碳中和約束下的產業(yè)投資機會分析

碳中和約束下的產業(yè)投資機會分析1.

國內碳排放歷史：化石能源占比高1.1.

八大行業(yè)占比

90%根據(jù)中國碳核算數(shù)據(jù)庫，八大行業(yè)中，2017

年二氧化碳排放量為

93.39

億噸，碳排放占比分別為發(fā)電及供熱（44%）、鋼鐵（18%）、建材（13%）、

交運（含航空，8%）、化工（3%）、石化（2%）、有色（1%）、造紙（0.3%）。從終端消費角度來看，發(fā)電及供熱約占

40%，建材約占

13%，鋼鐵約占

18%，交運（含航空）約占

8%，其他約占

20%。從直接排放源角度來看，能源活動約占

90%，其中，煤炭約占

80%，石

油約占

15%，天然氣約占

5%；加工過程約占

10%，其中，水泥約占

75%，

其他約占

25%。1.2.

化石能源的下游依然集中于鋼鐵水泥化工2018

年，中國煤炭消費

39

億噸，約

70

億噸碳排放量。電力全年耗煤

21

億噸左右，鋼鐵行業(yè)耗煤

6.2

億噸，建材行業(yè)耗煤

5

億噸，化工行業(yè)耗

煤

2.8

億噸。2018

年，石油消費量約為

6.1

億噸，約

13

億噸碳排放量。其中成品油消費量約

3.3

億噸，汽油消費量

1.31

億噸，乘用車

100%替換鋰電帶來

3.8

億噸碳減排。石油化工消費

2.8

億噸石油，換算碳排放量約

3

億噸。

2018

年，天然氣消費量達到

2808

億立方米，約

3.6

億噸碳排放量。2.

減排路徑推演和龍頭戰(zhàn)略選擇2.1.

電力：用電量和

GDP強相關，仍為正增長電力碳排不但占比高，和鋼鐵、水泥、電解鋁等重工業(yè)最大的不同在于，

在

2030

年碳達峰之前，仍有年化個位數(shù)的增長。我們后面以

2021-2025

年復合增速

5%，2026-2030

年復合增速

3%作為用電量的測算。美國和日本的

GDP和用電量呈同向變化，有強相關性。我們將美國和

日本的

GDP和用電量按時間維度劃分，每十年為一組，其復合增速之間

呈強相關性，其中，美國的

GDP和用電量的變化趨勢基本相同。燃煤發(fā)電的度電碳排放量是燃氣發(fā)電的兩倍。根據(jù)我們測算，燃煤發(fā)電

的度電碳排放大約在

0.91

kgCO2/kwh，燃氣發(fā)電的度電碳排放大約在

0.46

kgCO2/kwh。按照

IEA公布的2050

年凈零排放：全球能源行業(yè)路線圖的指引，要

求到

2030

年，全球太陽能光伏發(fā)電新增裝機達到

630GW，風力發(fā)電的

年新增裝機達到

390GW，這是

2020

年創(chuàng)紀錄新增裝機數(shù)據(jù)的

4

倍。我

們按照中國光伏/風電裝機全球占比

40%簡單測算（252GW、156GW）假設

1：我們以

2021-2025

年復合增速

5%，2026-2030

年復合增速

3%作

為用電量的測算，2025

年同比

2020

年累計新增發(fā)電量

2

萬億度電都需

要由清潔能源來提供，約占全社會總發(fā)電量的

20%以上。假設

2：我們按照

2030

年光伏新增裝機

252GW倒算，2021-2030

光伏

新增裝機的復合增速在

17.56%，累計裝機復合增速

20.42%。（如果以更

合理的制造業(yè)生產邏輯擬合，2021-2025年假設新增裝機復合增速25%，

2026-2030

年新增裝機復合增速依然有

10%）；假設

3：我們按照

2030

年風電新增裝機

156GW倒算，2021-2030

年風

電新增裝機的復合增速在

8.04%，累計裝機復合增速

17.54%；我們測算，2025

年光伏風電發(fā)電量占比超過

25%，2030

年光伏風電發(fā)

電量占比近

50%，間歇性的電力供應占比達到

25-30%，已經對電網(wǎng)的運

行造成了巨大的沖擊，是否能實現(xiàn)的核心并不在于電站資產的運營和經

濟性，而在于電網(wǎng)的消納和用電、發(fā)電、電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)的儲能配套。即

