202105 新能源深度研究：区域_闯关_碳中和

2021年 4月 29日 区域“闯关”碳中和 实现碳达峰、碳中和的目标，不仅需要“自上而下”政策引导，更需要各地 “自下而上”的探索和实践。然而，如何厘清各地实际碳排放量是首要的难题。 “谁生产谁负责”还是“谁消费谁负责”不同方法测算各地的碳排放量有所差 异，达峰情况也有不同。整体而言，我国 2030年前可 实现碳达峰，其中，江苏 、 上海等省市在 2025年前有望率先达峰 ，而 山西、内蒙古等传统 能源大省可能面临 更多挑战 。同时，与化石能源的资源属性不同，新能源是典型的制造业，产能的 加速投放可能会促进能源供给的区域分布整体更趋均衡，也 有望 推动能源成本敏 感性产业向中西部、新能源相对富集区域转移。 最后，实现碳达峰、碳中和也需 要借鉴国际先进经验，北欧五国低碳合作及卢森堡产业转型等经验有一定参考意 义。 关键词 | 碳排放量 碳达峰 新能源 产业 布 局 研究员 | 李南南 左 烜晅 吴慧敏 I 深度研究 2021 .4.29 内容 概要 ▪ 实现碳达峰、碳中和的目标，不仅需要“自上而下”政策引导，更需要各 地 “自下而上”的勇于探索和积极实践。 然而， 如何厘清各地 实际 碳排 放 量是首要的难题。 “谁生产谁负责”还是“谁消费谁负责” 不同方法测算 各地的碳排放量有所差异，达峰情况也有不同 。 ▪ “自下而上”可能的碳达峰路线图。 根据 CEADs、生产者责任法及消费者 责任法 三种方法， “自下而上” 汇总 得出 中国整体 2030年可实现碳达峰，峰 值规模在 99-108亿吨 之间；其中，截止 2018年已达峰的省市碳排 放 量占全 国总碳排 放 量的 20-30。 当然，各省市能源布局不同、产业结构不同， 碳中和目标下可能面临的冲击也不同。 ▪ 从传统能源到新能源，我国能源供给的区域分布将更趋均衡 。 实现碳中和 目标， 以新能源替代化石能源的 结构转型至关重要。相比于 化石 能源的 资 源属性 ，新能源 的制造业属性 有望推动整体能源供给的区域分布更趋均衡 ， 也会降低形成“资源诅咒”的可能。 ▪ 能源版图变革 可能会 推动产业格局重塑 。 基于 未来能源版图的变革及各行 业核心成本构成 ， 我们认为， 能源成本敏感性行业，如电解铝、时延需求 低的数据中心有望继续向 新 能源 相对 富集、成本降低的地区转移； 反之， 对原材料、市场需求更为敏感的行业 可能受到的影响相对有限 。 ▪ 他山之石，国际 经验 借鉴 。 伴随能源和产业格局重塑，部分地区可能会面 临增长放缓、转型动力不足、职工转岗或失业等问题 。实现碳达峰、碳中 和需要借鉴国际经验， 北欧五国 低碳 合作及卢森堡产业转型等 经验具有一 定参考意义 。 II 深度研究 2021 .4.29 目录 一、 “自下而上”可能的碳达峰行动路线图 1 （一）“谁生产谁负责” or“谁消费谁负责” . 1 （二）驱动因子不同，碳中和目标下各区域面临的冲击可能不同 3 二、 从传统能源到新能源，我国能源供给的区域分布将更趋均衡 5 （一）我国能源供给的区域分布将更趋均衡 5 （二）加速新能源发展，会形成新的“资源诅咒”吗 6 三、 能源版图变革可能推动产业格局重塑 8 （一）存量传统高耗能产业 8 （二）增量新兴产业，以数据中心为例 14 四、 他山之石 国际经验分析 18 （一）区域合作北欧五国合力应对气候变化 18 （二）产业转型卢森堡 21 附录生产者责任法与消费者责任法介绍 24 （一）生产者责任法 24 （二）消费者责任法 24 III 深度研究 2021 .4.29 图表 图表 1 以四个能源大省为例，其可能的碳排放流向 . 3 图表 2 我国 30省市单位 GDP对应的碳排放因素（ 2017年数据） . 4 图表 3 我国化石能源供给“北多南少”格局 . 6 图表 4 我国大陆地区核电厂分布图（ 2020年 4月 27日） . 6 图表 5 学者指出的我国能源资源诅咒分布情况 . 