“碳中和”对以化石动力为主的动力开发运用提出了巨大应战。能够看到，以风力和光伏发电为主 的新动力开展势头微弱，依据世界动力署发布陈述，全球可再生动力发电新增装机容量在 2015 年 初次超越惯例动力发电装机，化石动力在一次动力的比重随之开端下降，内燃机作为首要的碳排放 范畴在新车出售占比也在不断缩短，“碳中和”下动力工业链加速重构。咱们以为，动力工业链将 迎来如下趋势性改动：

  发电侧：风电和光伏发电在未来将成为首要动力来历。要下降碳排放，首要需从源头抓起，一级能 源作为动力工业链上游，正出现太阳能、风能、生物质能、地热能、氢能等可继续的可再生的非化 石动力代替资源有限、对环境有污染的化石动力的趋势，其间风电和光伏的工业化进程较快，商场 空间快速增加。

  储能输电侧：间歇性新动力的开发带动全球储能、电网等配套设备需求。新动力一方面和化石动力 相同具有区域性天然禀赋差异的特色，需求新建配套电网、电站；另一方面，光伏、风能等新动力 为间歇性发电，具有动摇性，需求储能以平抑动摇，缓冲负载冲击，来存储间歇式动力。

  需求侧：终端部分推进电气化，新动力轿车成为“排头兵”。电能是动力从发、供、用功率最高的 前言，终端部分电气化将从体系上进步动力的运用功率和兼容性，是打造低碳经济的要害闭环。在 占动力耗费 32%的交通运送范畴，内燃发起机将逐步被代替，电动车已成为电气化潜力最大、发 展最快的范畴，依据世界动力署2020年陈述，2030年前全球电动轿车销量年复合增速或将达24%。

  铜因为其优异的导电性，在新动力下的开展时机清楚明了。如前所述，“碳中和”将加速新动力工业链的革新，比较以往，铜在新动力范畴运用规划更广、运用强度更大。依据 Wood Mackenzie 报 告显现，风能发电每兆瓦装机需耗费铜 5.4-15.3 吨，光伏体系每兆瓦装机需耗铜 5 吨，而煤电每 兆瓦装机耗铜小于 2 吨。在中游储能端，如咱们在《高端锂电铜箔供需将向好，职业龙头具中长期 出资时机》所述，锂电储能已成为全球首要的储能技能道路 微米锂电铜箔用 量约为 0.83kg/KWh 耗铜量。在下流走运部分，相关于传统内燃机轿车，每辆电动车至少额定消 铜20 千克。

  稀土是进步机械能和电能转化功率的要害元素。相关于铜，稀土首要运用在新动力电机，在“碳中 和”下的运用时机较为会集和隐晦。减排最直接的途径其实便是下降热能产生，一些工业部分如钢 铁、水泥等需求高位热能，难以经过可再生动力电气化来下降碳排放，但大部分非工业用能运用的 低位热能是能够被电气化代替的，电机在“碳中和”下的开展关键正来历于此，实质是机械能-电 能的彼此转化对热能-电能/机械能的代替，这就比如风电之于煤电，电动车之于内燃机轿车。稀土 因为其优异的磁效应，不仅能进步电机的功率，而且具有结构简略、运转牢靠的特色，跟着电机商场的快速开展迎来宽广的商场空间。

  新动力工业链中，风电、光伏、储能和新动力轿车工业化位置清晰，相关原材料的需求将大幅添加。其间风电和新动力轿车对铜和稀土运用强度均较大。本文作为有色碳中和系列第一篇，将首要以 “电机兄弟”——风电和新动力车为落脚点，对铜和稀土的需求增量空间做出定性和定量的判别。

  一、风电：2030 年全球风电铜、稀土需求或别离达 122 万吨、9000 吨

  一个完好的风电场一般由必定规划数量的风电机组和输电体系构成。一个风电机首要由塔筒、机 舱、轮毂和叶片构成，各部件之间的衔接和旋转都需求用到轴承。塔架内敷设有发电机的电力电缆、 操控信号电缆等，塔底有塔门，塔架内分若干层，层间直梯便于人员上下。风电机组之间由电缆相 互衔接，再经变电站升压再衔接至电网。

