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时最铝碳中和的先行者能源革命的主力军

发布时间:2021-10-13 07:52:17 阅读: 来源:雕刻刀厂家

铝:碳中和的先行者,能源革命的主力军

【铝道】

前言:为什么铝能承担未来能源金属的使命,成为能源革命的主力军?

在第75届联合国大会上,习 近平主席郑重宣布 中国力争2030年前达到二氧化碳排放峰值,努力争取2060年前实现碳中和 ,彰显积极应对气候变化、走绿色低碳发展道路的雄心与决心。应对气候变化,践行碳中和的战略目标,全 球进入能源革命时代,包括一次能源尤其是石化能源消费增速的放缓以及终端能源消费中电气化水平的提升。前者意味着可再 生能源尤其是清洁能源的快速增长,而后者Z核心的部分之一即新能源汽车的推广与应用。两者的发展均将带来铝需求的增加,因铝具备其独特的物理与化学特性。

铝及铝合金材料具备可塑性强,强度高、质量轻、厚度薄、耐腐蚀、良好的焊接性能、加工成型性能好等一系列特征,成为用途广泛、Z经济适用的材料之一。铝密度小,仅为2.7g/cm?;导电性仅次于银、铜和金,输送同量的电,铝线的质量只有铜线的一半;铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力,而且有一定的绝缘性,所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途;此外,铝是热的良导体,它的导热能力比铁大3倍,工业上可用铝制造各种热交换器、散热器等。航天军 工、交通运输、建筑与房地产、耐用消费及其他各类消费品中均可看到铝应用范围的持续增长。

新能源汽车和轻量化推动铝需求:车辆车重与二氧化碳排放有着较为直接的关系,车重每减少100公斤,二氧化碳排放可减少约5克/公里;同时,车重每降低10%,电耗可以降低5.5%,续航里程增加5.5%。因此减重车身对节能降耗有着非常重要的意义。我国《节能与新能源汽车技术路线图》提出到2030年单车用铝量超过350kg,较目前的210kg增长67%。未来十年全 球新能源汽车用铝量年均复合增长率达32%。

可再 生能源中的广泛使用:2021年3月,全 球能源互联发展合作组 织对外发布了中国碳达峰、碳中和系列研究报告。我国清洁能源占比将从目前的43%增长到2030年的68%,其中风电占比将从目前的13%增加到29%,太阳能光伏占比将从目前的11%增加到46%。中、大型风力发电机常采用铝合金等弦长挤压成型叶片,支架;光伏组件边框主要由铝合金型材制成,光伏发电系统或应用产品的安装采用铝合金型材。因此铝需求将随着清洁能源的快速发展而迅速增加。未来十年全 球太阳能光伏和风电用铝量年均复合增长率分别达13%和5%。

铝模板为建筑行业减排降耗:建筑业占全 球能源消费的36%及占全 球碳排放的39%。除了建筑材料使用的钢铁、水泥是等均为高耗能产品,其在建材、运输、建造与施工、建筑物的使用与运行、建筑物的拆除及回收整个阶段都会产生大量的碳排放。在整个建筑全生命周期中,减少建造过程中的废料是目前阶段所能够实现的主要环节之一。每万平方米建筑的施工过程中,仅建筑垃圾就会产生500至600吨。铝模板的推广与应用,替代传统木头制浇筑板,将有效减少建筑垃圾,为节能减耗做出贡献。我们预计未来十年中国建筑用铝模板用铝量年均复合增长率达12%。

我们预计全 球新能源汽车铝需求将从2020年的68万吨增加至2030年的1108万吨,全 球太阳能光伏及风电铝需求将分别从2020年的184万吨和110万吨增加至2030年的636万吨及174万吨。全 球新能源汽车、光伏及风电铝需求在全 球原铝需求中的占比将从2020年5.7%增加至2030年的19%,年均复合增长率达13%。

需求篇 能源革命推动铝需求加速增长

一、新能源汽车发展进入快车道 全 球铝需求增长的主要贡献

1.新能源汽车产销加速增长

2020年10月,由工信部指导,中国汽车工程学会牵头组 织编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》正式发布,提出了面向2035年我国汽车产业发展的六大目标,即我国汽车产业碳排放将于2028年先于国家碳减排承诺提前达峰,至2035年,碳排放总量较峰值下降20%以上;新能源汽车将逐渐成为主流产品,汽车产业基本实现电动化转型等。路线图提及,到2025/2030/2035年新能源汽车渗透率将分别达到20%/40%/50%。我们预计到2025/2030年新能源汽车产量将从2020年的126万辆分别达到540/1200万辆。