7 图表 6 2018 vs 2050年氢基产业可能的区域布局 9 图表 7 分析传统高耗能产业区位选择成本因子框架 .10 图表 8 2019年电解铝产能分布集中于山东、新疆、内蒙古， 2010年后更集中于 三省，而从河南转出较多 11 图表 9 原材料氧化铝和电力是电解铝主要成本，各占 35和 35 12 图表 10 从电解铝主要成本构成来看， 我国各省市电力成本差异较大（对应方 差最大） 12 图表 11 粗钢产量主要集中于东部和北部 .13 图表 12 炼钢技术路线及应用可能性 .14 图表 13 我国数据中心用电量预测 .15 图表 14 我国数据中心平均能耗构成 .15 图表 15 2018年底我国数据中心在用机架分布 15 图表 16 全国主要中西部数据中心集群资源禀赋对比 .17 图表 17 北欧 五国的人均碳排放 .19 图表 18 北欧五国的单位 GDP碳排放 .19 图表 19 芬兰煤、石油发电比例呈下降趋势，生物质发电比例提升 .19 图表 20 丹麦煤、石油、天然气发电比例呈下降趋势，风电比例提升 .19 图表 21 卢森堡在 1991年碳达峰后仍保持经济快速增长 .22 图表 22 卢森堡制造业占比呈下降趋势，服务业占比上升 .22 图表 23 卢森堡电炉炼钢工艺比例快速攀升至 100 22 图表 24 近年来卢森堡金属制造业增加值占 GDP比重提高，但碳排放强度呈下 降趋势 .22 1 深度研究 2021 .4.29 实现碳达峰 、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，伴随 碳达 峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，各地方政府已 开始密集部署 制定 相应 行动 方案 。 那么， 各区域如何 选择适合自身发展的行动路线图长期来看，实 现碳达峰、碳中和对各区域能源格局、产业布局会产生哪些深远的影响发达 国家已有的国际经验可能有哪些借鉴意义 这是本篇报告 要 讨论的核心内容。 一、 “自下而上” 可能的 碳达峰 行动路线图 实现碳达峰、碳中和的目标， 不仅 需要 “自上而下” 的政策引导 和统一行 动 ，更需要 各区域、各地方 “自下而上 ”的勇于探索和积极实践。 然而， 我 国 幅员辽阔，各区域、地方之间自然禀赋不同、能源和产业结构也有所不同，如 何厘清各地方真正的碳排放量及其相应承担的责任是一个首要的难题。 （一） “谁生产谁负责” or“谁消费谁负责” 判断是否碳达峰的前提条件是对碳排放量有一个准确的衡量。由于 气候问 题超大时空尺度的外部性，产生碳排放的 能源、 工业 产品 通过省际之间的贸易 在全国各省市之间自由流动。 以山西省为例， 2017年作为中间品投入的煤炭采 选行业，对应的最终产品仅 9为本地所用，其余 91流入到其他省市。 那么 相应产生的碳排放量究竟应该是生产者承担还是消费者承担，是个 值得讨论的 问题。 现有最常用的中国碳核算数据库 CEADS， 披露的数据 采用的是生产法， 主要 以 能源消费量 为标准进行统计 ，并没有考虑到最终产品或服务的实际消费 地，传统能源大省的碳排放量普遍相对偏高 。 为更全面 、 更 多维度 界定各地碳排放量及其相应的责任，我们尝试从生产 者责任和消费者责任两个角度重新核算各省市 能源 活动 对应 的碳排放量 ，其中， ➢ 生产者责任法 即通过统计各地区生产过程中所消耗的全部化石能源产 品，进行标煤化后，结合各类能源的碳排放因子 （ 参考 2005年国家温室气体清 2 深度研究 2021 .4.29 单 ） ， 计算得出该区域因生产产品或提供服务而产生的直接碳排放量。 ➢ 消费者责任法 即 在生产者责任法的基础上，进一步根据跨区域投入产 出表，计算得出各区域对各行业产品的真实消费量及其相应的碳排放量。 那么， 如何“自下而上”推导可能的碳达峰路线图 一方面，根据生产 法、消费法 重新计算 2010-2018年 301个省市的碳排数据 （具体测算原理及方法 介绍详见附录） ；另一方面，基于对各省市未来 GDP增速及碳排放强度下降幅 度的假设 2，计算推导 CEADs、生产法、消费法下的 各省市 2019-2030年的碳排 放 量，综合 数据 结果， 结论 主要 包括 ➢ 整体而言，三种方法“自下而上”汇总显示， 我 国整体 2030年前可实现 碳达峰，峰值规模 大约 在 99-108亿吨 3之间 。 ➢ 事实上， 2018年部分省市 已实现 碳达峰 。 根据 CEADs、生产者责任法及 消费者责任法 计算 ， 2018年已达峰的省市 达 10个 左右 ，占全国 碳排 放 量规模的 20-30。 ➢ 部分省市可能在 2025年前实现达峰，如 江苏、 上海 等 ；部分高耗能产业 相对集中的区域达峰时间相对 较 晚，如 山西、内蒙古 等 。 特别需要 说明的是，由于数据获得的不完全性和对 GDP增速、碳排放强度 下降幅度的 初步 假设，我们 得到的结论可能与实际情况 存在一定偏差。 1 西藏未披露能源数据，故本文仅考虑 30省市 2 结合全国及各省市国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035年远景目标纲要，并假设 GDP增 速由 2019年的增速匀速下降； 2）碳排放强度下降幅度， 参考各地 20132018年的年均下降幅度 和全国下 降幅度假 3 为与 CEADs口径一致，在生产法与消 费法能源活动对应的碳排放量基础上按一定比例考虑工业过程碳 排放量 3 深度研究 2021 .4.29 图表 1 以四个能源大省为例，其可能的碳排放流向 资料来源 CEADs， 能源统计年鉴，各省市统计局， 中金研究院 （ 二 ）驱动因 子 不同， 碳中和目标 下 各区域面临的冲击可能不同 碳排放强度 的持续下降对实现碳中和目标至关重要，而 碳排放强度 又可进 一步区分为单位 GDP能耗和单位能耗碳排放。其中， 单位 GDP能耗越高，说明 经济发展 、产业结构 对能源的依赖程度越高 ；单位能耗碳排放越高则意味着 能 源结构中 对高碳排放的 化石能源 依赖更大 。 因此，稳定降低 碳排放强度 ，归根 结底在于产业结构和能源结构的 优化 。 基于 2017年 CEADS数据，我们以 30个省市单位 GDP能耗为横坐标、单位 能耗碳排放为纵坐标，构建相应散点图，以讨论碳中和目标下各区域可能受到 的冲击情况。 两个指标相比于全国平均水平，各省市可相应落入“双高压区”、 “单高压区”及“相对低压区”。 4 深度研究 2021 .4.29 总之 ， 基于各区域能源结构和产业结构的现状，参考中金宏观报告 4中提 出 的碳中和“先苦后甜”及外部冲击下经济发展可能的路径，对于“双高压区” 而言 （比如内蒙古、山西等） ， 无论是单位 GDP能耗还是单位能耗碳排放都显 著高于全国平均水平，未来实现碳中和 能源结构、产业结构都面临较大的调整 压力。 同时，这些区域经济结构对传统能源依赖性较高（如山西 2019年 煤炭 开 采和洗选业营业收入、就业分别占工业整体的 33和 44），实现碳中和过程 中经济增长可能受到的冲击相对更大，所需调整时间相对更长。 在后面国际经 验部分的讨论中，卢森堡从高碳排的钢铁产业转向服务业发展的成功案例，可 能具有一定的借鉴意义。 而“相对低压区”受到冲击 可能 较小 、 调整时间相对较短。当然， 处于 “相 对低压区” 省市的 碳排放量绝对值 也存在 较大下降空间 ， 在推动碳中和过程中 也应承担较大的减排责任 。 图表 2 我国 30省市单位 GDP对应的碳排放因素（ 2017年数据） 资料来源 CEADs， CEIC，中金研究院 4 详见中金研究部 2021年 3月 22日 发布的碳中和创新与公平并举 “单高压区”产业 结构可能受到冲击 “单高压区”能源结构 可能受到冲击 “双高压区”能源 结构 产业结构可能都受到冲击 “相对低压区”能耗 / 碳 排放绝对值仍有下降空间 单位 GDP 能耗（吨标准煤 / 万元） 单位 能耗 碳排 放 （吨 二氧 化碳 / 吨 标准 煤） 北京 天津 河北 山西 内蒙古 辽宁 吉林 黑龙江 上海 江苏 浙江 安徽 福建 江西 山东 河南 湖北 湖南 广东 广西 海南 重庆 四川 贵州 云南 陕西 甘肃 青海 宁夏 新疆 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 各省市单位 GDP 对应的碳排放分解 平均值 2 . 1 1 平均值 0 . 5 6 5 深度研究 2021 .4.29 二、 从传统能源到新能源， 我 国能源供给的区域分布将更 趋 均衡 （一）我国能源供给的区域分布将更趋均衡 实现碳中和目标，首要任务是实现能源结构的转型，即以非化石能源替代 化石能源。