2023年新能源行业专题报告：电气化率和氢能的发展将推动新能源新周期启动

测算方法：自上而下和自下而上相结合

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。

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。

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。

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=3.6×106 J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。

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。

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）。

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。

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。

自上而下测算电源装机：化石能源有序退出、其他能源平稳发展、 新能源空间广大

新能源发展空间取决于传统电源的退出路径（或发展上限）：由于传统电源（化石燃料、水电、核电等）发展空间有限，只需将电能需求减去传统电源发电量 ，即可得到新能源发电量，除以利用小时数即可得到新能源装机容量（累计值），逐年作差即可得到新增装机量。

化石燃料电源逐步、有序退出：包括煤炭、石油、天然气等，在十年以上的维度下，中、美、欧等主要经济体的化石燃料装机容量均会下降，其中尤以煤炭下 降迅速且彻底；天然气发电较为清洁，下降较缓慢；石油以交通消耗为主，在电力装机中应用不多。远期各大经济体均只保留少量煤电和必要的调峰气电，同 时利用小时下降到3000+小时，主要作为调峰电源使用。

中国：一次能源2035年达峰，总用电量保持增长， 2055年风、光累计装机超过3.6TW、9.4TW， 2060年绿氢需求超过1.39万亿Nm3

中国一次能源：2035年达到高峰，约66亿tce

目前学术界测算中国一次能源峰值约61亿tce：根据清华气候院《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》，中国的一次能源消费约在2035年达峰，数值约 60.6亿吨标准煤，2030-2040年维持58.9-60.6亿吨标煤的较高水平，此后逐步下降到2050年的52亿吨标煤。

适当调高测算结果至高峰约66亿tce：根据《中国能源统计年鉴2022》和国家统计局数据，2020、2021、2022年我国一次能源消耗分别达到49.8、52.6、 54.1亿tce，年均增长2.15亿tce，鉴于清华气候院的结果发表于2020年，目前一次能源消费实际增长情况高于当时预期，因此调高一次能源峰值至约66亿tce ，达峰时间设定为2035年，晚于碳达峰，与气候院保持一致。但仍保持2060年降至约50亿tce水平的预期（即降至约2020年水平）。

各行业增速：工业，2035年前一次能源消耗保持增长，35年后开始下降，2060年时低于2021年；建筑：由于生活水平和商业发展，直到2050年仍维持增长 ，之后开始下降，到2060年高于2050年水平；交通：到2030年前保持增长，之后开始下降，2060年低于2021年水平。

发电用能占比逐渐升高，中国2050年电能消耗达峰约21万亿kWh

用电能耗占各行业一次能源之比逐年提升：2020年中国发电用能占一次能源总消耗量之比约43.9%，2022年预计已上升至47%-48%。分行业来看： 工业：2021年发电用能占工业总一次能耗之比约46.5%，预计这一比例逐年升高，2060年达到72%，其余为23%氢能、5%化石能源； 建筑：2021年发电用能占建筑总一次能耗之比约51.8%，预计这一比例逐年升高，2060达到85%，其余为12%氢能、3%化石能源； 交通：2021年发电用能占工业总一次能耗之比约13%，预计这一比例逐年升高，2060年达到61%，其余为34%氢能、5%化石能源。 用电量：中国电能消耗2055年达峰，约20.4万亿kWh，其中制氢用电量超过5.4万亿kWh。

中国风光发电量：2055年达到16.2万亿kWh，发电量之比超过79%

风光发电量之比逐年升高：预计中国2055年风光发电量及用电量基本达峰，水平约为16.2万亿kWh和20.4万亿kWh。风光发电量占总发电量之比则从2021年 的约11.8%上升到2055年的约79%，并保持这一水平。前提假设：火电2030年达到装机高峰后容量逐年降低，至2060年降至400GW，平均利用小时降至1800小时。水电装机容量逐步达到580GW，核电平均每年 新增装机4GW。新能源（风电、光伏）发电量中，光伏占比由2021年的33.28%，逐步提升到2045年的54%，并保持不变。

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

欧洲终端能源需求2035年后逐步下降，一次能源2045年后开始下降

欧洲终端能源消费基本已达峰：预计欧洲终端能源消费已基本达峰，对欧洲而言，除了交通部门能源消耗有一定增长外，住宅、工业、商业几乎持平，并在 2035年后呈现下降趋势。 欧洲一次能源因电能渗透率提升而有所提升：欧洲统计局（EUROSTAT）未提供拆分场景的一次能源消费数据，需要通过终端能源+发电损耗进行反算，由于 电能渗透率提高，电能消费持续增加，因此一次能源消费（考虑发电热效率损失）将有一定增长，预计2045年后开始下降 。 各行业终端能耗增速：除交通部门消耗有一定增长外，住宅、工业、商业几乎持平，并在2035年后呈现下降趋势。

