深度 | 2020年碳中和深度研究報告

文章導讀：

“碳中和”是我國能源安全和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的內(nèi)在需求，也是世界各國利益對立和統(tǒng)一。其中對立體現(xiàn)在“碳排放權(quán)”背后發(fā)展權(quán)的博弈，統(tǒng)一體現(xiàn)在全球應對氣候變化政策的一致。相比發(fā)達國家，我國實現(xiàn)“碳中和”的年限更短，碳排放下降的斜率更大。

報告綜述

碳中和與大重構(gòu)：供給側(cè)改革、能源革命與產(chǎn)業(yè)升級

基于碳排放來源的燃燒、非燃燒過程，我們構(gòu)建了“碳中和”的實現(xiàn)路徑：1）供給側(cè)提高可再生能源比例，構(gòu)建零碳電力為主、氫能為輔的能源結(jié)構(gòu)，同時大力發(fā)展儲能以保障電網(wǎng)平衡；2）需求側(cè)從工業(yè)、交通、建筑三個部門著手，全面推廣終端電氣化、源頭減量、節(jié)能提效；3）改良工業(yè)過程，針對工業(yè)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(jié)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(cè)改革，需要關(guān)注是否發(fā)生階段性沖刺，引發(fā)大宗商品價格進一步上漲。噸產(chǎn)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(yè)，包括供應鏈上下游、制造端、運營端在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈都將受益于碳中和對投資的拉動；

3）節(jié)能提效：工業(yè)節(jié)能、建筑節(jié)能及節(jié)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(chǎn)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(shù)升級、智慧電網(wǎng)、分布式電源、特高壓、能源互聯(lián)網(wǎng)、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(shù)存在。目前來看成本處于高位，不同路線成本在700-1500元/噸。

01

碳中和：大重構(gòu)

1.1、發(fā)展的權(quán)利：大國博弈與利益統(tǒng)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(jīng)濟的內(nèi)在需求——能源保障、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)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(fā)展新能源具有必要性。與此同時，我國已在新能源領(lǐng)域建立起全球優(yōu)勢。根據(jù)麥肯錫測算，我國在太陽能電池板領(lǐng)域的國家表現(xiàn)遠超美國，在所有行業(yè)對比中位列第一。

在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型方面：雖然“新冠疫情”對全球經(jīng)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(jīng)濟已經(jīng)取得了長足的進度，然而面對比如貿(mào)易摩擦、技術(shù)封鎖等復雜的國際形勢，做好自己顯得尤為重要，科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級將是未來重要的發(fā)展方向，加快新產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的力度前所未有，步伐明顯加快，在能源與資源領(lǐng)域、網(wǎng)絡信息領(lǐng)域、先進材料與制造領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、人口健康領(lǐng)域等出現(xiàn)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(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性改革。

2）“碳中和”的對立性——大國博弈、貿(mào)易摩擦

部分發(fā)達國家其實此前已多次討論過包括對中國在內(nèi)的不實施碳減排限額國家的進口產(chǎn)品征收“碳關(guān)稅”，但因經(jīng)濟與貿(mào)易依賴性、碳市場不成熟等原因而擱淺。

根據(jù)OECD數(shù)據(jù)，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(nèi)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(zhì)，是一種發(fā)展權(quán)的限制；而“碳關(guān)稅”的本質(zhì)，是應對貿(mào)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(guān)稅”既是貿(mào)易壁壘“壓力”，也是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的“動力”。

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(quán)。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(mào)組織后，全球產(chǎn)業(yè)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(shù)使得我國碳排放全球占比仍在持續(xù)提升，2019年達28.76%。

而針對“新冠疫情”源頭問題，經(jīng)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(gòu)建中爭取獲得“話語權(quán)”，并掌握未來全球“游戲規(guī)則”的主動權(quán)和制定權(quán)。

目前，全人類氣候目標競賽已經(jīng)開啟，根據(jù)EnergyClimate機構(gòu)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(tǒng)一性：全球難得的政策與利益一致點

