电气化率和氢能的发展报告（附下载）

来源：极速体育极速体育直播NBA季前赛    发布时间：2024-08-28 23:59:54

  今天分享的是储能系列深度研究报告：《 电气化率和氢能的发展报告 》。（报告出品方：中信建投证券 ）

  （2）2060年绿氢需求达到约5.05万亿Nm3，制氢用电达20.2万亿kWh，占总用电量的 26.1%。

  （3）从2022年底到2060年，全球光伏累计装机将由1000GW增长到36.6TW；全球风电累计装机将由911GW增长到11.6TW，相较2022年底水平分别 增长3560%、1173%。

  全球终端能源需求中电能、氢能占比逐步的提升，风、光具备低成本大规模发展的潜在能力，驱动全球风电累计装机2060年达到11.6TW，光伏累 计装机达到36.6TW，相较2022年底水平分别增长3560%、1173%。能源转型步伐加速，推动全球年均新增装机从目前的每年约460GW （光350GW+风110GW）增长到2036-2040年均新增2119GW/年，其中光伏年均新增可达1637GW/年，风电年均新增可达482GW/ 年，分别增长258%、328%。

  新增装机测算值为5年平均值，若考虑5年内有几率发生的增减趋势，则年新增装机的峰值可能更高。举例来说，2036-2040年间全球光伏装 机年均新增1637GW，考虑2038年达到年新增装机最大值，如2036-2040年每年新增装机分别为平均值的0.8、1、1.4、1、0.8倍，即新 增装机分别为1310、1637、2292、1637、1310GW，2038年为历史最高新增装机，当年新增2292GW光伏。风电同理，考虑2036- 2040年每年新增装机分别为平均值的0.8、1、1.4、1、0.8倍，则新增装机分别为386、482、675、482、386GW。完整版《电气化率和氢能的发展报告 》来源于公众号：百家全行业报告 研究报告内容节选如下

  全球新能源累计装机将从2021年底的1.6TW增长到48TW左右：其中，光伏累计装机将从771GW增长到36.6TW，风电累计装机将从 834GW增长到11.6TW。

  全球新能源年均新增装机将从2023年的460GW/年增长到2.12TW/年左右：其中，光伏由当年新增装机350GW左右增长到2036-2040年年均 装机1.64TW（峰值可能在2TW以上），风电由当年新增110GW增长到2036-2040年年均装机482GW（峰值可能在600GW以上）。

  全球发电量将从2021年的27.4万亿kWh增长到75万亿kWh左右，年均增速约3%。其中新能源发电量将从2021年的约3.17万亿kWh增长到 2060年约62.5万亿kWh，增长1872%。占发电量之比将从2021年的11.6%上升到2060年的83.1%。

  全球绿氢需求2060年将达到5.05万亿Nm3 ，折合4.49亿吨，全球制氢用电量2060年将达到20.2万亿kWh，占全球用电量的约26.1%。即使 考虑蓝氢、灰氢全部退出，2060年的总用氢量相比2021年也增长达376%。

  IPCC第六次评估第一工作组报告《气候平均状态随时间的变化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 ，此后还要达到负碳排放。

  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。

  对于核能、水电、可再次生产的能源电力（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，这样的形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、可再次生产的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。

  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、核能和可再次生产的能源三大类，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、水电和可再次生产的能源等。

  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，可大致分为居民、工业、交通、商 业等几大部门。

  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《中国长期低碳发展的策略与转型路径研究》，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次生产的能源电力占比的逐年提高，最终实现能源 结构的脱碳。

  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）则需要用终端电能渗透率。有必要注意一下的是 ，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。

  不同机构给出电能需求测算亦差别较大：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年发电量的测算结果各 不相同，但相比2021年均有明显增长，大多数值在50000TWh（即50万亿kWh）左右，高的可达80万亿kWh左右。

  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）发展空间存在限制，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

