电解铝行业专题研究报告从电解铝全生命周期角度看碳减排.docx
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电解铝行业专题研究报告从电解铝全生命周期角度看碳减排
2021年电解铝行业专题研究报告:
从电解铝全生命周期角度看碳减排
核心观点:
碳中和:
能源结构调整首当其冲。
目前国内每年碳排放量级为100亿吨左右,其中70%左右均来自煤炭燃烧,因此降低煤炭碳排放量占比尤为关键。
电解铝行业同时涉及电力和制造业两个行业,据能源基金会,2018年电解铝能源消费量为1.41亿吨标准煤,占比6%,仅次于钢铁和水泥行业,国内电解铝行业碳减排存在较大空间。
从电解铝全生命周期角度看碳减排。
轻量化成未来趋势,铝减重降耗助力碳减排;光伏发电碳排放量低,铝框回收减少全周期排放;建筑用铝优化能效,光伏外围集成推动净零;再生铝碳减排效果显著,国内市场未来可期。
碳市场已成为全球主流减排政策工具。
经济与政策成欧盟碳价格的主要推手;中国大力推动碳市场的构建进程,加快碳价格信号机制的确立,激励企业采取措施节能减排。
中国碳市场相比欧美仍处于初级阶段,未来几年碳市场的管制范围将逐步扩大;过去十年,相比全球各大碳交易市场的价格,中国碳价格仍有很大的上升空间。
碳中和或使国内电解铝行业成本曲线有所上移。
我们对征收碳排放费用后国内电解铝的成本曲线进行了模拟测算,云南省凭借其水电资源,在碳排放成本中上升最少,因此其成本低于增加碳排放成本以后的山东省。
综合来看,电解铝行业加入碳排放交易市场可能使得国内电解铝行业平均成本曲线整体有所上升。
一、碳中和:
能源结构调整首当其冲在2020年9月22日的联合国大会上,中国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和;随后日本和韩国宣布在2050年实现碳中和目标;欧盟发布《绿色新政》,将2030年减排目标从40%提高到50%至55%,并宣布2050年实现碳中和。
全球70多位国家元首于2020年12月12日共同参与了气候雄心峰会。
今年的气候雄心峰会旨在进一步推动各方在气候行动、融资,以及气候适应和抵御能力建设方面的雄心和努力。
到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。
(一)国内煤炭来源碳排放依然占据较大比例
据CEADs统计数据,国内碳排放量从2000年的32.14亿吨增长到2013年的101.45亿吨,此后增速有所放缓。
截止2017年,国内碳排放量为97.29亿吨。
2013年以来,受到国内煤炭来源碳排放量逐步下降的影响,国内碳排放总量增速出现明显下降。
目前国内每年碳排放量级为100亿吨左右,其中70%左右均来自煤炭燃烧,因此降低煤炭碳排放量占比尤为关键。
(二)国内电解铝行业碳减排存在较大空间
据CEADs统计数据显示,2019年国内碳排放量为105.59亿吨,其中电力、制造业、地面交通、住宅以及航空行业碳排放占比分别为45%、39%、9%、7%以及0%。
电力行业和制造业占据了国内碳排放行业中的较大比例。
电解铝行业同时涉及电力行业(自备电厂)以及制造业两个行业,其中在制造业中,2018年电解铝能源消费量为1.41亿吨标准煤,占比6%,仅次于钢铁和水泥行业,国内电解铝行业碳减排存在较大空间。
二、从电解铝全生命周期角度看碳减排
(一)汽车轻量化成未来趋势,铝减重降耗助力碳减排
目前汽车用铝主要集中于燃油车,乘用车铝材多为铸件,型材、板材也有一定程度的运用。
由于纯电动的整车质量比传统燃油车多100-250kg,纯电动车轻量化要求迫在眉睫,预计未来用铝会大幅增长。
根据2020年铝加工产业年度大会报告,2019年我国乘用车总用铝量为275万吨。
分车型来看,燃油车用铝量最高,达256万吨,纯电动车和其他能源车分别用铝17万吨和2万吨。
分铝材来看,铸件用量最多,达202万吨,型材和板材各27万吨和37.6万吨。