海外新能源汽车也进入加速阶段,我们预计中国外新能源汽车产量将在2025/2030年从2020年的185万辆分别达到860万辆和2000万辆。

2.汽车轻量化要求再提高

车身重量与二氧化碳排放有着较为直接的关系,车重每减少100公斤,二氧化碳排放可减少约5克/公里;同时,车重每降低10%,电耗可以降低5.5%,续航里程增加5.5%。因此减重车身对节能降耗有着非常重要的意义。我国《节能与新能源汽车技术路线图》提出到2030年单车用铝量超过350kg。具体发展思路为:2016年 2020年为靠前阶段,重 点发展超 高 强度钢和先进高 强度钢技术,包括材料性能开发,轻量化设计方法,成型技术,焊接工艺和测试评价方法等,实现高 强度钢在汽车应用比例达到50%以上。2021年 2025年为第二阶段,以第三代汽车钢和铝合金技术为主线,实现钢铝等多种材料混合车身,全铝车身的大范围应用,实现铝合金覆盖件和铝合金零部件的批量生产和产业化应用,第三代汽车钢应用比例达到自车身重量的30%。2026年 2030年为第三阶段,重 点发展镁合金和碳纤维复合材料技术,解决镁合金及复合材料循环再利用问题,实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用,突 破复杂零件成型技术和异种零件连接技术。

目前乘用车采用全铝车身结构的车型主要为国外高 端车型或超级跑车,为型材、板材和铸件相结合。国内的轿车全铝车身主要应用于新能源电动车上,主要由型材做成框架。材料有6063、6061和6082等合金。铝合金挤压型材可以简单地生产出钢铁无法生产的各种复杂断面结构的型材,加之其重量轻,刚性好,作为结构材料广泛应用在汽车的各个部位。值得一提的是,新能源汽车动力电池外壳及动力电池软连接也使用铝板材料。综合而言,铝合金将成为Z重要的汽车轻量化材料。

我们预计中国新能源汽车车身用铝量将从当前的28万吨达到2025年的134万吨,在2030年将达到416万吨。海外新能源汽车用铝业将呈现高速增加。全 球新能源汽车用铝量将到2030年达到1100万吨,对全 球铝需求的占比从2020年的1%增加到2025年的5%,并增加至2030年的约11%。

3.铝线缆及充电桩设备将呈现同量级增长

除了新能源汽车车身外,充电桩主体也由铝材构成,总用铝量不大,但是也呈现高速发展趋势。截至2021年3月底,全国公共 私人充电桩保有量达到178.8万台。在 碳中和 背景下,未来新能源汽车保有量地稳步增长将会促进充电桩需求扩大。

目前国内车桩比约3:1,工信部规划到2025年建成公共桩200万个,私人桩1000万个,预计到2025年车桩比应在2:1到3:1之间,到2030年车桩比会接近1:1的合理值。国际能源署IEA发布《GlobalEVOutlook2019》报告提及到2030年全 球私人充电桩预计保有量分别达到万台,总充电功率达GW,总充电量达TWh。

二、清洁能源的发展是未来五年铝需求增长的又一推动力

2021年3月全 球能源互联发展合作组 织对外发布了中国碳达峰、碳中和系列研究报告。在《中国2030年能源电力发展规划研究及2060年展望》中提出,到2025年我国电源装机将达到29.5亿千瓦,其中清洁能源17亿千瓦,占比57.5%。煤电达到峰值11亿千瓦,风、光装机分别达到5.4亿、5.6亿千瓦。而到2030年,我国电源总装机将达到38亿千瓦,其中清洁能源装机25.7亿千瓦,占比67.5%。煤电装机10.5亿千瓦,风、光装机分别达到8和10.25亿千瓦。

根据国能源研究院的测算,全 球化石能源发电装机占总装机比重将从2019年的60%降至2050年的约17%,其中可再 生能源发电装机占比再2025年前后约占50%,在2050年超过80%。中国外发电装机总量在2030年预计达到90GW,其中风电占比15%,太阳能发电占比30%;2050年全 球发电装机预计将达到近200GW,其中风电占比25%,太阳能发电占比50%。

