中國在國際社會上提出的碳排放承諾與格拉斯哥大會前預期目標
設計碳中和策略,首先需要分析碳排放的來源。按照經濟部門,可將碳排放源分為五類:電力與熱力部門(主要為發電環節碳排放)、工業部門(主要為金屬冶煉與化工品製造環節碳排放)、交運部門(主要為陸運、航運、空運碳排放)、建築部門(建築施工與家庭生活環節碳排放)、其他部門。基於2018 年數據,中國電力與熱力部門碳排放佔比最高,達到51%,其次為工業部門(28%)、交運部門(10%)、建築部門(4%);美歐日等發達經濟體的相同點在於電熱部門均為碳排放主力,差異點在於工業部門碳排放佔比更低,建築部門碳排放佔比更高,與產業結構差異大致相匹配(二產佔比更低,三產佔比更高)。
基於上述五大碳排放源,中國實現碳中和的策略整體思路與發達經濟體是類似的,即①電力部門深度脫碳、②非電力部門深度電氣化、③終端設備節能提效、④碳排放端「綠化」(即採用碳捕捉封存等技術實現碳排放的終極「回收」),且上述策略具有優先順序的差異,電力部門脫碳居於最優先地位。簡言之,若不率先實現發電環節的脫碳,其餘環節電氣化反倒可能使得碳排放增加(比如用煤炭發的電給電動車充電)。
I.電力脫碳。用清潔燃料代替化石燃料發電是碳中和的重中之重。綜合清潔程度、開發性能、安全性能,發電能源可大致分為三類:煤炭(清潔程度最低,不可再生)→次優能源(原油、天然氣、水電、核電;原油/天然氣清潔度高於煤炭,但不可再生,核電可再生但有安全性隱憂,水電可再生但有開發上限)→優質能源(除水核電外的可再生能源,主要為風、光、生物質,可再生且安全性、開發性等均較優),2018 年中國煤炭發電佔比高達66%,其次為次優能源24%(水電17%、核電4%、天然氣3%),風光等優質能源發電佔比合計9%。對比海外發達經濟體,美歐日次優能源是發電主力(美國與日本氣電佔比最高,歐洲核電佔比最高),煤炭發電佔比分別僅為24%、15%、32%。
根據全球能源網際網路合作組織測算,到2025 年,中國發電結構中,煤炭佔比將從67%下降至49%,風光發電佔比將從8%上升至20%,氣電、水電、核電等次優能源佔比從25%微升至28%;到2050 年,煤炭發電佔比大幅下降至6%,風光發電上升為主力,合計佔比66%,氣電、水電、核電等次優能源佔比維持在28%左右,此外生物質發電佔比約6%。整體趨勢可概括為,煤炭發電持續削減、風光發電持續擴張、次優能源穩定支持、生物質作為補充力量。
II.終端電化。擁有清潔電源後,將終端非電力部門所使用的能源從化石燃料轉向電力即可實現非電部門脫碳。根據國家電網(未上市)能源研究院(《國家電網2050:「兩個50%」的深度解析》,2019 年12 月發布),2019 年中國終端能耗整體電氣化率僅為26%,工業、建築、交運部門分別為25%、37%、3%。國家電網預計,2025 年整體電氣化率將提升至34%,2050 年有望提升至52%,其中交運部門受益於電動車和高鐵滲透率上升,潛在電氣化提升力度最大。細分領域來看,到2050 年,建築部門中的照明、電器、製冷,交運部門中的鐵路電氣化率有望達到90%以上,工業部門中的化工、建材、有色、鋼鐵,建築部門的採暖、炊事電氣化率預計仍將低於80%,交運部門中的航運、航空電氣化預計低於10%。
III.節能提效。通過技術手段與節能產品的普及,降低設備運行所需要的電力同樣可以達到減排效果。目前可預見的節能提效方式包括,工業部門中的工控與工業自動化解決方案、建築部門中的變頻家電等。
IV.排放綠化。在上述三種途徑均無法避免的碳排放,通過森林碳匯、CCUS(碳捕捉、利用與封存技術)、回收(塑料回收、生物可降解塑料)等方式實現最終環節的減排。
基於中國碳中和的策略的共性以及中國路徑的特殊性,梳理出下圖中所示細分策略及其涉及的相關行業。