從全球來看，多數(shù)國家已更新NDC（國家自主貢獻）目標。“碳中和”已成為全球大趨勢。

拜登上臺后，美國重新加入《巴黎協(xié)定》，應對氣候變化是拜登此次總統(tǒng)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(fā)展方面采取更多的措施。

雖然前期中美在貿(mào)易和技術(shù)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(zhàn)略，但就具體目標而言，仍有區(qū)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(fā)展階段的不同，發(fā)達國家已普遍經(jīng)歷“碳達峰”，為達到2050年“碳中和”，更大程度上只是延續(xù)以往的減排斜率。而我國碳排放總量仍在增加，需要經(jīng)歷2030年前“碳達峰”，然后走向2060年前“碳中和”。從實現(xiàn)“碳中和”的年限來看，比發(fā)達國家時間更緊迫，碳排放下降的斜率更大。

在陡峭的碳排放量下降曲線背后，是規(guī)?；慕?jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。這意味著我國當前經(jīng)濟結(jié)構(gòu)下相當規(guī)模的存量資產(chǎn)將失去原有功能。

煤電資產(chǎn)擱淺的問題，表明了轉(zhuǎn)型需經(jīng)歷陣痛。一方面，從能源結(jié)構(gòu)和自身稟賦來看，我國的能源消耗以煤為主，煤電發(fā)電量在2019年占總發(fā)電量的65%，遠超發(fā)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(fā)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(chǎn)提前“擱淺”。

根據(jù)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(chǎn)規(guī)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(guī)?？赡芨?。

1.3、“碳中和”對我國意味著什么？

在碳排放量結(jié)構(gòu)方面，目前發(fā)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(fā)電碳排放量45.69億噸CO2，占比40%；工業(yè)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(fā)電部門（美國為交通，占比45%）。因此，要實現(xiàn)“碳中和”，能源轉(zhuǎn)型首當其沖。

廣義的能源板塊包括能源的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、消費過程，用途包括驅(qū)動、產(chǎn)熱等，是大多數(shù)溫室氣體排放的根源。除此之外，交通、工業(yè)過程和農(nóng)業(yè)也是溫室氣體排放的主要來源。

從微觀角度看，工業(yè)企業(yè)碳核算邊界內(nèi)主要包含三個方面：

1燃料在氧化燃燒過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放；

2在生產(chǎn)、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(yè)輸入/出的電力、熱力所對應的電力、熱力生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)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(zhuǎn)變；或通過節(jié)能降耗的措施減少二氧化碳的排放。

02

六大碳減排路線：供給側(cè)改革、能源革命與產(chǎn)業(yè)升級

我們從“能源碳”和“物質(zhì)碳”兩方面出發(fā)，構(gòu)建了“碳中和”的實現(xiàn)路徑。

一、能源碳

1）能源供給側(cè)：提高可再生能源比例，構(gòu)建零碳電力為主、氫能為輔的能源結(jié)構(gòu)，同時大力發(fā)展儲能以保障電網(wǎng)平衡。

2）能源需求側(cè)：分行業(yè)看，主要是工業(yè)、交通、建筑三個部門；按實現(xiàn)路徑劃分，主要有終端電氣化、源頭減量、節(jié)能提效三種途徑。

二、物質(zhì)碳

物質(zhì)碳與工業(yè)過程息息相關(guān)，因此涉及到大規(guī)模的工藝改變和原材料替換。

2.1、源頭減量：碳減排驅(qū)動的供給側(cè)改革

（1）2021年1月26日，國務院新聞發(fā)布會披露，工信部與國家發(fā)改委等相關(guān)部門正在研究制定新的產(chǎn)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(jù)的存量約束機制，確保2021年全面實現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)量同比的下降。

