作者：沈照明
风电新增装机用铜量测算 单位：万吨
资料来源：GWEC IEA ICA 中信期货研究部
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。（作者单位：中信期货）