在這些行業中,部分領域,如光伏、風電、電動車、充電樁是已具備較成熟的技術與市場規模的新興賽道,也已被投資者充分關注,還有部分領域是具備過渡性質的、相對低成長型的傳統賽道,如水電與火電。12 個細分領域的「長坡賽道」,有望受益於碳中和頂層設計下後續產業規劃跟進,在未來5-10 年增長空間高於其所屬行業,包括:
① 電力脫碳解決方案:儲能系統、分布式光伏、特高壓;
② 終端電氣化+清潔化解決方案:廢鋼處理、石墨電極、氫能-燃料電池、生物燃料(生
物柴油)、裝配式建築;
③ 節能提效解決方案:功率半導體(IGBT);
④ 排放綠化解決方案:生物降解塑料、塑料回收、CCUS。
電力部門脫碳是實現碳中和的第一順位要務,這要求風光發電從當前的補充能源地位上升為主力能源地位。2019 年光伏度電成本已經降低至0.44 元,同期全國脫硫燃煤均價為0.36,光伏發電處於平價上網臨界點階段,CPIA 預測,2021 年後光伏發電即有望實現用戶側平價。後平價上網時代,制約風光發電廣泛替代火電的瓶頸體現為:1)風光發電的間歇性/隨機性,火電仍需要承擔較重的調峰任務,2)風光資源與負荷地理分布錯配,風光資源聚集在西北地區,而電力負荷集中在東部沿海,上述「堵點」的出路在於儲能系統、分布式光伏與特高壓。
儲能系統:由於風光出力具有較強的間歇性與隨機性,為了實現出力與負荷實時平衡,當前主要通過調節相對可控的發電能源——水電與火電來適應用戶端實時負荷的變化。因此,風光發電想要深度取代火電,實現電力脫碳,需要其出力保持相對穩定,而這一關卡的突破則依賴儲能。
分布式光伏:中國光照資源集中在西北地區,而用電負荷集中在東部沿海與東南地區,陸上風電亦有類似的資源-負荷錯配的困擾。單純加大風光資源豐富的西北地區裝機容量無法解決地區錯位問題,而分布式光伏能有效改善這一問題。
特高壓:另一個化解資源與負荷錯位問題的出路是,將風光資源轉換為電能後傳輸到負荷中心,由於特高壓的輸送電壓在800kv(直流電)或1000kv(交流電)以上,相比傳統高壓輸電,特高壓在遠距離傳輸時損耗下降60%,使得「西電東送」具備經濟適用性條件。賽迪顧問預測,到2022 年,中國將完成安徽蕪湖、山西晉中等十餘個特高壓變電站擴建工程,預計開展「五交五直」共10 條新規劃特高壓線路工程的核准和動工建設;到2025 年,中國將有超過30 條新建特高壓線路工程迎來相繼核准。2020-2025 年特高壓及其帶動產業年投資規模將從3154 億元增長至5870 億元,2020 與2023 是兩個投資高峰。特高壓三大投資領域,核心設備、鐵塔、電纜中,特高壓核心設備市場集中度較高,龍頭賽道更優。
電爐鋼產業鏈:廢鋼處理+石墨電極:鋼鐵冶煉是工業領域碳排放「大戶」,根據車百智庫測算(《中國氫能產業發展報告2020》,2020 年10 月發布),低電氣化的長流程(高爐-轉爐)製造噸鋼產生2.1 噸碳排放,而高電氣化的短流程(電弧爐)+清潔電力製造噸鋼僅產生0.6 噸碳排放。目前國內煉鋼仍以長流程為主,2019 年短流程煉鋼滲透率僅10%,對照海外發達經濟體,2019 年美國/歐盟/日本電爐鋼滲透率分別為70%/41%/25%。電爐煉鋼所需重要原料——廢鋼的成本問題是制約短流程工藝滲透的重要因素,當前中國廢鋼供給相對海外發達經濟體不足,成本偏高。
根據2019 年9 月工信部發布的《電爐煉鋼指導意見》,十四五期間,將通過推動長流程鋼廠轉型短流程、優化短流程煉鋼產能布局等方式,將電爐鋼滲透率提升至20%,單位能耗降低10%,全國鋼鐵工業廢鋼比提升至30%,廢鋼供給能力提升至3 億噸左右。電爐鋼滲透率的提升將直接帶動廢鋼處理設備市場規模增長,此外,電爐煉鋼中石墨電極的消耗貫穿在整個冶煉工藝過程中,石墨電極(尤其是高功率石墨電極)也有望在供給端環保限產、需求端電爐鋼滲透率推動下迎來供需共振。