1.太阳能光伏继续拉动铝需求

据中国有色金属工业协会统计,2019年中国光伏型材产量为110万吨,占中国铝材产量的2.5%。其中国内需求约60万吨,出口达到了50万吨左右。未来十年中国光伏装机年均复合增长率将达15.6%,我们预计中国光伏铝需求将从2020年的71万吨增加至2030年193万吨,海外光伏铝需求将从2020年的113万吨增加至2030年8.计算机移动时注意插头不要松动的444万吨。

综上,预计在2030年光伏发电装机容量达1025GW,占中国发电设备装机总量的26.9%。未来10年中国光伏发电年均耗铝量达157万吨,全 球光伏发电年均耗铝量达459万吨。

2.风电需求同样带来铝需求增加

未来十年中国风电装机年均增速将达11%,2020年新增风电装机粗线爆发式增加,增加72.5GW,预计未来十年年均新增装机为52GW,并在2030年达到800GW。我国较小型风电叶片一般选用量大、价廉的玻璃纤维增强塑料,较大型叶片选用碳纤维复合材料或碳纤维或铝合金挤压成型叶片。

综上,预计在2030年风力发电装机容量达800GW,占中国发电设备装机总量的21%。未来10年中国风力发电年均耗铝量达52万吨,全 球风力发电年均耗铝量达133万吨。

3.可再 生能源发电体系下特高压的进一步完善

我国太阳能光伏和风电系统主要集中在西部北部和的东南沿海。西部与北部为太阳能光伏和风电的大型发电基地,同时,东南沿海海上风电基地,东中部分布式风电,分布式光伏等等。能源资源与负荷需求的逆向分布决定了我国需要横跨与连接西北、西南、东北等送端地区与华东、华中、华北等受端地区的主干道建设,以及以大电作为支撑的,依托于分布式清洁能源发电或综合能源优化利用的微电和分布式能源系统的建设。此外,电扩容、新建变电站以及变电站与电主干线的连接意味着新增高压线缆的建设,同样有助于铝需求的拉动。

三、铝模板的 风口 为建筑行业减排降耗

建筑行业是全 球碳减排的重 点领域。建筑业占全 球能源消费的36%,占全 球碳排放的39%。除了建筑材料使用的钢铁、水泥是等均为高耗能产品,其在建材、运输、建造与施工、建筑物的使用与运行、建筑物的拆除及回收整个阶段都会产生大量的碳排放。根据《中国建筑能耗研究报告(2020)》,2018年全国建筑全过程能耗总量占全国能源消费比重为46.5%,碳排放量占碳排放总量比重超过51.3%,在建材生产、建筑施工和运营阶段均产生碳排放,占建筑全过程碳排放量比重分别为55.17%、2.03%和42.80%。在整个建筑全生命周期中,减少建造过程中的废料是目前阶段所能够实现的主要环节之一。每万平方米建筑的施工过程中,仅建筑垃圾就会产生500至600吨。近几年我国城市建筑垃圾年产生量超过20亿吨,是生活垃圾产生量的10倍左右,约占城市固体废物总量的40%。铝模板的推广与应用应运而生。

工业和信息化部、住房和城乡建设部关于印发《促进绿色建材生产和应用行动方案》的通知中指出:大力发展钢结构建筑和金属建材,鼓励生产和使用轻型铝合金模板和彩铝板。2020年5月,住房和城乡建设部印发《关于推进建筑垃圾减量化的指导意见》和《施工现场建筑垃圾减量化指导手册》,明确了建筑垃圾减量化的总体要求、主要目标和具体措施,并将其作为当前和今后一个时期指导建筑垃圾源头减量化工作、推进城乡建设绿色发展的重要文件,明确提出要鼓励采用工具式脚手架和模板支撑体系,推广应用铝模板,并提出到2020年年底,各地区建筑垃圾减量化工作机制初步建立,至2025年年底,各地区建筑垃圾减量化工作机制进一步完善,实现新建建筑施工现场建筑垃圾(不包括工程渣土、工程泥浆)排放量每万平方米不高于300吨,装配式建筑施工现场建筑垃圾(不包括工程渣土、工程泥浆)排放量每万平方米不高于200吨,即较当前水平减少50%左右。