  机舱是风电机的重要组件，完结风能向电能的转化。风能经叶片、增速箱、发电机、变流器、变压 器模块，完结电能的转化、频率和电压的规范化，再输出到电网。增速箱将本来风力机每分钟几十 转的转速转化为发电机每分钟千转的转速，变流器将不安稳的转速转化成安稳频率的电压，变压器 将 600-1000 伏升压至电网配电线kV），再由风电场升压站将电能送入电网。

  依据风轮驱动发电机的方法，可分为齿轮箱升速式和直驱式，直驱式更优。齿轮箱升速式即经过齿 轮箱增速，而直驱式不必齿轮箱，是叶轮直接带动发电机旋转，选用专用的低转速发电机。一般而 言，直驱式优于省去了齿轮箱及其附件，优势较为显着。一是减少了传动损耗，进步了发电功率， 二是简化了传动结构，机组牢靠性更高，三是下降运维本钱。下风在于一是变流器本钱较高，二是 在大功率下，因为电机转速较低，需求添加转子磁极数，发电机的质量和体积较大，这会添加机舱 的吊装难度。全体而言，因为齿轮箱升速式，尤其是高增速比的齿轮箱易产生毛病，风电机后期运 维本钱较高，正逐步被直驱式和低增速比的齿轮箱代替。

  依据发电机类型的不同，风电机可分为双馈式和全功率改换式，前者一般用于高速发电机，后者应 用于中低速发电机。双馈式发电机的原理是将发电机的转子与变流器相连，变流器的效果便是给转 子励磁，改动励磁电流的频率，保持一个转差率。全功率改换指发电机经过变流器与电网相连，变 流器连在定子侧，有必要“背靠背”把发电机输出的悉数电能都进行转化，因而变流器容量有必要大于 发电机的功。双馈式电机的变流器只承当转差功率（一般在额定功率的 20%左右，最大不超越 30%）， 所以变流器的容量只需求额定功率的 30%-40%，变流器本钱比全功率改换式更低。

  依照上述分类方法，现在市面上干流的风电机可分为：永磁直驱、电励磁直驱、半直驱、双馈异步 式、鼠笼异步式发电机，灰色标示为配有永磁体电机的类型。

  永磁发电机是直驱式风电的干流挑选。依据励磁方法，可进一步分为永磁同步或电励磁同步发起 机，前者经过永磁体励磁，后者选用电励磁绕组励磁。永磁同步发电机具有结构简略及运转牢靠、 体积小、质量轻等长处，而且运转功率较高、低电压穿越才能较强，尤其是在低风速或许海上运转 下，永磁发电的体积、质量、功率优势相关于电励磁愈加明显。电励磁同步发起机的优势在于能够 防止永磁体高温、高腐蚀环境下退磁的缺陷。国内的直驱式风机商场为永磁体主导，国外仅德国 ENERCON-GmbH 公司主推电励磁机型，而 GE、Vetas、Siemens-Gamesa 等国外大型风电公司 在直驱式中主推永磁体型电机。

  齿轮箱升速中，半直驱式兼具经济性和高功率的优势。在配有增速箱的风电机中，首要有双馈异步 式、鼠笼异步式和半直驱式三类发电机。鼠笼异步式和半直驱式均保留了齿轮箱增速，但选用的均 是全功率变流器，它们相关于双馈异步式适用风速规划广，相关于直驱式发电机的体积和质量也较 小，但无法防止因增速箱带来的运维、功率问题。

  2 、铜需求：获益于海优势电新装提速，20-30 年风电铜需求复 合增速或达 10%

  铜在风电场运用规划广，海优势电用量强度约为陆优势电的 3 倍。铜在风电的详细运用组件为：塔筒电缆、机组内部升压器、机组外部升压器、风电场内部电缆、电机、开关设备、操控电线和电 缆、接地电线和电缆等，运用规划较广。关于海优势电来说，各组件的铜运用强度均较陆优势电有 所进步，尤其是电缆，如下图所示，电缆铜用量占比可高达 59%。虽然不同技能对铜运用强度也 略有影响，但因为电机和增速箱用铜量在风电场全体的份额不高，约 8-21%，全体影响有限。对铜 运用强度最重要的影响要素是在陆上新装仍是海上新装，依据 Wood Mackenzie 陈述显现，陆上 风电每兆瓦装机需求耗费 5.4 吨铜，海优势电每兆瓦装机需求耗费 15.3 吨铜。