便按照新增裝機謹慎的配置

20%的儲能，2025

年可以達到

50GW的量

級。與之相匹配的發(fā)電端、電網(wǎng)端、用電端的資本開支遠超想象。我們按照2030年全球新能源汽車5500萬量（對應動力電池需求2500GW，

不含換電）倒算，2021-2030

年復合增速

33.76%。（如果以更合理的制造

業(yè)生產邏輯擬合，2021-2025

年假設復合增速

50%，2026-2030

年復合增

速依然有

20%）；與之相匹配的電池的循環(huán)回收、梯次利用于儲能的體量

也可能遠遠超過

50GW的量級。2.2.

水泥：工業(yè)過程排放占比

60%，減排難度最高水泥雖然是碳排放大戶，但是從具體碳排放看，生產過程中碳排放占總

量的

60%左右，剩下

40%為燃煤消耗。水泥的生產過程為用天然的石灰石及粘土（碳酸鈣、二氧化硅）煅燒成

熟料（氧化鈣），熟料加適量石膏共同磨細后，即成硅酸鹽水泥（主要由

CaO.SiO2

.Al2O3

和

Fe2O3）。而其中的煅燒過程，石灰石變成氧化鈣的

同時，其中碳與氧氣結合生成二氧化碳；生產

1

噸普通硅酸鹽水泥熟料

需要使用到

1.47

噸生石灰原材料，假設其中硅酸鹽礦物占比

68%計算

（國家標準要求

66%以上），即生成

0.534

噸

CO2。由于目前石灰石作為

低價、易采原料的不可替代性，生產過程中尋求替代品壓縮碳排放非常

困難。另外一方面水泥碳排放來自于生產過程中的煤炭消耗，行業(yè)標準一般生

產

1

噸水泥需要消耗

108kg的標煤，大約排放：108*7000*4.10*26.10*44/12*0.98/1000000=0.291

噸的二氧化碳。2.2.1.

碳中和約束下水泥龍頭的未來2018

年，水泥熟料產能前三大企業(yè)，中國建材、海螺水泥、金隅冀東分

別占全國水泥熟料總產能的

19.75%、11.07%、5.26%，合計

36%。我們

假設以日本水泥產業(yè)史的發(fā)展作為

2035

年終局來測算，CR3

達到

70-80%

的競爭格局，總量需求下滑一半，海螺、中國建材、金隅冀東幾大龍頭

的產銷量剛好維持不變。隨著免費配額發(fā)放量的大幅縮水，企業(yè)碳排成

本不斷提升，以海螺和行業(yè)平均成本差距

30-50

元/噸作為公司長期盈利

能力來實現(xiàn)行業(yè)的產能出清，仍有

4

億左右的碳排放量需要

CCUS來解

決。同時，海螺也深耕水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒技術，成為水泥龍頭加

速減排的另一途徑。日本水泥產銷量在

96

年達到峰值

9449.2

萬噸，此后逐年下降，10

年產

量僅為峰值的

54.5%。但龍頭間收購+去產能提升行業(yè)集中度，到

1998

年日本已經形成了

CR3

超過

80%的競爭格局。此外，日本于

1998

年開

始了第三輪去產能以保證水泥產能利用率：第三輪去產能主要由大企業(yè)

帶頭開始，水泥窯容量從

9700

萬噸降到

5500

萬噸，同時，幾家大企業(yè)

在主動減少自己的國內產能，CR3

在過去二十年內市場份額共計下降了

3.21%。水泥廠從

69

個關停到

19

個，產能水平更是降到了

6200

萬噸，

成功的將水泥產能利用率保持在

85%左右。整體來看，產能下滑程度基

本與需求相匹配，這使得產能利用率得到了很好的控制。2.3.

鋼鐵：電爐替代高爐的核心在于廢鋼回收中國鋼鐵行業(yè)以高爐煉鐵-轉爐煉鋼的長流程為主，占整體粗鋼產量的90%

左右。從生產過程看，高爐煉鐵過程是在高爐高溫環(huán)境中，以焦炭（主

要化學成分為

C）為還原劑將鐵礦石（以

Fe2O3、Fe2O3·H2O為主）

還原為鐵元素并釋放二氧化碳的過程。電弧爐煉鋼以廢鋼為主要原料，因此除去所耗電力以及電爐中所需要的

石墨電極，短流程并不會額外排放大量

CO2。2.3.1.