根据中国模板脚手架协会数据,截至2020年三季度国内铝模板市场规模大约在7800万平方米左右。我们估算2019年中国建筑铝模板面积也2270万平方米,建筑模板铝需求约56万吨,2020年这一数字估算达到了94万吨,预计2021年建筑模板铝需求为120万吨。随着铝模板使用范围的扩大,我们预计在今后五年,建筑模板铝需求CARG将达到25%。

四、绿色、低碳与智能化高 端制造业 铝将是主角之一

2021年3月《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》公布,《规划》提出推动制造业优化升级,深入实施智能制造和绿色制造工程,发展服务型制造新模式,推动制造业高 端化智能化绿色化。培育先进制造业集群,推动集成电路、航空航天、船舶与海洋工程装备、机器人、先进轨道交通装备、先进电力装备、工程机械、高 端数控机床、医药及医 疗设备等产业创新发展。

航空航天,机器人、先进轨道交通装备、医药及医 疗设备等多领域都将扩大铝的应用。铝合金材料可塑性强,具有强度高、质量轻、厚度薄、耐腐蚀、良好的焊接性能、加工成型性能好等一系列特征。飞机、以及航天用飞行器、火箭等的骨架、防护板,安全装置,推进器需要铝合金;耐热性能,低温性能等特性可以做燃料箱。高性能铝合金被广泛地应用于军 工工业、船舶舰艇、核能源等领域,已成为国防工业的主要结构材料之一。轨道交通方面,铝合金能够提高轨道车辆的有效载荷,节省燃料,降低车辆维护成本。与传统的车辆制造材料耐候钢和不锈钢相比,铝型材能降低50%的车体重量,对高速线路、多弯线路、起伏线路和恶劣环境有着良好的适应性,料。我国目前时速超过250公里的高速列车大多为铝合金材质,用于列车车身,如车顶、侧壁、端壁、地板等、配件,如空调部件、水箱、结构板、仪器机架、空气散流器、列车门、能提供极佳的气体阻隔性能、耐化学品性能上落踏板等,装饰件如座椅骨架及部件、行李架、通风格栅等等。在造船业领域,铝合金船舶必能有效抵御海水对船舶使用效果与使用寿命的不良影响。医 疗器械领域,其质轻、低温、耐热、耐腐蚀及散热效果使得其成为医 疗器械的主要材料之一。更不用说其在日常消费品中的各种替代、革新和应用。

供应篇 原料充裕但面临碳中和目标下的冶炼瓶颈

一、铝土矿供应宽裕,氧化铝生产弹性高

铝产业链供应格局存在着上大下小的格局,即铝土矿产量扩张快于氧化铝,氧化铝产量增长速度快于电解铝。这种格局隐含的产业格局是,价格决定权在下游,同时,下游利润易于维持在相对健康与稳定的状况。

铝土矿因其全 球供应的广泛性和可获得性使得其不像铁矿石或红土镍矿等矿产品那样容易受到单个国家甚至某一家公司的供应干扰。矿石短缺在过去几年偶有出现,如2017年开始,国内开始整顿露天矿和小型私人矿山,导致山西、河南等传统使用国产矿的氧化铝企业迫于对国产矿供应的担忧而开始转技,将三水技术转变成一水铝土矿生产工艺。

因矿石供应相对稳定,氧化铝企业生产弹性大,加之过去几年较高的产能扩张速度,使得氧化铝供应维持相对稳定,偶见的紧张如2017年及2018年秋季天然气短缺,2019年二季度赤泥事件等等。

二、碳中和政策目标下电解铜的抗拉强度是多少?铝面临的 冶炼瓶颈

铝生产是工业生产主要的碳排放来源之一,铝全产业链中,原铝生产为主要的排放阶段,根据IAI数据,每千克原铝的碳排放足迹在小于5kg至大于25kg二氧化碳当量之间,根据发电所用的能源种类而其中最有希望的组合是混合卤化铅钙钛矿有所区别,除了电力排放外,冶炼直接排放、热能、辅料直接排放和运输环节的排放为主要的碳排放路径。此外,铝土矿(和所有其他中间产品)运输中的排放量约占排放总量的3%,氧化铝生产中的排放量占行业总排放量的不到20%。国际能源署给予铝业2050年温室气体排放量一定的排放额度。IEA发布了以下两种全 球升温不超过2℃的情境:2℃优化情境(B2DS)和可持续发展情境(SDS),根据B2DS的排放路径,截至2050年,覆盖全产业链(铝土矿、氧化铝及原铝生产,消费前后铝废料回收和半成品铝生产过程的铝业排放总量需要减少至2.5亿吨二氧化碳当量(从2018年11亿吨二氧化碳当量的基线排放量和依据 照常经营(BAU) 情境在2050年达到16亿吨二氧化碳当量的预计排放量)。

