)與廢鋼的利用屬于同一路徑。對比發達 國家,我國的電爐鋼產量占比處于較低水平。
    再生鋁:
    電解鋁的碳排放來源主要包括:電力消耗、碳陽極消耗、陽極效應導致全氟化碳 排放。再生鋁可以有效減少初次生產的能耗與碳排放,目前我國的再生鋁產量占 比同樣處于較低水平。
    塑料循環利用:
    在化工行業的數千種產品中,僅氨、甲醇和 HVC(高價值化學品,包括輕烯烴 和芳烴)三大類基礎化工產品的終端能耗總量就占到該行業的四分之三左右。
    據上海市再生資源回收利用行業協會披露,2019 年我國產生廢塑料 6300 萬噸, 回收量 1890 萬噸,回收率僅 30%。
    根據能源轉型委員會研究,2050 年,中國的塑料需求中 52%可由回收再利用的 二次塑料提供,初級塑料產量與國際能源署的照常發展情景中的回收率水平下的 產量相比減少 45%,HVC 和甲醇的需求分別較照常發展情景大幅減少 40%和 18%。
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    動力電池回收:
    磷酸鐵鋰電池回收后兩大利用途徑:梯次利用與拆解回收,這兩個途徑并不是排 斥關系,而是互補關系。
    三元正極材料回收與再生的技術路線主要分以下兩種形式:
    物理修復再生,對只是失去活性鋰元素的三元正極材料,直接添加鋰元素并通過 高溫燒結進行修復再生;對于嚴重容量衰減、表面晶體結構發生改變的正極材料, 進行水熱處理和短暫的高溫燒結再生;
    冶金法回收,主要有火法、濕法、生物浸出法三種方式。其中火法耗能高,會產 生有價成分損失,且產生有毒有害氣體;生物浸出法處理效果差,周期較長,且 菌群培養困難;相比之下,濕法具有效率高、運行可靠、能耗低、不產生有毒有 害氣體等有毒,因此應用更普遍。
    對于三元電池,我們預測:2019 年預計可回收三元正極 0.13 萬噸,隨后逐年遞 增至 2030 年的 29.25 萬噸。
    1)NCM333:隨著 2014 年安裝的 NCM333 三元電池于2019 年開始退役,2019 到 2022 年 NCM333 回收量逐步增加,2022 年達峰值 1.28 萬噸,隨后由于 NCM333 的退出而逐步減少,至 2026 年回收量歸零;
    2)NCM523:2016 年開始進入市場的 NCM523 于 2021 年開始報廢回收,隨后 回收量于 23-28 年穩定在 4-6 萬噸之間,預計 2030 年上漲至 10.78 萬噸;
    3)NCM622:2017 年進入市場的 NCM622 于 2022 年開始報廢回收,回收量小 幅上漲,直到 28 年上漲幅度增加,預計 30 年可回收 6.03 萬噸;
    4)NCM811:2018 年進入市場的 NCM811 于 2023 年開始報廢回收,預計 30 年可增長至 12.44 萬噸。預計 30 年可回收鋰 2.09 萬噸,鎳 11.47 萬噸,鈷 2.80 萬噸,錳 3.23 萬噸。
    對于磷酸鐵鋰電池,我們預測:
    1)2030 年,報廢鐵鋰電池將達到 31.33 萬噸;
    2)隨著梯次利用逐年上升,預計 2030 年可梯次利用的鐵鋰電池達 109.93GWh, 共 25.06 萬噸;其余 6.27 萬噸進行拆解回收,可回收鋰元素 0.28 萬噸;
    3)2027 年梯次利用的磷酸鐵鋰電池將在 2030 年達到報廢標準,此時拆解回收 8.604 萬噸,可回收鋰元素 0.379 萬噸。二者總計可以回收鋰元素 0.65 萬噸。
    市場空間方面,根據我們的測算: 三元電池回收:在金屬處于現價( )時,2030 年三元電池鋰/鎳/鈷/ 錳回收市場空間預計 103.67/154.24/85.80/5.29 億元。
    磷酸鐵鋰電池回收:
    中性假設條件下(梯次利用殘值率 30%),2030 年梯次利用市場空間預計 180.93 億元。在鋰金屬處于現價(2021/1/22)時,2030 年磷酸鐵鋰電池鋰元素回收 市場空間預計 32.38 億元。
    2.4、 節能提效:低碳社會的護航者
    工業節能:
    2020年噸新型干法水泥熟料綜合能耗已下降至85kg標煤,較2005年下降35%。 噸鋼綜合能耗下降至 552 克標煤,較 2005 年下降 20%以上。
    中國鋼鐵行業還有一定的節能技術推廣、能效提高的空間。如余熱回收(TRT 等技術)、高級干熄焦技術(CDQ)等。
