观点
新能源领域对铜消费需求的拉动作用是非常显著的，电动汽车和风光发电投资在未来10年内平均每年贡献增量将达到50万吨以上，且当前快速发展期的增量可能会达到80万吨/年，之后逐年递减。
(相关资料图)
正文
一、背景
近年来，全球主要国家和地区加速推出新政策加速新能源汽车对传统燃油车的替代，主要体现在，通过提高排放标准等，促使燃油车退出以及加大补贴，支持新能源汽车的生产与购买。目前世界多数国家已经出台政策，规定了未来新能源汽车的渗透率和销量指标；而且欧洲及部分亚太国家已在未来规划中明确表示将禁售燃油车，这将进一步扩大未来新能源汽车市场体量。具体各国政策见表1。
国际能源署去年年底发布的《2022年世界能源展望》报告显示，随着越来越多国家开始加速能源转型，全球清洁能源产业进入一个快速发展期，2022年可再生能源发电量有望增长20%。得益于风能、太阳能等清洁能源发电量增长，今年全球二氧化碳排放量增幅有望从2021年的4%下降至1%。各国也明确了对推进光伏、风电项目提供多项支持措施，用以替代现有的石化燃料发电。具体各国政策见表2。
因此，本文将在碳中和背景下，研究未来新能源转型对铜的需求。为了估算出未来几十年发电侧改革（由普通燃油车转向新能源汽车，由石化燃料发电转向光伏、风电等新能源发电）所需的铜增量，本文将基于一些假设条件给出大概的估算结果。由于预测周期较长，技术变革和实现路径难以准确估计，因此本文主要以讨论的形式描绘一个铜的终极消费场景及未来铜消费的增长展望。
二、新能源汽车的铜增长贡献
日前，欧委会和欧洲理事会达成的《2035年欧洲新售燃油轿车和小货车零排放协议》在欧洲议会获得通过，表明，欧洲将在2035年停售新的燃油轿车和小货车，这也一定程度上反映了全球新能源转型的趋势。高盛也预计，到2035年全球电动车渗透率将达到50%，突破一个关键的里程碑节点。本文假设到2035年，全球80%的燃油车销量将被新能源汽车取代，其中50%为纯电动汽车，30%为混合动力电车，进而估算出生产新能源汽车需要的铜增量。
为了预测未来汽车总销量，进而预测出未来新能源汽车销量，本文将基于过去几年的数据，假设未来销量的复合增长率，2015到2022年汽车和新能源汽车销量见图1。
已知近三年汽车销量复合增长率为1.29%，本文假设2023年及之后的汽车销量年增长率将逐年递减，在2045年增长率为0%（速率年缩量恒定），即汽车销量新增绝对量先增大再减少 ，同时假设新能源汽车销量年增量恒定，并将在十年间替换80%的燃油车销量， 则每年需至少新增485万辆新能源汽车销量。2023至2035年汽车及新能源汽车预期销量见图2，实际新能源汽车复合增速为15.15%。
根据IDTechEX分析师的计算，混合动力汽车的铜消耗量约为60kg，纯电动汽车为83kg，燃油汽车平均用铜量为15kg/辆，则每年汽车产业需要的铜可见图3。即年铜增量至少要达到30万吨左右，年复合增速约为4.17%，铜在汽车侧的总需求量能在2035年达到571万吨的水平，占当前全球精铜消耗量近25%。
进一步假设在2045年，全球燃油车停售，销量全部被替换为电动汽车，即整体汽车增速假设不变，新能车销量占比在2035年达到80%，在2045年达到100%，其中纯电动汽车占比70%，混合动力汽车占30%。依然假设新能源汽车销量年增长率递减，则2036至2045年汽车及新能源汽车预期销量见图4。
则2036年到2045每年汽车产业需要的铜可见图5。即年铜增量也至少要达到13万吨左右，2035年后的复合增速约为2.21%，铜在汽车侧的总需求量能在2045年达到698万吨的水平，占当前全球精铜消耗量的近30%。
基于本章节的假设分析，可以看到在当前技术路径下，电动汽车的发展将在未来10年稳定地提升铜的需求。在2035年达到80%渗透率的目标假设下，汽车行业年均铜需求增长约30万吨。考虑到大量充电设施的建设，电动车发展带动的用铜增长还会进一步提高。
三、光伏、风电等新能源发电的铜
需求增长贡献
国际团体世界能源理事会（World Energy Council）曾发表预测，光伏和风力发电占全球电源的比重在2060年之前将增加到最低25%，最多39%。国际能源署(IEA)发布的《2020能源技术展望》报告预计在“可持续发展情景”下，全球能源系统将在2070年全面实现净零排放。如果未来需要更多光伏、风电装机，那么讨论电力装机对未来用铜需求的拉动作用就是有意义的。
