证券研究报告行业深度报告 电气化率和氢能的发展将推动新能源新周期启动 分析师：朱玥 zhuyue@csc.com.cn SAC 编号：S1440521100008 发布日期：2023年9月5日 本报告由中信建投证券股份有限公司在中华人民共和国（仅为本报告目的，不包括香港、澳门、台湾）提供。在遵守适用的法律法规情况下，本报告亦可能由中信建投（国际）证券有限公司在香港提供。同时请务必阅读正文之后的免责条款和声明。 目录 01. 测算方法论：自下而上测算电力需求，自上而下测算新能源装机 02. 中国：一次能源2035年达峰，总用电量保持增长，风、光累计装机超过3.5TW、 9TW，2060年绿氢需求超过1.39万亿Nm3 03. 欧洲：总用电量保持增长，风、光累计装机超过900GW、5TW，2060年绿氢需求 超过5000亿Nm3 04. 美国：一次能源平缓增长，风、光累计装机超过900GW、3.6TW，2060年绿氢需 求超过4800亿Nm3 05. 全球：新能源累计装机约为风11TW、光36TW，2060年绿氢需求达到5万亿Nm3 测算方法：自上而下和自下而上相结合 研究思路：综合考虑一次能源结构和氢能的影响 资料来源：中信建投绘制 7 双碳目标与能源消耗相挂钩  IPCC第六次评估第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》表明：如果要将全球温升控制在2℃以内，2018-2100年累计CO2 排放量应控制在1.2万亿~1.5万亿吨以内；如果要将全球温升控制在1.5℃以内，2018-2100年累计CO2排放量应控制在4200-5800亿吨 以内。  净零不是终点，还需“负碳”：《全球升温1.5℃特别报告》中指出，不同的减排路径均需在2050年左右达到净零排放， 但这不是终点 ，此后还需要达到负碳排放。 图、巴黎协定制定的碳排放目标 图、1.5℃目标下，不同的减排路径均需在2050年左右达到净零排放 目标 允许碳排放量 2℃（基本目标） 2018-2100年累积碳排放量控制在1.2万亿~1.5万亿吨以 内 1.5℃（理想目标） 2018-2100年累积碳排放量控制在4200亿~5800亿吨以内 资料来源：《巴黎气候协定》，中信建投 资料来源：IPCC 2018，中信建投 8 能源消费的量和结构与碳排放息息相关  能源消耗总量：根据BP《世界能源展望2022》，2021年，全球一次能源消耗量约为595.15EJ，其中化石燃料占据82.3%。  碳排放：以实物量计算，2020年全球能源消费约为煤炭（51.7亿吨）、石油（59.3亿吨）、天然气（47亿吨）。2020年全球化石能源CO2排放约320亿吨， 其中中国约100亿吨。 图、2021年各类一次能源消耗量（EJ），化石能源仍占绝对多数 39.91 40.26 石油 184.21 煤炭 水电 可再生能源 化石能源 消耗量（亿 tce） 排放因子 碳排放（亿 t） 碳排放占比 煤炭 51.7 2.6 134.4 41% 石油 59.3 2.06 122.2 37% 天然气 47.0 1.6 75.2 23% 25.31 天然气 核能 表、化石能源贡献了绝大多数碳排放，煤炭具有最高的碳强度 160.1 145.35 资料来源：《BP世界能源统计年鉴2022》，中信建投 资料来源：《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》，中信建投 9 一次能源：最重要的能源消费指标  一次能源定义和分类：一次能源是指自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源，如煤炭、石油、天然气、核能、水能、太阳能、风能、生物质、 地热、潮汐能等。  一个国家/地区的能源消费总量往往以一次能源为控制口径：由于不涉及加工转换，以能源的物理存在形式为依据，因而统计较为便捷，也是各个国家通常统 计能源消费时所采用的口径以中国为例，我国曾制定2020年全国一次能源消费量不超过50亿吨标准煤的目标，当年最终消耗量为49.8亿吨，目标达成。 图、中、美、欧、日历年一次能源消费量，后三者已经达峰（单位：EJ） 中国 180 美国 欧洲 日本 表、常用一次能源指标 单位 常用地区 当量（焦耳/J） 亿吨标准煤（亿tce） 中国 2.92×10^18 百万吨油当量 欧洲 4.26×10^16 万亿英热当量（Trillion Btu） 美国 1.05×10^15 用于全球各地区统一单位 1×10^18 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 资料来源：《BP世界能源统计年鉴2022》，中信建投 2010 2015 2020 艾焦耳（EJ） 资料来源：《BP世界能源统计年鉴2022》，中信建投 10 非化石能源：按投入当量法折算为常规一次能源  对于核能、水电、可再生能源电力（风能、太阳能）等不以燃烧形式利用，且能源产出形态多为电力的一次能源，可以用两种方式衡量其能源消耗：  电热当量法：仅考虑电能本身热能当量，按非化石能源所发电量直接按照1kWh=3.6×106J折算一次能源，这种方式只考虑了电力本身的能量。  