根据中金公用 新 能源组的预测，未来 40年，我国能源消费结构中， 煤炭、石油、天然气等化石能源占比将从 2019年的 84下降至 2060年的 22， 并通过碳捕捉方式实现碳中和；清洁电力占比将从 16大幅提升至 70，其余 8将由绿氢支撑。 与此同时，与传统能源的 资源属性 不同，新能源 的 制造业 属性将会有望推动能源供给的区域分布更加均衡。 自然资源禀赋 分布决定 我国 化石能源供给总体呈现“北多南少”的格局 。 以 20142017年能源生产量占全国比重来看，我国化石能源主要集中于山西、 内蒙古、陕西等 东北、西北区域 。 相应地， 这些资源相对集中的省市区域 在实 现自给自足的基础上对外输送，而长三角、珠三角等 南 部经济发达地区则主要 通过外省调入或进口来满足经济发展所需的能源需求。 相比之下， 新 能源 的制 造业属性使之区域分布不仅局限于资源储备，也取 决于生产技术的不断迭代和发 展 1） 光伏、风能资源 分布上 ，内蒙古、新疆、青海等西部地区资源储备丰 富，未来有望显著受益。与此同时，考虑到中东部地区多数具备 900-1,200小时 的有效光伏利用小时能力，分布式 光伏 省去了跨区域输配电的成本可弥补中东 部相对西部利用小时的不足，因此，将首次实现无差别的电源分布。海上风电 也在逐步规模开发。整体而言，风光 供给的区域分布相比于化石能源将更加均 衡。 2） 核能作为重要的非化石能源供给之一， 目前 主要集中于我国东部沿海 地区 。核电支撑多能互补，根据中金公用 新 能源组统计，我国沿海的累计核电 装机空间有望达 200吉瓦以上，形成对新能源供给的进一步补充和支撑。 3） 作为非电的可能解决方案，我国氢能产业已初步形成“东西南北中” 6 深度研究 2021 .4.29 五大发展区域 ，如以上海、江苏和山东为代表的东部区域，以四川为代表的西 部区域。往前看，伴随技术进步和规模 效应 ， 制 氢成本有望逐步下降，氢能的 使用和普及将更加广泛。 图表 3 我国化石能源供给“北多南少” 格局 图表 4 我国大陆 地区 核电厂分布图 （ 2020年 4月 27日） 注 2015-2017年各类煤炭、原油、天然气生产量占全国 平均比重 ； 资料来源 中国能源统计年鉴，中金研究院 资料来源 核安全局 ， 中金研究院 结合以上分析，在推动实现碳中和的目标下，传统化石能源的需求将大幅 下降，这将使得山西、内蒙古等传统能源净输出大省面临较大的需求下降压力， 叠加其自身低碳发展转型的需求，未来经济转型压力较大；而可再生能源丰富 的西部地区，有望发挥优势，以能源低成本优势吸引更多产业聚集，形成新的 发展空间。 同时，对于东部沿海经济发达、 能 源消费大省，有望通过加快新能源基础 设施建设，加快海上风电 、氢能、核能等技术创新，推动能源结构优化，从而 提高自身能源供应能力，减少传统化石能源的输入和依赖。 （二） 加速新能源发展 ， 会 形成 新的 “资源诅咒” 吗 对于这一问题，首先需要从资源诅咒的定义和传导机制入手 1） 所谓资源诅咒是指 与 经济效益相背离的实际情况 。经济学理论认为， 河北 天津 山东 江苏 安徽 浙江 上海 福建 广东 黑龙江 吉林 辽宁 内蒙古 新疆 西藏 青海 四川 云南 贵州 广西 海南 湖南 江西 湖北 河南甘肃 陕西 宁夏 北京 重庆 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 系列 1 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 内蒙古 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 河北 山西 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 山西 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 陕西 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 贵州 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 山东 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 河南 