2021年，全球总发电量、石化燃料发电量和风电发电量见图6。可以发现全球范围内，石化燃料发电仍然占比很很大，达到61.4%，光伏风电占比为10.2%。
第一步，假设是在2065年，总发电量的50%将被光伏、风电替代，即风电光伏发电占比提高约40%。在此基础上可以估算未来需要的光伏、风电装机量，并根据此假设预测未来几十年全球发电侧新能源改革对铜的需求。
假设2022年及之后发电量年复合增速为2%。1985年至今，全球发电量年平均增速3%，而近10年只有2.5%，假设未来40年复合增速2%有一定参考性。按前文对新能源汽车改革的预测结果，为满足行驶用电，电力需求增速将有所加大。假设汽车平均每百公里油耗为8升左右，EIA公布的2021年全球日均车用汽油消费量为39.8亿升，则全球汽车年总里程数约为18.2万亿公里，当前全球汽车保有量为14.5亿辆，则平均每辆汽车每年的行驶里程为1.26万公里。纯电动汽车用电量约为新能源车百公里平均耗电量17.5度，混合动力汽车为7.5度。假设上述参数在未来保持不变，则为满足年新能源汽车增量需要的行驶耗电，则到2065年电车用电需求为2464Twh，占总用电量的比例约为3.5%，在未来40余年中将提高用电增速0.1-0.2pct。
已知2021年总发电量W0=28466Twh，根据假设，2065年光伏、风电发电量为W2065=0.5*（W0*(1.02)^44+2464）=35250Twh，其中光伏、陆上风电、海上风电的分配占比则按最新披露的2020年全球光伏、陆上风电、海上风电的发电量进行估计。2020年光伏、海上风电、陆上风电的发电量分别为w1，w2，w3，2065年预计光伏、海上风电、陆上风电发电量M1，M2，M3分别为Mi=（wi/w1+w2+w3）* W2065，i=1,2,3。计算出2065年需要的光伏、陆上风电和海上风电发电量S1，S2，S3的结果见图7。
考虑到清洁能源发电时不可避免地存在利用率的差异，本文采用2020年全球光伏、海上风电、陆上风电的加权平均容量因数（特定机组全年实际发电量/特定机组理论上全年最大发电量）估计各国发电机组理论上应达到的装机容量。2065年预计光伏、海上风电、陆上风电所需的装机容量B1，B2，B3为Bi=10000*Si /(24*365.25*ci)，ci 为容量因素，i=1,2,3，得到理论上全球需要的装机容量（单位GW）。
已知2022年全球光伏、海上风电、陆上风电的现存装机容量为E1，E2，E3，预计2065年光伏、海上风电、陆上风电较2022年所需的年新增装机容量G1，G2，G3为Gi=Bi-Ei，i=1,2,3。装机容量对比见表3。
根据国际可再生能源机构数据计算，2022年光伏新增装机量为191GW，截至2022年底为1046.6GW。如果按照这个速度计算，至2065年光伏装机会达到9279GW，同样的，如果未来40余年海上风电保持2022年的新增装机规模，至2065年会达到441.5GW。陆上风电方面，如果新增装机规模保持2.3%的复合增速，2065年总装机规模会达到6809GW。据公开资料查询光伏和陆上风电的发电机组每GW装机容量的用铜量约为5000吨，海上风电发电机组用铜量为14000吨/GW。基于以上数据，2022年光伏风电装机用铜量为150万吨，而2065年为219万吨，年均增量不超过2万吨。本报告并未考虑光伏、风电使用年限和报废的问题，因废铜回收后依然是供给的一部分，故仅考虑永续状态下的铜需求量。
前文是按照目前的光伏、海风、陆风发电量比例平移推算的各类型占比，考虑到海上风电资源丰富、发电利用小时数高，而且不像光伏和陆上风电那样占用土地，适宜大规模开发，海风可能在未来迎来大规模发展。因此，我们也将考虑把海上风电的比例调高的影响。假设光伏和陆上风电的贡献比例各调低约20%（由海上风电替代），结果会如何？最终预测所需的合计新增装机容量见表4。
在这个假设下，未来40余年光伏需要新增装机6090GW，海上风电2300GW，陆上风电4650GW，在2022年新增装机基础上，光伏维持不变亦可在2054年达到假设目标，而海上风电新增装机规模保持7.2%、陆上风电保持1.2%的复合增速，可在2065年达到目标。2054年的用铜规模会达到270万吨/年的水平，平均下来年均增长不到4万吨。基于对各类发电的利用效率及单位装机用铜量计算，在比例调整中，主要的用铜增量来自于海风对陆风的替代。因为相对来说，陆风发电的铜使用效率最高，海风和光伏相当，与陆风相比效率减少50%以上，即在年发电量相同时，要多使用一倍的铜。