  风电开展迅速，已为第四大电力来历。依据 GWEC，截止到 2019 年末风电累计装机规划达 651 千兆瓦，海优势电占比由 21 世纪初的不到 1%进步至 4.5%，在 2019 年新装机的占比达 10%。气 候智库 Ember 陈述显现，风电发电量从 2018 年的 1260TWh 增至 2019 年的 1404TWh，占全球 电力供应份额达 5.44%，为第四大电力来历。

  新装继续发力，未来十年复合增速或达 9%。结合政府方针、已发表的项目信息和职业专家定见， GWEC 协会估量 2020-2024 年将有 355 千兆瓦风电装机，均匀每年新装 71 千兆瓦。依据 INERA2019 年风电的未来陈述，到 2030 年，估量全球风电装机容量将达 2,015 千兆瓦，其间陆 上 1787 千兆瓦，海上 228 千兆瓦。到 2050 年，全球装机容量达 6044 千兆瓦，其间陆上 5044 千 兆瓦，海上 1000 千兆瓦。这意味着陆优势电新装机容量将由 2019 年的 54.3 千兆瓦添加到 2030 年的 147 千兆瓦，2050 年达 200 千兆瓦，为 2019 年的 4 倍。海优势电容量的年新装机容量将从 2019 年的 6.1 千兆瓦增加到 2030 年的 28 千兆瓦、2050 年的 45 千兆瓦，为 2019 年的 7 倍。

  依照上述新增风电建造进展，铜在风电范畴的需求未来五年、十年的复合增加率或达 8%和 10%， 2025 年估量风电耗铜 68 万吨，2030 年增加到 122 万吨，2050 年达 177 万吨。

  3、 稀土需求：永磁电机迎头赶上，20-30 年风电稀土需求复合增速或达 10%-12%

  稀土在风电的运用会集在电机，其需求随永磁电机浸透率的进步而添加。钕、镨、铽三种稀土元素 首要运用在永磁体直驱式和半直驱式风电机，而且风速越低，永磁体用量越高，因而其在风电的需 求与稀土永磁体发电机的浸透率休戚相关。依据 Centre for Sustainable Energy，直驱式永磁体的 稀土运用强度在186kg/MW，半直驱式在62kg/MW, 其间钕、镨占永磁体分量28.5%，铽占比4.4%。 咱们以为稀土永磁发电机习惯风电开展趋势，浸透率将不断进步：

  一是陆优势电的新装风电机组由高风速区域向中低风速区域搬运。下图显现了美国近年几乎没有 新增高风速区风电机，增量会集在中低风速区。我国的中低风速商场也在加速，风电的新增装机中， 来自我国中东南部的中低风速区域，贡献了很多增速，在每年新增装机的占比由十多年前的 20% 左右进步至 60%至 70%。仅适用于高风速区的双馈异步式发电机，将逐步让坐落直驱式和半直驱 式发电机，在陆优势电的浸透率不断进步。

  二是新装机量正由陆上向海上搬运，海优势电新装机量增速快。海优势速大且安稳，海优势电比较 陆上具有天然优势，海优势电场年均匀运用小时可达 3000h 以上，年发电量可比陆上高出 50%， 海优势电新装机不断提速。依据 GWEC，海优势电新装机量 2015-2019 年 CAGR 为 16%，增速 远高于陆优势电。海优势电因为运维不方便，因而对发电机的牢靠性要求更高，稀土永磁直驱电机占 比早已过半。未来，跟着海优势电装置将进一步加速，稀土永磁直驱发电机的浸透率将进一步进步。

  三是单个机组规划不断进步，以带来更低的度电本钱。据欧洲风能协会发布的《2019 年欧洲风电 陈述》计算，依据 14 个国家和地区数据，欧洲 2019 年新增陆优势电机组单机均匀功率现已到达 3.1MW，较 2018 年进步了 19.2%。美国动力功率和可再生动力办公室发表，美国 2019 年新增风 电机组单机均匀功率为 2.55MW，较 2018 年进步 5%。我国陆上新增单机功率也正在快速切换至 3MW 及以上。据我国可再生动力学会风能专委会（CWEA）数据，2018 年我国陆上 3.0MW 及以 上机组新增装机 1240MW，而到 2019 年这一数值已达 4890MW。机组大型化对对风电的牢靠性 和质量提出了更高要求，双馈异步式因为增速比较大，运维要求高，而电励磁直驱体积和质量较大， 不利于机舱的运送。稀土永磁体发电机牢靠性较高，而且能够经过对磁极数的操控平衡机舱的分量。