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 安徽 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 江苏 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 宁夏 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 黑龙江 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 四川 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 云南 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 辽宁 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 吉林 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 甘肃 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 湖南 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 重庆 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 江西 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 福建 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 青海 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 湖北 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 广西 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 北京 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 天津 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 上海 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 浙江 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 广东 煤炭占比 原油占比 天然气占比 南海诸岛 7 深度研究 2021 .4.29 作为生产要素的资源越丰富，经济发展越好，但大量实证研究发现，丰裕的自 然资源不但没有助力国家或区域的经济增长，反而造成负担，资源富集地区频 频陷入产业结构扭曲、环境状况恶化的陷阱之中，这一现象被称为“资源诅咒” 5。当前以化石能源为主的格局下，我国部分区域 可能 存在一定的资源诅咒。 2） 资源诅咒的传导机制主要是 A. 单一的资源型产业结构挤占了技术含 量和附加值含量高的最终产品工业和高新技术产 业的发展； B. 丰富的资源给 人以“虚假的安全感”，减弱对于人力资本扩张的动力； C. 权力寻租，造成大 量资源浪费和掠夺性开采； D. 资源型产业高污染带来生态环境问题和其他民 生问题。 图表 5 学者指出的 我国能源资源诅咒分布情况 资料来源 中国资源诅咒的区域差异及其驱动力剖析（ 2011），中金 研究院 但在非化石能源全面替代化石能源的背景下，我们认为 能源导致的资源诅 咒可能得到缓解 ，具体来看 1） 首先，非化石能源可能较难出现单一产业支持一个区域的情况 。如前 所述，可再生能源 是制造业，且 资源区域分布相对更为均匀。风光资源并非像 煤炭、石油资源储量一样是“有”与“无”的本质差异，更多只是利用效率的 高低问题 ， 如前所述，风光等新能源产业链需要的不仅仅是风光等能源，还需 要许多分布在全国各地的原材料（硅、沙子）和辅材，单一原材料在终端的价 5程志强 .资源诅咒假说 一个文献综述 [J].