“碳中和”將對能源產業產生廣泛而深遠的影響，銅作爲經濟高質量發展的重要原材料，將在產業結構調整下迎來發展機遇。如我們在3月25日發布的 《有色碳中和①：新能源新動能，銅、稀土將迎需求成長——風電和新能源車篇》所述，銅具備優異的導電性，與“電”密不可分，在新能源領域應用範圍更廣、使用強度更大，並對新能源產業中的“電機兄弟”——風電和新能源車拉動的銅和稀土需求進行了定量分析。本文將繼續以光伏和儲能爲落腳點，結合《有色碳中和①》的研究成果，以判斷風電、光伏、新能源車和儲能這四個新能源規模化產業的發展對銅需求增量的影響。
核心觀點
到2025年，光伏和儲能對銅的增量需求將佔2020年表觀消費量的3%。 銅在光伏和儲能的需求量到 2020、2025 和 2030 年或達 66、139 和289萬噸。以2020年爲基，銅增量需求在2025年、2030年將達73和223萬噸，約佔2020年全球銅消費量的3%和 9%。
新能源對銅需求拉動明顯，到2025 年新能源銅需求或增 181 萬噸，佔 2020年銅表觀消費量的 7%。結合《有色碳中和①》的結論，銅在風電、新能源汽車、光伏和儲能的需求量在2020、2025 和 2030年合計或達 137、318和609萬噸。以2020年爲基，銅增量需求在 2025年、2030 年將達181和 472 萬噸，約佔2020年全球銅消費量的7%和 19%。
一、光伏
2025年光伏銅需求或達 135 萬噸，五年復合增速約 16% 1 趨勢：平價接力補貼，光伏新裝再提速光伏已成第四大綠色能源，近三年新裝增速略有放緩。根據氣候智庫 Ember 顯示，全球太陽能2019 年發電量達669TWh，同比增長 12%，在當年能源供應中佔比 2.71%，已成爲第四大綠色能源。 截止 2020 年底，全球光伏累計裝機規模達757GW，十年復合增長率高達 34%。新增規模方面，2020年新增裝機達 130GW，同比增長13%，在疫情背景下仍顯韌性十足，但與2015-2017年的高速發展期相比仍有差距。
德國市場率先平價，迎來二次增長曲線。光伏與新能源汽車類似，行業的快速發展始於政策補貼， 又因補貼退坡而沉寂，中間幾經轉折，最終市場地位的確立，仍有賴於自身度電成本的下降，在價格上相對於傳統能源形成競爭優勢。以德國爲例，德國在光伏產業的布局和發展處於全球領先地位， 在2012年裝機容量達 3.83GW，佔當年全世界總裝機量的52.3%。2019 年，德國可再生能源發電佔總發電量比例達到約 43%，提前完成原定的2020年“可再生能源佔比達 35%”目標，其中光伏發電貢獻度達到近 20%。回顧德國光伏產業發展史，德國也經歷了政策激勵下的爆發式增長階段，和補貼退坡而帶來的行業滑坡。如下圖所示，2006-2011 年期間，光伏上網價隨安裝成本快 速下降，盡管始終高於居民用電成本，但德國光伏發電量和新增裝機量在補貼激勵下增速不斷攀升； 2013-2017年，德國光伏行業開始陷入五年的沉寂期，新增裝機顯著下滑，始因2011 年歐債危機， 歐洲各國下調光伏補貼，而同期電池價格陷入了平臺期，下降幅度有限，德國光伏新增容量在2013年出現斷崖式下跌，同比下降 52%，之後的四年新增裝機量均未超過 2GW；到 2018 年，受益於金剛線切片技術普遍應用，PERC電池規模化量產帶來產品效率大幅提升，組件價格終再下臺階，德國光伏發電的上網價也基本實現平價，光伏市場再次重回高增長，發電量突破45GWh，新增裝機約 3GW。
中國光伏平價時代已拉開帷幕，有望重新成爲全球光伏市場的增長引擎。中國光伏市場在 2018 年受“531 政策”影響，新增裝機按下了急剎車，連續兩年下滑，在2018-2019年分別爲 44、30GW， 並導致全球新增裝機量在 2018 年首次出現負增長。我們認爲中國光伏市場正處於德國光伏市場 2016-2018 年階段，補貼快速退坡而平價目標僅局部實現，光伏市場的發展對補貼政策變化仍較爲敏感。根據國家發展改革委數據，2019 年6月，我國居民用戶電價平均爲0.5135元/千瓦時，工 商業用戶電價處於 0.5379~0.6948 元/千瓦時的區間，而我國光伏平均度電成本已從2014 年上半年的1.08 元/千瓦時降至2019 年下半年的0.3 元/千瓦時，基本實現用戶側光伏平價。但在發電側， 僅部分地區和先進的領跑基地項目可以實現，2019年5月20日國家能源局公布第一批光伏發電平價上網項目，廣東、廣西、陝西等16個光照條件較好的省份相繼啓動平價項目，涵蓋項目168 個，裝機容量達1478 萬千瓦，佔當年新增裝機容量的49%，中國光伏平價時代已拉開帷幕。根據東方證券電力設備及新能源行業發布的《光伏產業研究系列報告》，光伏系統的硅和非硅成本仍有 30%、40-50%的下降空間，電池片價格有望位於0.6-0.7 元/W，組件價格有望達到1.5 元/W 以下， 電池系統投資屆時將降至4 元/W 以下，基本滿足平價上網對於產業鏈價格的需求，光伏行業的發展將由政策導向轉爲市場化導向，這將釋放光伏裝機的潛在增長空間，拉動全球光伏新增規模重返快車道。