从上文讨论可以发现，如果假设2065年总发电量的50%被风电和光伏替代，以目前的行业发展速度可以轻易实现，未来10-20年的用铜需求的拉动作用也非常有限。在上述分析中，有三个因素可能使得报告低估电力装机对铜的需求拉动作用：一是容量因素，发电设备的实际利用效率可能更低；二是替换比例可能更高，或者在更短时间内实现50%替换，三是光伏、陆风、海风的占比分配。因此在本章节的最后一部分，我们将诸多假设条件设的更激进一些，以探讨在更极限的情况下，这部分铜需求的增长情况。
首先，基于利用小时数资料，计算得到太阳能、海风、陆风发电设备利用率分别为14.5%、27.4%和22.8%，跟前文假设分别下调了1.5、12.6、11.2pcts。其次，我们考虑按照20年实现前述2065年目标的条件重新计算。第三是考虑到光伏发展速度更快，在未来假设光伏发电量占风光发电的比例由35%提高到50%，海风从4.4%提升至10%，陆风从60%降低至40%。在这个假设下，全球新增风电、太阳能装机用铜量在2042年将达到754万吨，平均年增30万吨铜。
在上述假设下，光伏和陆风新增装机年复合增速仅7%左右，海风为15%。如果继续调整，将陆风占比降至20%，光伏提高至70%，那么至2042年这部分用铜需求会达到915万吨，年均增加38万吨。在这个假设下，光伏在2042年会达到累计12332GW，较目前增加11285GW，年均新增装机564GW。2022年全球光伏装机超过200GW，2023年预计会超过300GW，因而未来20年年均新增装机564GW并非难以达成的目标。
综合上述讨论，我们可以对未来光伏、风电投资对铜的拉动效应有一个初步的概念。基本结论如下，如果全球能源转型是一个相对缓慢的过程，那么其对用铜量的拉动增长作用将非常有限。即按照一个保守的改革速度，其每年对铜需求的增长带动不超过10万吨，比如2065年全球风光发电占比达到50%。但假设激进时，比如2065年实现80%的占比或2043年即实现50%占比等，此时年增量才有可能达到20-30万吨，甚至接近40万吨。
2023年，市场预计光伏装机量新增100GW以上，加上风电，带动的铜需求总增长将达到55万吨左右。所以我们假设未来20年风光装机带动的铜需求增量保持55万吨/年，即光伏新增装机每年增加100GW/年，海风和陆风分别增加2GW/年。那么到2042年，风光发电占比将达到83.6%，如果再加上核电、水电和其他能源发电，化石能源发电占比已所剩无几。虽然目前来看，这样的结果或许过于激进。但即使将假设下调至30万吨/年，全球风光发电量的占比也将在2050年达到80%，加上水电、核电部分，基本实现了发电侧的零排放。
四、总结
在全球碳中和、绿色转型的背景下，铜的需求被长期看好，本报告从汽车和电力两部分对能源转型中铜的需求增长做了估算。
相对来说，关于汽车部分的预测可靠性更高，因为新能源汽车的发展路径相对更可预测。因此，未来10年，新能源汽车对全球铜的消费拉动作用大概率将达到年均30万吨。
关于电力部分，由于存在诸多变化和假设，较难准确预测用铜需求，因而只有一个粗略的结论，以供参考：如果未来20-30年电力能源转型速度偏缓，其对铜需求的拉动作用将非常有限，平均值不超过10万吨/年，即使假设一个比较快速的能源转型，其年均用铜增量也难超过30万吨。于是，我们得到这样一个结论：目前光伏、风电装机快速增长进而带动铜消费大幅增加的情形并不能长久维持。在未来某个时刻，光伏、风电行业将进入一个平稳期，虽然每年新增装机规模巨大，但几乎没有铜增量，并且，当前发展速度越快，这个平稳期会越快到来。
总体来看，在能源转型背景下，新能源汽车和光伏、风电行业极大程度地刺激了铜的需求增长。从绝对量来看，如果全球14.5亿辆汽车保有量全部替换为新能源汽车，需要的铜将达到8700万吨，是当前全球精铜用量的3.5倍。即使不考虑增量，当前化石能源发电全部被风电、光伏替代需要的铜也将达到6000万吨以上。从年度增长来看，新能源汽车对铜需求增长的年均拉动效应约为30万吨，而风电、光伏的拉动效应平均来看预计落在20-30万吨之间，且大概率呈前高后低。合计来看，预计未来10年，新能源汽车和光伏、风电对铜需求的增长贡献大概率都将维持在50万吨/年以上。这意味着，如果传统需求能够随经济回暖而恢复增长，需求增量叠加，未来铜消费将迎来一个快速增长期。
