SMM8月17讯：在SMM举办的2023SMM（第一届）电线电缆产业峰会上，SMM咨询项目经理王鹤蒙讲解了中国电线电缆行业铜铝替代的产业现状，并对行业未来发展进行了展望。
行业背景
2021年中国铜消费约1386万吨，电力行业用铜占比高达49%，是用铜最多的行业。电线电缆主要应用在电力行业中，2021年电线电缆用铜约300万吨，约占电力行业用铜量的67%。
电力行业分为发电、输电和配电端
电力行业分为3个部分，分别是发输配，即发电端，输电端，和配电端。
而发电端又被分为5个主要维度，火，水，核，风力和光伏。输电端主要有交流输电线路，直流输电线路和变压器。交流电根据电压可以再细分为1000kv，750kv，500kv，330kv，220kv，及110kv。而直流电可以被分为1100kv，800kv，660kv，500kv，400kv。对于配电端，主要有两种电压，分别是10kv，35kv。
对于不同环节的主要用铜产品，发电段主要用铜有发电机，电线电缆，变压器及其他设备，如开关柜，电抗器，电阻器等。输电端主要是电线电缆和变压器，而配电端主要就是被关注的电线电缆。
高压电缆生产企业高度集中，而中低压电缆生产企业较为分散，企业数量多，产品同质化程度高
像高压电缆，企业数量较少，由于存在品牌，技术，资质等壁垒，高压电缆的市场集中度较高，企业主要分布在江浙及广东一带。
对于中低压电缆，企业数量众多，约有10000家，企业主要分布在东部沿海等地区，如辽宁山东江苏广东等地。
电线电缆铜铝替代现状及展望
凭借明显的价格优势，以及良好的物理性能和丰富的储量，铝对铜造成明显的替代威胁。
铝代铜的主要正驱动因素有三个，分别是价格，物理性能，和丰富的储量，长期以来，铜价是铝的3倍以上，铝在价格方面有明显优势，其次，铝的导电率良好，密度低且韧性高，具备良好的物理性能。此外，我国是贫铜富铝的国家，我国铝矿的储量远远高于铜矿。
当然，铜也有自己的优势，目前，在双碳政策的影响下，铝价很容易被抬高，从而弱化铝的优势，其次，铜的碳排远低于铝，在减碳的压力下，铜就成为了更优的材料选择。
但综上来看，铝其实在大部分情况下具备很强的优势，排除技术要求的影响，铝对铜造成了非常明显的替代威胁。
概念定义
铜单耗即为单个产品铜的消费量，在电线电缆行业，铜单耗即为每千米线缆的铜使用量。
而对于铜单耗是如何计算的，我们主要考虑了两个方面，一方面是净铜替代，即主动替代即被替代了的铜替代。主动替代是指铜替代了其他材料或者产生了新的用铜应用；被替代的铜替代即为铜材被其它材料所替代。两者相减即为净铜替代。
铜单耗的另一方面，即考虑功能性进化，即包括功效提升，小型化及轻量化。功效提升指的是为提升产品效能而增加铜材使用；小型化即为产品结构减小带来的用铜量减少，轻量化是指在结构不变的前提下对产品质量的减少。小型化和轻量化均为铜消费量的下降，被我们统称为微型化。
综合因素评估，电线电缆行业整体铜单耗呈下降趋势
SMM重点从电线电缆的铜单耗方面，分析电线电缆行业的用铜需求变化。电线电缆行业的铜单耗主要受到3个因素影响，分别是微型化、铜替代和功效提升，前两者会导致铜单耗降低，后者会导致铜单耗提高。综合评估下来，电线电缆行业的铜单耗呈下降趋势。
电力行业中，配电端用铜密度最高，发电端次之，最后是输电端
发电段铜单耗由高到低分别是风电，光伏，水电，火电，和核电。
输电端，交流电的铜单耗要高于直流电。
发电端
对于传统发电方式，火电核电及水电，铜主要被消耗在厂内设备中，如厂用变压器、厂用线缆（高压、低压、弱电、控制线缆等）。
根据传统发电流程图，我们可以看到电厂的发电回路分为主回路和分支回路。所发电量的90%由主变压器通过主回路升压至高电压，然后送入国家电网的传输线。剩下的10%用于工厂的内部运营。
对于传统发电模式火电和核电来说，主输电线路耗铜较少，因为发电机功率太大，线路一般是用导体为铝的IPB母线，通常只有小于300兆瓦的发电机主回路可能用铜排。
而对于水力发电来说，发电功率一般小于300兆瓦，故主要回路会采用铜棒。
火电的主要耗铜设备有发电机、变压器、主回路和厂用电线电缆。2010年至2020年未发生铜替代现象