促進鋼鐵產(chǎn)量的壓減主要從以下四個方面：

一是嚴禁新增鋼鐵產(chǎn)能。對確有必要建設的鋼鐵冶煉項目需要嚴格執(zhí)行產(chǎn)能置換的政策，對違法違規(guī)新增的冶煉產(chǎn)能行為將加大查處力度，強化負面預警。同時不斷地強化環(huán)保、能耗、安全、質(zhì)量等要素約束，規(guī)范企業(yè)生產(chǎn)行為。

二是完善相關(guān)的政策措施。根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新情況，工信部和國家發(fā)改委等相關(guān)部門正在研究制定新的產(chǎn)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(chǎn)能的工作成效。

三是推進鋼鐵行業(yè)的兼并重組，推動提高行業(yè)集中度，推動解決行業(yè)長期存在的同質(zhì)化競爭嚴重，資源配置不合理，研發(fā)創(chuàng)新協(xié)同能力不強等問題，提高行業(yè)的創(chuàng)新能力和規(guī)模效益。

四是堅決壓縮鋼鐵產(chǎn)量。結(jié)合當前行業(yè)發(fā)展的總體態(tài)勢，著眼于實現(xiàn)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(jù)的存量約束機制，研究制定相關(guān)工作方案，確保2021年全面實現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)量同比下降。

回顧上一輪供給側(cè)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(huán)保督查），有效促進了鋼鐵行業(yè)落后產(chǎn)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(jīng)濟技術(shù)較為一般或時間成本較高的情況下，短期壓減產(chǎn)能或許是一條行之有效的措施；

2）目前，生態(tài)環(huán)境部主管碳減排相關(guān)事宜，從環(huán)保督察手段來看，歷史已證明其有效性；

3）各地、各行業(yè)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(chǎn)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(tài)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(nèi)蒙發(fā)布《調(diào)整部分行業(yè)電價政策和電力市場交易政策》，對部分行業(yè)電價政策和電力市場交易政策進行調(diào)整。嚴格按照國家規(guī)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(yè)實行差別電價政策，繼續(xù)對電解鋁、水泥、鋼鐵行業(yè)執(zhí)行階梯電價政策。

2021年2月24日，甘肅省發(fā)布《高耗能行業(yè)執(zhí)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(qū)首次執(zhí)行差別電價企業(yè)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(yè)，按照允許類、限制類、淘汰類，執(zhí)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(jù)的存量約束機制正在收緊。

電網(wǎng)企業(yè)因?qū)嵤┎顒e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(tǒng)籌用于支持經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排工作。對水泥行業(yè)、鋼鐵行業(yè)因?qū)嵤┎顒e電價政策增加的電費收入，10%留電網(wǎng)企業(yè)用于彌補執(zhí)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(tǒng)籌用于支持行業(yè)技術(shù)改造和轉(zhuǎn)型升級，促進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整。

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(jīng)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(chǎn)能壓降手段，高能耗產(chǎn)品供給側(cè)約束后，價格有可能進一步提升。

我們根據(jù)能耗指標，梳理了高耗能類型產(chǎn)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(fā)展的盛宴

現(xiàn)有的能源系統(tǒng)中，煤、石油是主要力量。據(jù)統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，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(yè)），煤炭主要用于中間消費（火力發(fā)電），天然氣主要用于終端消費（交通、工業(yè)、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(nèi)電子的過程，但這恰是宇宙、物質(zhì)、能源發(fā)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(xiàn)已成為能源利用的樞紐，從歷史上看，“電”也引發(fā)了多次生產(chǎn)技術(shù)革命。而氫能同作為二次能源，具有可存儲的優(yōu)勢，但也因制備和使用效率稍遜而經(jīng)濟性較差，但從能量循環(huán)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(zhì)/能源轉(zhuǎn)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(shù)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(tǒng)的配置中樞。供給側(cè)以光伏+風電為主，輔以核電、水電、生物質(zhì)發(fā)電；需求側(cè)全面電動化，并輔以氫能。