作为铝生产大国,减少碳排放对于中国的电解铝行业任重道远。我们在前期报告碳中和对金属产业带来的五大深远影响中提到,碳中和的两个重要方面:一是优化产业结构,二是优化能源机构。优化能源结构指的是减少煤炭、石油、天然气等传统化石能源的使用而更多的去使用可再 生能源,包括太阳能、风能、水力能等等。优化产业结构的重心主要为减少高耗能行业如建筑业,制造业、交通运输业,以及尽可能的减少中间流转环节等。为了实现碳中和的政策目标,电解铝行业产能天花板政策大概率将被严格的执行,不排除部分地区因为减排降耗目标升级而出现减产的情形。如此前内蒙超碳减排压缩产能,内蒙古自治区印发《关于确保完成 十四五 能耗双控目标任务若干保障措施(征求意见稿)》,提出内蒙2021年起不再审批电解铝等新增产能项目等等。

三、废铝释放增量短期难以满足需求增长

根据IAI数据,每千克原铝的碳排放足迹在小于5kg至大于25kg二氧化碳当量之间,取决于发电所用的能源种类。2020年我国电解铝行业CO2总排放量约为4.26亿吨,约占全社会CO2净排放总量的5%。与生产等量的原铝相比,再 生铝生产过程中的能耗仅为前者的3%-5%,碳排放量仅为0.23吨,是电解铝生产带来碳排放的2.1%,生产1吨再 生铝可节约3.4吨标准煤,14吨水,减少固体废弃物排放20吨。

2018年铝业总排放量:

2019年全 球再 生铝产量3300万吨,再 生铝占比达到52%,其中,中国再 生铝产量为715万吨,再 生铝占比仅为20%。在碳中和目标下,再 生铝占比有望继续抬升。加之废旧金属释放高峰期的到来,预计到2025年中国再 生铝产量占比将达到30%,今后五年国内再 生铝产量年均增量约为85万吨。同时,海外再 生铝占比已处于相对较高水平,再 生占比继续增加的空间有限,全 球再 生铝增量不足以满足每年新能源汽车、建筑铝模板、太阳能及风电铝需求年增量。

结论:铝是碳中和的先行者,也是能源革命的主力军

2020年9月22日,中国政 府在第七十五届联合国大会上提出: 中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。 铝是工业生产中主要的碳排放行业之一,节能减排降耗意味着电解铝的生产面临虽无原料瓶颈,但面临政策性的生产瓶颈,成为践行碳中和战略目标的先行产业。

另一方面,为应对气候变化,践行碳中和的战略目标,全 球进入能源革命时代,包括一次能源尤其是石化能源消费增速的放缓以及终端能源消费中电气化水平的提升。前者意味着可再 生能源尤其是清洁能源的快速增长,而后者Z核心的部分之一即新能源汽车的推广与应用。铝的物理和化学特性决定了其在能源革命中扮演的重要角色。首先,新能源汽车和轻量化推动铝需求,我们预计未来十年全 球新能源汽车用铝量年均复合增长率达32%。其次,铝将在可再 生能源中得到广泛的使用,未来十年全 球太阳能光伏和风电用铝量年均复合增长率分别达13%和5%,第三,铝模板为建筑行业减排降耗做出重要贡献,我们预计未来十年中国建筑用铝模板用铝量年均复合增长率达12%。此外铝也是绿色、低碳与智能化高 端制造业的主角之一。我们预计全 球新能源汽车铝需求将从2020年的68万吨增加至2030年的1108万吨,全 球太阳能光伏及风电铝需求将分别从2020年的184万吨和110万吨增加至2030年的636万吨及174万吨。全 球新能源汽车、光伏及风电铝需求在全 球原铝需求中的占比将从2020年5.7%增加至2030年的19%,年均复合增长率达13%。冶炼瓶颈与再 生铝的增量短期内无法满足全 球铝需求增量。

绝经前后注意事项是什么
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