預計未來五年光伏新增裝機將恢復高速增長，復合增速或達 15%。結合中國光伏行業協會對光伏未來五年的新裝機預測，到2025年光伏累計裝機量或達 1807GW，未來五年復合增長率將達19%。 長期來看，BNEF 在《2020 年新能源展望》中，預計光伏累計裝機容量將在2050年佔比38%， 達 7749GW，相當於未來 30 年復合增長率約8.1%，我們假設在 2025-2030 年，新增裝機規模年增速維持在15%，對應 2030 年累計裝機量將達3838GW，新增裝機量將達 543GW，爲 2020 年 的 4.2 倍。
2 銅需求：集中在平衡系統，到2025年提升銅消費3%光伏系統的銅需求集中在平衡系統，受電池技術路徑影響有限。光伏發電系統由光伏組件和平衡系統（BOS）兩部分構成，組件承擔太陽能轉化成電能的作用，光能轉化成直流電後通過平衡系統轉化成符合要求的交流電，再接入電網或直接用於負載。電池是光伏組件的核心，按技術路線分類，可以分爲晶硅電池和薄膜電池，晶硅電池產業鏈較爲成熟，佔據市場主流，在2019年產量佔比達95%，其中晶硅佔比達66%；薄膜電池已發展出十幾種技術路線，但實現產業化的僅非晶硅薄膜電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池和碲化Ge(CdTe)薄膜電池三種。但無論是薄膜還是非薄膜電池，都 幾乎不含銅，僅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池中含少量銅，每兆瓦容量約 50 公斤，因此電池技術未來的 發展變化對銅需求的影響較小，我們在此也就不再贅述電池技術相關的內容，具體研究可參考東方 證券電力設備及新能源行業發布的《光伏產業研究系列報告》。平衡系統是除光伏組件以外的其他 設備和系統，如電纜、逆變器、蓄電池、匯流箱、連接器、配電櫃等配件，銅在光伏系統的應用基 本上都在平衡系統中，尤其是電纜。根據 Sailing Stone Capital 於2020年7月發布的《The Energy Transition》報告顯示，光伏系統每兆瓦裝機需耗銅5噸。
按照上述光伏新增裝機進度，預計光伏銅需求將由 2020 年的 65 萬噸增加至 2025、2030 年的 135 和 272 萬噸，未來五年、十年的的復合增長率將達 15.7%、15.4%。
二、儲能
2025 年儲能銅需求或達 4 萬噸，五年復合 增速約 39% 1 趨勢：再生能源市場和配儲比同步提升，儲能將迎高速發展可再生能源增長可期，儲能市場迎來發展機遇。如下圖所示，儲能在電力系統的應用非常廣闊，尤其是在發電側風電、光伏配套的應用領域，雖然新能源汽車的動力電池也屬於儲能電池在用戶側的 主要應用，但未免重復，我們此處討論的儲能電池均不包括新能源汽車電池。在 3 月 26 日發布的 《有色碳中和①：新能源新動能，銅、稀土將迎需求成長》和上節中，我們對風電、光伏未來的發 展趨勢和規模做了定量和定性的判斷，可以看出，發電側新能源在電力市場的佔比將快速提升，在電力系統將起到舉足輕重的作用。然而，相比傳統化石能源，風電、光伏等可再生能源更具波動性、 隨機性和區域性，在以往的儲能系統基礎之上提出了新的要求，一方面需增加儲能容量，另一方面對快速響應性能和動態調節能力的要求也有所提高。
電化學儲能技術成熟、響應速度快，將成爲配套新能源儲能的主流。按照不同能量轉換方式，電力系統中主流的儲能技術就兩類：抽水儲能和電化學儲能，兩者均具備技術成熟度高和儲能規模大的特點。傳統電力系統對儲能的需求是重容量、輕頻率，抽水儲因使用成本低且規模大，順勢成爲裝機規模最大的類型。但隨着新能源在電力系統重要性的提升，其自身的波動性和不確定性可能會導致系統有功出力與負荷之間的動態不平衡，造成系統頻率偏差，嚴重時會導致系統頻率越限，進而危及電網安全運行，抽水儲能由於響應速度相對較慢（分鍾級）並不能妥善解決這一問題。而電化學儲能相對於抽水儲能的最重要的優勢就在於此，其快速的響應特性（毫秒級）能提高新能源電力系統的穩定性，新能源配套電化學儲能也因此成爲共識的解決方案，尤其是鋰離子電池，憑借較優的能量密度和循環性在電化學儲能領域能已佔主導地位，將隨着新能源裝機迎來發展契機。