财经问题研究 ,2008,3（ 3） 20-24 8 深度研究 2021 .4.29 值量占比也没有那么高，因而产业不会集中在某一原材料的地点。 2） 其次，与传统化石能源对研发创新存在挤出效应不同，非化石能源需 不断迭代的技术创新实现降本增效 。非化石能源的开发和利用并非简单的资源 型产业，而是需要大量技术创新和研发投入，例 如光伏电池是一个将降本追求 到极致的产品，十分重视技术的发展和变革，技术周期在 3年左右。也正是由 于可再生能源的技术研发与投入不断增加，才使得成本快速降低成为可能，对 于其他经济领域有技术溢出红利。 三、 能源版图变革 可能 推动产业格局重塑 2016年，发改委发布的关于切实做好全国碳排放权交易市场启动重点工 作的通知，将石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力（火电）、交运里 的航空作为重点排放行业。 根据 CEADs数据库， 2017年这八大行业的碳排放量 占全国碳排的 88。 推动 高耗能 行 业的低碳发展是我国实现碳中和的必经之 路 。 本节中，我们重点选取传统高耗能产业（钢铁、电解铝）和新兴高耗能产业（数 据中心）为例进行分析。 （一） 存量传统高耗能产业 1、 碳中和 如何影响 传统 高耗能产业的区域布局 考虑到高耗能产业对能源的依赖程度， 一种 可能 的情形是，高耗能产业将 随能源供给 分布变化 而发生转移。姜克隽等（ 2021）的研究结果认为，碳中和 目标会影响未来一些产业的区域布局，对于工业中难以减排的行业，如钢铁、 水泥、合成氨、乙烯、苯、甲醇等，氢基工业是实现深度减排的一个重要选项， 而绿氢的 供应将会明显影响这些产业采用氢工艺的成本，进而影响产业的区域 布局 6。 在碳中和目标之下 ，与 2018年相比， 2050年 粗钢、乙烯、甲醇等氢基 产业将呈现向可再生能源富集地区转移的明显趋势，新疆、宁夏、青海等西部 6姜克隽 , 向翩翩 , 贺晨 旻 等 . 零碳电力对中国工业部门布局影响分析 [J]. 全球能源互联网 , 2021, 4 1. 9 深度研究 2021 .4.29 省份 有望 显著受益。 图表 6 2018 vs 2050年 氢基产业可能的 区域布 局 资料来源 零碳电力对中国工业部门布局影响分析（ 2021），中金研究院 然而， 现实中， 在 能源成本 之外还有许多其他 成本 因素 会影响到产业 分布 格局 ，比如 生产端的原材料成本、碳价及 需求端的运输成本等，不同行业对各 细分成本的依赖不同，能源变革对各产业格局重塑的影响也会不同。 比如， 若能源成本占商品生产成本的比重处于 重要地位 ，可再生能源的富 集地 将 具有 显著 优势 ； 若商品成本中的低碳工艺改造和需求端的运输成本等占 粗钢生产分省布局 乙烯生产分省布局 甲醇生产分省布局 苯生产分省布局 10 深度研究 2021 .4.29 主导地位，则可能更偏向于靠近 技术 集中地或终端市场 ； 若 再加入 碳价 的考虑 ， 则情况更为复杂。下文我们分别以电解铝和钢铁两个行业予以具体分析。 图表 7 分析 传统 高耗能产业区位选择成本因子框架 资料来源 中金研究院 【案例 1】 能源 成本占主导 以电解铝为例 目前我国电解铝的产能主要分布于山东、新疆、内蒙古等省份， 2019年三 个地区产能分别占全国的 27、 17和 12，较 2010年均实现了较大幅度提高 。 总体来看， 2010-2019年中国 电解铝的 产能 分布 呈现两大趋势 1） 向电力成本较低的地区转移 山东自备电发展较早，电价有优势，而 新疆、内蒙古、甘肃等地煤炭开采成本很低，广西和云南水电资源丰沛。 2） 向原材料氧化铝的进口地转移 山东除了电价优势外，依托山东港口 资源，区域内电解铝企业通过进口铝土矿生产氧化铝，进口铝土矿品质更高， 进口增加有望释放工艺流程优化空间。 从成本结构来看，电解铝的原材料氧化铝占 35、电力成本占 35、预焙 阳极占 13。