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风电和光伏对原材料的需求量化模型

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2021-09-02 08:20:32

1. 时代大背景
能源改革势不可挡。当前全球的电力来源结构仍以化石能源为主，占比约60%；可再生能源占比约30%；核电占比约10%。我们认为，未来新能源占比增加势不可挡。
2. 两条产业链
风电和光伏。风电的根本原理是动能和电能的转换，其中利用磁场变换。涉及的原材料有：稀土磁材（镨钕镝铽），铜，铝，钢铁，混凝土，碳纤维和玻璃纤维等。光伏的技术工艺较多，不同的工艺路径涉及不同的原材料。重要的品种包括：银，铜，铟，镓，硒，二氧化硅，镉，碲，铝。其中铝主要用于框架。
3. 形象展示
需求量到底有多大？
1）风机的装机规律
从2010年后，普遍的风机规格在5MW/台，风机直径125米，高度125米。未来的规格预计会在20MW/台，直径250米，高度180米。不同的机型用量不一，重点品种用量（吨/GW，平均计算）：铝1000，铜3000，钼100，镍350，锌5500。这样要着重提及稀土品种的用量（吨/GW）：镨钕12-215，铽0-7，镝2-17，单位用量区间范围较大，涉及不同的技术工艺。
2）光伏的需求量
光伏应用中，涉及不同技术对应的用量。其中通用的原材料（预计2030年水平）包括铜4600吨/GW，铝7500吨/GW，硅3000吨/GW，混凝土6万吨/GW，钢铁6.5万吨/GW，塑料8600吨/GW，玻璃4.6万吨/GW，银10吨/GW。
其他技术方面，如CIGS（铜铟镓锡），小金属的使用量会骤增，比如铟的平均需求量约20吨/GW；当然，随着技术进步，单位用量会下降。无论风电或光伏，最终都要配合储能问题，储能最重要的形式是电池，涉及锂（正极）、镍（正极）和铜（负极）。具体用量在历往报告有很多叙述，本文不赘述。

4. 弹性对需求的测算
如果按照1000GW的风机新增装机计算，以各自品种当前全球需求为基准，风机中原料增量排序分别为：稀土镝铽300%以上、稀土镨钕53%、锌46%、钼33%、镍18%、铜12%、铬8%。同样，在光伏中，如果按照1000GW的新增装机计算，基于当前各自品种的全球年需求量，增幅分别为：铟176%、镓133%、银42%、硅38%、铜18%、铝13%。
5. 总结
按照光伏新增装机1000GW和风电新增1000GW口径计算需求增量。
1）铜是风电和光伏都需要的必须品，这也是铜导电能力强的属性使然。如果按照1000GW的风机和1000GW的光伏新增装机计算，则铜的需求增量将达760万吨，相比当前全球需求量增幅达30%。
2）稀土镝铽（300%以上）、铟（176%）分别是风机和光伏中需求增量最大的品种。
3）风机产业链会带动镨钕（53%），锌（46%），钼（33%）和铬（8%）。光伏产业链则带动银（42%）、硅（38%）和铝（13%）。
6. 不确定性分析
如果商品价格上涨幅度过大，会刺激产业链不断改变生产工艺以降低单耗。

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