碳中和約束下的鋼鐵龍頭的未來日本：不同于水泥行業(yè)

1998-2010

年，產銷量下滑一半，2015

年日本粗

鋼產量依然維持高位，且電爐占比不高，30%左右。美國：1973-2015，產銷量大幅下滑

30-40%，歐美電爐比例較高，超過

80%。中國：以

10

年的設備折舊周期和

20

年的房屋折舊周期來看，累計廢鋼

量的拐點是不是在

2030

年以前到來？那么電爐替代的核心在于“回收體系”的建立，以及下游家電、汽車、工業(yè)企業(yè)龍頭的示范效應。我們按照鋼鐵長流程

5000

元/噸的投資強度測算，而更換電爐單設備投

資僅為

100

元/噸，按照長達

20-30

年的設備替換周期，以及行業(yè)自然的

衰減（假設

2060

年同比

2020

年產能下滑

30%），平均每年的投資額度

僅為

17.5

億元，電爐對于高爐的替代并不會給龍頭企業(yè)帶來過重負擔。2.4.

電解鋁：電氣化程度高、減排路徑清晰電力為電解鋁二氧化碳主要排放項：據(jù)

IAI數(shù)據(jù)目前全球平均每生產一

噸原鋁，大約會排放

16

噸二氧化碳。其中鋁土礦端約

0.05

噸，占比

0.3%，

主要系用電及熱能釋放；氧化鋁端約

3.1

噸，占比

19.6%，主要系熱能釋

放過程排放；而電解環(huán)節(jié)排放最多為

12.4

噸（含電力+陽極），占比

79.4%，

且以電力排碳為主，約

9.5

噸占比約

61.0%。若考慮全流程，則電力環(huán)節(jié)

排放占比超

50%達到

63%左右（考慮鋁土礦、氧化鋁、電解鋁及其他生

產環(huán)節(jié)的總用電）?；痣娬急容^高，中國電解鋁電力環(huán)節(jié)排放量遠高于世界平均：國內鋁行

業(yè)電力能源結構嚴重依賴火電（占比

85%左右）；而歐美鋁廠的水電占比高達

80%以上，其噸鋁冶煉的電力碳排放量僅在

2-3

噸，遠遠低于中國

的

11.2

噸。電解鋁的減排路徑非常清晰，以清潔能源替代火電即可，減

排難度較低。2.5.

化工：碳排總量有限，但強度突出化工、石化合計碳排放占比

4%，約

4-5

億噸，和水泥、鋼鐵相比總排放

量并不高。但化工由于產品線和工藝路線繁多，碳排放強度較高，且工

業(yè)過程占比較高，電氣化轉換困難。尤其是煤化工碳排強度遠遠高于石

油化工、天然氣化工。2.5.1.

合成氨和甲醇合計約占總化工排放的

50%煤制甲醇以某年產能

22.4

萬噸的化工廠為例，其燃料煤炭消耗為

19.44

萬噸，單噸電力消耗

0.21MWh，我們測算，燃燒過程的二氧化碳單噸排

放為

1.78

噸。合成氨碳排放主要來源于過程、燃燒和用電層面。過程排放二氧化碳量

為

3.88

噸二氧化碳/噸；燃燒排放為

1.59

噸二氧化碳/噸；用電過程排放

為

0.26

噸二氧化碳/噸，合計

5.73

噸二氧化碳/噸合成氨。以乙烯的三種工藝測算為例，天然氣是碳排強度最低的路線，但與此同

時，天然氣（甲烷）以及其共生的乙烷、丙烷又是國內最為稀缺的資源。

碳中和約束下的困局在于，如何實現(xiàn)“產業(yè)鏈能源供應安全”、“糧食安

全”（煤制尿素）和“碳減排”之間的矛盾和再平衡。而煤化工龍頭長期

積累的成本優(yōu)勢和工藝端的核心競爭力如何更快地釋放？2.5.2.