铝主要应用于汽车的开闭件(四门两盖)以及车身部件。
其中,开闭件包括引擎盖、翼子板、行李箱盖以及车门等。
我国合资品牌如上汽通用、一汽大众、华晨宝马等均拥有车身及覆盖件用铝的应用经验和相对成熟的技术,引擎盖和行李箱盖的铝化率较高。
据Duckeranalysis预测,北美汽车覆盖件的铝化率将不断提升,其中,引擎盖的铝化率将由2020年的63%上升至2026年的81%,成为乘用车标准配置;翼子板以及行李箱盖也将由19%-28%上升至34%-44%;车门由于铝化技术难度较大,铝化进程相对滞后。
1.汽车用铝比例上升,轻量化助力降低能耗
(1)全球轻量化要求提高,铝是优质的轻量化材料
在保证汽车强度和安全性的前提下,轻量化已经成为全球趋势。
通过降低汽车的整备质量,能够降低燃油汽车的能耗,提升电动汽车的续航里程数,并减少排气污染。
在所有具有碳排放污染的交通工具中,汽车的碳排放量首当其冲。
能源基金会数据显示,私家车出行的人均百公里碳排放量达到21.6kg/100km,而高铁、地铁及轮船等出行方式的碳排放量仅为1.4、1.3及1.02kg/100km。
即使与碳排放量高居第二的飞机出行方式相比,私家车的碳排放量仍高出了近一倍。
为了减少温室气体的排放,全球纷纷制定车辆排放目标:
欧盟为普通客车设定了2021年碳排放目标,日本、美国、加拿大及中国的卡车也纷纷引入二氧化碳标准。
汽车减排势不容缓,铝作为轻量化材料具有多重优势。
从汽车选材角度看,钢和铝是最常用的两种车用材料。
铝合金材料相较于一般钢材而言,虽然弹性模量低,但抗挤压性强,可以增强复杂的截面部件的刚度,在碰撞吸能中具有显著优势,降低材料消耗以及构件质量。
A2MAC1数据库对比了铝与钢的副车架重量,铝制的副车架为8.23kg,而高强度钢和先进高强度钢相对于铝的轻量化比率只有0.66和0.83。
(2)汽车用铝量增长,节能降耗实现减排
在汽车未来轻量化趋势之下,铝用量的比例会逐渐提高。
根据IAI的预测,中国的单车用铝量将持续增长。
2025年乘用车与商用车的单车耗铝量分别为187.1kg和180.1kg;2027年商用车的单车耗铝量将首超乘用车,二者均超过200kg;2030年乘用车与商用车的单车耗铝量分别为242.2kg和253.2kg。
铝在传统燃油车和中的应用均可以降低能耗。
整车质量减轻5%,基本可保证降低相同比例的燃油消耗。
而电动车相比燃油车有更高的整备质量,“中国制造2025”规划中提出轻量化仍是重中之重,质量每减少100kg,电动车的续航里程就能提高6%-11%。
2.轻量低耗推动减排,单车每公里减少10克碳排放
根据Duckeranalysis的数据,2015年北美汽车整备质量约为1748kg,其中钢板质量占40%,铝质量占比10%,预计2025年汽车整备质量约为1617kg,其中钢板质量占32%,铝质量占比16%,据此测算出铝对钢材的质量替代比率为46.17%,进一步可测算出铝用量上升的车辆减重系数1.17。
根据IAI的中国汽车用铝数据,中国乘用车的单车耗铝量将由2016年的110.4kgpv上升至2025年的187.1kgpv,商用车的单车耗铝量将由2016年的76.5kgpv上升至2025年的180.1kgpv。
结合车辆减重系数,得到相应车型的减重量。
根据IAI的轻量化节能报告,在车辆降重100kg的情况下,分车型的减排效果不同。
燃油乘用车、电动乘用车以及混动乘用车每公里分别可减少0.00876kg、0.00708kg及0.00792kg的二氧化碳排放;燃油公交车、电动公交车及卡车每公里分别可减少0.00329kg、0.00345kg及0.00209kg的二氧化碳排放。
结合不同车型的减重量,测算出汽车中增加单吨铝用量所带来的碳减排量约为0.08kg。
经过测算,2017年由于使用铝所带来的乘用车单车碳减排可达每公里10-15g,商用车单车碳减排量为2-8g。
