能源转型背景下电网的金属需求

期货研究报告|商品研究 能源转型背景下电网的金属需求 （2024年11月19日） •研究员-马芸 •mayun@cmschina.com.cn •联系电话：18682466799 •资格证号：Z0018708 2024年11月19日 目录 contents 01全球电网升级改造趋势 02不同能源目标下线路金属需求测算 03更广泛的能源规划视角与 落地可能性 01海外电网升级改造趋势 电网结构与分类 电网分为不同电压等级。低压线路为住宅和商业用户供电，中压线路为村庄和中小型工业场地供电；这两级电网线路均与分布式发电相连通。这些线路共同构成配电网。高压电网连通公用事业规模发电厂、配电网和大型工业用户，与用于远距离输电的超高压和特高压（UHV）线路共同构成输电网。 组件分类 •电缆（架空/ 地下） •变压器 •开关设备（断路器等） •变速驱动器 关键公司 •Prysmian •ABB •中天科技 •GeneralElectric •SchneiderElectric. •MitsubishiElectric •Siemens. •HitachiEnergy •Eaton •Havells. •Hubbell. •FujiElectric •SumitomoElectric. •HyundaiElectric&EnergySystemsCo.. •ToshibaEnergySystems&Solutions. •SouthwireCompany 电网扩建逐年提速 截至2024年，全球电网线路总长度约为8600万公里，其中输电网约600万公里的高压线路（超过70KV）组成，配电网由约800万公里的中压（10-70KV）线路以及约7200万公里的低压（低于10KV）线路组成。 全球电网年均扩建长度（百万KM/年) 4.5 1.7 1 1 0.9 0.9 输电侧：输电网约占总长的7%。过去十年间，仅中国的输电网扩建就占全球扩建量的三分之一以上，巴西印度等国也有显著增量。发达经济体的输电网增长率则较低，仅为9%。可能由于容量更大的单线线路取代了旧的并行线路。 配电侧：配电网约占总长的93%，扩张带来的增长主要发生在配电侧。十年间，全球新修建的配电线路长度约为1500万公里，其中近1250万公里是在新兴市场和发展中经济体修建的。在发达经济体中，由于电力普及率已经接近100%，升幅较小。 国家/地区输配电线路长度 近三年部署项目预计完成时长(审批+建造) 中国印度欧盟美国 14 12 10 8 6 4 2 0 电网扩建周期 1 建立发电和电力服务之间的电网连接涉及多个利益相关方，且时间跨度长。在发达经济体中，大型输电系统项目的审批和建造通常需要5-13年，而低电压项目和配电网项目则分别需要4-8年和4年内完成。相比之下，中国和印度由于集中决策和政府优先战略，输电线路的前导时间明显较短。美国和欧盟等发达经济体的前导时间较长，部分原因是许可和公众参与程序受到更多关注，可能导致新项目通过的延迟. 2 稳定性：预计2030年，新兴市场中的意外停电事件将导致1.3万亿美元损失 能效损耗：目前给全球造成的损失达0.8-1亿美 元/年 可得性：2023年仍有7.75亿人不能正常使用 需求增加：2030年新兴市场经济体用电需求超过 2600TWh 韧性：全球50%的电网平均每年有50天暴露在 高自然灾害风险中 可变和分布式能量：电网承载能力要求提升数据管理：2023年自动化设备将达到130亿，2030年将超过250亿 新增负载和存储：2030年新兴市场电动车增至3.4亿辆 传统电网 其他新兴市场中电网建设的挑战 集成高速双向通信网络 智能电网 现代化改造需求增加 由于更早的电气化，发达经济体的电网普遍存在老化问题，许多设施已使用超过50年，是该部分需求的主要拉动区域。同时，老旧电线设计现代化改造的需求日益增长，以提升效率、可靠性，并整合新能源。 相比之下，新兴市场和发展中国家的电网较新，约40%的电网设施是近10年内建成的，而运营超过20年的设施不足38%。 各国家/地区不同运营年数的电网线路长度占比 设计使用寿命 70 60 50 40 30 20 10 0 变压器断路器电力变压器地下电缆架空电线 *变压器超过使用年限导致绝缘材料老化，增加故障率；断路器老化后，在故障时跳闸的可靠程度可能会降低 美国电网：大部分建设于20世纪60-70年代，目前超过70%的电网接入和输配电设备已经超过了预期使用寿命。 欧洲电网：预计约有40%的配电网已经使用超过40年。将在未来10-20年内带来大量更换需求。 1.发展中国家的经济与人口增长为未来电力需求增长做出了主要贡献 2023年全球电力需求增长了2.2%，预计到2026年将以平均每年3.4%的速度增长。 大约85%的额外电力需求将来自发达经济体之外的地区。新兴经济体是全球电力需求增长的主要驱动力，其中中国、印度和东南亚国家的电力需求增长尤为显著。 中国的电力需求在2023年增长了6.4%，预计在2024年至2026年间将以平均每年4.7%至5.1%的速度增长。印度的电力需求在2023年增长了7%，预计到2026年将以年均超过6%的速度增长。东南亚国家的电力需求预计将以平均每年5%的速度增长。 8.00% 6.00% 4.00% 2.00% 0.00% -2.00% -4.00% 2023年电力需求环比增长 6.40% 7% 4% -1.60% -3.20% 欧盟美国非洲中国印度 数据中心、AI和加密货币的全球电力需求预测 1050 624 800 460 2026（乐观预期） 2026（基准情况） 2026（悲观预期） 2022 020040060080010001200 用电量(TWh) 数据中心用电量及其在总用电需求中所占份额 20222026在总需求中占比在总需求中占比2026E 2.