  风电新装扩容，尤其是海优势电新装机占比不断进步，将进一步带动稀土永磁直驱发电机的需求。依据 GWEC 陈述，在 2018 年，双馈式占比 69.7%，永磁直驱占比 20.8%，EESG 直驱占比 5.8%， 混合式占比 3.7%，相当于永磁体技能在风电商场占比达 24.5%。其间在海优势电永磁体技能商场 占比达 76%，陆优势电占比达 32%。而在 2015 年，海上、陆上浸透率别离仅为 17%和 13%。对未来稀土永磁体在风电场的浸透率咱们做如下景象假定：

  保存景象即不考虑未来稀土永磁直驱发电机在陆上和海优势电机的浸透率进步潜力。依照其 2018 年在海上、陆上别离为 70%、32%的占比水平，以及上述陆上和海上新装机进展，估量在 2025、 2030 和 2050 年将有 36、67、96 千兆瓦新装机容量用到稀土永磁体发电机，别离为 2018 年的 2.1、3.8、5.4 倍。

  中性景象即考虑风电单个机组规划越来越大、适用风速越来越低的趋势，稀土永磁电机商场占比随之进步。JRC 估量，中性请形下，全球陆优势电机稀土永磁体发电机浸透率将在 2030 年达 40%，2050 年将达 50%，海上浸透率将一直保持在 70%左右。这意味着在 2025、2030 和 2050 年将有 41、80、134 千兆瓦新装机容量用到稀土永磁体发电机，别离为 2018 年的 2.3、4.5、7.5 倍。

  二、新动力车：2030 年新动力车铜、稀土需求或别离达208 万吨、2.6 万吨

  方针歪斜和性价比进步为新动力轿车商场开展供应了足够动力：一方面，各首要国家已推出各项法规，从供应端进步新动力轿车的产出占比。法规对新动力轿车的 歪斜详细能够概括为三个方面：轿车碳排放规范、厂商碳排放积分和强制禁售令。

  另一方面，新动力轿车已敞开平价之路，内生驱动需求增加。现在新动力轿车的前期置办本钱仍比 燃油车高，因而短期内仍有赖于各国财税补助向新动力轿车歪斜，经过直接补助、税收优惠、电费 减免、充电根底设备完善等办法来下降新动力轿车全生命周期本钱。以欧洲最热销的 B1 和 C1级轿车为例，依据 LeasePlan 发布的 2020 年轿车价格指数陈述显现，欧洲首要国家如德国、法国、 英国、荷兰在考虑各项补助和支撑后，已根本完结电动车平价。在中长期，跟着动力电池价格的进 一步下降，电动车有望在无补助的情况下更具经济性。依据彭博社新动力财经 BNEF，从 2010 年 至今，动力电池组的价格从 1191$/kWh 降至 2020 年的 137$/kWh，年复合降幅达 21%。彭博新 动力财经估量 2024 年 96$/kWh，2030 年 70$/kWh，新动力轿车商场将在未来十年内完结平价， 其间欧洲大型轿车商场和美国 SUV 商场最早于 2022 年完结平价，我国和日本的小型轿车等价格 较低的轿车细分商场中完结平价的时刻估量在 2026 年至 2030 年之间。

  新动力轿车逆势发力，销量在 2020 年仍完结双位数增加。跟据韩国轿车工业协会（KAMA），2020 年全球新动力轿车销量约 292 万辆，同比添加 38.9%，浸透率达 4.2%，较全球首要国家新动力汽 车工业开展方针仍有较大进步空间。依据世界动力署（IEA）发布的《Global EV Outlook 2020》 陈述，在声明方针景象下（Stated Policies Scenario, STEPS），2025、2030 年全球电动轿车销 量或将到达 1400、2500 万辆，以 2020 年为基，2030 年前全球电动轿车销量年复合增速或达 24%；2025、2030 年全球电动轿车保有量有望别离到达 5000、14000 万辆，以 2020 年为基，2030 年 前全球电动轿车保有量年复合增速有望到达 29%。