各地氧化铝、预焙阳极和人工成本差异并不显著， 而 电力价格为 能源 成本 商品 成本 生产工艺低碳改造成本 生产成本 发电成本 碳价 特高压电网成本 电化学 储能成本 成 本 因 子 框 架 燃料成本 运维、折旧成本 资源 丰富 程度 （可再生能源资源富集程度） 发电端与用电端距离 地区低碳改造技术基础 （人力资本存量、能源碳强度） 地区技术创新意愿 （高能耗 产业经济贡献） 与消费市场距离 成本 碳 中和影响因素 生产 端 需求端 输配端成本 劳动力成本 原材料成本 与所处行业有关 运输成本 11 深度研究 2021 .4.29 主导电解铝产业布局的最关键因素。根据相关测算 7，电解铝企业用电成本 每 降低 0.1元 /千瓦时，可贡献至少 1,320元 /吨的毛利润，相当于将氧化铝 运 入新疆 以及电解铝出疆的全部运费。 碳中和背景下，能源结构产生巨大转向，风电光伏等可再生能源在供 给端 比例提升，终端电气化比例 2060年 将 达到 100。 由于电力成本占比高， 电解 铝的生产可能向可再生能源富集、 电价低 的区域 进一步 转移，例如青海、甘 肃、内蒙古等 风光资源富集的 的省份。而考虑到进口铝土矿的矿质更好（铝 含量更高），可以采用拜耳法减少整体能耗，也存在部分电解铝向原材料进口 地集中的可能性，例如山东 。 当然，无论哪种情形，可以确定地是电解铝产业 碳排放 都 将大幅下降。 图表 8 2019年电解铝产能分布集中于山东、新疆、内蒙古， 2010年后更集中于三省，而从 河南转出较多 资料来源 Woodmac，中金研究院 7http//finance.sina.com.cn/money/future/indu/2017-05-24/doc-ifyfkqwe0886307.shtml 27 17 12 7 6 5 5 4 4 - 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0 3 0 山东 新疆 内蒙古 青海 甘肃 广西 河南 云南 山西 2019 年主要省份电解铝产能 2010 年 2010 - 2 0 1 9 年变化值 12 深度研究 2021 .4.29 图表 9 原材料氧化铝和电力是电解铝主要 成本， 各占 35 和 35 图表 10 从电解铝主要成本构成来看， 我国 各省 市 电力成本差异 较 大 （对应方差最大） 资料来源 SMM，中金研究院 资料来源 SMM，中金研究院 【案例 2】原材料 占主导 以钢铁行业为例 目前我国粗钢生产主要集中在北方的河北、辽宁、山东和山西， 2019年北 方区域占粗钢总产量 59。 碳中和目标下，整体而言，对钢铁产业格局的变化 可以归纳为两点一是粗钢产量 将 整体缩减；二是 考虑到低碳技术的改进及废 钢成本的占比较高， 靠近城市群或东南沿海地区 或 将 是 钢铁产业 新的 聚集地。 钢铁行业实现碳减排， 将 更多依赖于低碳技术的发展 1） 目前已广泛应用、比较成熟的电炉炼钢技术 核心原理是利用电将废钢 熔化，重新冶炼成钢坯。 2019年电炉工艺占比 12，和传统高炉相比，电炉二 氧化碳排放量降低 778。随着电炉钢发展环境的逐步趋好，预计 2030年电炉 产能占比提升至 30； 2060年占比接近于美国当前水平达 609。 2） 目前仍处于实验阶段的氢能冶金技术 ，采用纯氢还原工艺，唯一的副 产品是水，因而彻底避免碳排放。其难度主要在于两点一是氢冶金炉温较高， 温度难以控制；二是成本较为昂贵。我国氢冶金起步晚，多数氢冶金项目处于 立项初期。但从 40年时间周期来看，随着制氢技术的发展，氢能冶金成本下降 具有较大可能性，大规模应用的基础蓝图已经具备。此外，当前钢铁行业实现 8 2019年，传统高炉炼钢吨钢二氧化碳排放量为 2.2吨 /吨，电炉为 0.5吨 /吨 9 详 见 中金研究部 2020年 12月 4日发布的碳中和，离我们还有多远 35 35 13 2 15 2 0 2 0 Q 4 单吨电解铝成本拆分 氧化铝 电力 预焙阳极 人工 其他成本 氧化铝 电力 预焙阳极 人工 - 3 0 , 0 0 0 6 0 , 0 0 0 9 0 , 0 0 0 2 0 2 0 Q 4 电解铝主要成本因素 各省份差异程度（ 以 方差 来表示 ） 13 深度研究 2021 .4.29 零碳排放，仍需依赖碳捕捉技术。 往前看， 基于区位成本因子的框架，我们将未来可能大规模应用的短流程 电炉炼钢成本进一步拆分，仅考虑 其 商品生产成本和能源成本， 其中， 废钢 原 材料 和电 力 成本 分别占总成本的 79和 11，其他成本（包括燃料、石墨电极 等）仅占 10 1）废钢成本废钢原材料成本占 总成本的 79，是电炉炼钢最主要的成 本，而随着城市化发展，废钢回收的主要渠道为汽车、船只和建筑，因此离城 市越近，则废钢回收成本越低。 