碳中和約束下的龍頭萬華化學性能優(yōu)越的

MDI產品：一直受成本制約的聚合

MDI應用于建筑保溫領

域或有突破，很可能帶來

mdi新一輪的成長。石化產品路線的拓展選擇碳排最小的路線。化工的過程排放控制，解決

氫氣的來源問題是核心。和其他制氫方式相比，輕烴裂解裝置產生的氫

氣屬于藍氫，幾乎不產生碳排放。2015

年之后，萬華的大石化項目陸續(xù)

投產，PDH、大乙烯項目一期二期（分別投資

168

億、200

億）。規(guī)劃可降解塑料

PBAT全產業(yè)鏈。四川眉州基地的

10

萬噸

BDO產能及

配套的天然氣制乙炔和甲醛產業(yè)鏈，為四川基地的

6

萬噸

PBAT項目做

原料配套。2.5.3.

提升精細化工率是減少碳排放強度的最佳方式未來，全世界化學原料超過

50%在中國生產，從最初的基礎產品慢慢過

渡到功能性產品，從化學的角度就是精細化工，這才是化工產業(yè)升級以

及降低碳排的最佳方式。目前國內的精細化工率大概在

30-40%，而海外

大概在

70%左右。精細化工的產業(yè)難點在于如何在

10

萬個產品中不斷

地選出更適合企業(yè)發(fā)展的品類，龍頭新和成已經走出了一條在精細化工

領域不斷復制的路徑。3.

碳中和約束下十年的產業(yè)投資機會（2020-2030

年）3.1.

儲能：解決電網(wǎng)消納問題的必然選擇歷史上儲能的產業(yè)規(guī)劃的制定，路徑依賴于成本下降的經濟性。但在光

伏風電發(fā)電量占比達到

25-30%的零界上（2025），儲能成為解決電網(wǎng)消

納問題的必然選擇，經濟性的考慮退居其次。電力是即發(fā)即用、無法直接儲存的能源形態(tài)。從整個電力系統(tǒng)的角度看，

儲能的應用場景可分為發(fā)電側儲能、輸配電側儲能和用電側儲能三大場

景。其中，發(fā)電側對儲能的需求場景類型較多，包括電力調峰、輔助動

態(tài)運行、系統(tǒng)調頻、可再生能源并網(wǎng)等；輸配電側儲能主要用于緩解電

網(wǎng)阻塞、延緩輸配電設備擴容升級等；用電側儲能主要用于電力自發(fā)自

用、峰谷價差套利、容量電費管理和提升供電可靠性等。電池組成本是電化學儲能系統(tǒng)的主要初始成本。根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，一

套完整的電化學儲能系統(tǒng)中，電池組成本占比最高達

67%，其次為儲能

逆變器

10%，電池管理系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)分別占比

9%和

2%。作為成本占比最高的電池環(huán)節(jié)，成本曲線的陡峭下滑的拐點可能在于新

能源車的快速普及（2021-2025

復合增速

50%），帶來動力電池的梯次利

用于儲能，由此衍生出來的動力電池回收、檢測等產業(yè)鏈機會，同時，

鐵鋰電池路線的成本在設備和原料創(chuàng)新端仍有大幅下降的空間。另外，儲能系統(tǒng)里，BMS、EMS、逆變器都有著巨大的創(chuàng)新機會。3.2.

工業(yè)電氣化：碳中和的必經之路工業(yè)電氣化過程（包括鋼鐵改電爐、靈活電網(wǎng)系統(tǒng)重建、水泥有色化工

節(jié)能減排設備再投入）催生設備端的機會，需要依靠電力設備和機械設

備龍頭的研發(fā)創(chuàng)新能力。3.3.

未來工業(yè)過程減排依靠

CCUS工業(yè)過程的未來碳減排路徑主要是通過

CCUS的方式實現(xiàn)。根據(jù)

IEA發(fā)

布的2050

年凈零排放：全球能源行業(yè)路線圖，化工、鋼鐵、水泥的減

排方式主要是通過

CCUS來實現(xiàn)，其次為氫能。根據(jù)預測，截止

2020

年，

全球工業(yè)的碳排放量存在

20

億噸。我們保守估計國內情況，實現(xiàn)碳中和，水泥仍有

4

億噸碳排、石化化工

2-3

億噸碳排、天然氣

3.6

億噸，

合計

10

億噸碳排要靠

CCUS。2019年中國共有18個捕集項目在運行，二氧化碳捕集量約170萬噸/年；

12

個地質利用項目運行中，地質利用量約

100

萬噸/年；化工利用量約

25

萬噸/年、生物利用量約

6

萬/年噸。在

CCUS捕集、輸送、利用與封存環(huán)節(jié)中，捕集是能耗和成本最高的環(huán)