2.2.1、能源供給側(cè)：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(fā)電量增速從“十三五”末期的5%逐步下降到2.5%；而由于節(jié)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(shù)將小于1。

（2）假設未來我國總發(fā)電量和GDP保持同步增長態(tài)勢且增速一致，假設GDP和總發(fā)電量增速分別為2021-2030年4%、2031-2040年3%、2041-2060年2.5%。

根據(jù)我們的上述假設，以2019年發(fā)電量7.22萬億千瓦時為基礎，2030年發(fā)電量達到11.9萬億千瓦時（和部分機構(gòu)的預測數(shù)據(jù)基本一致），2060年發(fā)電量進一步達到32.71萬億千瓦時。

結(jié)構(gòu)層面：

在總發(fā)電量預測的基礎上，我們將進一步對不同發(fā)電方式未來的發(fā)電量及相應的裝機需求進行拆分。

（1）火電：裝機量方面，在2030年碳達峰基礎上，在經(jīng)濟發(fā)展的過程中2020-2030年仍需要有一定規(guī)模的火電裝機支撐發(fā)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(tài)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(shù)方面，隨著火電裝機的逐步減少，未來火電將更多用于調(diào)峰平抑發(fā)電曲線，因此我們假設火電利用小時數(shù)從2020年的4080小時逐步降低至2030年的3080小時，后續(xù)則保持平穩(wěn)。發(fā)電量方面，在裝機量和利用小時數(shù)假設的基礎上，火電的發(fā)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(zhì)：假設未來水+核能+生物質(zhì)整體的發(fā)電量情況保持穩(wěn)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(fā)電量逐步減少，水+核能+生物質(zhì)發(fā)電量保持相對穩(wěn)健增長的背景下，光伏和風力發(fā)電將逐步成為未來最重要的發(fā)電方式。發(fā)電量占比方面，我們假設光伏+風電發(fā)電量中光伏發(fā)電的占比維持在40%；利用小時數(shù)方面，假設風電、光伏年利用小時數(shù)分別維持在2400h、1300h；裝機量方面，在總發(fā)電量發(fā)展、其他發(fā)電方式發(fā)電量、光伏發(fā)電量占比、以及光伏和風電利用小時數(shù)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(wěn)定性，必須輔以必要的儲能以平抑發(fā)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(guān)鍵變量的核心假設，如果其未來發(fā)生變化（如火電利用小時降低超預期、水+核能+生物質(zhì)發(fā)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?qū)⒊A期增長。

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(fā)電設施建設所需要的投資規(guī)模。

（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(jié)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(fā)電端所需要的投資規(guī)模。我們預測“碳中和”將為可再生能源發(fā)電領(lǐng)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(guī)模約60萬億元，儲能設施投資規(guī)模約24萬億元。

氫能

在能源供給側(cè)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(yè)（高溫-超高溫環(huán)境）、道路交通（氫燃料汽車）、大規(guī)模儲能、船運等。

目前，電解水制氫的成本仍較高。根據(jù)能源轉(zhuǎn)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(xiàn)“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(chǎn)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(fā)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(fā)電力將水電解產(chǎn)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(xiàn)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。

2.2.2、能源需求側(cè)：終端電氣化

由于能源供給側(cè)向綠色電力轉(zhuǎn)變，所以需求側(cè)的脫碳首先意味著終端電氣化。根據(jù)國網(wǎng)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(yè)、建筑、交通部門分別達到52%、65%、35%。