  全球新动力轿车的高速开展也将带动充电桩设备的建造和完善。在国家发改委、国家动力局、工信 部和住建部内部联合印发的《电动轿车充电根底设备开展攻略 2015-2020》文件中，车桩比 1：1 被定为战略方针，并将充电桩归入新基建。依据 IEA 和亿欧轿车数据，2019 年私家充电桩保有量 已达 640 万台，全球私家充电桩车桩比为 1.3：1。公共充电桩保有量达 86 万台，我国公共电桩保 有量占全球 60%比重，达 51.6 万台，公共充电桩车桩比为 3.1：1，远高于全球均匀水平 9.3：1。从充电形式上，充电桩首要有沟通式充电桩（慢充）和直流式充电桩（快充）两类，私家充电范畴首要是沟通慢充，公共充电范畴中直流快充的份额约为 31%，其间我国的公共充电范畴直流快充 份额较高，达 42%。

  依照上述 STEPS 景象下新动力轿车开展速度，不考虑未来配桩率的进一步进步，保存估量全球充 电桩保有量在 2025、2030 年将达 5,201、14,336 万台，别离为 2019 年的 7 倍和 20 倍。其间公 共充电桩保有量在 2025、2030 年将达 1,089、3,248 万台，私家充电桩保有量在 2025、2030 年 将达 4,112、11,088 万台。

  2 、铜需求：“三电体系”用铜强度高，20-30 年新动力车铜需 求复合增速或达 24%

  新动力轿车对铜的需求量至少进步一倍。传统内燃机轿车中，包含照明灯、电动车窗、ABS、安全 气囊、文娱体系、卫星导航等组件都需求运用到。新动力轿车在此根底之上，铜运用量在各个方面 均有所添加，尤其是“三电体系”：电池、电机、电控。以电机为例，商场上大多数新动力轿车都 挑选永磁同步电动机，这种类型的电动机每千瓦运用约 0.1kg 的铜；在电池方面，纯电动轿车的电 池运用铜约 40kg，占该车型铜耗费量的 48%。依据 Copper Alliance 数据显现，一辆燃油车的铜 需求量一般在 23 千克左右，混合动力轿车约为 40kg，插电式轿车约为 60kg，纯电动轿车约为 83kg，混合动力公交车约为 89kg，全电动公交车在 224-369kg，详细取决于电池和实践公交车的 巨细。

  除车身以外，配套充电桩的装置也会带动铜消费。充电桩的首要用铜部件包含电线电缆、充电机模 块、接插件以及各种开关。依据 SMM，单个家用充电桩用铜量约 2 千克，公共沟通慢充用铜量为 7 千克，公共直流快充用铜量为 25 千克。

  依照上述新动力轿车以及配套充电桩的开展速度，估量铜在新能车范畴的需求未来十年复合增加 率或达 24%，在 2020、2025、2030 年别离达约 24、111、198 万吨。

  3 、稀土需求：稀土永磁电机市占率高，20-30 年新动力车稀土 需求复合增速或达 24%

  高性能钕铁硼永磁体在内燃机中就已广泛运用。依据 Peak Resources 稀土公司表明，一个中高端 燃油车就有高达 30 个组件需求运用到钕铁硼永磁体，包含电动助力转向体系（EPS）、防抱死制 动体系（ABS）、轿车油泵、焚烧线圈、雷达传感器等轿车微特电机等，算计约 0.6kg。

  稀土永磁体电机为商场干流挑选，带动额定 1kg/辆的稀土氧化物需求。新动力轿车中除 EPS、ABS 和雷达传递外，稀土永磁体电机相同需求高性能钕铁硼，依据 Peak Resources，新动力轿车需求 额定耗费 1.5-2.5kg 高性能钕铁硼，考虑出产丢失，相当于约 0.86kg 稀土金属元素。稀土永磁体 电机具有转矩大、功率密度大、作业速域宽、牢靠性高、结构简略的特色，能够起到减轻电机分量、 缩小电机尺度、进步作业功率的效果，已成为新动力轿车干流挑选。依据 IDTechEx，永磁体电机 在新动力轿车的浸透率已从 2015 年的 79%上升至 2019 年的 82%，现在已掩盖新动力一切干流 厂商。

  假定稀土永磁体电机 82%的浸透率保持不变，以及上述新动力轿车销量猜测，估量稀土在新动力 轿车的需求量未来十年复合增加率或达 24%，在 2020、2025、2030 年别离达 3,053、14,640、 26,143 吨。

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