预计2025年乘用车单车碳减排可达每公里18-22g,商用车单车碳减排量为3-12g,2030年乘用车单车碳减排可达每公里23-25g,商用车单车碳减排量为4-16g。
情境1:
假设单车年行驶20000公里。
预计2025年燃油乘用车年减排达367kg、纯电动乘用车年减排374kg、混动乘用车年减排440kg;燃油公交车年减排64.87kg、燃油电动公交车年减排244kg,卡车年减排88kg。
情境2:
假设单车年行驶50000公里。
预计2025年燃油乘用车年减排达918kg、纯电动乘用车年减排935kg、混动乘用车年减排1100kg;燃油公交车年减排162kg、燃油电动公交车年减排610kg,卡车年减排221kg。
进一步换算成单吨铝的碳减排成果,单吨铝使用量将使汽车单公里减排0.02g-0.1g、
情境1:
假设单车年行驶20000公里:
预计单吨铝使用量将使燃油乘用车年减排达2.04kg、纯电动乘用车年减排1.65kg、混动乘用车年减排1.85kg;燃油公交车年减排0.77kg、燃油电动公交车年减排0.8kg,卡车年减排0.49kg。
情境2:
假设单车年行驶50000公里:
预计单吨铝使用量将使燃油乘用车年减排达5.10kg、纯电动乘用车年减排4.13kg、混动乘用车年减排4.62kg;燃油公交车年减排1.92kg、燃油电动公交车年减排2.00kg,卡车年减排1.22kg。
(二)光伏发电碳排放量低,铝框回收减少全周期排放
太阳能是一种可再生的无污染的,挤压铝材是制造太阳能光伏组件最有竞争力的可选材料,电池板框架支柱、支撑杆、拉杆等都可以用铝合金制造,是铝型材应用的新市场。
铝型材在光伏领域主要产品在太阳能光伏边框和太阳能光伏支架等。
太阳能光伏边框和支架主要起到固定、密封太阳能电池组件、增强组件强度、便于运输和安装等作用,其性能将影响到太阳能电池组件的寿命。
按照使用的原材料可将太阳能边框分为三类:
铝型材边框、不锈钢边框、玻璃钢型材边框,由于铝型材具备重量轻、耐蚀性强、成形容易、强度高、易切削和加工、可回收等特点,目前在太阳能边框中应用为最为普遍。
1.光伏使用阶段:
碳排放最低的发电方式之一
在不同发电方式中,光伏发电的单位发电量碳排放量较低。
化石能源的碳排放量最高,煤电的单位发电量碳排放量超过800gCO2/kWh,天然气发电近500gCO2/kWh。
即使经过碳捕捉技术处理后,二者的碳排放量可下降至150gCO2/kWh以下,但相对于其他清洁能源的碳排放仍然很高。
根据世界核能协会的数据,公用事业级光伏、集中式光伏以及分布式光伏的碳排放量有所差异。
公用事业及集中式光伏通常规模较大,装机容量较高;分布式光伏多处于用户侧,如屋顶光伏等。
三种光伏单位发电量的碳排放量在30-50gCO2/kWh左右,集中式光伏的单位碳排放量仅27gCO2/kWh,是除水电、核电及风电外碳排放最小的发电方式。
不同发电方式在全生命周期中产生碳排放阶段也不同,光伏主要来自上游的设备生产和电厂建设环节,而在使用阶段碳排放很低,仅为4.93kgCO2-eq。
而化石能源发电的碳排放主要来自于发电运行阶段的化石燃料燃烧;核电的碳排放来自燃料开采和废弃处理。
2.光伏处置阶段:
废组件铝边框拆解难度低
在光伏组件中,铝框和前玻璃占光伏板重量的80%,光伏面板的铝框和接线盒很容易拆卸。
欧洲的欧洲的废弃组件回收工作开展较早,2012年出台了《欧盟废弃电子电器产品管理条例》,将太阳能光伏组件纳入管理范围,并成立了专门机构。
但由于回收技术难度较高,通常仅对玻璃和铝框架进行回收,剩余材料被送往水泥炉中作焚烧处理,直至2018年才出现了专门处理晶体硅的回收厂,能够实现95%的组件回收率。
相比之下,我国没有针对光伏废组件的回收技术和设备,也未有明确的光伏组件回收政策。
因此,国内大部分废旧光伏组件都没有回收处理,通常都是直接填埋或破碎后填埋。
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