  水电、核电、生物质：水电空间存在限制、核电平稳发展，生物质不适 合人口密集国家

  水电：欧美发达国家水电开发潜力基本已挖掘殆尽，90年代以来水电装机容量基本没有增长，现已出现了拆除水坝恢复河流原始生态的行动，预计未来水电装 机将稳中略降，利用小时则维持稳定。中国水电装机尚有一定发展空间，目前常规水电装机已达到3.7亿kW左右，预计未来尚有最多2亿kW的发展空间。

  核电：欧美国家缓慢下降，中国增速稳定。福岛核事故后全球核电发展受阻，德国已制定核电完全退出的计划，美国三哩岛核事故后核电发展也陷入停滞，近 年来核电装机也慢慢的出现下降。中国方面，由于核电站址有限（国内发展内陆核电可能性不是很大），预计核电装机每年核准、新增约4-6台机组。利用小时方面 ，核电可长期维持7000-8000小时高负载率运行，且不宜频繁改变出力，预计未来利用小时保持高位，但有缓慢下降的趋势。

  生物质和其他能源形式：缺乏大规模开发价值，发展空间存在限制。生物质在美国主要以生物柴油等生物燃料形式存在，然而对中国、欧洲等耕地有限的地区而言 ，占用农业资源发展生物燃料得不偿失。因此对于全球大多数地区，生物质发电仅限于垃圾发电等，发展空间存在限制。至于潮汐、波浪等其他可再次生产的能源形式， 总体来讲开发条件有限，开发难度大，缺乏经济性

  制氢用电增大了用电需求：氢能的加入使得相当一部分电能并不在终端使用而作为中间能源形式，该部分电能几乎都由风电、光伏等可再次生产的能源发出，所生产 的氢能为绿氢。由于制氢需要用电，因此氢能的加入增大了用电量，与电能需求测算类似，设置“制氢能耗在一次能源中的占比”指标，则用氢量可如下计算

  用氢量=一次能源消费量×制氢能耗在一次能源消费中占比×一次能源电力转化效率×电力制氢效率

  该用电量并不计入终端电能需求测算中（制氢用电为间接用电），直接用电+间接用电之和即为电能总需求，因此制氢作为间接用电将放大电能总需求。

  燃氢发电进一步增大用电需求：为了在化石燃料不断退出电力系统时维持电网的惯量和无功调节能力，采用氢气作为燃气电厂的燃料，取代天然气进行发电， 同时保留燃气电厂旋转电机特性和优秀的调节能力。这样的一个过程涉及“电-氢-电”转换，是一种较为“浪费”的发电方式，因此在计算总的发电量时，还应将燃 氢发电所需的制氢用电考虑在内，同时减去燃氢发电量（因为已在终端电力需求中考虑过）。

  不同机构对2050年全球绿氢需求测算不同：Hydrogen Council测算的2050年绿氢需求约4.57亿吨，IEA测算值较少，约3.23亿吨，而BNEF测算量高达7.98 亿吨。

  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《中国长期低碳发展的策略与转型路径研究》，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。

  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：

  1）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；

  2）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；

  3）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。

  制氢能耗目前占比较低，远期均占据相当的比例：预计中国2050年农业、工业、建筑、交通的用氢一次能耗占各自一次能耗之比分别达到3.5%、18%、6% 、28%；2060年分别达到5%、23%、12%、34%。燃氢发电占终端所需电量之比2050年达到并维持5%水平。

  绿氢量：中国绿氢量保持增长，2050年达到1.27万亿Nm3（约合1.13亿t），2060年达到1.39万亿Nm3（约合1.24亿t）

  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。

  中国风光装机累计值：约在2055年左右达峰，峰值约为3.63TW（风电）、9.4TW（光伏）此后规模略有下降（因一次能源消费总量下降）。

  中国风光装机新增值：约在2035-2040年间达峰，这5年间平均每年新增风电158GW、光伏449GW。此后因碳中和目标逐渐实现、一次能源结构中可再生能 源占比逐步超过80%、总一次能源消费开始下降等原因，新增装机开始下降，2055-2060年累计规模出现小幅下降。注意本报告测算的是净增值，若考虑新能 源发电设备的拆旧替换，则新增装机还可某些特定的程度维持。

  （本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）