工業(yè)部門電氣化

鋼鐵、電解鋁、水泥等行業(yè)是能耗大戶，也是碳排放大戶。

鋼鐵行業(yè)的電氣化路徑主要是從高爐轉(zhuǎn)向電爐，電爐及其設備、耗材仍具有較好的投資機會。根據(jù)鋼協(xié)數(shù)據(jù)，2019年我國鋼鐵行業(yè)90%以上的產(chǎn)能采用高爐（BOF）技術(shù)，而電爐技術(shù)（EAF）僅占生產(chǎn)總量的9%。特別是以廢鋼為原料的短流程煉鋼技術(shù)，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(chǎn)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(yè)化，投資成本較高。目前較為可行的方法是用沼氣、生物質(zhì)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(zhèn)居民建筑和農(nóng)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(jīng)實現(xiàn)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(zhèn)普遍實行集中供暖，主要熱源為燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)和燃煤鍋爐。自2017年以來，我國北方地區(qū)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(jù)清華大學建筑電氣化接受程度調(diào)研，一方面，住宅炊事用能逐漸向公建轉(zhuǎn)移，應關(guān)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(shù)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(guān)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(lǐng)域累計將帶來130萬億人民幣的累計新增投資。

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(shù)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。

2.3、回收利用：綠色低碳的循環(huán)經(jīng)濟

再生資源的回收利用可以有效減少初次生產(chǎn)過程中的碳排放。目前來看，市場潛力主要集中在三大領(lǐng)域：

1）高耗能行業(yè)（鋼鐵、水泥、鋁和塑料）的產(chǎn)品再生；

2）廢棄物（秸稈、林業(yè)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(jù)世界鋼鐵協(xié)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(nèi)的廢鋼資源快速增長。在未來數(shù)年里，中國國內(nèi)的廢鋼供應量可滿足中國的煉鋼需求。

鋼鐵行業(yè)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(fā)達國家，我國的電爐鋼產(chǎn)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(chǎn)的能耗與碳排放，目前我國的再生鋁產(chǎn)量占比同樣處于較低水平。

塑料循環(huán)利用：

在化工行業(yè)的數(shù)千種產(chǎn)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(chǎn)品的終端能耗總量就占到該行業(yè)的四分之三左右。

據(jù)上海市再生資源回收利用行業(yè)協(xié)會披露，2019年我國產(chǎn)生廢塑料6300萬噸，回收量1890萬噸，回收率僅30%。

根據(jù)能源轉(zhuǎn)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(chǎn)量與國際能源署的照常發(fā)展情景中的回收率水平下的產(chǎn)量相比減少45%，HVC和甲醇的需求分別較照常發(fā)展情景大幅減少40%和18%。

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(guān)系，而是互補關(guān)系。

三元正極材料回收與再生的技術(shù)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(jié)進行修復再生；對于嚴重容量衰減、表面晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的正極材料，進行水熱處理和短暫的高溫燒結(jié)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(chǎn)生有價成分損失，且產(chǎn)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(yǎng)困難；相比之下，濕法具有效率高、運行可靠、能耗低、不產(chǎn)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(wěn)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(jù)我們的測算：三元電池回收：在金屬處于現(xiàn)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(xiàn)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(jié)能提效：低碳社會的護航者

工業(yè)節(jié)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(yè)還有一定的節(jié)能技術(shù)推廣、能效提高的空間。如余熱回收（TRT等技術(shù)）、高級干熄焦技術(shù)（CDQ）等。

對于水泥行業(yè)來說，2020年底已有80%的水泥窯利用余熱發(fā)電，總裝機4850兆瓦。同時，現(xiàn)有的商業(yè)模式（DBB模式、EPC模式、BOT模式）較為成熟，將推動我國實現(xiàn)“2035年熟料生產(chǎn)完全不依賴外部電力”的目標。

針對化工行業(yè)，由中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會主辦的石油和化工行業(yè)重點耗能產(chǎn)品能效“領(lǐng)跑者”標桿企業(yè)評選已持續(xù)多年，2018年行業(yè)單位能耗持續(xù)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(chǎn)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(jù)國務院新聞辦公室《新時代的中國能源發(fā)展白皮書》，截止2019年底，我國累計建成節(jié)能建筑面積198億平米，占城鎮(zhèn)既有建筑面積比例超過56%。推動既有居住建筑節(jié)能改造，提升公共建筑能效水平，是建筑領(lǐng)域節(jié)能的重要途徑。在居民制冷、取暖領(lǐng)域，熱泵技術(shù)可以有效利用空氣熱能，較現(xiàn)有的壁掛爐、電加熱等方式更節(jié)能。