投入当量法：采用当年的平均发电煤耗（或发电机组平均热效率），将“一次电力”（即核能、水电、可再生能源等不以燃烧形式发电的电源）折算回热能形 式，并计入一次能源总消耗量中。这种方式考虑了“一次电力”（直接转换成电力）与“二次电力”（经过燃烧等过程转换）的等效性，因此更具指导意义。 图、相较电热当量法，投入当量法考虑了发电效率带来的损耗 资料来源：中信建投绘制 表、中国按投入当量法计算的一次能源消费口径显著大于电热当量法 年份 电热当量法（亿tce） 发电煤耗法（亿tce） 2018 43.56 47.19 2019 44.76 48.75 2020 45.57 49.83 2021 47.92 52.59 资料来源：《中国能源统计年鉴2022》，中信建投 11 一次能源的结构转变是实现碳中和的关键，测算一次能源从需求出 发更加合适  按燃料类型拆分一次能源消费体现能源供给侧情况：根据《中国能源统计年鉴》，中国的分类法为煤炭、石油、天然气、一次电力及其他能源（其中有水电、 核电等）。根据EIA，美国的分类方法则分为化石燃料、核能和可再生能源三大类，各类再细分为煤炭、石油、天然气、水电、地热、太阳能、风能、生物质 等。《BP世界能源展望》则分为石油、天然气、煤炭、核能、水电和可再生能源等。  按应用场景拆分体现需求侧情况：按应用场景拆分即可用于一次能源，又可用于终端能源，由于按应用场景拆分更能体现不同产业的增长趋势，因此本报告采 用按场景拆分一次能源需求，而化石燃料消耗量则不是本文重点。各个国家、地区、研究机构的拆分方法不同，但大体来说，可以分为居民、工业、交通、商 业等几大部门。 图、按应用场景拆分更能体现需求侧的影响，不同国家和地区、不同研究机构有不同的一次能源拆分方式 国家、地区、研究机构 工业 居民 商业 建筑 交通 中国能源统计年鉴 √ √ √ √ √ 美国（EIA） √ √ √ √ 欧洲（EUROSTAT） √ √ √ √ 中国（清华气候院） √ √ √ 中国（落基山研究所） √ √ √ 电力 农业 √ √ 资料来源：《中国能源统计年鉴》、EIA、EUROSTAT、清华气候院、落基山研究所，中信建投 12 现有测算结果：2050年各机构一次能源预测值相比2021年有升有降  不同研究机构对2050年全球一次能源消耗测算结果不同：根据未来资源研究所（Resources for the Future， RFF）的汇总，各家研究机构对全球2050年一 次能源消耗的测算结果各不相同，部分结果相对2021年有增长，部分则有下降，最高值约700QBtu，最低则在400QBtu左右（1QBtu=1.055EJ） 图、不同研究机构对2050年全球一次能源的测算各不相同，相比2050年有升有降 资料来源： RFF 《Global Energy Outlook 2023》，中信建投 13 终端电能渗透率的逐步提升是碳中和实现的必经之路  终端电能渗透率逐渐提高：多种研究表明，净零过程中伴随着电能渗透率的提升，根据《BP世界能源展望》，至2050年，终端电能消耗占比依不同场景从 30%~50%不等，但都将提升。根据清华气候院《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》，不同场景下中国工业部门终端电气化率可在31%-69.5%不等。  电能在终端能源消费中占比的提升伴随着化石燃料占比的下降：根据《BP世界能源展望》，在净零场景下2050年化石燃料在终端能源消费总量中的占比下降 到20%左右，而电能的占比则提升至50%以上。电能的广泛使用挤占了化石燃料的使用空间，再加上发电量中可再生能源电力占比的逐年提高，最终实现能源 结构的脱碳。 图、BP对终端能源消费中电能占比的测算，净零前提下2050年超过50% 表、电能在终端能源消费中占比的提升伴随着化石燃料占比的下降 资料来源：《BP世界能源展望2022》，中信建投 资料来源： 《BP世界能源展望2022》 ，中信建投 14 电能测算：通过渗透率进行估算  一次能源发电占比 vs 终端电能渗透率：两种方法均可测算发电/用电量，适用不同的数据源，对于某地区能源数据以各场景一次能源消费量给出的，可以用一 次能源发电占比对发电量进行测算（如《中国能源统计年鉴》），而对于以终端能源给出的（如欧洲EUROSTAT）则需要使用终端电能渗透率。值得注意的是 ，两者差异不小，如中国2021年终端电能消费占比26.9%（终端能源消费总量37.36亿tce），而一次能源发电占比则占约47%（一次能源消费总量），主要是 因为大量一次能源在发电过程中损失。因此若用一次能源发电占比来测算发电量，比值要取得比终端能源消耗中电能占比要高。 图、一次能源侧的发电用能占比高于终端消费侧的电能占比 资料来源：中信建投绘制 表、中国工业部门终端电气化水平逐渐提高（%） 情景 2020年 2030年 2050年 政策情景 25.7 26.1 31.0 强化政策情景 25.7 27.8 39.8 2℃情景 25.7 30.0 58.2 1.5℃情景 25.7 37.0 69.5 资料来源