2）电力成本 占比仅为 11，并且随着可再生能源的推广应用，电力成 本仍有持续下降的可能，对钢铁行业的成本占比可能会进一步减少。 不过，目前钢铁减排技术路线仍不确定，如果需要深度减排，氢能冶金技 术仍是重要选项，绿氢的供应将明显影响这些产业采用氢工艺的成本，进而影 响产业 的区域布局。为获取低廉、可靠、清洁的氢气供应，钢铁行业可能转向 可再生能源富集和绿氢低成本地区，特别是光伏富集发电地区，以实现本地光 伏发电、制氢、产品制造系列化。 图表 11 粗钢产量主要集中于东部和北部 资料来源 万得资讯，中金研究院 6 . 1 2 . 7 ＜ 2 . 4 ＜ 1 . 4 ＜ 0 . 9 ＜ ≤ 0 . 9 52 60 61 58 59 48 40 39 42 41 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 2 0 0 0 2 0 0 5 2 0 1 0 2 0 1 5 2 0 1 9 粗钢产量区域分布 北方 南方 14 深度研究 2021 .4.29 图表 12 炼钢技术路线及应用可能性 资料来源 冶金技术网，国外氢冶金发展现状及未来前景，中金研究院 （二）增量 新兴产业 ， 以 数据中心 为例 作为重要的数字化基础设施，数字中心为新兴产业发展提供重要支撑。 2020年数据中心建设被正式列入新基建战略，各地 区 纷纷部署数据中心建设， 因此 ，作为新兴高耗能产业， 数据中心的区域布局具有一定的代表性。 1、 数据中心是电力能耗大户 2019年我国数据中心总用电量占全社会用电量的 1.4，预计随着数据中心 建设体量的快速增加， 2025年数据中心用电量占比可能会达到近 4。另一方 面，从数据中心的成本来看，我国数据中心电力成本占运营成本的 60以上。 具体地，数据中心耗能部分主要包括 IT设备、制冷系统、供电系统和照明系统， 其中 IT设备和制冷系统合计占总能耗的 80。 工艺 技术成熟程度 碳排放 技术应用可能性大小 传统高炉 生铁炼钢 高 高 低，目前最主流的技术，但碳排放高 电弧炉 废钢炼钢 中 低 高，技术成熟，可实现减排需求 氢能冶金 纯氢还原工艺 低 基本为零 中，技术不成熟，在零碳要求、制氢成 本下降的背景下采用 15 深度研究 2021 .4.29 图表 13 我国数据中心用电量预测 图表 14 我国数据中心平均能耗构成 资料来源 工信部，中金研究院 资料来源 点亮绿色云端中国数据中心能耗与可 再生能源使用潜力研究，中金研究院 目前我国数据中心的市场布局整体呈现“东部沿海居多，核心城市集中， 中、西、北部偏少”的格局 。如北上广三地数据中心聚集区的在用机架数占全 国的 31.3，若将河北、天津、内蒙古、江苏、浙江、福建、海南等北上广周 边地区加上，这一比重会提升至 60以上。 图表 15 2018年底我国数据中心在用机架分布 资料来源 艾瑞咨询，中金研究院 1.01.11.2 1.41.7 2.02.4 3.0 3.5 3.9 0 1 2 3 4 5 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 我国数据中心用电量预测 数据中心用电量（左） 数据中心用电量占全社会用电量比（右） 亿 kWh 40 105 40 5 数据中心能耗组成 制冷设备 供配电系统 照明设备 IT 设备 其他 16 深度研究 2021 .4.29 数据中心选址涉及到电力、气候、通信、交通等多方面 ， 其中，最根本 的因素是市场需求 ，考虑到信息传输的时延性，距离近，则时延短 ； 距离远， 则时延长，因此数据中心多建于对时延性要求较高的金融结算、交易等业务集 中的地方，如北京、上海、广州及其周边地区。另外，考虑到数据中心高能耗 的属性，电力供给充足稳定及电价合理也是重要因素，离线非实时业务数据中 心选在较偏远地区，如内蒙古的乌兰察布，电力资源充沛，大数据产业电价低 至 0.26元 /kWh。 此外，政策 引导 对于数据中心 建设 也 发挥重要 作用 。国家层面积极引导数 据中心合理布局 10，根据能源结构、产业布局、市场发展、气候环境等