结合我们对光伏、风电、储能新增装机预测,可以得到2021-2060年每年在可再生能源发电端所需要的投资规模。我们预测“碳中和”将为可再生能源发电领域累计增加约84万亿元人民币的新增投资,其中光伏、风电装机建设投资规模约60万亿元,储能设施投资规模约24万亿元。
氢能
在能源供给侧脱碳的过程中,氢能与电能同为重要的二次能源,扮演着重要作用,如重工业(高温-超高温环境)、道路交通(氢燃料汽车)、大规模储能、船运等。
目前,电解水制氢的成本仍较高。根据能源转型委员会的预测,随着电解槽成本下降,未来电解水制氢将成为主流方法。要实现“零碳”排放,电解水所需的电力也必须来自于可再生能源,由此产生的氢气称为“绿氢”。
海上风电制氢(直接在风机附近制氢)是海上风电未来发展的重要方向,主要有两个原因:
1)随着海上风电离岸越来越远,外送电缆投资成本也逐步攀升,而利用风机所发电力将水电解产生氢气后,通过比电缆便宜得多的管道将氢气送到岸上,甚至有些海域有现成的天然气管道可供使用;
2)氢气可以储存,而电力难以储存。
2.2.2、能源需求侧:终端电气化
由于能源供给侧向绿色电力转变,所以需求侧的脱碳首先意味着终端电气化。根据国网能源研究院2019年12月的研究成果,终端电气化率在2050年达到50%以上,其中工业、建筑、交通部门分别达到52%、65%、35%。
工业部门电气化
钢铁、电解铝、水泥等行业是能耗大户,也是碳排放大户。
钢铁行业的电气化路径主要是从高炉转向电炉,电炉及其设备、耗材仍具有较好的投资机会。根据钢协数据,2019年我国钢铁行业90%以上的产能采用高炉(BOF)技术,而电炉技术(EAF)仅占生产总量的9%。特别是以废钢为原料的短流程炼钢技术,碳排放量仅0.4吨二氧化碳/吨钢,若使用绿色电力为电炉供能,则碳排放量可降为0。
水泥的生产过程中需要将水泥窑加热到1600摄氏度以上,目前电炉的使用尚未商业化,投资成本较高。目前较为可行的方法是用沼气、生物质替代化石燃料。
建筑部门电气化
从建筑属性来看,可以分为公共建筑、城镇居民建筑和农村居民建筑。从用途来看,供热、制冷、烹饪是中国建筑部门的主要能源消费来源。建筑部门的电气化率仍较低,2017年仅为28%。
目前,制冷、照明、家电已经实现了100%电气化,供暖和烹饪的电气化推进较为缓慢。我国北方城镇普遍实行集中供暖,主要热源为燃煤热电联产和燃煤锅炉。自2017年以来,我国北方地区推行“煤改气”、“煤改电”,对建筑部门的电气化有一定的推动作用。
炊事方面,根据清华大学建筑电气化接受程度调研,一方面,住宅炊事用能逐渐向公建转移,应关注公建餐厅电气化;另一方面,住宅炊事电气化最大难点在于改变用户习惯。
总之,建筑部门电气化需综合考虑公共部门与居民住宅,也要考虑南北方气候差异。随着人民生活水平提高,家用电器的数量和使用强度呈上升趋势。未来采暖电气化应逐步替代燃煤锅炉,炊事电气化应重点关注餐厅电气化和住宅炊事习惯引导。
交通部门电气化
交通部门的电气化具有三个方面的含义:
1)道路交通(小型、轻型):绿色电力为基础的电动车(电池),配套充电桩、换电站;
2)道路交通(重型)、铁路或海运:氢能(或氨气),配套加氢站;
3)航空:生物航空柴油为主要方向。
我们预计,乘用车销量在2040年见顶,电动车的渗透率在2045年达到100%,则电动车的销量将在2045年达到3600万辆/年。假设单车售价保持下行趋势,在2060年达到12万元/辆左右。则电动车领域累计将带来130万亿人民币的累计新增投资
随着电动车保有量的提升,假设车桩比在2030年达到1:1,则2060年充电桩总数将超过5亿个。综合考虑充电桩的新建需求和更换需求,累计新增投资达到18.15万亿元人民币。
氢能燃料电池将主要用于重型道路交通(客车、货车)。假设轻型、中型、大型货车的年销量保持在150、20、70万辆,燃料电池渗透率在2045年达到40%、60%、80%,而后保持该渗透率;轻型、中型、大型客车的年销量保持30、7、7万辆,燃料电池渗透率在2045年达到30%、50%、70%,而后保持该渗透率,则累计新增投资达到29万亿元人民币
2.3、回收利用:绿色低碳的循环经济
再生资源的回收利用可以有效减少初次生产过程中的碳排放。目前来看,市场潜力主要集中在三大领域:
1)高耗能行业(钢铁、水泥、铝和塑料)的产品再生;
2)废弃物(秸秆、林业废弃物、生活垃圾)的能源化利用;
3)动力电池回收利用。
废钢利用:
据世界钢铁协会预测,从中长期来看,过去二十年中国钢材消费量的迅速增长,将带动中国国内的废钢资源快速增长。在未来数年里,中国国内的废钢供应量可满足中国的炼钢需求。
钢铁行业的电气化趋势(电炉代替高炉)与废钢的利用属于同一路径。对比发达国家,我国的电炉钢产量占比处于较低水平。
再生铝:
电解铝的碳排放来源主要包括:电力消耗、碳阳极消耗、阳极效应导致全氟化碳排放。再生铝可以有效减少初次生产的能耗与碳排放,目前我国的再生铝产量占比同样处于较低水平。
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