氫能-燃料電池產業鏈:氫能與燃料電池是非電力部門中較難實現電氣化領域的解決方案,主要用途體現在:1)交運領域的商用車、航運、航空等長距離、載重運輸設備較難採用動力電池實現電氣化,氫燃料電池是較優的替代方案,尤其是商用車領域,氫燃料電池技術已基本成型;2)工業領域的煉鋼使用氫氣替代天然氣作為還原劑,能在當前的電爐鋼技術上進一步減排,同時氫能未來也有望在化工領域實現對化石燃料的替代(即氫化工)。中國氫能聯盟預測,2020-2025 年中國氫能-燃料電池產業規模CAGR 達22%,其中加氫站、燃料電池車、燃料電池系統數量CAGR 有望分別達43%、71%、35%。
生物燃料:除氫燃料電池外,生物柴油同樣可以降低較難電氣化的商用車的碳排放,且生物柴油性能與石化柴油相近,其可直接或以任意比例與化石柴油混合用於內燃機燃燒,無需對原用的柴油引擎、加油設備、儲存設備和保養設備進行改動。
裝配式建築:建築施工是建築部門碳排放較重的環節,降低建築施工環節碳排放的有效措施是提升裝配式建築的比重。根據住建部測算,裝配式住宅的單位平米碳排放,比傳統住宅低近30kg,減排主要來自於保溫材料與水泥砂漿的消耗。
IGBT 產業鏈:在零碳電力完全滲透前,通過技術手段降低設備運行對電力的消耗,也可達到減排效果。當前技術手段相對成熟的節能提效領域主要為家電(變頻家電)與工業(工業控制與自動化),兩者的核心部件均對應功率半導體,尤其是具備低能耗屬性的IGBT,工控+家電領域合計佔IGBT 下遊需求約47%。其次,IGBT 產業鏈的下遊需求中,電動車+充電樁佔30%,新能源發電佔11%,上述兩個領域同樣是碳中和頂層設計下的高增長賽道。根據集邦諮詢預測,2018-2025 年IGBT產業規模CAGR 有望達18%。此外,國內IGBT 企業仍有較大的國產替代空間,以IGBT模塊為例,全球前十大供應商中,僅斯達半導一家中資企業,市場份額佔比僅2%。
生物降解塑料:生物降解塑料是指利用生物質能(如莊稼等)為原料製造的塑料,在植物的生長過程中,通過光合作用消耗了一定量的CO2,而再其被廢棄後,被微生物分解釋放出同等量的CO2,又可以供下一年的莊稼吸收,從而實現了碳循環與零碳排放。根據國際標準化組織塑料技術委員會,相比傳統的聚乙烯塑料,每製造1kg 塑料,生物基技術可減少3.14kg 碳排放。根據歐洲生物可降解塑料協會,如果將全球每年生產的聚乙烯塑料全部替換為生物降解塑料,可減少4200 萬噸碳排放,相當於1000 萬次國際航班產生的碳排放。為解決白色汙染與生態危害問題,「廢塑令」於今年年底前在部分地區先行生效,有望推動生物降解塑料滲透率顯著提升。當前生物降解塑料中具備經濟性的主要為PBAT 與PLA,以金髮科技為代表的國內企業PBAT 技術相對成型,亦具備國際競爭力。
塑料回收:除採用生物可降解塑料外,加強塑料回收利用率同樣可以降低碳排放。當前塑料處理的三種方式——焚燒、填埋、回收中,仍以焚燒與填埋為主,全球回收率均偏低(根據OECD,2018 年全球塑料回收率僅9%),無論是焚燒、填埋還是直接丟棄,均將產生較多溫室氣體,塑料回收與再加工是相對低碳環保的處理方式。利用廢塑料回收製造再生塑料,下遊行業應用主要為兩類:1)再生PS 塑料下遊產品以家居建材為主,2)再生PET 塑料下遊產品以包裝盒、飲料盒等日常消費品為主。
CCUS(碳捕集、利用與封存):CCUS 技術是十二個賽道中壁壘最高、發展階段最早的技術,但若技術進步後形成經濟適用性,則實現了真正的CO2「負排放」,從而可以抵消部分難以實現碳中和領域的排放(如航空、航運)。當前CCUS 發展緩慢的主因是,當前技術條件下項目運營成本高昂,即使有政府補貼,火電廠或者鋼廠安裝碳捕集設備仍然會面臨巨額虧損,而僅靠油氣企業捕集CO2 用於EOR,CO2 整體需求量較低,難以實現CCUS 的規模化推廣。根據中國碳捕集與封存協會,未來實現CCUS 大規模使用的出路是:1)技術進步使得碳捕集與運輸成本減半以上,以及2)發展碳排放交易市場,捕集CO2 的火電廠通過在碳排放交易市場上出售其排放限額來獲得收入,當碳排放價格在200-30 元/噸時,疊加前述的成本優化,可基本實現盈虧平衡。
不構成投資建議,股市有風險,投資需謹慎。