核电的主要耗铜设备有发电机、变压器和厂用电线电缆。2010年至2020年未发生铜替代现象
和火电发电相似，水电的主要耗铜设备有发电机、变压器、主回路和厂用电线电缆。2010年至2020年未发生铜替代现象。
整体来看，在微型化的影响下，三种传统发电方式的铜单耗在不断下降。
未来新增加的火电机组主要是用来更换和升级改造过去的机组，为降低能耗，近十年来新增发电机组容量都以大功率为主。2010年，新装火电机组以330MW为主。 而到2020年，主流机组功率将达到660MW，甚至1000MW。
未来，火电机组仍将以大功率为主，660MW和1000MW等大功率机组的比例将逐渐增加。
发电机功率越大，单位兆瓦的铜耗就越低。 因此，大功率发电机的安装将带来铜单耗的下降。
对于核电来说，中国的核电站数量很少，而且核电机组一直都是大功率。2010年，核电机组容量为900MW。到2020年，主流机组功率增至1400MW。 预计新增核电机组装机容量将进一步增至1600MW。
对于水电机组来说，中国水资源丰富，但多为小河流。2010年前后，小型水电站即小于40兆瓦的机组较多。
随着中国大力发展清洁能源，提倡降低能耗，300MW及其他大功率发电站将成为建设的主力。
传统发电被认为是中国的基础能源和重要的电力来源。根据规定，重要电力必须使用铜导体。因此，铜被替代是基本不可能发生的。
陆上风电铜单耗主要耗铜部件为电缆1和电缆2，电缆4包含架空线和电缆线两部分
对于风电板块，我们将其分为两个部分，分别是陆上风电和海上风电
对于陆上风电来说，主要有4部分电缆存在。线缆1即风力发电机内部的电力电缆；电缆2即连接发电机和箱式变压器的电力电缆；电缆3即连接箱式变压器和集成电路的电力电缆；电缆4：即集成电路电力电缆，包含架空线和电缆线两部分。
陆上风力发电的主要耗铜设备含发电机、变压器和各种电缆。2010年至2020年铜替代趋势明显
近年来，风电补贴减少，风电价格下降，促使风电企业想方设法降低成本。 铝电缆替代铜电缆的行为开始出现，不只是线缆，发电机也同样都出现了铜替代现象。
其中，电缆4被铝替代的情况最为严重，在2010-2020年间，98%的电缆4被铝替代，背后主要原因是其对技术要求较低。
2010年，海上风电主要耗铜部件为电缆1和电缆4，电缆4全部为电缆线路
同样的，对于海上风电来说，也主要是这4部分电缆。与陆上风电不同点在于 电缆4：即集成电路电力电缆全部为电缆线路。
海上风力发电的主要耗铜设备为发电机、变压器和各种电缆。不同于陆上风电，受制于海上风电的安装位置及后期维修难度，铜替代现象暂未出现。
预计到2050年，陆上风力发电铜单耗将大幅下降，其主要受轻量化和小型化的影响；对于海上风电，由于电缆4仅为电缆线，其铜单耗要远高于陆上风电。未来，海上风电铜单耗将在小型化的影响下逐渐降低。
海上风电的铜单耗远远大于陆上风电。主要原因是海上风电的电缆4只能使用铜电缆线（海底电缆），而陆上风电的电缆4中只有30%是电缆线，且在2020年已基本被铝电缆取代。
小型化的发生是因为发电机功率逐渐增加，1）使得发电机铜单耗减少；2）在规模效应下，电缆1、2、3的用量也随之减少。
铜替代现象主要发生在电缆3和电缆4，预计未来替代将更加明显。在替代的驱动下，2010年到2050年风电的铜单耗也将逐渐下降。
2010年光伏发电的电缆1和电缆2对铜单耗的贡献最大。
对于光伏发电来说，主要有3部分电缆存在。电缆1：即连接光伏电池并将电力传输至逆变器的电力电缆；电缆2：即连接逆变器和箱式变压器的电力电缆；电缆3：即连接箱式变压器和主变压器的电力电缆。
光伏发电的主要耗铜设备是电线电缆及变压器。2010年到2020年，铜替代现象非常明显，替代率最高高达95%
2010年到2020年，由于光伏发电线路的铜替代现象明显，铜单耗大幅下降。替代主要发生在电缆2和电缆3上。 从2010年到2020年，几乎所有铜电缆都被铝电缆取代。
预计2020年至2050年光伏补贴政策完全结束后，铜替代现象将进一步增加，但其造成的影响将逐渐减弱。
到2050年，电缆2和电缆3上剩余的铜电缆将更换为铝电缆。电缆1也将在未来30年内逐步更换，但更换过程缓慢。