    對于水泥行業來說,2020 年底已有 80%的水泥窯利用余熱發電,總裝機 4850 兆瓦。同時,現有的商業模式(DBB 模式、EPC 模式、BOT 模式)較為成熟, 將推動我國實現“2035 年熟料生產完全不依賴外部電力”的目標。
    針對化工行業,由中國石油和化學工業聯合會主辦的石油和化工行業重點耗能產 品能效“領跑者”標桿企業評選已持續多年,2018 年行業單位能耗持續下降, 萬元收入耗標煤同比下降 10%,電石、純堿、燒堿、合成氨等重點產品單位綜 合能耗同比分別下降 2.18%、0.6%、0.51%和 0.69%。
    建筑能效提升:
    根據國務院新聞辦公室《新時代的中國能源發展白皮書》,截止 2019 年底,我 國累計建成節能建筑面積 198 億平米,占城鎮既有建筑面積比例超過 56%。推 動既有居住建筑節能改造,提升公共建筑能效水平,是建筑領域節能的重要途徑。 在居民制冷、取暖領域,熱泵技術可以有效利用空氣熱能,較現有的壁掛爐、電 加熱等方式更節能。
    節能設備
    功率半導體 IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的應用,可以有效提升能效水平,尤 其是在家電(變頻家電)和工業(工業控制和自動化)領域,兩者占 IGBT 下游 需求的 47%左右。
    根據產業在線統計,2013 年變頻空調標準頒布實施,空調的變頻占有率提升超 過了 6 個百分點;2016 年 10 月份冰箱新標準實施,2017 年冰箱的變頻化率迅 速提高了 10%;洗衣機新標準在 2018 年 10 月推出,2019 年變頻洗衣機的市 占率較推出前大幅增加了 8 個百分點。
    未來隨著能效要求的進一步提升,以 IGBT 為核心的變頻領域前景廣闊。
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    2.5、 工業過程脫碳與工藝變革
    工藝變革
    除了能源使用(主要是化石燃料燃燒及電力/熱力使用),工業過程碳排放也是 重要的二氧化碳來源,2017 年占比 13%。 工業過程碳排放與各個行業采用的生產工藝直接相關。
    (1)如鋼鐵行業:含碳原料(電極、生鐵、直接還原鐵)和溶劑的分解和氧化;
    (2)電解鋁:碳陽極消耗、陽極效應導致全氟化碳排放;
    (3)水泥:污水污泥等廢棄物里所含有的非生物質碳的燃燒、原材料碳酸鹽分 解產生的二氧化碳排放、生料中非燃料碳煅燒。
    相比于“能源碳”,“過程碳”的去除更加困難。原因在于:
    (1)生產工藝深度整合,對工藝過程的某一部分的改變都伴隨著過程其他部分 的改變;
    (2)生產設施的使用壽命很長,通常超過 50 年(定期維護)。改變現有場地 的工藝需要昂貴的重建或改造;
    (3)大宗商品全球交易,水泥、鋼鐵、氨和乙烯是大宗商品,在采購決策中, 成本是決定性因素。除水泥外,這些產品都在全球范圍內進行交易。一般來說, 在所有四個部門中,外部性都沒有被考慮在內,而且還沒有為可持續或脫碳產品 支付更多費用的意愿。
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    隨著“碳中和”的推進,短流程鋼的產量占比將逐步提升。對于剩余長流程鋼來 說,可以采用基于工藝改造的脫碳路線,如基于氫氣的直接還原鐵(DRI)、電 解法煉鋼、生物質煉鋼、碳捕集與封存(CCS)。
    水泥生產過程中,由于石灰石分解產生的二氧化碳排放占到總量的 60%,因此 將不可避免用到碳捕集與封存(CCS)。其次,原料替代(粉煤灰、鋼渣)等替 代品已被廣泛使用,其他如氧化鎂、堿/地質聚合物粘合劑等同樣具備潛力。
    2.6、 CCUS:零排放“兜底”技術
    由于工藝替代的困難,“物質碳”在一定程度上不可避免,特別是在水泥、鋼鐵、 化工等重工業領域。也即如果不采用 CCUS,這些行業幾乎不可能實現凈零排放。
    二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)是指將二氧化碳從排放源中分離后或直接 加以利用或封存,以實現二氧化碳減排的工業過程。
    碳捕集的主要應用領域包括:
    (1)煤氣化制氫以及甲烷重整制氫過程;
    (2)工業部門的化石燃料燃燒過程;
    (3)化工原料相關碳排放和水泥生產的過程排放等;
    (4)電力部門中的應對短期和季節性峰值的火力發電。
    2019 年中國共有 18 個捕集項目在運行,二氧化碳捕集量約 170 萬噸;12個地質利用項目運行中,地質利用量約 100 萬噸;化工利用量約 25 萬噸、生物利用 量約 6 萬噸。