配儲比例和充放電時長同步提升，儲能累計裝機量未來20年的復合增速或達 23-25%。2020 年儲能電池新裝機已達 5.3GW/10.7GWh，同比增加 55.9%/57.4%，累計裝機規模達 17.7 GW /34.5 GWh。雖然增速較快，但折合至新能源單位裝機容量，配置比例仍較低，根據 2020 年底的光伏和 風電累計裝機量，可以測算出當前新能源發電的配儲比不到 1%，儲能時長約 2 小時，仍有較大提升空間。彭博新能源財經（BNEF）預計到 2040 年儲能累計裝機規模達 1095 GW /2850 GWh， 相當於未來20年均復合增速約 23%/25%，按照該增速可以推斷出到 2030 年累計裝機規模或達 350 GW /911GWh。我們從風電和光伏裝機量預測數據對此進行交叉驗證，根據之前的分析，風電和光伏累計規模在 2030 年預計達 5853GW，相較於2020 年新增 4368GW，按照 BNEF 對儲能裝機規模的預測，2020-2030年儲能將新增 332.3GW/876.5GWh，相當於新增風電光伏的儲能配置比爲 7.6%，儲能時長約 2.6 小時，與目前部分省份提出的配置比例要求（在 5%~30%之間）相符，也吻合一般電化學儲能滿功率連續充放電時間（在 1~4 小時之間），我們將以此作爲儲能領域銅需求的測算依據。
鋰電池佔主流，市佔率高達92%。鋰離子電池和鉛酸電池是電化學儲能兩種主要的儲能技術。與鉛酸電池相比，鋰離子電池具有電池壽命周期度電成本較低、能量密度高、循環次數高、能量損失 和韌性方面更佳且環保等優勢，因此成爲電化學儲能的主流選擇。根據 BNEF 數據顯示，2020 年新增的電化學儲能電池裝機功率中，92%爲鋰離子電池，預計鋰離子電池將保持主流地位。我們沿用 2020 年 2 月發布的《高端鋰電銅箔供需將向好，行業龍頭具中長期投資機會》中儲能鋰電池在 2021-2024的預期需求量，分別爲 20、27、35 和 41GWh，假設鋰電池始終保持在儲能電池 92% 的滲透率，則到2024 年儲能累計裝機將達 155GWh。結合前述到 2030 年儲能累計裝機預計將達 911GWh，相當於儲能累計裝機在 2024-2030 的復合增速約爲 33%，假設年增速在此期間不變， 預計 2025、2030 年需求量或達 26、81GWh，其中鋰電池需求量將達 50、206GWh，爲 2020 年 的 14、57.3 倍。
2 銅需求：應用在電池負極，到 2025 年提升銅消費 0.1% 銅箔是鋰電池負極活性材料的載體和負極集流體，典型鋰離子電池的銅箔用量約爲 0.83kg/KWh。 典型鋰離子電池結構主要包括正極、負極、電解液和隔膜四部分。鋰電池充電時，加在電池兩極的 電勢迫使正極的嵌鋰化合物釋放出鋰離子，通過隔膜後嵌入片層結構的石墨負極中; 放電時鋰離子則從片層結構的石墨中析出，重新和正極的嵌鋰化合物結合，鋰離子實現移動，產生電流。銅箔由於具有良好的導電性、柔韌性和適中的電位，耐卷繞和輾壓，制造技術成熟，且價格相對低廉，在此過程中便充當石墨等負極活性材料載體，同時作爲負極集流體，將電池活性物質產生的電流匯集起來，以產生更大的輸出電流。如我們在《高端鋰電銅箔供需將向好，行業龍頭具中長期投資機會》 所述，典型鋰離子電池 8 微米鋰電銅箔用量約爲 0.83kg/KWh，我們將以此作爲未來儲能鋰電池銅用量的測算依據。
按照上述儲能鋰電池新增裝機進度，預計儲能銅需求將由2020年的 0.8 萬噸增加至 2025、2030 年的 4.2 和 17.1 萬噸，未來五年、十年的復合增長率將達 38.6%、35.5%。
三、投資建議
2025 年風電、新能源車、光伏、儲能 將拉動銅需求 7% 結合我們在《有色碳中和①》和上述分析，可以看到銅作爲優異的導電材料，與“電“密不可分， 在新能源領域應用範圍更廣、應用強度更大。據我們測算，在風電、新能源汽車、光伏和儲能這四個新能源規模化產業，銅需求量在 2020、2025 和 2030 年合計或達 137、318 和 609 萬噸。以 2020 年爲基，銅增量需求在 2025 年、2030 年將達 181 和 472 萬噸，約佔 2020 年全球銅消費量的 7.2%和 18.6%。可見隨着“碳中和”的推進，新能源產業將帶動銅迎來新一輪發展機遇，並成長爲銅主要的應用領域，新能源有望成爲繼中國經濟騰飛後的下一輪銅市持久驅動力。