输电端
使用铝绕组线的变压器曾一度出现在电力行业中。但由于频繁故障，2017年国家电网检查后，变压器中的铝绕组线逐渐消失
输电端的电线电缆主要存在两个部分中，1是变压器中，2是输电线路中。
对于输电端的输电线路，2010-2020年，大部分输电线路采用100%铝导体架空线路。100%铜导体的电缆线路仅在110KV、220KV和500KV中存在，所占比例很少
输电线路分为架空线和电缆线。架空线为全钢芯铝绞线，导体为铝。电缆线路的电缆导体全部是铜。
高压电力电缆需要高质量的材料，目前还没有能满足高压电缆技术要求的铝电缆，预计到2050年也不会有突破性进展。
输电线路尤其是高压和超高压输电线路，首选架空线。 原因如下1)架空线路的成本远低于电缆线路。 2)输电线路大多位于空旷地带，空间限制小，且电压越高，绝缘层越容易被电流击穿。故较为安全。
由于城市化的发展，110KV、220KV和500KV电缆线路的比例将增加，输电线路的铜主动替代将略有提高。
除110KV、220KV和500kV外，其他电压等级线路均为钢芯铝绞线（ACSR）。
对于110KV、220KV和500KV线路，由于城市化的发展，电缆线路的比例将增加，直接影响铜单耗逐渐增加。
电缆线路主要敷设在城市附近或城市内高压变电站附近。未来，由于城市化的发展，城市中高压变电站的数量会增加，对电缆线路的需求也会逐渐上升。但由于电缆线路成本较高，铜价又是铝价的3倍以上，故铜单耗的上升幅度有限。
配电端
配电线路主要包括10KV配电线路和35KV配电线路。少数配电线路为110千伏。在计算铜单耗时，SMM将电压≤35kV的线路划分为配电部分，将电压≥110kV的线路划分为输电线路。
10KV线路长度占配电线路总长度的90%。通常，110KV及以上电压经变电站降压至10KV，主要输往居民楼和商业建筑。传输到工厂的10KV线路很少。
35KV线路长度约占配电线路总长度的10%，主要连接变电站和用电量大的工厂。
配电线路分为架空线路和电缆线路。郊区优先选择架空线路，而当配电线路进入城市后，特别是市中心和其他人口密集地区时，为确保安全，多选择电缆线路
35KV配电线路输电距离长，一般送往工厂。郊区和人口密度低的地区线路较多，因此架空线路占比较高，2010年占88%。
10KV配电线路主要送往居民区和商场。人口密度高的地区线路较多，因此架空线路所占比例相对低，2010年占68%。
与输电部分相比，配电部分电压较低，对电缆的技术要求也较低，因此可以使用铝电缆。2010年，铝导体在35KV和10KV电缆线路中所占比例分别为12%和25%。
SMM预计未来配电线路铜单耗将逐渐上升
电缆线路在配电线路中的比例随着城市化的发展而增加，从而使得铜消费量增加；但架空线路仍全部为铝线。
受铝电缆和铜电缆之间的竞争，铜消费将有一定程度的下降。2020年到2050年，铝电缆在10KV和35KV电缆线路中的比例也将增加，但由于铝电缆的性能比铜电缆差，对于高压电缆，导体的质量要求更高，因此35KV线路的铝替代量相对低于10KV线路。
但由于铜消费的增加远高于消费的减少，故2010年到2050年，10KV和35KV配电线路的铜单耗均逐渐增加。
中国配电线路的铜替代率远远低于美国。未来，随着技术的日益成熟，中国的铜替代率将逐步提高
1968年，美国发明了铝合金电缆产品。此后，铝合金电缆在美国的应用非常广泛，在输变电领域得到了较高程度的推广。
2007年前后，铝合金电缆进入中国，并带动了中国企业对铝合金电缆研发和生产的投入。到2020年，我国铝合金电缆虽有一定发展，但进展缓慢，市场占有率较低。主要原因有1）输配电线路电压较高，对电缆的物理性能要求较高。铝合金电缆的相关技术仍在发展中，还不够成熟，无法全面推广和应用。2）铝合金电缆需要配套的铝合金连接器，否则容易造成安全隐患。中国制造商对如何正确选择和使用铝合金连接器的认识不足，相关技术仍在发展中。
未来，随着时代和技术的发展，铝合金电缆在中国配电领域的应用将逐步完善，并向美国靠拢。但在输电领域（电缆线路），尤其是高压输电线路中，由于技术和成本要求极高，铝合金电缆仍没有替代机会。