    在 CCUS 捕集、輸送、利用與封存環節中,捕集是能耗和成本最高的環節。二 氧化碳排放源可以劃分為兩類:
    一類是高濃度源(如煤化工、煉化廠、天然氣凈化廠等),另一類是低濃度源(如 燃煤電廠、鋼鐵廠、水泥廠等)。高濃度源的捕集成本大大低于低濃度源。
    捕集環節:典型項目(低濃度燃煤電廠)的成本約在 300-500 元/噸;
    運輸環節:罐車運輸成本約為 0.9-1.4 元/噸/公里,管道運輸成本約為 0.9-1.4 元/噸/公里;
    利用封存環節:驅油封存技術成本約在 120-800 元/噸,同時可以提高石油采收 率。咸水層封存的成本約為 249 元/噸。
    3、 投資建議:快與慢、短與長
    3.1、 不同減排路徑成熟度不同
    通過構建“碳中和”實現框架,我們跟隨全社會碳足跡,總結出各個領域的不同 的路徑。當然,由于技術、成本、實施條件的差異,不同的路徑之間成熟度差異 較大。
    目前比較成熟的路徑有:工業領域的鋼鐵電爐、廢鋼利用、水泥協同處置、再生 鋁等,道路交通領域的電動車與充電樁,能源領域的清潔能源,建筑領域的電氣 化與空氣熱泵、裝配式建筑等,以及消費側的綠色出行、垃圾分類等;
    處于起步階段的路徑有:工業領域的壓減、轉移產能,交通領域的燃料電池、氫 能、電池回收等,能源領域的智慧電網、棄風棄光利用、火電產能壓減等;
    處于研究階段的路徑有:水泥清潔燃料、化工 Power-to-X、鋼鐵氫還原,以及 碳捕集在各個領域的推廣應用。
    3.2、 投資主線
    1.源頭減量:按照目前的碳配額發放標準和碳價情境下,碳減排(碳捕捉)等方 式的經濟性尚未滿足大規模市場化推廣的需求,政府可能通過“能耗”等措施長 周期進行供給側改革,需要關注是否發生階段性沖刺,引發大宗商品價格進一步 上漲。噸產品能耗大戶:電解鋁、硅鐵(鋼鐵)、石墨電極、水泥、銅加工、燒 堿、滌綸、黃磷、鋅等。
    相關企業:鄂爾多斯、方大炭素、華宏科技等。
    2.能源替代:以光伏、風電、儲能、氫能、新能源汽車為代表的的新能源行業, 包括供應鏈上下游、制造端、運營端在內的全產業鏈都將收益于碳中和對投資的 拉動。
    相關企業:
    逆變器(貫穿風光儲氫且更接近數字和系統概念,需持續關注格局變化):陽光 電源、固德威、錦浪科技;
    光伏(格局相對穩定,但是需關注潛在的新技術放量帶來的格局變化可能):隆 基股份、通威股份、福斯特等;
    風電(尋找裝機量的預期差):日月股份、明陽智能、振江股份,恒潤股份;
    儲能(剛剛起步,市場廣闊):寧德時代、派能科技、永福股份、國軒高科;
    氫能與燃料電池(關注成本下降曲線):億華通-U、濰柴動力;
    鋰電新能源車(中游格局相對穩定,上游及芯片彈性較大):寧德時代、億緯鋰 能、孚能科技、國軒高科;
    光伏/風電運營商(平價后量/現金流穩定性提升):太陽能、節能風電、龍源電 力(H)、大唐新能源(H);
    鋰電回收(市場蓄勢待發,關注產業鏈配套):格林美、寧德時代、贛鋒鋰業、 華友鈷業、光華科技;
    充電樁(新能源車配套基礎設施建設):特銳德、盛弘股份、中恒電氣、許繼電氣、國電南瑞; 鋰電設備:先導智能,贏合科技,杭可科技。
    3.節能措施:利好相關設備公司,建議關注匯川技術、陜鼓動力。
    4.回收利用:利好再生資源——廢鋼、電池回收、垃圾分類及固廢類,相關標的
    相關企業:
    廢鋼利用:華宏科技;
    電池回收(市場蓄勢待發,關注產業鏈配套):格林美、寧德時代、贛鋒鋰業、
    華友鈷業、光華科技等;
    垃圾分類:龍馬環衛、盈峰環境、瀚藍環境、ST 宏盛、偉明環保、旺能環境、
    三峰環境;
    再生資源:中再資環。
    5.工藝改造:電池技術升級、智慧電網、分布式、特高壓、能源互聯網、裝配式 等方面,相關標的建議關注:國電南瑞、許繼電氣、南網能源、鴻路鋼構、精工 鋼構。
    4、 風險分析
    1)政策推動不及預期。“碳中和”是長期目標,短期內可能存在政策掣肘或受 經濟發展約束,存在推動力度不及預期的可能;
    2)技術路線發展不及預期。在“碳中和”產業圖譜中,部分關鍵路徑尚處于發 展初期,未來存在技術發展不及預期的可能;
    3)能源系統出現超預期事件。能源系統轉型涉及面廣,當風電、光伏等可再生 能源成為供給主力后,極端情況下,由于其運行不穩定性或給電網造成一定的運 行風險,從而引發行業投資風險。
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