新兴技术的广泛应用驱动用电量的大幅增长 2022年，全球数据中心、人工智能和加密货币消耗了大约460太瓦时（TWh）的电力，约占全球总电力需求的2%。预计到2026年，数据相关的全球电力消耗可能在620-1050TWh之间，其中基准情况下的需求略高于800TWh，这相当于至少增加了一个瑞典或最多一个德国的电力消耗。 数据中心：数据中心是支持数字化基础设施的关键部分，它们 需要大量电力来处理和存储日益增长的数据量。 I.人工智能的电力需求：AI的快速发展和集成正在增加数据中心的电力需求。人工智能对电力的需求主要来自于数据中心，其中服务器、存储设备、通信设备等IT设备，以及照明、空调、冷却系统等配套设施是数据中心电力需求的主要来源。预计到2026年，AI行业的电力消耗将比2023年增长至少十倍。 350 300 250 200 150 100 7.00% 6.00% 5.00% 4.00% 3.00% 2.00% II.加密货币的电力需求：加密货币的挖掘和交易也需要大量的 电力，尽管其技术效率在提高，但电力需求的增长仍然存在不确定性。2022年，加密货币消耗了约110TWh的电力，约占全球年电力需求的0.4% 行为耗电量 完成GPT-3训练128.7万度 完成GPT-4训练5177-6232万度 50 0 美国欧盟 1.00% 0.00% 中国 一次标准谷歌搜索0.3瓦时ChatGPT响应标准请求2.9瓦时 人工智能化信 息服务用电量是普通信息服 数据来源：IEA、斯坦福大学研究、SemiAnalysis、招商期货 务的10倍左右 全球可再生能源产能预测 •可再生能源趋势 所有可再生能源 太阳能 风能 BloombergNEF的报告指出，2023年，全球超过40%的电力来自零碳源，其中风能和太阳能贡献了近14%，创下新高。2023年，几乎91%的全球净电力装机容量增加来自太阳能和风能，而化石燃料仅占6%，这是有史以来的最低水平。2024年上半年，可再生能源吸引了3130亿美元的新投资，与去年同期持平。 要接纳申请并网的先进光伏和风电项目的巨大容量，就必须在短期内对输配电网进行大规模扩建。在2022年底已有装机容量的基础上，如果目前处于晚期阶段的太阳能和风能项目都完成部署，则意大利和美国的装机容量将增加 45%以上，英国35%以上c，日本近35%，墨西哥 22%，巴西16%，澳大利亚、德国、印度和智利 10%，哥伦比亚1%。虽然这些项目并不都能保证并网，但实现并网的项目所带来的大量新增容量将给有关市场的输配电网造成更大压力。 •可再生能源支撑的电网项目容量（千瓦时） 15亿-早期开发意向10亿-后期项目 相当于 中期内投运的可能性较小。项目可能需要额外的可行性研究，该等可行性研究可能会延长程序， 30亿 已签署并网协议或并网协议正在积极审议中 5亿-晚期项目 2022年太阳能光伏发电和风电新增装机的5倍 数据来源：IEA、BloombergNEF、招商期货 增加开发商的财务负担。 已经签署了并网协议，或已进入签署前的最后阶段；如果开发商继续提供资金支持，这些项目在未来五年内大概率会并网 02 不同能源目标下线路金属需求测算 我们的需求测算背景 基于国际能源署发布的 《2023年世界能源展望》中包含的下述三个主要情景，并根据最新数据进行了更新。 下表给出了不同假设背景下的复合年均增长率，作为计算电网增量的重要参数。 所有情景都额外考虑了各种技术进入速度的不同国家的工业战略。 •既定政策情景(STEPS)是基于当下政策安排和考察了实际执行情况后设置推导的能源系统的发展方向。STEPS预计到2100年全球平均升温2.4°C(50%的可能性)。能源或气候目标不一定会得到满足。 •宣布承诺情景(APS)假设各国政府将全面、及时地满足所有气候变化方面的要求以及相关的承诺，包括更长期的净零排放目标和在国家自主贡献(NDCs)中的承诺.APS预计按照该情形2100年有50%的可能性全球平均升温1.7°C。 •到2050年实现净零排放情景(NZE)为全球能源部门到2050年实现净零二氧化碳排放量并限制全球温度在2100年比工业化前水平上升1.5°C以内指明了道路。NZE情景下还实现了与能源相关的联合国可持续发展目标(SDGs)。 各类情形下发电能源的复合年均增长率假设（%) 从2023至 总量 可再生能源 太阳能 PV 风能 水电 生物能 CSP 地热 海洋能 核能 应用碳捕捉技未减排的术的化石燃料化石燃料 煤炭 天然气 石油 STEPS 20302050 3 10 22 12 2 6 5 6 25 2 41 -1 -2 1 -9 3 6 10 6 2 3 10 5 21 2 21 -2 -3 0 -6 APS 20302050 4 12 25 14 2 8 13 8 28 3 66 -3 -4 0 -13 3 7 11 8 2 5 15 7 21 3 30 -5 -8 -3 -9 NZE 20302050 4 15 28 17 3 8 27 14 52 5 119 -6 -9 0 -19 4 8 12 9 2 6 17 8 22 3 31 -15 -35 -12 -25 分区域发电量测算（TWh) 既定政策情景(STEPS)宣布承诺情景(APS) 201020222023203020352050203020352050 全球 21511 29145 29863 37489 42766 58352 38285 45759 70564 北美 5230 5468 5390 5979 6704 8955 6137 7403 11361 美国 4354 4473 4412 4854 5446 7365 4994 6046 9384 南美和美洲中部 1129 1372 1419 1691 1951 2921 1805 2228 4003 巴西 516 6