節(jié)。二氧化碳排放源可以劃分為兩類：一類是高濃度源（如煤化工、煉

化廠、天然氣凈化廠等），另一類是低濃度源（如燃煤電廠、鋼鐵廠、水

泥廠等）。高濃度源的捕集成本大大低于低濃度源。捕集環(huán)節(jié)：典型項目（低濃度燃煤電廠）的成本約在

300-500

元/噸；運

輸環(huán)節(jié)：罐車運輸成本約為

0.9-1.4

元/噸/公里，管道運輸成本約為

0.9-

1.4

元/噸/公里；利用封存環(huán)節(jié)：驅油封存技術成本約在

120-800

元/噸，

同時可以提高石油采收率。咸水層封存的成本約為

249

元/噸。4.

討論與借鑒4.1.

產業(yè)發(fā)展和企業(yè)的戰(zhàn)略選擇依賴于“政策機制的設計”將不同行業(yè)納入同一碳交易市場是否合理？以水泥為例，60%的排放來

源于過程排放，而未來解決大部分過程排放的方式大概率只有最高成本

的

CCUS；而同為碳排大戶的火電，可以靠簡單的新能源（光伏、風電）

裝機來替代，經濟性已經體現(xiàn)。從制度設計上，碳稅

VS碳交易如何選擇？由于增加了碳排放的成本，

因此無論是碳稅還是碳交易，都是有助于降低碳排放的。相對于碳稅，

碳交易的減排效果更確定；相比于碳市場，碳稅機制的交易成本較小。參考光伏鋰電的歷史，是否需要補貼儲能、CCUS，亦或者工業(yè)龍頭的

電氣化改造？2000

年，無錫尚德成立，2005

年于紐約交易所上市。誰也沒有想到

20

年的光伏歷史是這樣走過（轉換效率的持續(xù)提升和產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的持

續(xù)成本下降，是光伏產業(yè)發(fā)展和技術進步的推動力），不要低估時間的力

量和持續(xù)的創(chuàng)新。光伏是典型的重資產行業(yè)，加之技術迭代速度快，資本的協(xié)同和穩(wěn)定的

政策預期對于龍頭企業(yè)和產業(yè)的發(fā)展來講至關重要。優(yōu)秀的隆基也是在

2019

年才實現(xiàn)了正向的現(xiàn)金流。隆基

2012

年在登陸

A股之后，通過增發(fā)、可轉債、配股、公司債、短融等多種融資方式，8

年累計融資

147

億

元，是所有光伏行業(yè)上市公司中股權融資最多的公司，也是相對友好的

融資環(huán)境給了龍頭企業(yè)更為廣闊的發(fā)展空間。4.2.

技術路線之爭：選擇優(yōu)秀的性能而非當下的經濟性光伏鋰電的歷史值得所有涉及碳中和約束的行業(yè)學習。2012

年，隆基堅

定不移地選擇成本更高地單晶路線，需要對抗的是整條產業(yè)鏈的阻撓。在單晶多晶技術路線之爭時，看準行業(yè)的方向可能并不困難，但能夠持

續(xù)堅持戰(zhàn)略選擇，且在遇到下游組件廠商阻力之時，以極高的戰(zhàn)略執(zhí)行

力將產業(yè)鏈拓展至下游單晶組件（2014），引領

PERC技術成為主流，打

敗了歷史上的“亞洲硅王”保利協(xié)鑫，完成了產業(yè)鏈一體化。動力電池領域，寧德選擇高能量密度和高功率密度的三元而非更穩(wěn)定地

鐵鋰，以及恩捷選擇更高能量密度但資本開支強度更大的濕法。龍頭的

技術路線之爭往往不拘泥于當下的性價比和技術突破的困難，更在于長

周期的產品性能的領先。4.3.

三代半導：資本選擇更優(yōu)秀的性能，不確定的只是時間第三代半導體在高功率領域的應用成為

2020

年一級市場最為熱門的投

資方向。表面催化劑在于特斯拉使用碳化硅替代

IGBT，深究其原因，在

于材料端更優(yōu)秀的性能，帶