節(jié)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(yè)（工業(yè)控制和自動化）領(lǐng)域，兩者占IGBT下游需求的47%左右。

根據(jù)產(chǎn)業(yè)在線統(tǒng)計，2013年變頻空調(diào)標準頒布實施，空調(diào)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(lǐng)域前景廣闊。

2.5、工業(yè)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(yè)過程碳排放也是重要的二氧化碳來源，2017年占比13%。工業(yè)過程碳排放與各個行業(yè)采用的生產(chǎn)工藝直接相關(guān)。

（1）如鋼鐵行業(yè)：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(zhì)碳的燃燒、原材料碳酸鹽分解產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)設施的使用壽命很長，通常超過50年（定期維護）。改變現(xiàn)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(chǎn)品都在全球范圍內(nèi)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(nèi)，而且還沒有為可持續(xù)或脫碳產(chǎn)品支付更多費用的意愿。

隨著“碳中和”的推進，短流程鋼的產(chǎn)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(zhì)煉鋼、碳捕集與封存（CCS）。

水泥生產(chǎn)過程中，由于石灰石分解產(chǎn)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(zhì)聚合物粘合劑等同樣具備潛力。

2.6、CCUS：零排放“兜底”技術(shù)

由于工藝替代的困難，“物質(zhì)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(yè)領(lǐng)域。也即如果不采用CCUS，這些行業(yè)幾乎不可能實現(xiàn)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(xiàn)二氧化碳減排的工業(yè)過程。

碳捕集的主要應用領(lǐng)域包括：

（1）煤氣化制氫以及甲烷重整制氫過程；

（2）工業(yè)部門的化石燃料燃燒過程；

（3）化工原料相關(guān)碳排放和水泥生產(chǎn)的過程排放等；

（4）電力部門中的應對短期和季節(jié)性峰值的火力發(fā)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(zhì)利用項目運行中，地質(zhì)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(huán)節(jié)中，捕集是能耗和成本最高的環(huán)節(jié)。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(huán)節(jié)：典型項目（低濃度燃煤電廠）的成本約在300-500元/噸；

運輸環(huán)節(jié)：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(huán)節(jié)：驅(qū)油封存技術(shù)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。

03

投資觀點：快與慢、短與長

通過構(gòu)建“碳中和”實現(xiàn)框架，我們跟隨全社會碳足跡，總結(jié)出各個領(lǐng)域的不同的路徑。當然，由于技術(shù)、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(yè)領(lǐng)域的鋼鐵電爐、廢鋼利用、水泥協(xié)同處置、再生鋁等，道路交通領(lǐng)域的電動車與充電樁，能源領(lǐng)域的清潔能源，建筑領(lǐng)域的電氣化與空氣熱泵、裝配式建筑等，以及消費側(cè)的綠色出行、垃圾分類等；

處于起步階段的路徑有：工業(yè)領(lǐng)域的壓減、轉(zhuǎn)移產(chǎn)能，交通領(lǐng)域的燃料電池、氫能、電池回收等，能源領(lǐng)域的智慧電網(wǎng)、棄風棄光利用、火電產(chǎn)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(lǐng)域的推廣應用。

04

風險分析

1）政策推動不及預期“碳中和”是長期目標短期內(nèi)可能存在政策掣肘或受經(jīng)濟發(fā)展約束存在推動力度不及預期的可能；

2）技術(shù)路線發(fā)展不及預期在“碳中和”產(chǎn)業(yè)圖譜中部分關(guān)鍵路徑尚處于發(fā)展初期未來存在技術(shù)發(fā)展不及預期的可能；

3）能源系統(tǒng)出現(xiàn)超預期事件能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)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(wěn)定性或給電網(wǎng)造成一定的運行風險從而引發(fā)行業(yè)投資風險