电能占终端能耗之比提升，欧洲2060年电能消耗约7万亿kWh

用电能耗占各行业终端能源之比逐年提升：分行业来看： 住宅：2021年欧洲住宅用电7475亿kWh，占终端能耗之比约24.1%，预计2050年提升至35%，2060年提升至39%； 工业：2021年欧洲工业用电9284亿kWh，占终端能耗之比约32.6%，预计此后维持32%-33%； 商业和公共服务：2021年欧洲商业和公共服务用电6964亿kWh，占终端能耗之比约45.5%，预计2050年提升至84%，2060年提升至92%； 交通：2021年欧洲交通用电607亿kWh，占终端能耗之比约1.86%，预计2050年提升至55%，2060年提升至64%； 用电量：欧洲电能消耗维持增长，但2050年基本已达峰，2060年达到约6.82万亿kWh，其中制氢用电量达到2.13万亿kWh。

欧洲风光发电量：2050年达到6万亿kWh，发电量之比超过85%

风光发电量之比逐年升高：预计欧洲2060年风光发电量及用电量分别达到6.4万亿kWh和6.8万亿kWh。风光发电量占总发电量之比则从2021年的约20.6%上 升到2060年的约86%，并保持这一水平。 前提假设：欧洲火电装机已开始下降，至2045年降至92GW并保持不变；水电先增后减，最终维持在约145GW；核电由当前的 105GW逐步下降至85GW。 新能源方面，欧洲光伏发电占新能源发电量之比由2021年的29.26%逐步提升至2060年的67%。

美国：一次能源平缓增长，风、光累计装机超过 960GW、3.6TW，2060年绿氢需求超过4500亿 Nm3

美国一次能源保持平缓增长

美国一次能源将保持增长：根据美国能源信息署（EIA），美国的一次能源消费将保持增长，其中工业部门增长最多，至2050年增长了约32%，交通部门其次 ，增长约8%，居民、商业更低，推测约5%、3%。据此得出美国2060年一次能源消费达到124EJ。

电能占终端能耗之比提升，美国2060年电能消耗约7.9万亿kWh

用电能耗占各行业终端能源之比逐年提升：分行业来看： 居民：2021年美国居民用电5017TBtu，发电能量损失9156TBtu，发电能耗占一次能耗68%，预计2060年微涨至70.6%； 商业：2021年美国商业用电一次能耗12805TBtu，发电能耗占一次能耗73.4%，预计2060年微涨至78.2%； 工业：2021年美国工业用电一次能耗9644TBtu，发电能耗占一次能耗29.7% ，预计2060年微涨至30.5% ； 交通：2021年美国交通用电一次能耗61TBtu，占终端能耗之比约0.23%，预计2060年提升至25%； 用电量：美国电能消耗2060年约7.9万亿kWh，其中制氢用电量超过1.9万亿kWh。

美国风光发电量：2060年达到5.6万亿kWh，发电量之比达到70%

风光发电量之比逐年升高：预计美国2060年风光发电量达到5.65万亿kWh，发电量达到8.1万亿kWh。风光发电量占总发电量之比则从2021年的约12%上升 到2060年的约70%。 前提假设：美国火电装机由2021年的732GW，逐步下降到2035年的561GW，并保持稳定，水电从目前的80GW逐步下降至70GW，核电从95GW逐步下降 至远期85GW。新能源发电中，光伏占比由目前的23.36%逐步提升至70%。

全球：新能源累计装机约为风11TW、光37TW， 2060年绿氢需求达到5万亿Nm3

全球一次能源约在2045年达峰，峰值约772EJ

全球一次能源2045年达峰：考虑中国在内的第三世界国家经济不断发展，全球一次能源达峰的时间晚于中国达峰时间，测算约在2045年，此时一次能源峰值 约772EJ。相比2021年增长约29.4%，此后一次能源消耗逐步下降，至2060年达到约660EJ。

全球用电量2055年达到峰值约75万亿kWh，其中新能源占80%以上

全球用电量：2055年达到峰值约75万亿kWh，2060年略微下降至74万亿kWh. 新能源发电量：2060年达到约62.5万亿kWh，占当年发电量之比达84.5%。

2060年全球绿氢需求达到5万亿Nm3，制氢用电量约20.2万亿kWh

全球绿氢量：2060年达到约5万亿Nm3，约合4.45亿t。 制氢用电量：2060年达到约20.2万亿kWh，占全球用电量之比约27.3%。

市场空间测算：2024年底光伏主要环节产能距离需求峰值还有较大空间

根据我们的测算结果，预计到2040年光伏行业新增装机需求将来到峰值，对应组件需求为1980GW/年； 按照当前光伏产业链主要环节产能规划，2024年底，组件、电池、硅片产能将分别来到1477、1510、1155GW，硅料产能将来到329万 吨，胶膜产能将来到96亿平，玻璃产能将来到13万t/d，占2040年需求峰值的比例分别为74.6%、74.1%、55.6%、63.0%、53.3%、 42.7%，表明当前光伏各环节产能距离峰值需求还有较大空间。

报告节选：

编辑：火腿肠